A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Currently, a substantial proportion of the machine-building industry is made up of one-off products or products manufactured in small batches. In this regard, innovative approaches to obtaining such products are being actively applied in order to reduce the cost of special, expensive tooling of the blanking process. Such technologies include the Direct Metal Deposition (DMD) method, the essence of which is the deposition of metal particles from a gas-powder stream. This method has a lot of advantages, but one of the main drawbacks is that the products after growing have a rough surface and do not meet the accuracy requirements of the finished part drawing. Consequently, the parts require further machining by cutting. However, due to the novelty of the materials, there are no regime parameters for machining. In this regard, the aim of the work is to establish the functional relationship between the cutting force and roughness of the machined surface with the feed per tooth during end milling of EuTroLoy 16604 material formed by DMD-method. In this paper an experimental study of cutting force and roughness of machined surface with varying the tooth feed during end milling is carried out. The research method is an experiment on milling of EuTroLoy 16604 material obtained by DMD-method with measuring the output parameters of the process (cutting force and roughness of the machined surface). Results and discussion. The measured values of cutting force and roughness of the machined surface allowed establishing functional and graphical dependences of the output parameters of the milling process on the feed per tooth. It is found that using a cutter with a smaller clearance angle results in lower cutting forces and the surface has a lower height of microroughness. Thus, the developed functional relationships of cutting force and roughness of the machined surface with the feed per tooth allow predicting the output parameters of the cutting process and increasing the efficiency of machining operations by cutting. A promising direction for further work is seen in the study of relative machinability and evaluation of its quantitative value.

About the authors

A. A. Dyuryagin

Email: s.dyuryagin@mail.ru
Post-graduate student, South Ural State University, 76 Prospekt Lenina, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation, s.dyuryagin@mail.ru

D. V. Ardashev

Email: ardashevdv@susu.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, South Ural State University, 76 Prospekt Lenina, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation, ardashevdv@susu.ru

References

  1. Шатульский А.А., Шаповалова М.А. Применение методов прототипирования для изготовления изделий машиностроения // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2011. – № 1. – С. 24–29.
  2. Zekovic S., Kovacevic R. Modeling of laser-based direct metal deposition // Tribology in Industry. – 2006. – Vol. 28. – P. 9–14.
  3. Imran M.K., Masood S.H., Brandt M. Direct metal deposition of H13 tool steel on copper alloy substrate: parametric investigation // Lasers in Manufacturing and Materials Processing. – 2015. – Vol. 2, iss. 4. – P. 242–260. – doi: 10.1007/s40516-015-0018-z.
  4. Wang X., Jiang J., Tian Y. A review on macroscopic and microstructural features of metallic coating created by pulsed laser material deposition // Micromachines. – 2022. – Vol. 13, iss. 5. – doi: 10.3390/mi13050659.
  5. Долговечный А.В., Демидова Л.А., Ханов А.М. Процесс структурообразования в покрытиях при лазернои? наплавке // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2014. – № 1. – С. 49–55. – doi: 10.17073/1997-308X-2014-1-49-55.
  6. Еремина М.А., Ломаева С.Ф., Харанжевский Е.В. Структура и износостойкость покрытий, полученных высокоскоростной лазерной наплавкой механокомпозитов на основе карбогидрида титана // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2021. – № 4. – С. 46–56. – doi: 10.17073/1997-308X-2021-4-46-56.
  7. Micro-milling machinability of DED additive titanium Ti-6Al-4V / G. Bonaiti, P. Parenti, M. Annoni, S. Kapoor // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 10. – P. 497–509. – doi: 10.1016/j.promfg.2017.07.104.
  8. Hybrid manufacturing: influence of material properties during micro milling of different additively manufactured AISI 316L / S. Greco, M. Schmidt, K. Klauer, B. Kirsch, J.C. Aurich // Production Engineering. – 2022. – doi: 10.1007/s11740-022-01139-6.
  9. Dilberoglu U.M., Gharehpapagh B., Yaman U. Current trends and research opportunities in hybrid additive manufacturing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 113. – P. 623–648. – doi: 10.1007/s00170-021-06688-1.
  10. Kim E.J., Lee C.M., Kim D.H. The effect of post-processing operations on mechanical characteristics of 304L stainless steel fabricated using laser additive manufacturing // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 15. – P. 1370–1381. – doi: 10.1016/j.jmrt.2021.08.142.
  11. Szykiedans K., Credo W. Mechanical properties of FDM and SLA low-cost 3-D prints // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 136. – P. 257–262. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.01.207.
  12. Cutting force and surface finish analysis of machining additive manufactured titanium alloy Ti-6Al-4V / A. Polishetty, M. Shunmugavel, M. Goldberg, G. Littlefair, R.K. Singh // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 7. – P. 284–289. – doi: 10.1016/j.promfg.2016.12.071.
  13. Machining of additively manufactured parts: implications for surface integrity / O. Oyelola, P. Crawforth, R. M’;Saoubi, A.T. Clare // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 45. – P. 119–122. – doi: 10.1016/j.procir.2016.02.066.
  14. Manna A., Bhattacharayya B. A study on machinability of Al/SiC-MMC // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 140. – P. 711–716. – doi: 10.1016/S0924-0136(03)00905-1.
  15. Influence of cutting conditions on the surface roughness of titanium-alloy parts produced by additive and traditional methods / K.R. Muratov, E.A. Gashev, T.R. Ablyaz, A.A. Panteleev // Russian Engineering Research. – 2021. – Vol. 41, iss. 5. – P. 434–436. – doi: 10.3103/S1068798X21050129.
  16. A comparative study of dry and cryogenic milling for Directed Energy Deposited IN718 components: effect on process and part quality / T. Souflas, H. Bikas, M. Ghassempouri, A. Salmi, E. Atzeni, A. Saboori, I. Brugnetti, A. Valente, F. Mazzucato, P. Stavropoulos // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 119. – P. 745–758. – doi: 10.1007/s00170-021-08313-7.
  17. An experimental investigations on effects of cooling/lubrication conditions in micro milling of additively manufactured Inconel 718 / M. Danish, K. Aslantas, A. Hascelik, S. Rubaiee, M.K. Gupta, M.B. Yildirim, A. Ahmed, A. Mahfous // Tribology International. – 2022. – Vol. 173. – P. 1–13. – doi: 10.1016/j.triboint.2022.107620.
  18. Experimental studies on fabricating functionally gradient material of stainless steel 316L-Inconel 718 through hybrid manufacturing: directed energy deposition and machining / R. Zhang, K.M. Nagaraja, N. Bian, E. Fisher, S. Ahmadyar, K. Bayazitoglu, H. Lu, W. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 120. – P. 7815–7826. – doi: 10.1007/s00170-022-09304-y.
  19. Study of the structural characteristics of titanium alloy products manufactured using additive technologies by combining the selective laser melting and direct metal deposition methods / M. Samodurova, I. Logachev, N. Shaburova, O. Samoilova, L. Radionova, R. Zakirov, K. Pashkeev, V. Myasoedov, E. Trofimov // Materials. – 2019. – Vol. 12. – doi: 10.3390/ma12193269.
  20. Режимы резания металлов: cправочник / Ю.В. Барановский, Л.А. Брахман, А.И. Гдалевич и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: НИИТавтопром, 1995. – 456 с.
  21. Study on microstructure, mechanical properties and machinability of efficiently additive manufactured AISI 316L stainless steel by high-power direct laser deposition / P. Guo, B. Zou, C. Huang, H. Gao // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 240. – P. 12–22. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.09.005.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».