The Effects of Cutting Parameters on the Kerf and Surface Roughness on the Electrode in Electro Erosion Process

Abstract

In this study, electrode wear caused by machining from cold work tool steel with heat treated 60-62 HRC hardness was investigated by using electro erosion method and Cupro MAX CuCrZr electrode. The workpiece and electrode material are eroded by melting and evaporation as a result of the electrical arc (sparking) that occurs between the electrode and the workpiece in the dielectric environment. These erosions can be interpreted by changes in electrode form measurements and surface roughness. In this context, erosion process was performed using three different current values (6.25, 12.5, 25 A), three different pulse on times (3, 6, 9 µs) and pulse off times (4, 6, 8 µs), respectively, and the electrode wear rate of these processing parameters, the effects on kerf angle and surface roughness were analyzed by macro and analytical measurements. As a result of the analysis, with increasing current, machining time decreased due to increased sparking between workpiece and electrode, but the average surface roughness, kerf angle and wear rate of the electrode increased. It has been determined that as the pulse on time increases, the electrode wear rate decreases. The reduction in electrode wear resulted from the increase in the strength of the electrode due to the protective layer formed by the adhesion of the dielectric fluid and carbon particles released from the workpiece to the electrode surface.

Keywords

• EDM
• Cupromax CuCrZr
• Kerf
• Surface roughness

Elektro Erozyon İşleminde Kesme Parametrelerinin Elektrot Üzerindeki Kerf ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkileri

Abstract

Bu çalışmada elektro erozyon yöntemi ve Cupro MAX CuCrZr elektrot kullanılarak, ısıl işlem görmüş 60-62 HRC sertliğe sahip soğuk iş takım çeliğinden talaş kaldırma neticesinde meydana gelen elektrot aşınması incelenmiştir. Dielektrik ortamda elektrot ve iş parçası arasında meydana gelen elektriksel ark (kıvılcımlanma) neticesinde ergime ve buharlaşma yoluyla iş parçası ve elektrot malzeme aşınır. Bu aşınmalar elektrot form ölçüleri ve yüzey pürüzlülüğündeki değişimlerle yorumlanabilir. Bu kapsamda sırasıyla üç farklı akım değeri (6.25, 12.5, 25 A), üç farklı ark süresi (3, 6 , 9 µs) ve bekleme süreleri (4, 6, 8 µs) kullanılarak erozyon işlemi gerçekleştirilmiş ve bu işleme parametrelerinin elektrot aşınma hızı, kerf açısı ve yüzey pürüzlülüğüne etkileri makro ve analitik ölçümlerle analiz edilmiştir. Yapılan analizler neticesinde, akımının artmasıyla, iş parçası ve elektrot arasında artan kıvılcımlanmaya bağlı olarak işleme süresi azalmıştır fakat elektrodun ortalama yüzey pürüzlülüğü, kerf açısı ve aşınma hızı artmıştır. Ark süresi arttıkça elektrot aşınma hızının azaldığı tespit edilmiştir. Elektrot aşınmasındaki azalma, dielektrik sıvı ve iş parçasından salınan karbon partiküllerinin elektrot yüzeyine yapışarak oluşan koruyucu tabaka nedeniyle elektrotun mukavemetinin artmasından kaynaklanmıştır.

Keywords

• EEİ
• Cupromax CuCrZr
• Kerf
• Yüzey pürüzlülüğü

References

1. [1] Kuppan, P., Rajadurai, A., & Narayanan, S. (2008). Influence of EDM process parameters in deep hole drilling of Inconel 718. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 38(1-2), 74-84. https://doi.org/10.1007/s00170-007-1084-y
2. [2] Rajesha, S., Sharma, A. K., & Kumar, P. (2010). Some aspects of surface integrity study of electro discharge machined Inconel 718. In Proceedings of the 36th international MATADOR conference (pp. 439-444). Springer, London. https://doi.org/10.1007/978-1-84996-432-6_98
3. [3] Rajesha, S., Sharma, A. K., & Kumar, P. (2012). On electro discharge machining of Inconel 718 with hollow tool. Journal of materials engineering and performance, 21(6), 882-891. DOI: 10.1007/s11665-011-9962-8
4. [4] Lin, Y. C., Chen, Y. F., Wang, D. A., & Lee, H. S. (2009). Optimization of machining parameters in magnetic force assisted EDM based on Taguchi method. Journal of materials processing technology, 209(7), 3374-3383. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.07.052
5. [5] Mishra, D. K., Rahul, , Datta, S., Masanta, M., & Mahapatra, S. S. (2019). Through hole making by electro-discharge machining on Inconel 625 super alloy using hollow copper tool electrode. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 233(2), 348-370. DOI:10.1177/0954408918784701
6. [6] Sultan, T., Kumar, A., & Gupta, R. D. (2014). Material removal rate, electrode wear rate, and surface roughness evaluation in die sinking EDM with hollow tool through response surface methodology. International Journal of Manufacturing Engineering, 2014. DOI:10.1155/2014/259129
7. [7] Selvarajan, L., Sasikumar, R., Kumar, N. S., Kolochi, P., & Kumar, P. N. (2020). Effect of EDM parameters on material removal rate, tool wear rate and geometrical errors of aluminium material. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.054
8. [8] Mouralová, K., Bednar, J., Benes, L., Hrabec, P., Kalivoda, M., & Fries, J. (2020). The analysis of EDM electrodes wear in corners and edges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 20(4), 1-14. https://doi.org/10.1007/s43452-020-00137-8

