Published January 1, 2016 | Version v1
Publication Open

Multiobjective Optimization of Turning Cutting Parameters for J-Steel Material

Creators

  • 1. King Saud University
  • 2. University of Michigan–Ann Arbor
  • 3. American University in Cairo

Description

This paper presents a multiobjective optimization study of cutting parameters in turning operation for a heat-treated alloy steel material (J-Steel) with Vickers hardness in the range of HV 365–395 using uncoated, unlubricated Tungsten-Carbide tools. The primary aim is to identify proper settings of the cutting parameters (cutting speed, feed rate, and depth of cut) that lead to reasonable compromises between good surface quality and high material removal rate. Thorough exploration of the range of cutting parameters was conducted via a five-level full-factorial experimental matrix of samples and the Pareto trade-off frontier is identified. The trade-off among the objectives was observed to have a "knee" shape, in which certain settings for the cutting parameters can achieve both good surface quality and high material removal rate within certain limits. However, improving one of the objectives beyond these limits can only happen at the expense of a large compromise in the other objective. An alternative approach for identifying the trade-off frontier was also tested via multiobjective implementation of the Efficient Global Optimization (m-EGO) algorithm. The m-EGO algorithm was successful in identifying two points within the good range of the trade-off frontier with 36% fewer experimental samples.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه الورقة دراسة تحسين متعددة الأهداف لمعلمات القطع في عملية الدوران لمادة فولاذية سبائك معالجة بالحرارة (J - Steel) مع صلابة Vickers في نطاق HV 365–395 باستخدام أدوات كربيد التنغستن غير المطلية وغير المشحمة. الهدف الأساسي هو تحديد الإعدادات المناسبة لمعلمات القطع (سرعة القطع ومعدل التغذية وعمق القطع) التي تؤدي إلى تنازلات معقولة بين جودة السطح الجيدة ومعدل إزالة المواد العالي. تم إجراء استكشاف شامل لمجموعة من معلمات القطع عبر مصفوفة تجريبية كاملة المستوى من خمسة مستويات للعينات وتم تحديد حدود مقايضة باريتو. لوحظ أن المفاضلة بين الأهداف لها شكل "ركبة"، حيث يمكن أن تحقق إعدادات معينة لمعلمات القطع جودة سطح جيدة ومعدل إزالة مواد مرتفع ضمن حدود معينة. ومع ذلك، فإن تحسين أحد الأهداف خارج هذه الحدود لا يمكن أن يحدث إلا على حساب حل وسط كبير في الهدف الآخر. كما تم اختبار نهج بديل لتحديد حدود المفاضلة من خلال التنفيذ متعدد الأهداف لخوارزمية التحسين العالمي الفعال (m - EGO). نجحت خوارزمية m - EGO في تحديد نقطتين ضمن النطاق الجيد لحدود المفاضلة مع عينات تجريبية أقل بنسبة 36 ٪.

Translated Description (French)

Cet article présente une étude d'optimisation multiobjective des paramètres de coupe dans l'opération de tournage pour un matériau en acier allié traité thermiquement (acier J) avec une dureté Vickers dans la gamme HV 365–395 à l'aide d'outils en carbure de tungstène non revêtus et non lubrifiés. L'objectif principal est d'identifier les paramètres de coupe appropriés (vitesse de coupe, vitesse d'avance et profondeur de coupe) qui conduisent à des compromis raisonnables entre une bonne qualité de surface et un taux élevé d'enlèvement de matière. Une exploration approfondie de la gamme de paramètres de coupe a été menée via une matrice expérimentale factorielle complète à cinq niveaux d'échantillons et la frontière de compromis de Pareto est identifiée. On a observé que le compromis entre les objectifs avait une forme de « genou », dans laquelle certains réglages des paramètres de coupe peuvent atteindre à la fois une bonne qualité de surface et un taux élevé d'enlèvement de matière dans certaines limites. Cependant, l'amélioration de l'un des objectifs au-delà de ces limites ne peut se faire qu'au détriment d'un compromis important dans l'autre objectif. Une approche alternative pour identifier la frontière du compromis a également été testée via la mise en œuvre multi-objectifs de l'algorithme d'optimisation globale efficace (m-EGO). L'algorithme m-EGO a réussi à identifier deux points dans la bonne fourchette de la frontière de compromis avec 36 % d'échantillons expérimentaux en moins.

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta un estudio de optimización multiobjetivo de los parámetros de corte en la operación de torneado para un material de acero aleado tratado térmicamente (acero J) con dureza Vickers en el rango de HV 365-395 utilizando herramientas de carburo de tungsteno no recubiertas y no lubricadas. El objetivo principal es identificar los ajustes adecuados de los parámetros de corte (velocidad de corte, velocidad de avance y profundidad de corte) que conducen a compromisos razonables entre una buena calidad de la superficie y una alta tasa de eliminación de material. Se realizó una exploración exhaustiva de la gama de parámetros de corte a través de una matriz experimental factorial completa de muestras de cinco niveles y se identificó la frontera de compensación de Pareto. Se observó que la compensación entre los objetivos tiene una forma de "rodilla", en la que ciertos ajustes para los parámetros de corte pueden lograr una buena calidad de la superficie y una alta tasa de eliminación de material dentro de ciertos límites. Sin embargo, mejorar uno de los objetivos más allá de estos límites solo puede ocurrir a expensas de un gran compromiso en el otro objetivo. También se probó un enfoque alternativo para identificar la frontera de compensación a través de la implementación multiobjetivo del algoritmo de optimización global eficiente (m-EGO). El algoritmo m-EGO tuvo éxito en la identificación de dos puntos dentro del buen rango de la frontera de compensación con un 36% menos de muestras experimentales.

Files

6429160.pdf.pdf

Files (16.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:959a8100263b47cbfd94542c3276d5db
16.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين الأهداف المتعددة لمعلمات القطع الدوارة لمواد J - Steel
Translated title (French)
Optimisation multi-objectif des paramètres de coupe de tournage pour le matériau en acier J
Translated title (Spanish)
Optimización multiobjetivo de los parámetros de corte de torneado para material de acero J

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2336178948
DOI
10.1155/2016/6429160

Is supplement to
https://openalex.org/W4388232382 (Other)
https://openalex.org/W4241467429 (Other)
https://openalex.org/W3083133203 (Other)
https://openalex.org/W2744462909 (Other)
https://openalex.org/W2384474142 (Other)
https://openalex.org/W2090178682 (Other)
https://openalex.org/W2073147994 (Other)
https://openalex.org/W2001591765 (Other)
https://openalex.org/W1971520370 (Other)
https://openalex.org/W1588199609 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1510052597
  • https://openalex.org/W1966619368
  • https://openalex.org/W1978032396
  • https://openalex.org/W2044928409
  • https://openalex.org/W2054352980
  • https://openalex.org/W2090225585
  • https://openalex.org/W2111526171
  • https://openalex.org/W2137875308