基于RSM–模糊LMAW–模糊MARCOS方法的香蕉皮灰与芒果籽壳灰增强铝基复合材料的可持续面铣加工

《Scientific Reports》：Sustainable face milling of banana peel ash- and mango seed shell ash-reinforced aluminum hybrid composites using RSM–fuzzy LMAW–fuzzy MARCOS

　　

摘要

本研究旨在通过探索农业废弃物衍生材料——具体为香蕉皮灰（BPA）和芒果籽壳灰（MSSA）——在铝基混合复合材料中的应用潜力，来解决可持续制造实践的需求，这类复合材料可用于面铣加工。研究的目的是将农业废弃物转化为能够提升加工性能、生产效率及可持续性的高附加值材料。研究人员利用BPA和MSSA制备了铝基混合复合材料，并针对切削速度、进给速率、切削深度以及刀槽角这四个关键参数进行了面铣实验。研究采用响应面法来建立工艺与响应之间的关系，同时运用三角模糊数结合模糊LMAW方法来确定各响应的权重，再通过模糊MARCOS方法进行多准则决策，从而对不同的加工方案进行排序。研究结果表明，在受控的面铣条件下，所用的复合材料具有较好的加工性能。不过该加工过程对各项参数较为敏感，表面粗糙度Ra在0.37到1.12微米之间，材料去除率MRR在495到4395立方毫米/分钟之间，功率消耗Pc在179到369瓦特之间，切削力CF在60到130牛顿之间。最优的加工条件是那些表面粗糙度低、切削力和功率消耗低，同时材料去除率高的条件。该研究的局限性在于仅研究了特定的成分范围和加工参数，且未考虑材料的微观结构变化、刀具磨损以及长期使用性能等问题。未来的研究可以进一步拓展这些方面，以更全面地验证研究结果。研究结果表明，含有BPA和MSSA增强的铝基混合复合材料可有效应用于可持续加工领域。所提出的混合优化框架能够帮助制造商选择最佳的面铣加工条件，在不影响表面质量的前提下提升生产效率。这项研究为将农业废弃物材料融入混合复合材料以实现可持续制造提供了新的思路。响应面法与模糊LMAW及模糊MARCOS决策方法的结合，为提升加工性能和实现可持续性提供了一种高效的多响应优化方法。