Parametric Optimization of Electric Discharge Machining for AISI 1045 Steel: A Comprehensive Study
Optimización paramétrica del mecanizado por electroerosión para acero AISI 1045: un estudio exhaustivo
Otimização Paramétrica da Usinagem por Eletroerosão para Aço AISI 1045: Um Estudo Abrangente
| 2025 | |
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Mecanizado por electroerosión AISI 1045 Optimización paramétrica Tasa de remoción de material Tasa de desgaste de electrodos Rugosidad superficial Tiempo de mecanizado Metodología de superficie de respuesta ANOVA Radio base Electric Discharge Machining AISI 1045 Parametric Optimization Material Removal Rate Electrode Wear Rate Surface Roughness Machining Time Response Surface Methodology ANOVA Base Radius Usinagem por Descarga Elétrica AISI 1045 Otimização Paramétrica Taxa de Remoção de Material Taxa de Desgaste do Eletrodo Rugosidade da Superfície Tempo de Usinagem Metodologia de Superfície de Resposta ANOVA Raio da Base |
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| Español | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
|
https://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1565
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| Acceso abierto | |
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| author | Zaman Siddiqui, Muhammad Mansoor Uz |
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| dc.description.en-US.fl_txt_mv | This study investigates the optimization of Electric Discharge Machining (EDM) parameters for AISI 1045. It is a medium carbon steel which is commonly used in automotive and aerospace industries because of its balanced strength, toughness and machinability. However, achieving optimal machining efficiency with excellent surface finish in short time and without wasting excess material with EDM remains a challenge at large. The research focuses on optimizing key EDM input parameters like current (LV), voltage (HV), pulse on time (Ton) and pulse off time (Toff), to improve machining time (Tm), material removal rate (MRR), electrode wear rate (EWR), surface roughness (Ra) and base radius (R). Full factorial design and Response Surface Methodology (RSM) were used to conduct experiments, and ANOVA was employed to identify the most significant factors influencing the output responses. Multi-objective optimization was performed through the desirability function and the findings were validated by repeated experiments. The results showed that pulse on time (Ton), its interaction with pulse off time (Toff) and the three-factor interaction between current (LV), Ton and Toff were the most significant factors affecting machining performance. Optimizing these parameters reduced machining time (Tm) to 623.21 seconds thus significantly improving EDM efficiency. The material removal rate (MRR) was maximized at 0.0173 g/min resulting in considerable increase in material removal efficiency. The electrode wear rate (EWR) was minimized to 0.0088 g/min, which prolongs electrode life and reduces operational costs. Surface roughness (Ra) was improved to 0.0253 mm, ensuring a high-quality surface finish. The base radius (R) was successfully optimized to 1.5298 mm, aligning closely with the desired target of 1.5 mm thus ensuring dimensional accuracy. This investigative study of optimization of parameters for EDM of AISI 1045 material is extremely significant for automotive and aerospace industries that rely on precision machining, as the optimized EDM parameters lead to improved efficiency, reduced material waste and enhanced product quality. These findings offer valuable insights for improving EDM processes, particularly in sectors requiring complex geometries and high precision, such as automotive and aerospace manufacturing. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | Este estudio investiga la optimización de los parámetros de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para AISI 1045. Es un acero de carbono medio que se utiliza comúnmente en las industrias automotriz y aeroespacial debido a su resistencia, tenacidad y maquinabilidad equilibradas. Sin embargo, lograr una eficiencia de mecanizado óptima con un excelente acabado superficial en poco tiempo y sin desperdiciar material sobrante con EDM sigue siendo un desafío en general. La investigación se centra en la optimización de los parámetros de entrada clave de EDM como la corriente (LV), el voltaje (HV), el tiempo de activación del pulso (Ton) y el tiempo de desactivación del pulso (Toff), para mejorar el tiempo de mecanizado (Tm), la tasa de remoción de material (MRR), la tasa de desgaste del electrodo (EWR), la rugosidad superficial (Ra) y el radio base (R). Se utilizaron el diseño factorial completo y la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para realizar experimentos y se empleó ANOVA para identificar los factores más significativos que influyen en las respuestas de salida. Se realizó una optimización multiobjetivo a través de la función de deseabilidad y los hallazgos se validaron mediante experimentos repetidos. Los resultados mostraron que el tiempo de activación del pulso (Ton), su interacción con el tiempo de desactivación del pulso (Toff) y la interacción de tres factores entre la corriente (LV), Ton y Toff fueron los factores más significativos que afectaron el rendimiento del mecanizado. La optimización de estos parámetros redujo el tiempo de mecanizado (Tm) a 623,21 segundos, mejorando así significativamente la eficiencia de la electroerosión. La tasa de eliminación de material (MRR) se maximizó a 0,0173 g/min, lo que resultó en un aumento considerable en la eficiencia de eliminación de material. La tasa de desgaste del electrodo (EWR) se minimizó a 0,0088 g/min, lo que prolonga la vida útil del electrodo y reduce los costos operativos. La rugosidad superficial (Ra) se mejoró a 0,0253 mm, lo que garantiza un acabado superficial de alta calidad. El radio base (R) se optimizó con éxito a 1,5298 mm, alineándose estrechamente con el objetivo deseado de 1,5 mm, lo que garantiza la precisión dimensional. Este estudio de investigación sobre la optimización de parámetros para la electroerosión de material AISI 1045 es fundamental para las industrias automotriz y aeroespacial que dependen del mecanizado de precisión, ya que la optimización de los parámetros de la electroerosión mejora la eficiencia, reduce el desperdicio de material y mejora la calidad del producto. Estos hallazgos ofrecen información valiosa para mejorar los procesos de electroerosión, especialmente en sectores que requieren geometrías complejas y alta precisión, como la fabricación automotriz y aeroespacial. