Investigation of the Effect of Cutting Parameters on Surface Roughness in Turning of AISI 420 Steel Using Finite Element Analysis and Taguchi Experimental Design

Abstract

AISI 420 martensitic stainless steel is frequently used in the machinery, petroleum and petrochemical industries, food and food production facilities, automotive industry, steam turbine blades and the production of medical instruments due to its high corrosion resistance. Turning of this type of steel is an important process, especially in the production of parts with high surface quality. The surface quality of the final product is a critical factor that determines the overall quality of the product and the efficiency of the processing process. Therefore, in this study, the effects of cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) on absolute surface roughness value (Rz) in turning AISI 420 martensitic stainless steel were investigated using the finite element method and Taguchi experimental design. Machining experiments were carried out in the ThirdWave AdvantEdge program, which is a finite element analysis software. As a result of the finite element analysis of the study, it was determined that the Rz value decreased by increasing the cutting speed, and the Rz values increased by increasing the feed rate and depth of cut. As a result of the statistical analysis obtained as a result of the Taguchi experimental design, the optimum cutting parameters were determined as 0.1 mm/rev feed amount, 230 m/min cutting speed and 0.9 mm cutting depth. Additionally, it has been determined that the most important cutting parameter affecting Rz is the feed rate.

AISI 420 martensitik paslanmaz çelik, yüksek korozyon direnci nedeniyle makine, petrol ve petro kimya endüstrilerinde, gıda ve gıda üretim tesislerinde, otomotiv sanayinde, buhar türbin kanatlarında ve tıbbi aletlerin üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çelik türünün tornalanması, özellikle yüksek yüzey kalitesine sahip parçaların üretiminde önemli bir prosestir. Son ürünün yüzey kalitesi, ürünün genel kalitesini ve işleme sürecinin verimliliğini belirleyen kritik bir faktördür. Bu nedenle bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemi ve Taguchi deney tasarımı kullanılarak AISI 420 martensitik paslanmaz çeliğin tornalanmasında kesme parametrelerinin (kesme hızı, ilerleme miktarı ve kesme derinliği) mutlak yüzey pürüzlülük değerine (Rz) etkileri araştırılmıştır. İşleme deneyleri sonlu elemanlar analizi yazılımı olan ThirdWave AdvantEdge programında yapılmıştır. Çalışmanın sonlu elemanlar analizi sonucunda kesme hızının artırılması ile Rz değerinin azaldığı, ilerleme miktarının ve kesme derinliğinin artırılması ile Rz değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Yapılan Taguchi deney tasarımı sonucu elde edilen istatiksel analizler sonucu optimum kesme parametreleri 0.1 mm/rev ilerleme miktarı, 230 m/min kesme hızı ve 0.9 mm kesme derinliği olarak belirlenmiştir. Ayrıca, Rz’ye etki eden en önemli kesme parametresinin ilerleme miktarı olduğu tespit edilmiştir.