Parametric Optimization of EN-31 Steel Using Electric Discharge Machining
Optimización paramétrica del acero EN-31 mediante mecanizado por descarga eléctrica
Otimização paramétrica do aço EN-31 utilizando usinagem por eletroerosão
| 2026 | |
|
EDM Parámetros Mecanizado Procesamiento Rugosidad EN-31 Optimización DOE EDM Parameters Machining Processing Roughness EN-31 Optimization DOE EDM Parâmetros Usinagem Processamento Rugosidade EN-31 Otimização CORÇA |
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| Español | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
|
https://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1974
https://hdl.handle.net/20.500.12806/3445 |
|
| Acceso abierto | |
| Atribución 4.0 Internacional |
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|---|---|
| author | Zaman Siddiqui , Muhammad Mansoor Uz |
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| dc.description.en-US.fl_txt_mv | This investigative study was conducted for the parametric optimization of EN-31 material by using a non-conventional machining known as Electric discharge machining (EDM). EN-31 is a steel alloy that is generally used in aerospace industry, automotive parts manufacturing, die making etc. because it possesses high degree of rigidity with extremely good compressive strength and resistance to abrasion. The primary objective of this study was to analyze the impact of four input factors i.e. pulse on time (Ton), pulse off time (Toff), current (LV), voltage (HV) on the five output responses i.e. machining time (Tm), MRR, EWR, Ra and base radius (R). In this study design of experiment (DOE) approach with full factorial design was systematically conducted. Basic experimental runs were prepared and performed and after that data was analyzed using ANOVA to identify significant input factors that has most impact on each output response that are mentioned above. After identification of significant factors optimized input factors and output responses were calculated using ANOVA. The results showed that for machining time (Tm), LV and Ton were significant factors with optimized values of 50 A and 6.5 µs, respectively, resulting in a Tm of 654.29 seconds. For material removal rate (MRR), Ton was the significant factor with an optimized value of 6.5 µs, achieving a maximum MRR of 0.0157 g/min. For electrode wear rate (EWR), LV and Ton were significant with optimized values of 30 A and 4 µs, respectively, resulting in a minimum EWR of 0.07 g/min. Ra optimization revealed that the combination of HV, LV, Ton and Toff were significant, with optimized settings of 50 A, 0.7 V, 4.0 µs and 6.5 µs, respectively, yielding a minimum Ra of 0.018 mm. For base radius (R), the significant factors were HV, LV, Ton and Toff, with optimized values of 0.6152 V, 50 A, 6.5 µs and 6.5 µs, respectively, resulting in a base radius of 1.5 mm. This parametric optimization is extremely significant because EN-31 is a material used in critical applications requiring high strength, hardness and abrasion resistance such as automobile engine components, aerospace rocket parts and dies subjected to extreme temperatures and pressures throughout their lifecycle. Optimizing EDM parameters facilitates the use of this non-conventional machining process for manufacturing EN-31 parts thus enabling researchers, manufacturers, designers and industry practitioners to achieve higher productivity, excellent surface finishes and lower manufacturing costs as compared to traditional manufacturing techniques. This optimization allows for more efficient and effective production of high-performance parts thus making it an invaluable advancement in various industrial sectors. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | Este estudio de investigación se realizó para la optimización paramétrica del material EN-31 utilizando un mecanizado no convencional conocido como mecanizado por descarga eléctrica (EDM). El EN-31 es una aleación de acero que se utiliza generalmente en la industria aeroespacial, la fabricación de piezas de automóviles, la fabricación de matrices, etc., debido a que posee un alto grado de rigidez con una resistencia a la compresión y a la abrasión extremadamente buenas. El objetivo principal de este estudio fue analizar el impacto de cuatro factores de entrada, a saber, tiempo de pulso encendido (Ton), tiempo de pulso apagado (Toff), corriente (LV) y voltaje (HV) en las cinco respuestas de salida, a saber, tiempo de mecanizado (Tm), MRR, EWR, Ra y radio base (R). En este estudio se llevó a cabo sistemáticamente un enfoque de diseño de experimentos (DOE) con un diseño factorial completo. Se prepararon y realizaron ensayos experimentales básicos y luego se analizaron los datos utilizando ANOVA para identificar los factores de entrada significativos que tienen el mayor impacto en cada respuesta de salida mencionada anteriormente. Después de la identificación de los factores significativos, los factores de entrada optimizados y las respuestas de salida se calcularon utilizando ANOVA. Los resultados mostraron que para el tiempo de mecanizado (Tm), LV y Ton fueron factores significativos con valores optimizados de 50 A y 6,5 µs, respectivamente, lo