Effects of Cutting Parameters on Volume Level and Surface Roughness of SAE 4140 Steel in Turning: Optimization of Parameters

Abstract

In this study, optimization of parameters affecting noise level and surface roughness during turning of SAE 4140 steel is aimed. Cutting parameters (feed rate, speed and depth of cut) were examined at 3 levels. The experiments were carried out in accordance with the test plan obtained according to the Response Surface Method. According to the results of the analysis made with the Minitab 18 program, the most effective parameters for noise were obtained as spindle speed, feed rate and depth of the cut, respectively. The most effective parameters for surface roughness were obtained as the feed rate and spindle speed. Optimum levels are determined for both volume level and surface roughness. These values are suggested as 0.1 m s-1 for spindle speed, 750 rpm for feed rate and 0.5 mm for depth of cut.

Keywords

• optimization
• noise
• surface roughness
• turning

SAE 4140 Çeliğin Tornalanmasında Kesme Parametrelerinin Ses Seviyesi ve Yüzey Pürüzlüğüne Etkileri: Parametrelerin Optimizasyonu

Abstract

Bu araştırmada, SAE 4140 çeliğin tornalanması esnasında ses seviyesini ve yüzey pürüzlülüğünü etkileyen parametrelerin optimizasyonu amaçlanmıştır. Kesme parametreleri (ilerleme miktarı, devir sayısı ve talaş derinliği) üçer seviyede incelenmiştir. Deneyler Yanıt Yüzey Yöntemine göre elde edilen deney planına uygun olarak yürütülmüştür. Minitab 18 programıyla yapılan analiz sonuçlarına göre ses seviyesi için en etkili parametreler sırasıyla devir sayısı, ilerleme miktarı ve talaş derinliği olarak elde edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü için en etkili parametreler ise ilerleme miktarı ve devir sayısı olarak elde edilmiştir. Hem ses seviyesi hem de yüzey pürüzlülüğü için optimum çalışma seviyeleri belirlenmiştir. Bu değerler ilerleme miktarı için 0.1 m s-1, devir sayısı için 750 dev dak-1 ve talaş derinliği için 0.5 mm olarak önerilmiştir.

Keywords

• optimizasyon
• gürültü
• yüzey pürüzlülüğü
• tornalama

References

1. Asiltürk İ, Neşeli S, İnce MA, 2016. Optimisation of parameters affecting surface roughness of Co28Cr6Mo medical material during CNC lathe machining by using the Taguchi and RSM methods. Measurement, 78: 120-28.
2. Brinksmeier E, Preuss W, Riemer O, Rentsch R, 2017. Cutting forces, tool wear and surface finish in high speed diamond machining. Precision Engineering, 49: 293-304.
3. Davis R, Singh V, Priyanka S, 2014. Optimization of process parameters of turning operation of EN 24 steel using Taguchi Design of Experiment Method. In Proceedings of the World Congress on Engineering. 2-4 July 2014, London.
4. Hanief M, Wani MF, Charoo MS, 2017. Modeling and prediction of cutting forces during the turning of red brass (C23000) using ANN and regression analysis. Engineering science and technology, an international journal, 20: 1220-26.
5. Mia M, Prithbey R, Hossain MS, Arafat T, Asaduzzaman M, Shoriat Ullah M, Zobaer T, 2018. Taguchi S/N based optimization of machining parameters for surface roughness, tool wear and material removal rate in hard turning under MQL cutting condition. Measurement, 122: 380-91.
6. Minitab 18 Statistical Software (2010). [Computer software]. State College, PA: Minitab, Inc. (www.minitab.com)
7. Özdemir M, 2019. Yüzey Pürüzlülüğü üzerinde Kesme Parametrelerinin Etki Oranlarının Yüzey Yanıt Yöntemi Kullanarak Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7(3): 639-648.
8. Özdemir M. 2019. Optimization with Taguchi Method of Influences on Surface Roughness of Cutting Parameters in CNC Turning Processing, Mechanika, 25(5): 397-405.

9. Resmi Gazete, 2013. Çalışanların Gürültü İle İlgili Risklerden Korunmalarına Dair Yönetmelik. 28721, https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2013/07/20130728-11.htm (Erişim Tarihi: 10.04.2020).
10. Rajesh, N, Yohan M, Venkataramaiah P, 2017. Optimization of cutting parameters for minimization of cutting temperature and surface roughness in turning of Al6061 alloy. Materials Today: Proceedings, 4: 8624-32.
11. Ranganath MS, Vipin RS, 2013. Optimization of Process Parameters in Turning Operation of Aluminium (6061) with Cemented Carbide Inserts Using Taguchi Method and Anova. International Journal, 1: 13-21.
12. Sabreena AH, Azma YN, Mohamad O, 2017 "Response Surface Methodology for Optimisation of Parameters for Extraction of Stevia Rebaudiana Using Water, H2O. IIOAB Journal, 7(1): 459-66.
13. Sangwan, KS, Saxena S, Kant G, 2015. Optimization of machining parameters to minimize surface roughness using integrated ANN-GA approach. Procedia Cirp, 29: 305-10.
14. Şahinoğlu A, Güllü A, 2015. CuZn39Pb3 malzemenin torna tezgâhında işlenmesinde oluşan akım, ses şiddeti, titreşim ve yüzey pürüzlülük değeri arasındaki ilişkinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, 29: 3015-10.
15. Tekaslan Ö, Gerger N, Şeker U, 2008. AISI 304 östenitik paslanmaz çeliklerde kesme parametrelerine bağlı olarak yüzey pürüzlülüklerinin araştırılması. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10: 3-12.
16. Verma J, Agrawal P, Bajpai L, 2012. Turning parameter optimization for surface roughness of ASTM A242 Type-1 alloys steel by Taguchi method. International Journal of Advances in Engineering & Technology, 3: 255.