Published

2016-09-01

Statistical analysis of surface roughness of machined graphite by means of CNC milling

Análisis estadístico de la rugosidad superficial en el fresado CNC de grafito

Keywords:

Graphite, factorial design, average roughness, percentage of predictive error (en)
Grafito, diseño factorial, rugosidad media, porcentaje del error predictivo (es)

Downloads

Authors

  • Orquídea Sánchez López Universidad Tecnológica de la Mixteca
  • Armando Rosas González Universidad Tecnológica de la Mixteca
  • Ignacio Hernández Castillo Universidad Tecnológica de la Mixteca

The aim of this research is to analyze the influence of cutting speed, feed rate and cutting depth on the surface finish of grade GSP-70 graphite specimens for use in electrical discharge machining (EDM) for material removal by means of Computer Numerical Control (CNC) milling with low-speed machining (LSM). A two-level factorial design for each of the three established factors was used for the statistical analysis. The analysis of variance (ANOVA) indicates that cutting speed and feed rate are the two most significant factors with regard to the roughness obtained with grade GSP-70 graphite by means of CNC milling. A second order regression analysis was also conducted to estimate the roughness average (Ra) in terms of the cutting speed, feed rate and cutting depth. Finally, the comparison between predicted roughness by means of a second order regression model and the roughness obtained by machined specimens considering the combinations of low and high levels of roughness is also presented.

El objetivo de esta investigación es analizar la influencia de la velocidad de corte, la velocidad de avance y la profundidad de corte en el acabado superficial de probetas de grafito grado GSP-70, para su uso en la remoción de material mediante descarga eléctrica (EDM), generadas mediante el proceso de fresado de control numérico computarizado (CNC) con velocidades bajas de maquinado (LSM). Para el análisis estadístico, se utilizó un diseño factorial con dos niveles en cada uno de los tres factores establecidos. Del análisis de varianza (ANOVA) calculado, se obtuvo que la velocidad de corte y la velocidad de avance son los factores más significativos en la rugosidad obtenida en el grafito grado GSP-70 usando fresado CNC. Así mismo, se realizó un análisis de regresión de un modelo de segundo orden para estimar la rugosidad media (Ra) en términos de la velocidad de corte, velocidad de avance y profundidad de corte. Por último, se presenta la comparación entre la rugosidad estimada mediante el modelo de regresión de segundo orden y la rugosidad obtenida de las probetas maquinadas considerando las combinaciones de menor y mayor rugosidad.

References

Aliyev, R. & Hentschel, B. (2010). High-speed milling of dusting materials. International Journal of Machining and Machinability of Materials, 8(3/4), 249-265.DOI: 10.1504/IJMMM.2010.036138

ASME B46.1 (1995). Surface texture (surface roughness, waviness and lay). The American Society of Mechanical Engineers. USA.

Bertrand, R., Kratochvil, R. & de Oliveira, J. (2006). High-speed finishing milling of industrial graphite electrodes. Journal of Materials Processing Technology, 179(1/3), 128-132.

Campubrí, A. (2007). Electro-erosión: fundamentos de su física y su técnica. Marcombo Ediciones Técnicas, Spain.

Fatimahtul, S. (2009). A study on graphite machining. University Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia.

Gutiérrez, H. & de la Vara, R. (2008). Análisis y diseño de experimentos. McGraw-Hill S. A. de C. V. México.

Ho, K. H. & Newman, S. T. (2003). State of the art electrical

discharge machining (EDM). International Journal of Machine, Tools & Manufacture, 43(13), 1287-1300.DOI: 10.1016/S0890-6955(03)00162-7

Klocke, F., Schwade, M., Klink, A. & Veselovac, D. (2013). Analysis of material removal rate and electrode wear in sinking EDM roughing strategies using different graphite grades, Procedia CIRP, 6, 163-167.DOI: 10.1016/j.procir.2013.03.079

Kratochvil, S. (2004). Fresamento de acabamento em altas velocidades de corte para eletrodos de grafita industrial. Universidade Federal de Santa Catarina, Brazil.

Mata-Cabrera, F., Hanafi, I., Khamlichi, A., Jabbouri, A. & Bezzazi, M. (2013). Predictive Models for Different Roughness Parameters During Machining Process of Peek Composites Using Response Surface Methodology. Ingeniería, Investigación y Tecnología, 14(4), 463-474.

Menéndez, J. A. (2012). El carbón en la vida cotidiana: De la pintura rupestre a la estación espacial. CreateSpace Independent Publishing Plataform, Spain.

Mersen (2011). Grafitos ELLOR® para el mecanizado por Electroerosión. Spain.

Montgomery, D. C. (2004). Diseño y Análisis de Experimentos. Editorial Limusa S. A. de C. V., México.

Montgomery, D. C., Peck, E. A. & Vining, G. G. (2006). Introducción al análisis de regresión lineal. Compañía Editorial Continental, México.

Poco Graphite Inc. (2006). Guía para la selección de grafito EDM de POCO. USA.

Schultheiss, F., Hägglund, S., Bushlya, V., Zhou, J. & Ståhl, J-E. (2014). Influence of the minimum chip thickness on the obtained surface roughness during turning operations. Procedia CIRP, 13, 67-71. DOI: 10.1016/j.procir.2014.04.012

Singh, J. & Kumar, V. (2012). Investigation on the Material Removal Mechanism and the Thermal Aspects in the Electrical Discharge Machining Process. International Journal of Engineering and Technology, 2(9), 1503-1507.

Sommer, C. & Sommer, S. (2005). Complete EDM Handbook. Advance Publishing Inc. USA.

SP3 Diamond Cutting Tools (2011). Machining Guides for DIAbide Cutting Tools. USA.

Tanco, P., Viles, E., Ilzarbe, L. & Álvarez, M. J. (2007). Manufacturing industries need Design of Experiments (DoE). Lectures notes in Engineering and Computer Science, 2, 1108-1113.

Toyo Tanso Group Company (2008). Graphites for E. D. M. Germany.

Wang, C. Y., Zhou, L., Fu, H. & Hu, Z. L. (2007). High speed milling of graphite electrode with endmill of small diameter. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 20, (4), 27-31.DOI: 10.3901/CJME.2007.04.027

Wardono, B., Xue Fang, Y. & Minhat, M. (2011). An Assessment on Graphite Milling Characteristics. ICE SEAM 2011, 874-881.

Yung-Kuang, Y., Ming-Tsan, C. & Show-Shyan, L. (2009). Optimization of dry machining parameters for high-purity graphite in end milling process via design of experiments methods. Journal of Materials Processing Technology, 209(9), 4395-4400. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.11.021