9. [9] Pavan, C., & Sateesh, N. (2020). Taguchi analysis on machinability of Inconel 600 using Copper, Brass, and Copper tungsten electrodes in EDM. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.113
10. [10] Dhanabalan, S., Sivakumar, K., & Narayanan, C. S. (2015). Experimental investigation on electrical discharge machining of titanium alloy using copper, brass and aluminum electrodes. Journal of Engineering Science and Technology, 10(1), 72-80.
11. [11] NAS, E., ARGUN, K., & ZURNACI, E. (2018). AISI 1.2738 Çeliğinin Elektro-Erozyon Tezgahında Bakır ve Grafit Elektrot İle İşlenmesinde İşleme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisinin Deneysel ve İstatiksel Olarak İncelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(4), 1082-1093. DOI:10.29130/dubited.413185
12. [12] Sahu, A. K., & Mahapatra, S. S. (2020). Surface characteristics of EDMed titanium alloy and AISI 1040 steel workpieces using rapid tool electrode. Arabian Journal for Science and Engineering, 45(2), 699-718. https://doi.org/10.1007/s13369-019-04144-7
13. [13] Rizvi, S. A. H., Agarwal, S., & Bharti, P. K. (2020). Modeling of Surface Roughness of AISI 4340 Using Copper-Tungsten Tool in Die Sinking EDM. Materials Today: Proceedings, 22, 2334-2340. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.355
14. [14] Joshi, A., Saraf, A. K., & Goyal, R. K. (2020). EDM machining of die steel EN8 and testing of surface roughness with varying parameters. Materials Today: Proceedings, 28, 2557-2560. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.277
15. [15] Valentinčič, J., Bissacco, G., & Tristo, G. (2021). Uncertainty of the electrode wear on-machine measurements in micro EDM milling. Journal of Manufacturing Processes, 64, 153-160. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.01.021
16. [16] GÜLCAN, O., USLAN, İ., Yusuf, U. S. T. A., & ÇOĞUN, C. (2015). ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEMEDE Cu-Cr T/M ELEKTROT KULLANIMININ İŞLEME PERFORMANSINA ETKİSİ. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(3). DOI:10.17341/gummfd.59140
17. [17] Tawfiq, M. A., & Abbas, A. A. (2018). EFFECT OF CURRENT AND PULSE ON TIME ON MRR AND EWR FOR DIFFERENT INNER ELECTRODE SHAPE OF EDM PROCESSGlobal Journal of Engineering Science and Research Management. DOI: 10.5281/zenodo.1407127
18. [18] Hadad, M., Bui, L. Q., & Nguyen, C. T. (2018). Experimental investigation of the effects of tool initial surface roughness on the electrical discharge machining (EDM) performance. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95(5), 2093-2104. DOI:10.1007/s00170-017-1399-2
19. [19] Çakıroğlu, R., & Günay, M. (2020). Comprehensive analysis of material removal rate, tool wear and surface roughness in electrical discharge turning of L2 tool steel. Journal of Materials Research and Technology, 9(4), 7305-7317. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.04.060
20. [20] YILMAZ, V., ÖZDEMİR, M., & DİLİPAK, H. (2015). AISI 1040 Çeliğinin Elektro Erozyon İle İşleme Yöntemiyle Delinmesinde İşleme Parametrelerinin Temel Performans Çıktıları Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 3(1), 417-426.
21. [21] Guu, Y. H. (2005). AFM surface imaging of AISI D2 tool steel machined by the EDM process. Applied Surface Science, 242(3-4), 245-250. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.08.028
22. [22] KALYON, A. (2020). AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Elektro Erozyon Tekniği İle İşlenebilirliğinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Uygulamalı Bilimler Dergisi, 3(1), 75-86. Doi: d x.doi.org/10.31200/makuubd.494265
23. [23] Ho, K. H., & Newman, S. T. (2003). State of the art electrical discharge machining (EDM). International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(13), 1287-1300. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(03)00162-7