Analysis on surface integrity and sustainability assessment in electrical discharge machining of engineered Al-22%SiC metal matrix composite

• Naik, Subhashree ^[1] ; Ranjan Das, Sudhansu ; Dhupal, Debabrata ^[1] ; Kumar Khatua, Ajit
  1. [1] Veer Surendra Sai University of Technology

     Veer Surendra Sai University of Technology

     India

     
• Localización: Revista de metalurgia, ISSN 0034-8570, Vol. 57, Nº. 4, 2021
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis de la integridad de la superficie y evaluación de la sostenibilidad en el mecanizado por electroerosión de un material compuesto de matriz metálica ingenieril Al-22% SiC
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• Resumen
  • español

    En vista de las amplias aplicaciones que tienen los materiales compuestos ingenieriles de matriz metálica, particularmente en las industrias automotriz, eléctrica y aeroespacial, dar forma a estos materiales es un desafío realmente difícil. Esta investigación aborda el mecanizado por electroerosión de un material compuesto de matriz metálica Al-22% SiC para analizar la rugosidad de la superficie de las piezas mecanizadas. Se realizan una serie de pruebas de mecanizado en diversas condiciones de procesado (presión de chorro, voltaje, tiempo de activación del pulso, corriente de descarga, tiempo de desactivación del pulso) obtenido por un diseño Box- Behnken. Adicionalmente, este trabajo aborda la metodología de optimización deseada y modelado predictivo para la minimización de la calidad de la superficie mecanizada empleando la metodología de superficie de respuesta. Basado en el punto de vista motivacional de “Sea verde-piense en verde-actúe en verde”, se ha sugerido un enfoque único para el análisis económico y la evaluación de sostenibilidad para determinar el costo total de mecanizado por pieza y para justificar la utilidad del aceite vegetal como medio dieléctrico en el proceso de electroerosión. De acuerdo con este análisis estadístico, la contribución de la corriente de descarga de chispa se identificó como el factor principal en la degradación de la calidad de la superficie. El valor de rugosidad superficial óptima estimado (Ra) de 0,181 µm y el coste total de mecanizado calculado por pieza de Rs. 245,9 (2,95 €) se prefirieron con un tiempo de activación del pulso de 100 µs, voltaje de 1 V, tiempo de desactivación de pulso de 30 µs, corriente de descarga de 4 A y presión de lavado de 0,056 MPa, lo que indica que es tecno-económicamente viable. El aceite vegetal considerado como fluido dieléctrico es biodegradable, ambientalmente seguro y, por tanto, contribuye a tener una producción sostenible. Los datos de mecanizado de este material compuesto Al-SiC serían beneficiosos para la industria.

  • English

    In view of the widespread applications of engineered metal matrix composites, particularly in automobile, electricity, aerospace industries; the achievement of the desired form is a really tough challenge. This research addresses electrical discharge machining (EDM) of engineered Al-22%SiC metal matrix composite (MMC) to analyze the surface roughness of the machined parts. A series of machining trials are performed under varied process conditions (flushing pressure, gap voltage, pulse-on-time, discharge current, pulse-off-time) obtained by Box-Behnken design. Additionally, this work addresses on desirability optimization methodology and predictive modelling for the minimization of machined surface quality employing the response surface methodology (RSM). Based on the motivational viewpoint of “Go green-Think green-Act green”, a unique approach has been suggested for the economic analysis and the sustainability assessment to determine the overall machining cost per part and to justify the usefulness of vegetable oil as dielectric medium in the EDM process. According to this statistical analysis, the contribution of spark discharge current was identified as the leading factor in surface quality degradation. The estimated optimal surface roughness (Ra) value of 0.181 µm and the calculated overall machining cost per part of Rs. 245.9 (2.95 €) were preferred at pulse-on-time of 100 µs, gap voltage of 1 V, pulse-off-time of 30 µs, discharge current of 4 A and flushing pressure of 0.056 MPa, which indicates that it is techno-economically viable. The vegetable oil considered as dielectric fluid is biodegradable, environmentally safe and, thus, contributes to having a sustainable production. The Al-SiC MMC machining data would be beneficial to the industry.