Effect of Factors and Optimal Condition in Milling Process of Composites Using I-Optimal Experimental Design
ผลกระทบของปัจจัยและสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการกัดของวัสดุเชิงประกอบโดยการออกแบบการทดลองแบบไอ-ออพติมอล
Abstract
การออกแบบการทดลองแบบไอ-ออพติมอล (I-Optimal Design) ถูกใช้เพื่อหาผลกระทบของปัจจัยการทดลอง (ความเร็วรอบ อัตราป้อน และระยะป้อนลึก) และสภาวะที่เหมาะสมต่อค่าความขรุขระผิวของวัสดุเชิงประกอบพลาสติกและไม้ (Wood-Plastic Composites; WPCs) โดยมีส่วนผสม คือ พอลิเอธิลีนความหนาแน่นสูง (High-Density Polyethylene; HDPE) ปริมาณ 60 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก (wt%) และขี้เลื่อยไม้ยางพารา (Rubberwood Sawdust; RWS) ปริมาณ 40 wt% ชิ้นงานทดสอบถูกเตรียมด้วยกระบวนการอัดรีดเกลียวหนอนคู่ (Extrusion) และการอัดร้อน (Compression Molding Machine) ผลการทดลองทั้ง 24 สภาวะการทดลองถูกวิเคราะห์ด้วยการวิเคราะห์ความแปรปรวน (Analysis of Variance; ANOVA) และสภาวะที่เหมาะสมโดยวิธีพื้นผิวตอบสนอง (Response Surface Methodology; RSM) จากผลการทดลอง พบว่า ปัจจัยทั้งหมดในการทดลองมีผลกระทบต่อค่าความขรุขระผิวอย่างมีนัยสำคัญ (p<0.05) กล่าวคือ เมื่อความเร็วรอบของการกัดเพิ่มขึ้นจาก 220 ถึง 720 รอบ/นาที ส่งผลให้ค่าความขรุขระผิวลดลงอย่างชัดเจน และเมื่ออัตราป้อนและระยะป้อนลึกเพิ่มขึ้นส่งผลให้ค่าความขรุขระผิวเพิ่มขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้ สภาวะที่เหมาะสมในการกัดด้านข้างและด้านหน้าของ WPCs ทุกสภาวะการทดลอง คือ ความเร็วรอบ 720 รอบ/นาที อัตราป้อน 200 มิลลิเมตร/นาที และระยะป้อนลึก 3 มิลลิเมตร ตามลำดับ
The I-Optimal experimental design was used to study the effect of factors (speed, feed rate, and depth of cut) and optimal condition on the surface roughness of wood-plastic composites (WPCs). Mixture ratios were high-density polyethylene (HDPE) with 60 percent by weight (wt%) and rubberwood sawdust (RWS) with 40 wt%. The WPC samples were prepared from the extrusion and compression molding machine. The experimental results were evaluated using analysis of variance (ANOVA) and optimized using response surface methodology (RSM). The results displayed that all of the factors significantly (p<0.05) affected on surface roughness of WPCs. The increased speed from 220 to 720 rpm resulted in a decrease for surface roughness values. In addition, it found that the increased feed rate and depth of cut resulted in increase for surface roughness values. The optimal condition for side and face milling of WPCs for all of the conditions was 720 rpm speed, 200 mm/min feed, and 3 mm depth of cut, respectively.
Keywords
[1] P.M. Smith and M.P. Wolcott, Opportunities for wood/natural fiber-plastic composites (WPCs) in residential and industrial applications, Forest Products Journal, 2006, 56(3), 4-11.
[2] C. Srivabut, T. Ratanawilai and S. Hiziroglie, Statistical modeling and response surface optimization on natural weathering of wood-plastic composites with calcium carbonate filler, Journal of Material Cycles and Waste Management, 2021, 23, 1503-1517.
[3] S. Khamtree, T. Ratanawilai and S. Ratanawilai, The effect of alkaline-silane treatment of rubberwood flour for water absorption and mechanical properties of plastic composites, Journal of Thermoplastic Composites Material, 2020, 33(5), 599-613.
[4] C. Homkhiewa, S. Rawangwong and W. Boonchouytan, Effects of ground rubber tire and natural rubber contents on mechanical properties of thermoplastic elastomer, RMUTSV Research Journal, 2021, 13, 553-567 (In Thai).