que resultó en un Tm de 654,29 segundos. Para la tasa de remoción de material (MRR), Ton fue el factor significativo con un valor optimizado de 6,5 µs, logrando un MRR máximo de 0,0157 g/min. Para la tasa de desgaste del electrodo (EWR), LV y Ton fueron significativos con valores optimizados de 30 A y 4 µs, respectivamente, lo que resultó en un EWR mínimo de 0,07 g/min. La optimización de Ra reveló que la combinación de HV, LV, Ton y Toff fueron significativas, con configuraciones optimizadas de 50 A, 0,7 V, 4,0 µs y 6,5 µs, respectivamente, lo que produjo un Ra mínimo de 0,018 mm. Para el radio base (R), los factores significativos fueron HV, LV, Ton y Toff, con valores optimizados de 0,6152 V, 50 A, 6,5 µs y 6,5 µs, respectivamente, lo que resultó en un radio base de 1,5 mm. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | Este estudo investigativo foi conduzido para a otimização paramétrica do material EN-31 utilizando uma usinagem não convencional conhecida como eletroerosão (EDM). O EN-31 é uma liga de aço geralmente utilizada nas indústrias aeroespacial, de autopeças, de matrizes, etc., devido à sua alta rigidez, excelente resistência à compressão e à abrasão. O objetivo principal deste estudo foi analisar o impacto de quatro fatores de entrada, ou seja, tempo de pulso ligado (Ton), tempo de pulso desligado (Toff), corrente (LV) e tensão (HV), sobre as cinco respostas de saída, ou seja, tempo de usinagem (Tm), taxa de remoção de material (MRR), taxa de desgaste da ferramenta (EWR), rugosidade superficial (Ra) e raio da base (R). Neste estudo, foi aplicada uma abordagem de planejamento de experimentos (DOE) com planejamento fatorial completo. Ensaios experimentais básicos foram preparados e realizados, e os dados foram analisados por meio de ANOVA para identificar os fatores de entrada significativos que mais impactam cada resposta de saída mencionada. Após a identificação dos fatores significativos, os fatores de entrada otimizados e as respostas de saída foram calculados utilizando ANOVA. Os resultados mostraram que, para o tempo de usinagem (Tm), a tensão de limiar (LV) e a taxa de variação da corrente (Ton) foram fatores significativos, com valores otimizados de 50 A e 6,5 µs, respectivamente, resultando em um Tm de 654,29 segundos. Para a taxa de remoção de material (MRR), a Ton foi o fator significativo, com um valor otimizado de 6,5 µs, atingindo uma MRR máxima de 0,0157 g/min. Para a taxa de desgaste do eletrodo (EWR), a LV e a Ton foram significativas, com valores otimizados de 30 A e 4 µs, respectivamente, resultando em uma EWR mínima de 0,07 g/min. A otimização da rugosidade média (Ra) revelou que a combinação de alta tensão (HV), LV, Ton e Toff foi significativa, com configurações otimizadas de 50 A, 0,7 V, 4,0 µs e 6,5 µs, respectivamente, resultando em uma Ra mínima de 0,018 mm. Para o raio da base (R), os fatores significativos foram HV, LV, Ton e Toff, com valores otimizados de 0,6152 V, 50 A, 6,5 µs e 6,5 µs, respectivamente, resultando em um raio da base de 1,5 mm. |
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| description | This investigative study was conducted for the parametric optimization of EN-31 material by using a non-conventional machining known as Electric discharge machining (EDM). EN-31 is a steel alloy that is generally used in aerospace industry, automotive parts manufacturing, die making etc. because it possesses high degree of rigidity with extremely good compressive strength and resistance to abrasion. The primary objective of this study was to analyze the impact of four input factors i.e. pulse on time (Ton), pulse off time (Toff), current (LV), voltage (HV) on the five output responses i.e. machining time (Tm), MRR, EWR, Ra and base radius (R). In this study design of experiment (DOE) approach with full factorial design was systematically conducted. Basic experimental runs were prepared and performed and after that data was analyzed using ANOVA to identify significant input factors that has most impact on each output response that are mentioned above. After identification of significant factors optimized input factors and output responses were calculated using ANOVA. The results showed that for machining time (Tm), LV and Ton were significant factors with optimized values of 50 A and 6.5 µs, respectively, resulting in a Tm of 654.29 seconds. For material removal rate (MRR), Ton was the significant factor with an optimized value of 6.5 µs, achieving a maximum MRR of 0.0157 g/min. For electrode wear rate (EWR), LV and Ton were significant with optimized values of 30 A and 4 µs, respectively, resulting in a minimum EWR of 0.07 g/min. Ra optimization revealed that the combination of HV, LV, Ton and Toff were significant, with optimized settings of 50 A, 0.7 V, 4.0 µs and 6.5 µs, respectively, yielding a minimum Ra of 0.018 mm. For base radius (R), the significant factors were HV, LV, Ton and Toff, with optimized values of 0.6152 V, 50 A, 6.5 µs and 6.5 µs, respectively, resulting in a base radius of 1.5 mm. This parametric optimization is extremely significant because EN-31 is a material used in critical applications requiring high strength, hardness and abrasion resistance such as automobile engine components, aerospace rocket parts and dies subjected to extreme temperatures and pressures throughout their lifecycle. Optimizing EDM parameters facilitates the use of this non-conventional machining process for manufacturing EN-31 parts thus enabling researchers, manufacturers, designers and industry practitioners to achieve higher productivity, excellent surface finishes and lower manufacturing costs as compared to traditional manufacturing techniques. This optimization allows for more efficient and effective production of high-performance parts thus making it an invaluable advancement in various industrial sectors. |
