Investigation of Cutting Parameters Effect's on Surface Roughness ‎and Tool Wear in CNC Milling of Aluminum Alloy 6061‎

الملخص

تتناول هذه الدراسة الشاملة بشكل منهجي خصائص قابلية التشغيل لسبيكة الألمنيوم 6061-T6 من خلال عمليات تفريز نهائي دقيقة باستخدام ماكنة CNC ثلاثية المحاور من نوع مركز تشغيل عمودي (VMC). تم اعتماد منهجية تجريبية باستخدام قاطع تفريز نهائي مصنوع من الفولاذ عالي السرعة (HSS) مكوّن من خمس شفرات وبقطر 10 مم، مع تشغيل تحت نظام تبريد غامر بمعدل تدفق 15 لتر/دقيقة باستخدام مستحلب زيت قابل للذوبان في الماء بنسبة 1:20، وذلك للحفاظ على الاستقرار الحراري وتحسين إزالة الرايش.

تم استخدام مصفوفة تاغوتشي المتعامدة L₉ لإجراء دراسة فعالة للمعلمات الثلاثة الأساسية لعملية القطع، وهي: سرعة دوران المغزل N (1000، 2000، 3000 دورة/دقيقة)، معدل التغذية f (100، 200، 300 مم/دقيقة)، وعمق القطع المحوري d (0.5، 1.0، 1.5 مم).

أظهرت نتائج تحليل التباين (ANOVA) بشكل قاطع أن معدل التغذية f هو العامل الأكثر تأثيرًا على خشونة السطح الحسابية Rₐ بنسبة مساهمة بلغت 74.8% (قيمة F = 110.2، ومستوى دلالة p < 0.001)، في حين أن سرعة المغزل N هي العامل الرئيسي المؤثر في تطور تآكل الوجه الجانبي للأداة V _b بنسبة مساهمة بلغت 60.1%.

كما تم اكتشاف ظاهرة جديدة تُعرف بـ"ازدحام الرايش" (Chip Crowding)، والتي تظهر عند معدلات إزالة مادة (MRR) تتجاوز 3000 مم³/دقيقة، حيث تؤدي محدودية سعة مجاري القاطع ذي الخمس شفرات إلى إعادة قطع الرايش، مما يسبب تدهورًا حادًا في جودة السطح (زيادة في Rₐ بنسبة تصل إلى 260%.

أظهرت نماذج الانحدار الخطي المتعدد المطورة دقة تنبؤيه عالية جدًا، حيث بلغت قيمة معامل التحديد R² نسبة 96.5% لخشونة السطح Rₐ و92.8% لتآكل الأداة  V _b، وقد تم التحقق من هذه النماذج من خلال تجارب تأكيدية (التجربة 7: القيمة المتوقعة 0.52 مايكرومتر مقابل القيمة المقاسة 0.55 مايكرومتر، بنسبة خطأ 5.5%.

تم تحديد أفضل توليفة للمعلمات (A3B1C1)، والتي تشمل سرعة 3000 دورة/دقيقة، ومعدل تغذية 100 مم/دقيقة، وعمق قطع 0.5 مم، حيث حققت تقليلًا في خشونة السطح بنسبة 69%، مما يشكّل معيارًا صناعيًا مرجعيًا لتشغيل التشطيب لسبيكة Al6061-T6.