[5] C. Homkhiew, T. Ratanawilai and W. Thongruang, The optimal formulation of recycled polypropylene/rubberwood flour composites from experiments with mixture design, Composites Part B-Engineering, 2014, 56, 350-357.
[6] D. Akesson, T. Fuchs, M. Stoss, A. Root, E. Stanvall and M. Skrifvars, Recycling of wood fiber-reinforced HDPE by multiple reprocessing, Journal of Applied Polymer Science, 2016, 133(35), 43877.
[7] C. Homkhiew and T. Ratanawilai, Optimal proportions of composites from polypropylene and rubberwood flour after water immersion using experimental design, KKU Research Journal, 2014, 19, 780-793. (in Thai)
[8] M.Y. Wang and H.Y. Chang, Experimental study of surface roughness in slot end milling AL2014-T6, International Journal of Machine Tools and Manufacturing, 2004, 44(1), 51-57.
[9] Z.H. Xu and Z.N. Kong, Mechanical and thermal properties of short-coir-fiberreinforced natural rubber/polyethylene composites, Mechanics. Composite Materials, 2014, 50(3), 353-358.
[10] C. Srivabut, T. Ratanawilai and S. Hiziroglie, Response surface optimization and statistical analysis of composites made from calcium carbonate filler-added recycled polypropylene and rubberwood fiber, Journal of Thermoplastic Composites Material, 2022, 35(3), 391-415.
[11] E.O. Olakanmi, E.A. Ogunesan, E. Vunain, R.A. Lafia-Araga, M. Doyoyo and R. Meijboom, Mechanism of fiber/matrix bond and properties of wood polymer composites produced from alkaline-treated daniella oliveri wood flour, Journal of Polymer Composites, 2016, 37(9), 2657-2672.
[12] C. Homkhiewa, S. Rawangwong and W. Boonchouytan, Effects of ground rubber tire and natural rubber contents on mechanical properties of thermoplastic elastomer, RMUTSV Research Journal, 2021, 10, 553–567. (In Thai)
[13] A. Zolfaghari, A.H. Behravesh and P. Shahi, Comparison of mechanical properties of wood–plastic composites reinforced with continuous and noncontinuous glass fibers, Journal of Thermoplastic Composites Material, 2015, 28(6), 791-805.
[14] H. Essabir, R. Boujmal, M.O. Bensalah, D. Rodrigue, R. Bouhfid, and A.E.K Qaiss, Mechanical and thermal properties of hybrid composites: oil-palm fiber/clay reinforced high density polyethylene, Mechanics of Materials, 2016, 98, 36-43.
[15] W. Cheewawuttipong, C. Homkhiew and S. Rawangwong, A comparative study on the effect of oil palm fiber contents and types on properties of rubberwood sawdust-polypropylene composites, RMUTSV Research Journal, 2022, 14(11), 31-46. (In Thai).
[16] T. Ratanawilaia, P. Pitsuwan, S. Jirasampata and C. Homkhiew, Influence of milling factors on surface finish of wood-plastic composites, Ladkrabang Engineering Journal, 2015, 32(2), 43–48.
[17] C. Srivabut, S. Rawangwong, C. Homkhiew, and J. Rodjananugoon, Optimal condition on surface roughness in side milling of high-density polyethylene and rubberwood flour composites using response surface methodology, Ladkrabang Engineering Journal, 2022, 39(1), 23-34.
[18] T. Ratanawilai, P. Lekanukit and S. Urapantamas, Effect of rubberwood and palm oil content on the properties of wood–polyvinyl chloride composites, Journal of Thermoplastic Composites Material, 2014, 27(6), 719-730.
[19] A. Ashori and S. Sheshmani, Hybrid composites made from recycled materials: Moisture absorption and thickness swelling behavior, Bioresource Technology, 2010, 101(2), 4717-4720.
[20] C. Srivabut, T. Ratanawilai, and S. Hiziroglie, Effect of nanoclay, talcum, and calcium carbonate as filler on properties of composites manufactured from recycled polypropylene and rubberwood fiber, Construction and Building Materials, 2018, 162, 450-458.
[21] S. Tamrakar and R.A. Lopez-Anido, Water absorption of wood polypropylene composite sheet piles and its influence on mechanical properties, Construction and Building Materials, 2011, 25(10), 3977-3988.
DOI: 10.14416/j.ind.tech.2022.12.016
Refbacks
- There are currently no refbacks.
