This paper outlines the Taguchi optimization methodology, which is applied to optimize cutting parameters in end milling when machining STS304 with TiAlN coated SKH59 tool under up and down end milling conditions. The end milling parameters evaluated are depth of cut, spindle speed and feed rate. An orthogonal array, signal-to-noise (S/N) ratio and analysis of variance (ANOVA) are employed to analyze the effect of these end milling parameters. The Taguchi design is an efficient and effective experimental method in which a response variable can be optimized, given various control and noise factors, using fewer resources than a factorial design. An orthogonal array of $L_9(33)$ was used. The most important input parameter for cutting force, however, is the feed rate, and depending on the cutter rotation direction. Finally, confirmation tests verified that the Taguchi design was successful in optimizing end milling parameters for cutting force.
In this work, tool holder system has been designed and builted to measure cutting forces in diamond turning. This system design includes a 3-component piezo-electric tranducer. Initial experiments with tool holder system included verification of its predicted dynamic characteristics as well as a detailed study of cutting parameters. Tool holder system is modeled by considering the element dividing, material properties, and boundary conditions using MSC/PATRAN. Mode and frequency analysis of structure is simulated by MSC/NASTRAN, for the purpose of developing the effective design. Many cutting experiments have been conducted on 6061-T6 aluminum. Tests have involved investigation of velocity effects, and the effects of depth and feedrate on tool force. Forces generally increase with increasing depth of cut. Increasing feedrate does not necessarily lead to higher forces.
End milling is an important and common machining operation because of its versatility and capability to produce various profiles and curved surfaces. This paper presents an experimental study of the cutting force variations in the end milling of SM25C with HSS(high speed steel) and carbide tool. This paper involves a study of the Taguchi design application to optimize cutting force in a end milling operation. The Taguchi design is an efficient and effective experimental method in which a response variable can be optimized, given various control and noise factors, using fewer resources than a factorial design. This study included feed rate, spindle speed and depth of cut as control factors, and the noise factors were different cutting tool in the same specification. An orthogonal array of $L_9(3^3)$ of ANOVA analyses were carried out to identify the significant factors affecting cutting force, and the optimal cutting combination was determined by seeking the best cutting force and signal-to-noise ratio. Finally, confirmation tests verified that the Taguchi design was successful in optimizing end milling parameters for cutting force.
Hilal Singer;Abdullah C. Ilce;Yunus E. Senel;Erol Burdurlu
Safety and Health at Work
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v.15
no.3
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pp.317-326
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2024
Background: Dust generated during various wood-related activities, such as cutting, sanding, or processing wood materials, can pose significant health and environmental risks due to its potential to cause respiratory problems and contribute to air pollution. Understanding the factors influencing dust emission is important for devising effective mitigation strategies, ensuring a safer working environment, and minimizing environmental impact. This study focuses on developing an artificial neural network (ANN) model to predict dust emission values in the machining of black poplar (Populus nigra L.), oriental beech (Fagus orientalis L.), and medium-density fiberboards. Methods: The multilayer feed-forward ANN model is developed using a customized application built with MATLAB code. The inputs to the ANN model include material type, cutting width, number of blades, and cutting depth, whereas the output is the dust emission. Model performance is assessed through graphical and statistical comparisons. Results: The results reveal that the developed ANN model can provide adequate predictions for dust emission with an acceptable level of accuracy. Through the implementation of the ANN model, the study predicts intermediate dust emission values for different cutting widths and cutting depths, which are not considered in the experimental work. It is observed that dust emission tends to decrease with reductions in cutting width and cutting depth. Conclusion: This study introduces an alternative approach to optimize machining-process conditions for minimizing dust emissions. The findings of this research will assist industries in obtaining dust emission values without the need for additional experimental activities, thereby reducing experimental time and costs.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology
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v.5
no.5
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pp.593-604
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2018
Laser-assisted machining (LAM) is known to be an effective and economical technique for improving the machinability of difficult-to-machine materials. In the LAM method, material is preheated using a laser heat source and then the preheated area is removed by following cutting tool. For laser-assisted turning (LAT), the configuration of the system is not complicated because laser irradiates from a fixed position. In contrast, laser-assisted milling (LAMill) system is not only complicated but also difficult to control because laser heat source must always move ahead of the cutting tool along a three dimensional (3D) tool path. LAMill is still early stage and cannot yet be used to machine finished products with 3D shapes. In this study, a laser-assisted fillet milling process was developed for machining 3D shapes. There are no prior studies combining fillet milling and LAMill. Laser-assisted fillet milling strategy was proposed, and effective depth of cut (EDOC) was obtained using thermal analysis. Experiments were designed using response surface method and cutting force prediction equations were developed using statistical analysis and regression analysis. The optimum machining conditions were also proposed, and energy efficiency of the LAMill was analyzed by comparing the specific cutting energy of conventional machining (CM) and LAMill.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.365-369
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2004
The Advantages of hot machining are the reduction of cutting forces, tool wear, and the increase of material removal rates. In this study, a hot-machining using gas flame heating characteristics of milling by CBN tip was analyzed, and the influence of the surface temperature and the depth of cut on the tool life were investigated. The results show that hot machining of tungsten carbide-alloyed is more effective than conventional machining. In addition, some advantages obtained from hot machining, such as decrease of tool wear and cutting force, high surface quality.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.6
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pp.573-584
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2014
In this study, the variations of cutter acting forces depending on cutting conditions were examined to obtain basic data for roadheader cutting head design. The linear cutting tests were performed in the condition of different attack angles, penetration depths, cutter spacings by using a slim conical pick for the light cutting condition. Cutter acting forces were measured by 3-directional load cell under different test conditions, and the analysis for cutting performance were carried out after calculating average values of the measured results. It is confirmed that the optimal cutting condition for the mortar specimen is the 50 degree attack angle, the cutter spacing of 12 mm, the cutting depth of 9 mm which are obtained from the analysis results. In addition, 50 degree attack angle is more effective than 45 degree attack angle to design optimal specifications of cutting head.
