Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The paper presents the results of a study of the use of a tool electrode (TE), manufactured by selective laser alloying from MS1 maraging steel powder for copy-piercing electrical discharge machining (EDM). Purpose of the work: experimental study of the features of the use of additively manufactured TE in the EDM of critical products. Research methods. The specimens were prepared using a ReaLizer SLM 50 system. The starting material was spherical MS1 powder with an average particle size of 30 μm. To test the modes and select a TE sample with the least number of surface defects, four manufacturing modes were tested, and the best TE sample was selected for further research. The EDM was carried out on EMT Smart CNC equipment in a dielectric oil environment. The specimens were installed in a clamp with straight polarity and were used as TE; a 0.12C-18Сr-10Ni-Тi steel plate served as the workpiece electrode. The study was conducted using a factorial experiment (type 23) with a central design. The input data of the factorial experiment is the current I (A), voltage U (W), pulse on time Ton (μs). The output parameters were the roughness parameter Ra and tool electrode wear γ. The roughness parameter Ra was measured using a Mahr Perthometer S2. Results and discussion. TE samples were made from MS1 powder using the SLS method; the highest quality TE sample No. 4 was selected for EDM. Empirical equations are obtained that describe the relationship between the roughness parameter Ra and tool electrode wear γ, depending on the EDM modes. At the minimum mode with a current I = 4 A and a voltage U = 50 V, the tool electrode wear is γ = 0.0063875 g. The maximum tool electrode wear is γ = 0.13938 g with a current I = 8 A and a voltage U = 50 V. It is established that at a constant pulse on time Ton = 75 μs, the smallest roughness Ra = 2.83 μm is obtained at a current of I = 4 A and a voltage U = 100 V, and the maximum roughness is Ra = 4.1568 μm at I = 8 A and U = 100 V.

About the authors

T. R. Ablyaz

Email: lowrider11-13-11@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6607-4692
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, lowrider11-13-11@mail.ru

V. B. Blokhin

Email: warkk98@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-2693-6580
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, warkk98@mail.ru

E. S. Shlykov

Email: Kruspert@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8076-0509
Ph.D. (Engineering), Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, Kruspert@mail.ru

K. R. Muratov

Email: Karimur_80@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7612-8025
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, Karimur_80@mail.ru

I. V. Osinnikov

Email: ilyuhaosinnikov@bk.ru
ORCID iD: 0009-0006-4478-3803
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, ilyuhaosinnikov@bk.ru

