Effect of ae/ap Ratio on Cutting Forces, Tool Life,and Surface Quality in Hard Steel Machining

Iman Sohrabi Moghadam Chafjiri¹ Hossein Akbarnejad Demouchali² Fateme Hassani³

Abstract :
In hard milling of tool steels, productivity and quality are rarely limited by spindle power alone. The practical limit is typically the coupled effect of cutting forces, temperature-driven wear, and vibration sensitivity that can trigger edge chipping and surface damage. Radial width of cut (ae) and axial depth of cut (ap) are two engagement variables that strongly influence these mechanisms, but they are usually tuned independently, even though their combined effect defines the shape and distribution of the chip cross section along the cutting edge. This paper studies the dimensionless ratio R = ae/ap as a compact compound indicator of the engagement regime. A controlled dry end-milling campaign on hardened WCLV steel (58 HRC) is reported using TiAlN-coated solid carbide end mills, with cutting forces measured by a piezoelectric dynamometer, surface roughness (Ra, Rz) measured by contact profilometry, and tool wear monitored by optical microscopy using a flank-wear criterion. In addition, finite element (FE) machining evidence reported in the open literature is synthesized to interpret stress and temperature concentration trends across R regimes. Results show a clear sweet spot in R: intermediate ratios around 0.5–0.7 produce the lowest resultant cutting forces, suppress force signatures associated with unstable cutting, delay reaching the wear limit by approximately 64% relative to high-R conditions, and deliver the best surface finish (Ra about 0.28 µm). Very low ratios reduce average force but introduce intermittent engagement and micro-chipping risk, while very high ratios increase radial force and concentrate thermal loading near the tool corner, accelerating crater and notch wear and degrading surface integrity. The findings provide actionable guidelines for CAM parameterization in die/mold and precision manufacturing where hardened steel machining must balance throughput, tool longevity, and surface quality under dry cutting constraints

Keywords : hard milling hardened tool steel ae/ap ratio cutting forces tool wear surface roughness

---

زبان مقاله : انگلیسی
محور مقاله : مهندسی مکانیک
محل انتشار : سومین کنگره بین المللی علوم، مهندسی و فن آوری های نو
آدرس وب سایت کنفرانس : secongress.com/3rd
کد IOI مقاله : AADK-ABAHFD
لینک مستقیم مقاله : https://isnac.ir/AADK-ABAHFD
نمایش چکیده فارسی : https://isnac.ir/SA/AADK-ABAHFD

سایر مقالات ارائه دهنده

1. نقد تدریس زبان انگلیسی در آموزش عالی و چگونگی بهبود تدریس زبان به کمک روش های نوین
2. کاربرد هوش مصنوعی در دینامیک سیالات محاسباتی بهینه‌سازی و پیش‌بینی عملکرد جریان‌های سیال
3. ارتقای بهره‌وری تولید با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی (مطالعه موردی)
4. چگونگی آموزش مهارت‌های اجتماعی به جوانان از طریق بازی‌ها و برنامه‌های هوشمند
5. Challenges and opportunities of implementing smart schools in rural areas
6. Cooperative Programs Using Social Networks: A Comprehensive Guide
7. Impact Evaluation of Artificial Intelligence Utilization on Classroom Management and Teacher-Student Interaction Improvement
8. Smart schools roadmap: exploring the challenges and opportunities of IOT implementation in educational and management processes
9. The Impact of Project-Based Learning on Developing Problem-Solving and Critical Thinking Skills in Students
10. Using Mixed techniques in history education
11. The development of research culture in SAMA schools
12. Theoretical and Empirical Study of Soft Power and Cultural Diplomacy in the Modern Era (Science, Technology and Art)
13. Using Data Mining to Analyze Customer Behavior in International Cosmetics and Personal Care Brands
14. Effect of ae/ap Ratio on Cutting Forces, Tool Life,and Surface Quality in Hard Steel Machining
15. Dynamic Analysis of Tool–Workpiece Vibration Response with Focus on Chatter Behavior in Milling

سایر مقالات محل انتشار

1. مروری بر تکنیک های استخراج و رویکردهای تحلیلی برای تشخیص آفت کش ها در محصولات غذایی
2. مروری بر فناوری های حسگر برای تشخیص باقیمانده آفت کش ها در مواد غذایی
3. کاربرد راهبردهای بازاریابی در توسعه بازار و تجاری‌سازی فناوری‌های نوظهور: مطالعه‌ موردی شرکت نانوسیس در صنعت فناوری نانو
4. بررسی میزان بیان miR143 و miR183 موثر بر ژن هدف RICTOR و بررسی کلینیکو پاتولوژی نمونه¬ها در بافت¬های بلوک پارافینه آدنو کارسینومای معده
5. عنوان :نقش فرهنگ سازمانی در بهینه‌سازی مدیریت دانش در مؤسسات آموزشی: چالش‌ها و راهکارها
6. مهندسی متابولیک میکروارگانیسم‌ها برای تولید داروهای آنتی‌سرطانی طبیعی: از ژن تا محصول
7. پیش‌بینی‌های مصرف انرژی خانگی به عنوان اصلی ترین منابع مصرفی در حوزه اقتصاد انرژی از طریق مدل یادگیری ماشین
8. بررسی استفاده از بیوفیلم‌های باکتریایی مهندسی‌شده در تولید بیوالکترودهای زیستی برای پیل‌های سوختی میکروبی
9. بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان در اقلیم سرد تبریز با سیستم هیبریدی خورشیدی– بادی: پاسخی نو به ناترازی انرژی در مناطق کوهستانی
10. شناسایی مکان های بهینه برای احداث پارک های محله ای در منطقه 11 شهرداری تهران
11. بررسی مولفه‌های کلیدی معماری سبز در ساختمان‌های مسکونی مبتنی بر بهینه سازی مصرف انرژی و ارتقاء پایداری زیست محیطی
12. استفاده از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی در صنعت نفت (اکتشاف، استخراج، بهره برداری مخزن)
13. A review of the removal of dye pollutions in water and its effect on human and aquatic health
14. کاربرد فناوری‌های نوین در ارتقاء پایداری محیطی و حس تعلق در شهرهای جدید (با تأکید بر شهرهای جدید ایران)
15. Implementation of Hypnosis in Sports Setups Based on Performance Improvement