مدلسازی فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی سوپرآلیاژ تک کریستال پایه نیکل با ترکیب روش عددی و طراحی آزمایش‌ها

به سبب پدیده‌های فیزیکی، شیمیایی و هیدرودینامیکی پیچیده‌ای که در حین فرآیند رخ می‌دهد، مدلسازی پارامترها و بطور کلی تدوین تکنولوژی براده‌برداری و کسب دانش فنی بسیار دشوار می‌باشد. از این‌رو ارائه روشی با قابلیت تکرار پذیری بالا و مناسب از نقطه نظر زمان و هزینه جهت مدلسازی فرآیند از اهمیت بسزایی برخوردار می‌باشد. در این مقاله ابتدا به کمک روش عددی و نرم‌افزار کامسول به شبیه‌سازی فرایند پرداخته شده است. سه پارامتر ولتاژ، پیشروی ابزار و غلظت الکترولیت بعنوان متغیر طراحی و اضافه ماشینکاری (دقت ابعادی) و نرخ براده‌برداری بعنوان متغیر پاسخ در نظر گرفته شده است. 15 آزمایش هدفمند با استفاده از طراحی باکسبنکن جهت پیاده‌سازی روش سطح پاسخ انتخاب شده است. سپس شبیه‌سازی با توجه به طرح آزمایش و نرم‌افزار کامسول اجرا شده است. جنس قطعه‌کار سوپر آلیاژ تک کریستال پایه نیکل انتخاب شده که به دلیل بهبود خواص مکانیکی آن در صنایع پیشرفته کاربرد دارد. در نتیجه دو مدل ریاضی درجه دوم که رابطه بین دو متغیر پاسخ با پارامترهای ورودی را نشان می‌دهد، بدست آمده است. کفایت و صحت این دو مدل ریاضی به کمک تحلیل واریانس، ضریب همبستگی و نمودارهای مربوطه مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته است. از این‌رو ترکیب شبیه‌سازی عددی و طراحی آزمایش‌ها به منظور مدلسازی و بررسی تاثیر پارامترهای ورودی ماشینکاری الکترشیمیایی سوپر آلیاژ تک‌کریستال پایه نیکل بر روی متغیرهای پاسخ به نحو مطلوبی اجرا شده است.

Modeling of Electrochemical Machining of NickelBased Single Crystal Super Alloy by Combining Numerical and Design of Experiments Methods

The electrochemical machining process is an anodic dissolution process. Due to the inherent nature of the process and the complex physical, chemical, and hydrodynamic phenomena that occur during the process, it is difficult to model the process parameters. Therefore, a highly repeatable and appropriate method in terms of time and cost is important for modeling. In this paper, the simulation of the process is firstly performed by the numerical method and the Comsol software. The voltage, tool feed rate and electrolyte concentration are considered as input parameters and machining overcut and the material removal rate are considered as the response variables. 15 experiments were selected using the BoxBehnken design method to implement the response surface methodology. Then, the simulation was performed according to the experimental design in the Comsol software. Nickelbased single crystal superalloy workpiece is selected due to its improved mechanical properties. As a result, two quadratic mathematical models showing the relationship between two response variables with the input parameters are obtained. The adequacy and accuracy of these two mathematical models have been examined by the analysis of variance, correlation coefficient, and related graphs. Therefore, the combination of numerical simulation and design of experiments for modeling and investigating the effect of input parameters of electrochemical machining of the nickelbased singlecrystal superalloy has been implemented in a favorable manner.