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | Este estudo investiga a otimização dos parâmetros de usinagem por descarga elétrica (EDM) para AISI 1045. É um aço de médio carbono comumente usado nas indústrias automotiva e aeroespacial devido à sua resistência, tenacidade e usinabilidade equilibradas. No entanto, atingir a eficiência de usinagem ideal com excelente acabamento superficial em curto espaço de tempo e sem desperdiçar excesso de material com EDM continua sendo um grande desafio. A pesquisa se concentra na otimização dos principais parâmetros de entrada de EDM, como corrente (LV), tensão (HV), tempo de pulso ligado (Ton) e tempo de pulso desligado (Toff), para melhorar o tempo de usinagem (Tm), taxa de remoção de material (MRR), taxa de desgaste do eletrodo (EWR), rugosidade da superfície (Ra) e raio da base (R). O planejamento fatorial completo e a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) foram usados para conduzir experimentos e ANOVA foi empregada para identificar os fatores mais significativos que influenciam as respostas de saída. A otimização multiobjetivo foi realizada por meio da função de desejabilidade e os resultados foram validados por experimentos repetidos. Os resultados mostraram que o tempo de pulso ligado (Ton), sua interação com o tempo de pulso desligado (Toff) e a interação de três fatores entre corrente (LV), Ton e Toff foram os fatores mais significativos que afetaram o desempenho da usinagem. A otimização desses parâmetros reduziu o tempo de usinagem (Tm) para 623,21 segundos, melhorando significativamente a eficiência da EDM. A taxa de remoção de material (MRR) foi maximizada em 0,0173 g/min, resultando em um aumento considerável na eficiência da remoção de material. A taxa de desgaste do eletrodo (EWR) foi minimizada para 0,0088 g/min, o que prolonga a vida útil do eletrodo e reduz os custos operacionais. A rugosidade da superfície (Ra) foi melhorada para 0,0253 mm, garantindo um acabamento superficial de alta qualidade. O raio da base (R) foi otimizado com sucesso para 1,5298 mm, alinhando-se estreitamente com o alvo desejado de 1,5 mm, garantindo assim a precisão dimensional. Este estudo investigativo sobre a otimização de parâmetros para eletroerosão do material AISI 1045 é extremamente significativo para as indústrias automotiva e aeroespacial que dependem de usinagem de precisão, visto que os parâmetros otimizados de eletroerosão levam a uma maior eficiência, redução do desperdício de material e melhoria da qualidade do produto. Essas descobertas oferecem insights valiosos para o aprimoramento dos processos de eletroerosão, particularmente em setores que exigem geometrias complexas e alta precisão, como a indústria automotiva e aeroespacial. |
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Full factorial design and Response Surface Methodology (RSM) were used to conduct experiments, and ANOVA was employed to identify the most significant factors influencing the output responses. Multi-objective optimization was performed through the desirability function and the findings were validated by repeated experiments. The results showed that pulse on time (Ton), its interaction with pulse off time (Toff) and the three-factor interaction between current (LV), Ton and Toff were the most significant factors affecting machining performance. Optimizing these parameters reduced machining time (Tm) to 623.21 seconds thus significantly improving EDM efficiency. The material removal rate (MRR) was maximized at 0.0173 g/min resulting in considerable increase in material removal efficiency. The electrode wear rate (EWR) was minimized to 0.0088 g/min, which prolongs electrode life and reduces operational costs. 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Se realizó una optimización multiobjetivo a través de la función de deseabilidad y los hallazgos se validaron mediante experimentos repetidos. Los resultados mostraron que el tiempo de activación del pulso (Ton), su interacción con el tiempo de desactivación del pulso (Toff) y la interacción de tres factores entre la corriente (LV), Ton y Toff fueron los factores más significativos que afectaron el rendimiento del mecanizado. La optimización de estos parámetros redujo el tiempo de mecanizado (Tm) a 623,21 segundos, mejorando así significativamente la eficiencia de la electroerosión. La tasa de eliminación de material (MRR) se maximizó a 0,0173 g/min, lo que resultó en un aumento considerable en la eficiencia de eliminación de material. La tasa de desgaste del electrodo (EWR) se minimizó a 0,0088 g/min, lo que prolonga la vida útil del electrodo y reduce los costos operativos. La rugosidad superficial (Ra) se mejoró a 0,0253 mm, lo que garantiza un acabado superficial de alta calidad. 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No entanto, atingir a eficiência de usinagem ideal com excelente acabamento superficial em curto espaço de tempo e sem desperdiçar excesso de material com EDM continua sendo um grande desafio. A pesquisa se concentra na otimização dos principais parâmetros de entrada de EDM, como corrente (LV), tensão (HV), tempo de pulso ligado (Ton) e tempo de pulso desligado (Toff), para melhorar o tempo de usinagem (Tm), taxa de remoção de material (MRR), taxa de desgaste do eletrodo (EWR), rugosidade da superfície (Ra) e raio da base (R). O planejamento fatorial completo e a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) foram usados para conduzir experimentos e ANOVA foi empregada para identificar os fatores mais significativos que influenciam as respostas de saída. A otimização multiobjetivo foi realizada por meio da função de desejabilidade e os resultados foram validados por experimentos repetidos. 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Este estudo investigativo sobre a otimização de parâmetros para eletroerosão do material AISI 1045 é extremamente significativo para as indústrias automotiva e aeroespacial que dependem de usinagem de precisão, visto que os parâmetros otimizados de eletroerosão levam a uma maior eficiência, redução do desperdício de material e melhoria da qualidade do produto. 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