Kesici takım geometrisinin kesme performansı ve delik kalitesine etkisi = Effect of cutting tool geometry on cutting performance and hole quality

Abstract

Talaşlı imalat gelişen ve yeniliğin gün geçtikçe artan sanayide önemli bir yer tutmaktadır. Talaşlı imalatın yapı taşı olan kesici takım ve hammadde endüstriside gün geçtikçe gelişmektedir. Yeni tasarlanan ürünlerin maliyetlerinin azaltılması ve performans larının geliştirilmesi için yenilikçi hammaddelere ihtiyaç duyulmaktadır. Hammaddelerin çeşitli oranlarda birleşimi sonucunda istenen maliyetler ve performans parametreleri sağlanmaktadır. Teknolojik gelişmeler sonucunda birçok malzeme çeşidinin firmalar t arafından araştırılması konusunda en önemli kısıtlardan biride talaşlı imalat alanında işlenebilirliğinin sorgulanmasıdır. Pirinç, bakıra belirli oranlarda çinko eklenerek elde edilen sarı renkteki alaşımların genel ismidir. Uzun ömürlü ve uygun maliyetle rde elde edilebilir olması, diğer malzemeler ile kıyaslanamayacak eşsiz nitelikteki birçok fiziksel özelliğe aynı anda sahip olması, elektrik ekipmanları ve hassasiyet gerektiren tüm hassas mühendislik endüstrisinde pirinç ilk sırada tercih edilen malzeme haline gelmiştir. Pirinç bulundurduğu benzersiz özellik kombinasyonları ile birçok parçayı üretmek için en iyi malzemedir. Bu da üretim maliyetini düşürür ve tasarrufu beraberinde getirir. Örneğin, iyi mukavemet ve süneklik, mükemmel korozyon direnci ve üs tün işlenebilirlik gibi özellikler birleştirilebilir. Pirinçler diğer malzemelerin işlenebilirliğinin değerlendirmesi aşamasında standardı belirler. Ayrıca minimum işlemeye ihtiyaç duyabilmek adına pirinç çok çeşitli ürün formlarında ve boyutlarında mevcut olabilir. Bu konuda kesici takım geometrelerinin hammaddeye uygun olarak tasarlanıp üretilmesi işlenecek hammaddenin işlenebilirliği, yüzey kalitesi ve talaşlı imalat maliyetlerine doğrudan etki etmektedir. Bu çalışmada teknolojik gelişmeler sonuçunda CW 511L pirinç malzemenin birçok sektörde kullanılması ve talaşlı imalat alanında sıklıkla tercih edilen bir hammadde olması nedeniyle kesici takımların radyal talaş açısı, eksenel talaş açısı, yuvarlanma yarıçapı ve helis açısı parametreleri taguchı metodu k ullanılarak belirlenmiş ve optimize hale getirilmiş kesici takım geometrisi elde edilmiştir. Optimize hale getirilmiş parametreler ile nihai kesici takım oluşturulmuş ve yüzey pürüzlülüğü, ilerleme kuvvetleri, talaş ağırlığı, çapak yüksekliği incelenmiştir . Tez çalışması kapsamında Ø90 x 30 mm boyutlarında 28 adet CW511L(CuZn38As) düşük kurşunlu pirinç alaşım malzemesi kullanılmıştır. Tüm talaşlı imalat deneylerinde Fanuc ROBODRILL Alpha kullanılmıştır. CW511L kurşunsuz piri D21LiB5 CNC dikey işleme merkezi nç alaşımın işlenebilirlik deneyleri için gerekli olan yekpare karbür takımlar ANCA FX7 Linear takım bileme tezgahında üretilmiştir. Kesici takımların tasarımı ANCA Toolroom programında yapılmıştır. Delik delme işlemleri