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Jo, Seon-Ah;Jung, Ju-Hwan;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.395-409
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2022
To overcome the limitation of conventional rock excavation methods, the excavation with abrasive waterjet has been actively developed. The abrasive waterjet excavation method has the effect of reducing blasting vibration and enhancing the excavation efficiency by forming a continuous free surface on the rock. However, the waterjet cutting performance varies with rock fracturing characteristics. Thus, it is necessary to analyze the cutting performance for various rocks in order to effectively utilize the waterjet excavation. In this study, cutting experiments with the high pressure waterjet system were performed for basalt and granite specimens. Water pressure, standoff distance, and traverse speed were determined as effective parameters for the abrasive waterjet cutting. The cutting depth and width of basalt specimens were analyzed to compare with granite results. The averaged cutting depth of basalt was shown in 41% deeper than granite; in addition, the averaged cutting width of basalt was formed by 18.5% narrower than granite. The results of this study are expected to be useful basic data for applying rock excavation site with low strength and high porosity such as basalt.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.6
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pp.1121-1140
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1992
In metal cutting the shape of generated chip varies according to cutting conditions, characteristics of workpiece and geometry of cutting tool. The best surface roughness of machined workpiece is obtained when generating flow type contrinuous chip. If the generated chip is not broken, that is not only tangled workpiece and cutting tool, but also may give damage on the machined surface of workpiece or danger for a operator. The flow type continuous chip may bring the low productivity in high speed any heavy cutting, automatic machining process and non-human factory. There are two type of chip break process ; controlling cutting condition and using chip breaker. In present study we carried out the experiment on new type chip breaker compared with conventional type and proved the efficiency of a new type and showed the chip break condition to be applied in actual metal cutting. In the experiment SM 20 C as a workpiece material and WC as a tool material were used and cutting speed of 30-150m/min, feed of 0.071-0.210mm/rev and depth of cut of 1mm were applied as cutting condition. The results of the experiment are as follows : (1) The mechanism of chip curl can be explained more clearly by plastic flow of workpiece material and moment of shearing force. (2) The most effective radius of curled chip and flat distance from cutting edge is 2.0-2.5mm and 1.5mm in both types. (3) The effective inclination angle of chip break surface and side cutting edge angle are 30.deg.- 45.deg. and 20.deg. in conventional type, while the radius of arc surface, lower arc angle A, upper arc angle B and side cutting edge angle are 3mm, 20.deg.- 45.deg., 0.deg.- 45.deg. and 10.deg.- 20.deg. in new type. (4) The probability to be obtained 100% chip breaking ratio is much higher in new type than in conventional type.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.6
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pp.81-88
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2022
Titanium alloy (Ti-6Al-4V) has excellent mechanical properties and high specific strength; therefore, it is widely used in aerospace, automobile, defense, engine parts, and bio fields. Particularly in the aerospace field, as it has a low specific gravity and rigidity, it is used for the purpose of increasing energy efficiency through weight reduction of parts, and most have a thin-walled structure. However, it is extremely difficult to machine thin-walled shapes owing to vibration and deformation. In the case of thin-walled structures, the cutting forces and vibrations rapidly increase depending on the cutting conditions, significantly affecting the surface integrity and tool life. In this study, machining experiments on thin-wall milling of a titanium alloy (Ti-6Al-4V) were conducted for each experimental condition with different axial depths of cut, radial depth of cut, and machining sequence. The machining characteristics were analyzed, and an effective machining method was derived by a comprehensive analysis of the machined surface conditions and cutting signals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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