References

  1. Rajurkar K.P., Sundaram M.M., Malshe A.P. Review of electrochemical and electrodischarge machining // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 6 (2). – P. 13–26. – doi: 10.1016/j.procir.2013.03.002.
  2. Dimla D.E., Hopkinson N., Rothe H. Investigation of complex rapid EDM electrodes for rapid tooling applications // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2004. – Vol. 23 (3). – P. 249–255. – doi: 10.1007/s00170-003-1709-8.
  3. Ho K.H., Newman S.T.  State of the art electrical discharge machining (EDM) // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. Vol. 43. – Iss. 13. – P. 1287–1300. – doi: 10.1016/S0890-6955(03)00162-7
  4. Experimental study on debris evacuation during slot EDMing / I. Ayesta, O. Flaño, B. Izquierdo, J.A. Sanchez, S. Plaza // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 42. – P. 6–11. – doi: 10.1016/j.procir.2016.02.174.
  5. Application of additive manufactured tungsten carbide-cobalt electrodes with interior flushing channels in S-EDM / E. Uhlmann, J. Polte, R. Bolz, S. Yabroudi, J. Streckenbach, A. Bergmann // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 95. – P. 460–465. – doi: 10.1016/j.procir.2020.03.136.
  6. Application of additive manufactured tungsten carbide tool electrodes in EDM / E. Uhlmann, A. Bergmann, R. Bolz, W. Gridin // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 68. – P. 86–90. – doi: 10.1016/j.procir.2017.12.027.
  7. Rathi M.G., Mane D.V. An overview of additive mixed EDM // International Journal of Scientific and Research Publications. – 2014. – Vol. 4 (11). – P. 1–6.
  8. Design and additive manufacturing of optimized electrodes for energy storage applications / M.D. Batista, S. Chandrasekaran, B.D. Moran, M.S. Troya // Carbon. – 2023. – Vol. 205. – P. 262–269. – doi: 10.1016/j.carbon.2023.01.044.
  9. Gu D., Shen Y., Xiao J. Influence of processing parameters on particulate dispersion in direct laser sintered WC–Co p/Cu MMCs // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2008. – Vol. 26 (5). – P. 411–422. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2007.09.005.
  10. Investigation of the machinability of composite materials electrode-tools while EDM / A.O. Grisharin, N.D. Ogleznev, K.R. Muratov, T.R. Ablyaz // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 510 (1). – P. 1–5. – doi: 10.1088/1757-899X/510/1/012006.
  11. Singh P., Sidhu S.S., Payal H.S. Fabrication and machining of metal matrix composites: a review // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 31 (5). – P. 1–21.
  12. Thakur A., Pabla B.S. Surface modification using composite electrodes in EDM: a review // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. – 2023. – Vol. 11 (10). – P. 1008–1013. – doi: 10.22214/ijraset.2023.56134.
  13. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering / F.L. Amorim, T. Czelusniak, C.F. Higa, A. Lohrengel // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 72. – P. 9–12. – doi: 10.1007/s00170-014-5765-z.
  14. Performance of sinking EDM electrodes made by selective laser sintering technique / F.L. Amorim, A. Lohrengel, N. Muller, G. Schafer, T. Czelusniak // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 65. – P. 9–12. – doi: 10.1007/s00170-012-4267-0.
  15. Prospects for laser based powder bed fusion in the manufacturing of metal electrodes: a review / P. Nyamekye, P. Nieminen, M.R. Bilesan, E. Repo, H. Piili, A. Salminen // Applied Materials Today. – 2021. – Vol. 23. – P. 1–20. – doi: 10.1016/j.apmt.2021.101040.
  16. Residual porosity of 3D-LAM-printed stainless steel electrodes allows galvanic exchange platinisation / J. Weber, A.J. Wain, H. Piili, A. Vuorema // ChemElectroChem. – 2016. – Vol. 3 (6). – P. 1–24. – doi: 10.1002/celc.201600098.
  17. Sahu A.K., Mahapatra S.S. Performance analysis of tool electrode prepared through laser sintering process during electrical discharge machining of titanium // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 106 (6). – P. 1017–1041. – doi: 10.1007/s00170-019-04675-1.
  18. Experimental research on preparation and machining performance of porous electrode in electrical discharge machining / Y. Jiang, L. Kong, J. Yu, C. Hua // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2022. – Vol. 36 (1–3). – P. 1–15. – doi: 10.1007/s12206-022-1134-2.
  19. Zhang B., Li Y., Bai Q. Defect formation mechanisms in selective laser melting: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2017. – Vol. 30 (3). – P. 515–527. – doi: 10.1007/s10033-017-0121-5.
  20. Defect, microstructure, and mechanical property of Ti-6Al-4V alloy fabricated by high-power selective laser melting / S. Cao, Z. Chen, K. Yang, S.C.V. Lim // JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 2017. – Vol. 69 (12). – P. 2684–2692. – doi: 10.1007/s11837-017-2581-6.
  21. Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process / R. Li, J. Liu, Y. Shi, L. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 59 (9). – P. 1025–1035. – doi: 10.1007/s00170-011-3566-1.
  22. Promoppatum P., Yao S.C. Analytical evaluation of defect generation for selective laser melting of metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103. – P. 1–4. – doi: 10.1007/s00170-019-03500-z.
  23. Study of the EDM process of bimetallic materials using a composite electrode tool / T.R. Ablyaz, E.S. Shlykov, K.R. Muratov, A.V. Zhurin // Materials. – 2022. – Vol. 15 (3). – P. 1–13. – doi: 10.3390/ma15030750.
  24. Ablyaz T.R., Shlykov E.S., Muratov K.R. Improving the efficiency of electrical discharge machining of special-purpose products with composite electrode tools // Materials. – 2021. – Vol. 14 (20). – P. 1–19. – doi: 10.3390/ma14206105.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».