Prediction of changes in the surface layer during copy-piercing electrical discharge machining

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. This paper presents the results of theoretical and experimental studies of the thickness, continuity and number of defects in the white layer formed during the copy-piercing electrical discharge machining, using low-alloy steel 0.4 C-Cr and medium-alloy steel 0.35 C-Cr-Mn-Si as an example. The purpose of the work is to theoretically and experimentally investigate the defective surface layer formed during copy-piercing electrical discharge machining. Research methods. Mathematical models of a single discharge pulse impact on the surface being machined were obtained using the finite element method. An Electronica Smart CNC copy-piercing electrical discharge machine was selected as the equipment for copy-piercing electrical discharge machining of samples made from 0.4 C-Cr and 0.35 C-Cr-Mn-Si steels. Simulating and experiments were carried out in two modes. The operating parameters were: pulse-on time (Ton, μs), voltage (U, V), and current (I, A). Metallographic studies were performed using an OLYMPUS GX 51 optical microscope. Results and discussion. Mathematical models were developed to simulate the impact of a single discharge pulse on the machined surface during copy-piercing electrical discharge machining. These models allow predicting the thickness of the white layer depending on the processing modes and the properties of the material being processed. The theoretical values of the white layer thickness vary in the range of 20–25 μm during copy-piercing electrical discharge machining in the minimum mode and vary in the range of 60–80 μm in the maximum mode. It was established that the experimental values of the white layer thickness vary in the range of 20–25 μm during copy-piercing electrical discharge machining in the minimum mode and vary in the range of 55–85 μm in the maximum mode. The deviation of the theoretical values of the white layer thickness from the experimental ones differs by no more than 5 %, which confirms the accuracy of the obtained models. It was found that during copy-piercing electrical discharge machining in the minimum mode, the continuity of the white layer is on average two times greater than when machining in the maximum mode. The continuity of the white layer of 0.4 C-Cr steel is 10 % higher compared to 0.35 C-Cr-Mn-Si steel during copy-piercing electrical discharge machining in the maximum mode and 17 % higher during copy-piercing electrical discharge machining in the minimum mode. It was revealed that when machining in the maximum mode, the number of microcracks is more than 2 times greater than when machining in the minimum mode. The number of cracks in the white layer when processing chromium steels 0.4 C-Cr and 0.35 C-Cr-Mn-Si is comparable, the difference does not exceed 10 %.

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

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

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

A. A. Kamenskikh

Email: anna_kamenskih@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3012-2418
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, anna_kamenskih@mail.ru

A. Yu. Gorokhov

Email: littlealex99@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-5588-0154
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, littlealex99@mail.ru

N. A. Kropanev

Email: cropanew.nikita2016@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-5907-9852
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation, cropanew.nikita2016@yandex.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

