Experimental Investigation and Optimization of Process parameters of Micro Waterjet Machining.

Abstract

The diploma thesis is focused on the research and optimization of parameters in micro waterjet machining (WJM) without abrasives of AISI316L stainless steel for surface treatment. The effect of the traverse speed, the overlap factor and the treatment pattern on the surface roughness, the topography and the morphology was studied by optical microscopy, 3D surface profilometry and scanning electron microscopy (SEM). An optimal overlap factor of 25% was found to maintain consistent surface coverage. The surface properties have been characterized in terms of profile parameters (Ra, Rz, Rp, Rv, Rsk, Rku) and areal parameters (Sa, Sz, Sp, Sv, Ssk, Sku, Sdr, isotropy). The results showed that the roughness values decreased with the increase of the traverse speed, thus generating smoother surfaces. Ra and Sa in linear patterns were approximately 16.43 μm and 16.98 μm, respectively, whereas Sz decreased to 145.2 μm. Statistical parameters indicated valley-dominated surfaces and more localized features. The cross-hatched patterns showed lower surface complexity and higher isotropy (~82.86%), implying improved uniformity. The process can also be used to efficiently improve the surface properties of AISI316L for biomedical applications.

Diplomová práce se zaměřuje na výzkum a optimalizaci procesních parametrů při bezabrazivním mikroobrábění vodním paprskem (WJM) nerezové oceli AISI 316L za účelem povrchové úpravy. Vliv pojezdové rychlosti, faktoru překrytí a vzoru obrábění na drsnost povrchu, topografii a morfologii byl zkoumán pomocí optické mikroskopie, 3D profilometrie povrchu a skenovací elektronové mikroskopie (SEM). Bylo zjištěno, že optimální faktor překrytí pro zachování konzistentního pokrytí povrchu je 25 %. Vlastnosti povrchu byly charakterizovány z hlediska profilových parametrů (Ra, Rz, Rp, Rv, Rsk, Rku) a plošných parametrů (Sa, Sz, Sp, Sv, Ssk, Sku, Sdr, izotropie). Výsledky ukázaly, že hodnoty drsnosti klesaly s rostoucí rychlostí pojezdu, čímž vznikaly hladší povrchy. Hodnoty Ra a Sa v lineárních vzorech činily přibližně 16,43 μm, respektive 16,98 μm, zatímco hodnota Sz klesla na 145,2 μm. Statistické parametry naznačovaly povrchy s převahou údolí a více lokalizované rysy. Vzory s křížovým šrafováním vykazovaly nižší složitost povrchu a vyšší izotropii (~82,86 %), což naznačuje zlepšenou uniformitu. Tento proces lze také použít k účinnému zlepšení povrchových vlastností materiálu AISI 316L pro biomedicínské aplikace.