基于TaguchiÃⅱÂ Â试验设计的线材放电车削的ANOM优化研究

Gajanan M Naik^*， Abhinaba Roy, Sachin Band Narendranath S

印度卡纳塔克邦国立理工学院机械工程系。

*通讯作者:: Gajanan M Naik
卡纳塔克邦国立理工学院
印度
电话:91-824-2474000
电子邮件: (电子邮件保护)

收到日期:09/08/2018;接受日期:05/09/2018;发表日期:12/09/2018

DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000229

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摘要

为了提高生产效率，工艺参数的优化起着至关重要的作用。其中一个这样的过程，可以实现良好的表面光洁度和尺寸精度是线材放电车削(WEDT)。本文着重分析了电火花切割工艺参数的均值(ANOM)。实验计划基于田口L18正交阵列。在进行ANOM研究后，表面光洁度等响应参数的改善幅度为43.17%，材料去除率(MRR)为9.5%。并通过验证试验对结果进行了验证。

关键字

MRR, Ra，信噪比，ANOM。

介绍

线电电火花加工(WEDM)是一种火花侵蚀加工工艺，利用丝电极通过导电工件加工出复杂形状。由于加工后工件的精度和表面光洁度高，电火花加工在原型件、挤压模具和冲压模具的应用中起着至关重要的作用。WEDT是一个新兴在研究领域的趋势，一个组件的圆柱形零件可以制造使用难以加工的材料。通过选择最优的参数设置，在性能上得到卓越的改善生产力都可以实现。它已广泛应用于汽车、航空航天和核工业，以从难以加工的材料中生产复杂的形状。电火花切割是通过在线切割上增加旋转轴来完成的。大多数研究人员都研究了工艺参数对电火花切割响应的影响。Janardhan等人比较了电火花切割和WEDT的MRR效果，证明电火花切割可以提高MRR [1]。Qu等人通过建立数学模型，比较了线切割和WEDT的MRR [2，3.］．Haddad等研究了WEDT工艺对AISI D3工具钢的MRR和表面粗糙度等输出响应的影响[4］．Mohammadi等人通过回归分析了解了加工参数对MRR的关系。Janardhan和Samuel研究了加工工艺参数对圆度误差的影响[5-7]，表面粗糙度和MRR，采用脉冲序列数据分析技术。Su等对电火花精切和粗切工艺参数进行了优化[8］．

多名研究人员致力于针对不同工件材料优化电火花切割工艺参数[9-15］．对INCONEL 718高温合金进行线切割工艺参数优化的研究较少。它具有高耐腐蚀性、高应力耐温性和热处理塑性等优良性能，是井口部件、辅助工具和井下工具、地下安全阀等领域应用最广泛的材料。在常规车床上加工因康耐尔718非常困难，导致尺寸精度和表面光洁度差。因此，有必要对INCONEL 718高温合金的线切割工艺参数进行优化。在目前的研究工作中，采用ANOM法确定了控制因素的最佳组合水平。实验计划基于田口L18正交阵列。进行了方差分析(ANOVA)，以确定工艺参数的比较幅度。

实验的细节

根据田口L18正交阵列实验设计，以转速、脉冲导通时间、脉冲关断时间、伺服电压、送丝速率、冲洗压力为输入参数，对INCONEL 718高温合金进行丝放电车削实验。材料去除速率和表面粗糙度作为输出响应。控制参数及其水平如下(表1)。采用均值分析(ANOM)技术，获得最大材料去除率和最小表面粗糙度的最佳工艺参数。材料MRR表示为加工前后工件重量差与INCONEL 718材料的加工时间和密度之比。(1) (9-11］

表1:控制参数及其水平。

参数	象征	因素	1级	2级	3级
转速(rpm)	N	一个	150	250	-
脉冲接通时间(µs)	T_在	B	108	116	124
脉冲熄灭时间(µs)	T_从	C	24	32	40
伺服电压(V)	年代_V	D	18	36	54
送丝速度(m/min)	W_f	E	2	4	6
冲洗压力(bar)	P_f	F	1.8	2.0	2.2

（1)

式中:wtb -加工前工件重量，单位为mg, wta -加工后工件重量，单位为mg, t-加工时间，单位为min， ρ- INCONEL 718密度=8.19 g/cm^3.

采用Mitutoyo表面粗糙度测试仪(SJ-301)测量表面粗糙度。评价长度为2.4 mm，以0.5 mm/s的笔尖速度测量表面粗糙度。

结果与讨论

方差分析和方差分析

通过信噪比均值分析，确定了最优的设置参数。在本研究中，提出了Taguchi的设计来优化多目标响应，即MRR和Ra。这里，MRR要最大化，Ra要最小化。因此，MRR的特征值越大越好，Ra的特征值越小越好。与响应相关的SN比率如下[12,13]。

(2)

(3)

给出了MRR、Ra的输出数据和MRR、Ra的信噪比表2。根据均值或ANOM的分析，下一步是将得到的材料去除率和表面粗糙度的信噪比用eqn求平均值。(4)，这里使用的权函数为0.5。所得信噪比或平均信噪比按照平均信噪比越高越好的标准进行排序，给出表2。从排序数据中可以看出，第18个试验试验排名第一，因此该试验试验被认为是L18个试验中最优的试验试验。此外，为了寻找最优参数，给出了用平均信噪比对每个工艺参数级别的数据进行评估的方法表3。

（4）

其中SNR为平均信噪比，单位为dB, SNR_MRR材料去除率的信噪比以dB、SNR为单位_{类风湿性关节炎}为表面粗糙度的信噪比，单位为dB和W₁= W₂=0.5为权函数。

