Modeling and Optimization of Machining Parameters during Dry Turning of AISI 316L Stainless Steel

Abstract

This thesis presents a comprehensive study on the modeling and optimization of turning parameters for AISI 316L austenitic stainless steel a material of major industrial importance widely used in biomedical, chemical, and marine applications. Three input parameters are investigated: cutting speed (Vc), feed rate (f), and depth of cut (ap), each at three levels, organized using a Taguchi L27 orthogonal array comprising 27 experimental runs. The two measured output responses are surface roughness (Ra) and tangential cutting force (Fz). Response Surface Methodology (RSM) is applied to develop second order polynomial predictive models for both responses using Design Expert 10 software. Analysis of Variance (ANOVA) is performed to evaluate the statistical significance and percentage contribution of each factor and their interactions. Multi objective optimization is carried out using the Desirability Function, which simultaneously minimizes both Ra and Fz.

Ce mémoire présente une étude complète sur la modélisation et l'optimisation des paramètres de tournage de l'acier inoxydable austénitique AISI 316L un matériau d'importance industrielle majeure, largement utilisé dans les applications biomédicales, chimiques et marines. Trois paramètres d'entrée sont étudiés : la vitesse de coupe (Vc), l'avance (f) et la profondeur de passe (ap), chacun à trois niveaux, organisés selon le plan d'expériences orthogonal Taguchi L27 comprenant 27 essais expérimentaux. Les deux réponses mesurées sont la rugosité de surface Ra et la force de coupe tangentielle Fz. La Méthode des Surfaces de Réponse (RSM) est appliquée pour développer des modèles de prédiction polynomiaux du second ordre pour les deux réponses, en utilisant le logiciel Design Expert 10. L'analyse de la variance (ANOVA) permet d'évaluer la signification statistique et le pourcentage de contribution de chaque facteur. L'optimisation multi objectif est réalisée par la Fonction de Désirabilité

تقدم هذه المذكرة دراسة حول نمذجة وتحسين معامالت الخراطة للفوالذ المقاوم للصدأ األوستنيتي 316L AISI ،وهو مادة ذات أهمية صناعيةكبرى وتُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الطبية الحيوية، والكيميائية، والبحرية. جرى استقصاء ثالثة معامالت مدخلة هي: سرعة القطع )Vc ،)ومعدل التغذية )f ،)وعمق القطع )ap ،)بحيث يشمل كل منها ثالثة مستويات، . تمثلت االستجابات المخرجة المقاسة تجريبياً وتم تنظيمها باستخدام مصفوفة تاغوتشي التعامدة L27 التي تضم 27 شوطاً في خشونة السطح )Ra )وقوى القطع المماسية )Fz .)جرى تطبيق منهجية سطح االستجابة )RSM )لتطوير نماذج تنبؤية متعددة الحدود من الدرجة الثانية لكلتا المخرجتين باستخدام برنامج 10 Expert Design .كما تم إجراء تحليل التباين )ANOVA )لتقييم األهمية اإلحصائية ونسبة مساهمة كل عامل والتفاعالت بينها. جرى إجراء تحسين متعدد األهداف باستخدام دالة المرغوبية، والتي تقلل من Ra و Fz في آن واحد.