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Machinability of stainless steel alloys

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Elfasi, Osama (2018). Machinability of stainless steel alloys. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The present work investigates dry milling of AISI 409 Ferritic, AISI 304L Austenitic and AISI 410 Martensitic Stainless Steel with focus on the influence of different parameters such as cutting speed, feed rate and depth of cut on the surface roughness, cutting forces, burr formation and chip formation. A great emphasis is put on the materials interactions with the machining process. For these machining tests, specimens were machined under different cutting parameters using the same tool in order to develop a global approach to predict the machining behaviour (surface roughness, forces, burr and chip formation).

The results showed that the surface roughness increases with the increase of the feed rate and the cutting speed. It was also found that there exist a relationship between the material hardness and surface roughness. The cutting speed was found to have a considerable and clear impact on cutting force. Differences observed in chip morphology were linked to the changes in workpiece hardness. Fewer burrs were observed on the workpiece surface at high cutting speed. It has been found that the material hardness and the cutting speed have a considerable effect on the burr generated. An increase in the cutting speed on harder materials reduces considerably burr and thus improve surface quality. An adequate choice of cutting speed and feed per tooth, allows a favourable tool operating condition with stable and moderate cutting forces in addition to reduced vibrations.

Lastly, correlations were established between surface roughness, cutting forces and chip formation. Based on a statistical analysis that takes into account the cutting forces, the workpiece hardness and microstructures, a recommendation on the optimal cutting parameters that favours the machinability of the tested stainless-steel alloys was made.

Résumé traduit

Le présent travail porte sur le fraisage à sec des aciers inoxydables ferritiques AISI 409, austénitiques AISI 304L et martensitiques AISI 410 en mettant l'accent sur l'influence de différents paramètres tels que la vitesse de coupe, la vitesse d'avance et la profondeur de coupe et sur la formation de copeaux. Un grand accent est mis sur les interactions des matériaux avec le processus d'usinage. Pour ces essais d'usinage, les échantillons ont été usinés avec différents paramètres de coupe en utilisant le même outil afin de développer une approche globale permettant de prédire le comportement en usinage (rugosité de surface, forces, bavures et formation de copeaux).

Les résultats ont montré que la rugosité de la surface augmente avec l'augmentation de la vitesse d'avance et de la vitesse de coupe. Il a également été constaté qu'il existe une relation entre la dureté du matériau et la rugosité de la surface. La vitesse de coupe s'est avérée avoir un impact considérable et évident sur la force de coupe. Les différences observées dans la morphologie des copeaux ont été reliées aux différences de dureté des pièces. Moins de bavures ont été observées sur la surface de la pièce à la vitesse de coupe élevée. Il a été constaté que la dureté du matériau et la vitesse de coupe ont un effet considérable sur la formation de bavure. Une augmentation de la vitesse de coupe sur des matériaux plus durs réduit considérablement les bavures et améliore ainsi la qualité de la surface.

Un choix adéquat de la vitesse de coupe et de l'avance par dent ont permis d'obtenir des conditions de coupe favorables avec des forces de coupe stables et modérées, en plus de réduire les vibrations.

Enfin, des corrélations ont été établies entre la rugosité de surface, les forces de coupe et la formation de copeaux. Sur la base d'une analyse statistique prenant en compte les forces de coupe, la dureté de la pièce et les microstructures, une recommandation sur les paramètres de coupe optimaux favorisant l'usinabilité des alliages d'acier inoxydable testés a été formulée.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 99-103).
Mots-clés libres: AISI 409 ferritique, AISI 304L austénitique, AISI 410 martensitique, usinage, fini de surface, forces de coupe, bavure, formation de copeaux
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Songmene, Victor
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 avr. 2019 17:59
Dernière modification: 09 avr. 2019 17:59
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2275

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