ANFIS-моделирование токарной обработки гибридных нанокомпозитов на основе алюминиевого сплава Al7075 при охлаждении сжатым воздухом

Введение. Гибридные металломатричные композиты (HMMCs) находят все более широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности благодаря их низкой плотности, высокой жесткости и исключительной удельной прочности. В частности, алюминиевые HMMCs, особенно на основе сплава Al7075, получают все большее признание. Непрерывные исследования и разработки в этой области направлены на поиск способов повышения долговечности и производительности этих передовых материалов. Цель работы. Обрабатываемость сплава Al7075 является серьезной проблемой из-за его абразивной армирующей фазы, которая вызывает быстрое изнашивание инструмента, увеличение сил резания и ухудшение качества обработанной поверхности. Кроме того, ориентация промышленности на экологически чистое производство привела к переходу от традиционной обработки с применением СОЖ к устойчивым альтернативам. Исходя из этого, исследователи оптимизируют производительность обработки, используя передовые технологические достижения и методы. Однако имеется ограниченное количество работ, посвященных моделированию производительности обработки нанокомпозитов на основе алюминиевого сплава Al7075 при токарной обработке в условиях охлаждения сжатым воздухом. Методы исследования. Разработка комплексной модели позволит производителям лучше понимать, как повысить эффективность процессов токарной обработки нанокомпозитов на основе сплава Al7075. С этой целью в данной работе проводится моделирование производительности обработки гибридных нанокомпозитов на основе алюминиевого сплава Al7075 при точении в условиях охлаждения сжатым воздухом с использованием адаптивной сети на основе системы нечеткого вывода (ANFIS) для прогнозирования износа инструмента (TW), шероховатости поверхности (Ra) и силы резания (Fc) в зависимости от параметров процесса. Результаты и обсуждение. Разработана ANFIS-модель для прогнозирования производительности обработки с учетом влияния параметров процесса, таких как скорость резания, подача и глубина резания, для различных нанокомпозитов на основе алюминиевого сплава Al7075, которые были изготовлены методом механического замешивания частиц в расплав с использованием наночастиц карбида кремния (30…50 нм) и графена (5…10 нм) в качестве армирующих элементов. Армирующие материалы влияют на механические и физические свойства композитов. Для инженерных приложений SiC и графен являются предпочтительными армирующими элементами, обладающими отличительными характеристиками. ANFIS-модели были разработаны для прогнозирования Ra, Fc и TW на основе экспериментальных результатов. Метод Сугено был выбран для представления нечетких правил и функций принадлежности, поскольку он использует взвешенные средние значения в процессе дефаззификации и обеспечивает лучшую эффективность обработки. Инструментарий MATLAB ANFIS применялся для разработки и настройки нечетких систем вывода. Разработанная ANFIS-модель эффективно прогнозирует характеристики обработки, предлагая практический подход к оптимизации параметров процесса с высокой надежностью. Исследование продемонстрировало хорошее соответствие между экспериментальными результатами и прогнозируемыми ANFIS-результатами, при этом средняя ошибка прогнозирования составила менее 8 %. В частности, ANFIS-модель дала ошибки в 5,1 % для Ra, 13,45 % для Fc и 7,92 % для TW. Модель продемонстрировала отличное соответствие экспериментальным данным, демонстрируя высокую точность прогнозирования и возможность обобщения. Для лучшего понимания влияния параметров процесса на Fc, Ra и TW для различных нанокомпозитов построены 3D-графики. Полученные результаты подтверждают эффективность охлаждения сжатым воздухом для улучшения обрабатываемости при минимизации воздействия на окружающую среду. Кроме того, разработанная ANFIS-модель служит надежным инструментом для оптимизации параметров токарной обработки композитов на основе алюминиевого сплава Al7075, поддерживая развитие стратегий экологически чистого производства.