References

  1. Influence of the grade of hot work tool steels and its microstructural features on the durability of punches used in the closed die precision forging of valve forgings made of nickel-chrome steel / M. Hawryluk, M. Lachowicz, M. Zwierzchowski, M. Janik, Z. Gronostajski, J. Filipiak // Wear. – 2023. – Vol. 528–529. – doi: 10.1016/j.wear.2023.204963.
  2. Microstructure and abrasive wear behavior of a novel FeCrMoVC laser cladding alloy for high-performance tool steels / J. Zeisig, N. Schädlich, L. Giebeler, J. Sander, J. Eckert, U. Kühn, J. Hufenbach // Wear. – 2017. – Vol. 382–383. – P. 107–112. – doi: 10.1016/j.wear.2017.04.021.
  3. Mechanical properties and corrosion resistance of steel X210CrW12 after semi-solid processing and heat treatment / L. Rogal, J. Dutkiewicz, Z. Szklarz, H. Krawiec, M. Kot, S. Zimowski // Materials Characterization. – 2014. – Vol. 8823. – P. 100–110. – doi: 10.3329/jname.v7i2.5309.
  4. A comparative study on the erosion behavior and mechanism of chrome-coated 25Cr3Mo2WNiV steel and QPQ 25Cr3Mo2WNiV steel / C. Dou, K. Pan, C. Wang, S. Wei, C. Zhang, L. Xu, H. Cui, Y. Liang, J. Huang // Materials Today Communications. – 2024. – Vol. 41. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2024.110820.
  5. Abbas M.N., Solomon D.G., Bahari Md. A review on current research trends in electrical discharge machining (EDM) // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2007. – Vol. 47 (7). – P. 1214–1228. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2006.08.026.
  6. Liao Y.S., Chen S.T., Lin C.S. Development of a high precision tabletop versatile CNC wire-EDM for making intricate micro parts // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2005. – Vol. 15. – P. 245–253. – doi: 10.1088/0960-1317/15/2/001.
  7. Yoo H.K., Kwon W.T., Kang S. Development of a new electrode for micro-electrical discharge machining (EDM) using Ti(C, N)-based cermet // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2014. – Vol. 15 (4). – P. 609–616. – doi: 10.1007/s12541-014-0378-x.
  8. Hoang K.T., Yang S.H. A study on the effect of different vibration-assisted methods in micro-WEDM // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213 (9). – P. 1616–1622. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.03.025.
  9. Hoang K.T., Yang S.H. A new approach for micro-WEDM control based on real-time estimation of material removal rate // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2015. – Vol. 16 (2). – P. 241–246. – doi: 10.1007/s12541-015-0032-2.
  10. Debroy A., Chakraborty S. Non-conventional optimization techniques in optimizing non-traditional machining processes: a review // Management Science Letters. – 2013. – Vol. 4 (1). – P. 23–38. – doi: 10.5267/j.msl.2012.10.038.
  11. Swiercz R., Oniszczuk-Swiercz D., Chmielewski T. Multi-response optimization of electrical discharge machining using the desirability function // Micromachines. – 2019. – Vol. 10 (72). – doi: 10.3390/mi10010072.
  12. Swiercz R., Oniszczuk-Swiercz D. The effects of reduced graphene oxide flakes in the dielectric on electrical discharge machining // Nanomaterials. – 2019. – Vol. 9 (3). – doi: 10.3390/nano9030335.
  13. Chalisgaonkar R., Kumar J. Microstructural characteristics of pure titanium by WEDM // International Journal of Microstructure and Materials Properties. – 2014. – Vol. 9 (6). – P. 463–484. – doi: 10.1504/IJMMP.2014.067308.
  14. Study of micro structural material changes after WEDM based on TEM lamella analysis / K. Mouralova, R. Zahradnicek, L. Benes, T. Prokes, R. Hrdy, J. Fries // Metals. – 2020. – Vol. 10 (7). – P. 949. – doi: 10.3390/met10070949.
  15. Determination of residual stress distribution in high strength aluminum alloy after EDM / S. Mehmood, A. Sultan, N.A. Anjum, W. Anwar, Z. Butt // Advances in Science and Technology Research Journal. – 2017. – Vol. 11 (1). – P. 29–35. – doi: 10.12913/22998624/68729.
  16. Ablyaz T.R., Zhurin A.V., Shlykov E.S. Simulation of electrical discharge machining of dissimilar materials // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2018. – Vol. 13 (6). – P. 2173–2177.
  17. Discharge current effect on machining characteristics and mechanical properties of aluminum alloy 6061 workpiece produced by electric discharging machining process / C.-G. Kuo, C.-Y. Hsu, J.-H. Chen, P.-W. Lee // Advances in Mechanical Engineering. – 2017. – Vol. 9 (11). – P. 1–8. – doi: 10.1177/1687814017730756.
  18. Ghodsiyeh D., Golshan A.J., Shirvanehdeh A. Review on current research trends in wire electrical discharge machining (WEDM) // Indian Journal of Science and Technology. – 2013. – Vol. 6 (2). – P. 154–166. – doi: 10.17485/ijst/2013/v6i2.18.
  19. Experimental investigation of white layer thickness on EDM processed silicon steel using ANFIS approach / T. Muthuramalingam, D. Saravanakumar, L.G. Babu, H.P. Nguen, N.P. Vu // Silicon. – 2020. – Vol. 12. – P. 1905–1911. – doi: 10.1007/s12633-019-00287-2.
  20. The effect of power supply current on recast layer in S45C steel using wire EDM / H. Wijaya, S. Wahyudi, R. Soenoko, P.H. Setyarini, S. Yasid, F. Gapsari // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 494 (1). – doi: 10.1088/1757-899X/494/1/012102.

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».