Effects of Cutting Parameters on Quality of Surface Produced by Machining of Titanium Alloy and Their Optimization

Titanium alloy (Ti-6Al-4V) has been extensively used in aircraft turbine-engine components, aircraft structural components, aerospace fasteners, high performance automotive parts, marine applications, medical devices and sports equipment. However, wide-spread use of this alloy has limits because of difficulty to machine it. One of the major difficulties found during machining is development of poor quality of surface in the form of higher surface roughness. The present investigation has been concentrated on studying the effects of cutting parameters of cutting speed, feed rate and depth of cut on surface roughness of the product during turning of titanium alloy. Box-Behnken experimental design was used to collect data for surface roughness. ANOVA was used to determine the significance of the cutting parameters. The model equation is also formulated to predict surface roughness. Optimal values of cutting parameters were determined through response surface methodology. A 100% desirability level in the turning process for economy was indicated by the optimized model. Also, the predicted values that were obtained through regression equation were found to be in close agreement to the experimental values.

Stop tytanu (Ti-6Al-4V) jest szeroko stosowany do budowy elementów turbinowych silników lotniczych i innych podzespołów samolotów, elementów złącznych w technice lotniczej i astronautycznej, wysokiej jakości części samochodowych, w technice okrętowej i medycznej, a także w sprzęcie sportowym. Niemniej, powszechne zastosowanie tego stopu jest ograniczone trudnościami z jego obróbką. Jednym z podstawowych problemów jest niska jakość obrabianej powierzchni, która charakteryzuje się znaczną chropowatością. Przedstawiona praca jest poświęcona badaniu wpływu parametrów skrawania, takich jak szybkość skrawania, szybkość posuwu i głębokość skrawania na chropowatość powierzchni uzyskaną w procesie toczenia stopu tytanu. Przy zbieraniu danych nt. chropowatości powierzchni wykorzystano planowanie eksperymentu metodą Boxa-Behnkena. Do określenia poziomu istotności parametrów skrawania zastosowano metodę analizy wariancji, ANOVA. Sformułowano także równania modelu, pozwalającego przewidzieć chropowatość powierzchni. Optymalne wartości parametrów skrawania wyznaczono, stosując metodę powierzchni odpowiedzi (RSM). Wartości parametrów wyznaczone na podstawie równań regresji są bardzo bliskie wartościom uzyskanym eksperymentalnie.