表2:ANOM数据分析。

外贸没有	一个	B	C	D	E	F	MRR单位为mm3/min	Raµm	SNRMRR dB	SNRRa dB	信噪比dB	排名
01	150	108	24	18	2	1.8	1.2231	3.06	1.7494	-9.7144	-3.9825	6
02	150	108	32	36	4	2.0	0.384	2.93	-8.3131	-9.3374	-8.82525	17
03	150	108	40	54	6	2.2	0.5571	1.86	-5.0816	-5.3903	-5.23595	11
04	150	116	24	18	4	2.0	0.9426	5.77	-0.5131	-15.2235	-7.8683	15
05	150	116	32	36	6	2.2	0.609	4.89	-4.3084	-13.7862	-9.0473	18
06	150	116	40	54	2	1.8	1.3036	5.06	2.3028	-14.083	-5.8901	13
07	150	124	24	36	2	2.2	1.256	3.96	1.9797	-11.9539	-4.9871	9
08	150	124	32	54	4	1.8	2.0321	3.65	6.159	-11.2459	-2.54345	4
09	150	124	40	18	6	2.0	1.9065	3.39	5.6045	-10.604	-2.49975	3.
10	250	108	24	54	6	2.0	0.613	4.46	-4.2513	-12.9867	-8.619	16
11	250	108	32	18	2	2.2	0.5656	3.19	-4.9499	-10.0758	-7.51285	14
12	250	108	40	36	4	1.8	0.6279	1.95	-4.0426	-5.8007	-4.92165	8
13	250	116	24	36	6	1.8	1.6903	5.48	4.5593	-14.7756	-5.10815	10
14	250	116	32	54	2	2.0	2.3068	3.38	7.2601	-10.5783	-1.6591	2
15	250	116	40	18	4	2.2	2.3347	4.59	7.3646	-13.2363	-2.93585	5
16	250	124	24	54	4	2.2	1.3065	4.47	2.3225	-13.0062	-5.34185	12
17	250	124	32	18	6	1.8	2.3779	6.24	7.5238	-15.9037	-4.18995	7
18	250	124	40	36	2	2.0	3.1014	3.38	9.8312	-10.5783	-0.37355	1

表3: ANOM最佳级别。

象征	参数	1级	2级	3级	最优水平
一个	转速(rpm)	-5.6533	-4.5180	--	2
B	脉冲接通时间(µs)	-6.5162	-5.4181	-3.3226	3.
C	脉冲熄灭时间(µs)	-5.9845	-5.6297	-3.6428	3.
D	伺服电压(V)	-4.8315	-5.5438	-4.8816	3.
E	送丝速度(m/min)	-4.0675	-5.4061	-5.7834	1
F	冲洗压力(bar)	-4.4393	-4.9742	-5.8435	1

表4本文对ANOM信噪比的方差进行了分析，结果表明实验中使用的参数都不显著，因为在表495%置信水平大于α=0.05。

表4:ANOM信噪比的方差分析。

源	DF	SeqSS	的学生	的女士	F	P
转速(rpm)	1	5.800	5.800	5.8001	0.96	0.364
脉冲接通时间(µs)	2	31.592	31.592	15.7960	2.62	0.152
脉冲熄灭时间(µs)	2	19.114	19.114	9.5569	1.59	0.280
伺服电压(V)	2	1.897	1.897	0.9485	0.16	0.858
送丝速度(m/min)	2	9.756	9.756	4.8780	0.81	0.488
冲洗压力(bar)	2	6.027	6.027	3.0135	0.50	0.629
残差	6	36.120	36.120	6.0201	-	-
总计	17	110.306	-	-	-	-

回归模型

从实验数据，回归数学利用Minitab 17建立了响应变量(MRR, Ra)与Eqns中给出的线切割加工参数之间的相互关系。(5)、(6)。

MRR=-7.53 + 0.00523转速+ 0.0834脉冲开启时间+ 0.0292脉冲关闭时间-

0.00570伺服电压- 0.0834送丝速率- 1.094冲洗压力(5)

Ra=-1.58 + 0.00286转速+ 0.0796脉冲开启时间- 0.0726脉冲关闭时间- 0.0156

伺服电压+ 0.179送丝速率- 1.03冲洗压力(6)

确认测试

通过对平均技术的分析，提出了提高材料去除率和降低表面粗糙度的最佳设置参数。从ANOM A2B3C3D3E1F1加工参数中选出最优参数，下一步进行验证试验，对回归模型预测结果进行验证。从验证试验结果来看，材料去除率提高了约9.5%，表面粗糙度降低了约43.17%表5。

表5:ANOM确认测试结果

技术	响应	最优参数	预测	实验	区别
ANOM	MRR(毫米^3./分钟)	A2B3C3D3E1F1 (250 rpm,124µs,40µs,54V,2m/min， 1.8条)	3.0485	3.3720	0.323
ANOM	表面粗糙度(µm)	A2B3C3D3E1F1 (250 rpm,124µs,40µs,54V,2m/min， 1.8条)	4.3246	3.02	1.304

结论

1.通过ANOM分析，获得最大MRR和最小表面粗糙度的推荐最佳加工参数设置为A2-B3-C3-D3-E1-F1 (250 rpm-124 μs -40 μs - 54v - 2m /min-1.8 bar)。

2.ANOM确认试验结果表明，材料去除率提高9.5%，表面粗糙度降低43.17%。

致谢

作者感谢印度政府科学技术部(DST)的支持，项目参考号为SERB-SB/S3/MMER/0067/2013。

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