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In this study design of experiment (DOE) approach with full factorial design was systematically conducted. Basic experimental runs were prepared and performed and after that data was analyzed using ANOVA to identify significant input factors that has most impact on each output response that are mentioned above. After identification of significant factors optimized input factors and output responses were calculated using ANOVA. The results showed that for machining time (Tm), LV and Ton were significant factors with optimized values of 50 A and 6.5 µs, respectively, resulting in a Tm of 654.29 seconds. For material removal rate (MRR), Ton was the significant factor with an optimized value of 6.5 µs, achieving a maximum MRR of 0.0157 g/min. For electrode wear rate (EWR), LV and Ton were significant with optimized values of 30 A and 4 µs, respectively, resulting in a minimum EWR of 0.07 g/min. 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Optimizing EDM parameters facilitates the use of this non-conventional machining process for manufacturing EN-31 parts thus enabling researchers, manufacturers, designers and industry practitioners to achieve higher productivity, excellent surface finishes and lower manufacturing costs as compared to traditional manufacturing techniques. This optimization allows for more efficient and effective production of high-performance parts thus making it an invaluable advancement in various industrial sectors.Este estudio de investigación se realizó para la optimización paramétrica del material EN-31 utilizando un mecanizado no convencional conocido como mecanizado por descarga eléctrica (EDM). El EN-31 es una aleación de acero que se utiliza generalmente en la industria aeroespacial, la fabricación de piezas de automóviles, la fabricación de matrices, etc., debido a que posee un alto grado de rigidez con una resistencia a la compresión y a la abrasión extremadamente buenas. El objetivo principal de este estudio fue analizar el impacto de cuatro factores de entrada, a saber, tiempo de pulso encendido (Ton), tiempo de pulso apagado (Toff), corriente (LV) y voltaje (HV) en las cinco respuestas de salida, a saber, tiempo de mecanizado (Tm), MRR, EWR, Ra y radio base (R). En este estudio se llevó a cabo sistemáticamente un enfoque de diseño de experimentos (DOE) con un diseño factorial completo. Se prepararon y realizaron ensayos experimentales básicos y luego se analizaron los datos utilizando ANOVA para identificar los factores de entrada significativos que tienen el mayor impacto en cada respuesta de salida mencionada anteriormente. Después de la identificación de los factores significativos, los factores de entrada optimizados y las respuestas de salida se calcularon utilizando ANOVA. Los resultados mostraron que para el tiempo de mecanizado (Tm), LV y Ton fueron factores significativos con valores optimizados de 50 A y 6,5 µs, respectivamente, lo que resultó en un Tm de 654,29 segundos. Para la tasa de remoción de material (MRR), Ton fue el factor significativo con un valor optimizado de 6,5 µs, logrando un MRR máximo de 0,0157 g/min. Para la tasa de desgaste del electrodo (EWR), LV y Ton fueron significativos con valores optimizados de 30 A y 4 µs, respectivamente, lo que resultó en un EWR mínimo de 0,07 g/min. La optimización de Ra reveló que la combinación de HV, LV, Ton y Toff fueron significativas, con configuraciones optimizadas de 50 A, 0,7 V, 4,0 µs y 6,5 µs, respectivamente, lo que produjo un Ra mínimo de 0,018 mm. 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Neste estudo, foi aplicada uma abordagem de planejamento de experimentos (DOE) com planejamento fatorial completo. Ensaios experimentais básicos foram preparados e realizados, e os dados foram analisados por meio de ANOVA para identificar os fatores de entrada significativos que mais impactam cada resposta de saída mencionada. Após a identificação dos fatores significativos, os fatores de entrada otimizados e as respostas de saída foram calculados utilizando ANOVA. Os resultados mostraram que, para o tempo de usinagem (Tm), a tensão de limiar (LV) e a taxa de variação da corrente (Ton) foram fatores significativos, com valores otimizados de 50 A e 6,5 µs, respectivamente, resultando em um Tm de 654,29 segundos. Para a taxa de remoção de material (MRR), a Ton foi o fator significativo, com um valor otimizado de 6,5 µs, atingindo uma MRR máxima de 0,0157 g/min. 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