Optimization of machining parameters for product quality and productivity in turning process of aluminum = Optimización de los parámetros de macanizado para la calidad del producto y productividad del proceso de torneado de aluminio

Modern production is faced with the challenges in reducing the environmental impacts related to machining processes. Turning process is a manufacturing process widely used with a vast application for creating engineering components. In this context, many studies have been conducted in order to optim...

Full description

Autores:
Mancilla Cubides, Nicolás
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/43894
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/43894
Palabra clave:
Mecanizado - Investigaciones
Procesos de manufactura - Investigaciones
Torneado - Investigaciones
Redes neurales (Computadores) - Aplicaciones - Investigaciones
Ingeniería
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description Modern production is faced with the challenges in reducing the environmental impacts related to machining processes. Turning process is a manufacturing process widely used with a vast application for creating engineering components. In this context, many studies have been conducted in order to optimize the machining parameters and facilitate the decision-making process. This paper considers the quality of the products (surface finish) and the productivity rate of the turning manufacturing process to be both optimized. Product quality is quantified using surface roughness (R_a) and the productivity rate using material removal rate (MRR). We develop a predictive and optimization model by coupling artificial neural networks (ANN) and the Particle Swarm Optimization (PSO), a multi-function optimization technique, as an alternative to predict the model response (R_a) first and then search for the optimal value of turning parameters to minimize the surface roughness (R_a) and maximize the material removal rate (MRR). To obtain the data, Aluminum is used to perform the turning process experiments, considering the cutting speed, feed rate, depth of cut and nose radius of the cutting tool as our design factors. We used the gathered data to train and develop the ANN model. The results predicted by the proposed models indicate good agreement between the predicted and experimental values, proving that the proposed ANN model is capable of predicting the surface roughness accurately. Then, the optimization model PSO has provided a Pareto Front for the optimal solution, determining the optimum machining parameters for minimum R_a and maximum MRR. This study has application in the real industry where the selection of optimal machining parameters helps to complete and manage conflicting objectives that constitute hurdles in the decision-making of the manufacturing plans.
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In this context, many studies have been conducted in order to optimize the machining parameters and facilitate the decision-making process. This paper considers the quality of the products (surface finish) and the productivity rate of the turning manufacturing process to be both optimized. Product quality is quantified using surface roughness (R_a) and the productivity rate using material removal rate (MRR). We develop a predictive and optimization model by coupling artificial neural networks (ANN) and the Particle Swarm Optimization (PSO), a multi-function optimization technique, as an alternative to predict the model response (R_a) first and then search for the optimal value of turning parameters to minimize the surface roughness (R_a) and maximize the material removal rate (MRR). To obtain the data, Aluminum is used to perform the turning process experiments, considering the cutting speed, feed rate, depth of cut and nose radius of the cutting tool as our design factors. We used the gathered data to train and develop the ANN model. The results predicted by the proposed models indicate good agreement between the predicted and experimental values, proving that the proposed ANN model is capable of predicting the surface roughness accurately. Then, the optimization model PSO has provided a Pareto Front for the optimal solution, determining the optimum machining parameters for minimum R_a and maximum MRR. This study has application in the real industry where the selection of optimal machining parameters helps to complete and manage conflicting objectives that constitute hurdles in the decision-making of the manufacturing plans.La producción moderna se enfrenta a los desafíos en la reducción de los impactos ambientales relacionados con los procesos de mecanizado. El proceso de torneado es un proceso de fabricación ampliamente utilizado, el cual tiene una amplia aplicación para la creación de componentes de ingeniería. En este contexto, se han realizado muchos estudios con el fin de optimizar los parámetros de mecanizado y facilitar el proceso de toma de decisiones. Este documento considera la calidad de los productos (superficie finalizada) y la tasa de productividad del proceso de fabricación con el fin de optimizarlos. La calidad del producto se cuantifica utilizando la rugosidad superficial (R_a) y la tasa de productividad mediante la tasa de remoción de material (MRR). Desarrollamos un modelo predictivo y de optimización mediante el acoplamiento de redes neuronales artificiales (ANN) y la técnica de optimización multi-objetivo de enjambre de partículas (PSO), como alternativa para predecir la respuesta del modelo (R_a) primero y luego buscar el valor óptimo de los parámetros de torneado para minimizar la rugosidad de la superficie (R_a) y maximizar la tasa de remoción de material (MRR). Para obtener los datos, se utilizó el aluminio en la ejecución de los experimentos del proceso de torneado, teniendo en cuenta la velocidad de corte, la velocidad de avance, la profundidad de corte y el radio de punta de la herramienta de corte como los factores de diseño. Utilizamos los datos recopilados para entrenar y desarrollar el modelo ANN. Los resultados arrojados por los modelos propuestos indican una buena precisión entre los valores previstos y los experimentales, afirmando así que el modelo ANN propuesto es capaz de predecir la rugosidad de la superficie con precisión. Luego, el modelo de optimización PSO arrojó una Frontera de Pareto para las soluciones que determinan los parámetros de mecanizado óptimos para minimizar la R_a y maximizar el MRR. Este estudio tiene aplicación en la industria real donde la selección de parámetros de mecanizado óptimos ayuda a completar y gestionar objetivos conflictivos que constituyen obstáculos en la toma de decisiones de los planes de fabricación.Magíster en Ingeniería IndustrialMaestría22 hojasapplication/pdfengUniandesMaestría en Ingeniería IndustrialFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Industrialinstname:Universidad de los Andesreponame:Repositorio Institucional SénecaOptimization of machining parameters for product quality and productivity in turning process of aluminum = Optimización de los parámetros de macanizado para la calidad del producto y productividad del proceso de torneado de aluminioOptimización de los parámetros de macanizado para la calidad del producto y productividad del proceso de torneado de aluminioTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMMecanizado - InvestigacionesProcesos de manufactura - InvestigacionesTorneado - InvestigacionesRedes neurales (Computadores) - Aplicaciones - InvestigacionesIngenieríaPublicationORIGINALu830347.pdfapplication/pdf1317600https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/8eef8865-2c63-4d71-8d0b-6397d605d5a8/downloadf85a59e43453cdfe07ef635c7081ada6MD51THUMBNAILu830347.pdf.jpgu830347.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg23022https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/c05d3fe5-bbd7-4557-b0ac-c736f33bf941/download83b3d3c2dfe72f752be177af72012ae7MD55TEXTu830347.pdf.txtu830347.pdf.txtExtracted texttext/plain63570https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/23cf6028-2432-492b-ab3c-dc776de9c786/download0170be78552f0f2870a624bb23b3d5a4MD541992/43894oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/438942023-10-10 19:22:42.196https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co