sırasında kesme kuvvetleri maksimum 10 kN ölçüm yapan , 0 70 °C sıcaklık aralığında ve su altında çalışabilen Kist ler 9129AA tipi çok bileşenli dinamometre kullanılarak ölçülmüştür. Elde edilen kuvvet verileri, LabAmp sistemi Tip 5167A amplifikatör kullanılarak bilgisayar aktarılmıştır. Veriler Dynoware yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Tüm delik delme işlemler inden sonra iç çap yüzeylerinin yüzey pürüz ölçülerek yüzey kaliteleri kıyaslanmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ölçü m l ülük değerleri leri için Mitutoyo Surftest Extreme SV 3000 CNC yüzey pürüzlülük ve form ölçüm cihazı kullanılmıştır. Numune yüzeylerinin "Aritmeti k Ortalama Pürüzlülük", Ra, ve "Maksimum Pürüzlülük Derinliği", Rz, değerleri ölçülmüştür. Kesici takım geometrisinde yer alan helis açısı kesici takımın kesme özelliğinin gelişmesine, talaşın daha rahat parçadan uzaklaştırılmasına ve işlenenen süreye ver ilene parametreler doğrultusunda etki etmektedir. Radyal talaş açısı kesici takımın kanalında yer alan kesme açısıdır. Bu açı hammad d enin işlenebilirlik parametresine göre önem göstermektedir. Radyal talaş açısı kesme açısı olarakda ifade edilebilmektedir. Eksenel talaş açısı kesici takım dönerken veya hammadde dönerken kes i c i takım sabit konumda bulunduğunda kesme işleminde sürtmenin gerçekleşmemesi için yapılan boşaltma açısıda olarak ifade edilen açıdır. Açının değeri hammaddenin özelliğine göre belirlen mektedir. Yuvarlanma yarıçapı, kesici takım çalışma esnasında eksenel ve radyal kuvve t lere maruz kalır. Bu kuvvetler kesici takımın keskin yüzeylerinde çeşitli aşınmalara sebebiyet vermektedir. Bunun önüne geçilip daha fazla hammad d enin işlenmesini sağlanm ası için yapılan işlemdir. Yuvarlanma yarıçapı kesici takımın ömrünü ve kesme parameterleri üzerinde olumlu etkiler yaratır. Kesici takımın geometrisini oluşturan yapı taşları helis açısı, radyal talaş açısı, eksenel talaş açısı ve yuvarlanma yarı çapı ha mmadenin işlenm esi s ırasında çeşitli talaş oluşumlarına sebebiyet verir. Bu talaşların incelenmesi ile geometrik özelliklerin geliştirilmesi sağlanır. Aynı zamanda kesici takım delme işlemini gerçekleştirdikten sonra hammadde üzerinde çapak oluşumuna sebebi yet verir. Delik delme operasyonlarında talaş kırılabilirliği oldukça önemli bir rol oynamaktadır. Delik delme esnasında talaşların işlenmiş yüzeyden dışarı atılması sebebi ile uzun talaşlardan kaçınılmalıdır. Delik delme performansı talaşın işlenmiş yüzey den kolayca atılmasına bağlıdır ve işlenmiş yüzey kaliteside bu durumdan etkilenmektedir. Çalışmadan elde veriler doğrultusunda farklı pirinç alaşımları için optimum takım geometrileri oluşturulabilir ve standartlaştırma çalışmaları yapılabilir. Gün geçtikçe çevreye verilen önemin artmasıylada birlikte çevreye zararı minimum olan malzemeler üretilmektedir. Bu malzemelerin optimum işlenebilmesi için gelecekte yapılacak çalışmalar çok değerli olacaktır.

Machining has an important place in the growing industry that has left behind the days of never and innovation. The building block of machining is the consumer team and the day in the raw material industry is entrepreneurial. There is a need for waste to reduce newly designed consumptions and limit their performance. As a result of combining the raw materials in various proportions, the desired values and performance values a re given. As a result of technological developments, one of the most important restrictions that many material types have by their companies is the questioning of their machinability in the field of machining. Brass is the general name of yellow alloys obt ained by adding zinc to copper in certain proportions. Brass has become the first choice material in the electrical equipment and precision engineering industry that requires precision due to its long life and affordability, its unique physical properties that cannot be compared with other materials. "High strength brasses" are available for applications that require higher strength. These contain additional alloying elements that further improve properties, such as manganese. Some high strength brasses ach ieve strengths comparable to steels. These alloys contain the base metal copper, ranging from 58% to 95%. The remaining metals are usually zinc and lead, which is below 4%. In the softened or annealed state, brasses are ductile and strong, but when they ar e hardened by cold working processes such as rolling or drawing, their strength increases significantly. Strong, rigid structures can be joined from extruded and extruded sections. Rods and rolled sheet and sheet metal can be manufactured into containers a nd other items of equipment operating under pressure. The strength of brasses is largely maintained at temperatures up to about 200 ºC, and at 300 ºC it decreases by about 30%; This is a positive situation compared to many alternative materials and easily exceeds the properties of plastics. Brasses are well suited for use at cryogenic temperatures, since their properties, especially strength and toughness, are maintained or slightly improved under such conditions. Brasses can be easily joined to other coppe r alloys or other metals with most commercial joining processes such as riveting, soft soldering, hard soldering with silver, and friction welding. Adhesive bonding application can also be used. With its unique combination of properties, brass is the best material to manufacture many parts. This reduces the production cost and brings savings. For example, properties such as good strength and ductility, excellent corrosion resistance and superior machinability can be combined. Brass sets the standard in the evaluation of the machinability of other materials. In addition, rice can be available in a wide variety of product forms and sizes to require minimal processing. In this regard, the design and production of cutting tool geometries in accordance with the r aw material directly affects the machinability, surface quality and machining costs of the raw material to be processed. In this study, radial rake angle, axial rake angle, rolling radius and helix angle parameters of the cutting tools were determined and optimized using the taguchi method, as a result of technological developments, CW511L brass material is used in many sectors and is a frequently preferred raw material in the field of machining. has been done. The final cutting tool was created with optimi zed parameters and surface roughness, feed forces, chip weight, burr height were investigated. Within the scope of the thesis study, 28 CW511L(CuZn38As) low lead brass alloy materials with Ø90 x 30 mm dimensions were used. Fanuc ROBODRILL Alpha D21LiB5 CNC vertical machining center was used in all machining experiments. Solid carbide tools required for machinability tests of CW511L lead free brass alloy were produced on ANCA FX7 Linear machine sharpening machine. The design of the cutting tools was made in the ANCA Toolroom program. To be used in machining experiments of CW511L lead free brass alloy; 27 tools were produced in different geometries with 4, 8 and 12 ° radial rake angle, rake angle and 0, 5 and 10 ° helix angle, 10, 20 and 30 2, 0 and 2 ° axial micron rolling radius. Within the scope of the thesis study, according to the results obtained from the taguchi experiments, the set was produced again and validation experiments were carried out. The cutting forces were measured using a Kistler 9129AA ty pe multi dynamometer, which can operate under water at a temperature range of 0 component 70 °C, with a maximum measurement of 10 kN during drilling operations. The force data obtained were transferred to the computer using the LabAmp system Type 5167A amp lifier. Data analyzed using Dynoware software After all the drilling processes, the surface roughness values of the inner diameter surfaces were measured and the surface qualities were compared. Mitutoyo Surftest Extreme SV 3000 CNC surface roughness and f orm measuring device was used for surface roughness measurements. "Arithmetic Average Roughness", Ra, and "Maximum Roughness Depth", Rz, values of the sample surfaces were measured. The helix angle in the cutting tool geometry affects the improvement of th e cutting feature of the cutting tool, the removal of the chip from the part more easily, and the parameters given to the machined time. The radial rake angle is the cutting angle in the groove of the cutting tool. This angle shows importance according to the machinability parameter of the raw material. The radial rake angle can also be expressed as the cutting angle. Axial rake angle is the angle expressed as the discharge angle, which is made to prevent friction in the cutting process when the cutting too l is in a fixed position while the cutting tool is rotating or the raw material is rotating. The value of the angle is determined by the nature of the raw material. The rolling radius is subjected to axial and radial forces during cutting tool operation. It is the process to prevent this and to ensure that more raw materials are processed.