Theoretical Evaluation of the Surface Roughness Effect on the Fatigue Life in Turning

Öz

Surface roughness profile and values which occurs according to the type of machining, show a structure that triggers the fatigue damage mechanism which starts with formation of cracks on the surfaces. In this study, aluminum 6061-T913 alloy was processed by turning with different cutting parameters, then surface roughnesses were measured and these values were used to theoretical calculation of fatigue life depending on surface roughness. Test specimens prepared from Al6061 alloy 40 mm in diameter and  200 mm in length for turning with different cutting parameters. Then, roughness of the machined surfaces was measured and fatigue life was calculated and evaluated with the "√𝑎𝑟𝑒𝑎" model. When the cutting speed is increased the surface roughness is reduced and also increased by increment of feed rate. Theoretical calculations showed fatigue damage can be started and occured at higher stress values by decreasing surface roughness. 

Anahtar Kelimeler

• Al 6061-T913,Turning,Surface roughness,√𝑎𝑟𝑒𝑎 fatigue life model

Tornalamada Oluşan Yüzey Pürüzlülüğünün Yorulma Ömrüne Etkisinin Teorik Değerlendirilmesi

Öz

İmalat esnasında imalatın tipine göre oluşan yüzey pürüzlülük profili ve boyutları, yüzeylerde gerilme yığılması ve bunun sonucunda çatlak oluşumu ile başlayan yorulma hasar mekanizmasının oluşumunu tetikleyen bir yapı sergilemektedir. Bu çalışmada, alüminyum 6061-T913 alaşımından çap 40 mm, boy 200 mm olarak hazırlanan deney numuneleri değişik kesme parametreleri ile CNC torna tezgahında işlendikten sonra oluşan yüzey pürüzlülükleri ölçülerek bu değerler yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak yorulma ömürlerinin teorik olarak hesaplanmasında kullanılmıştır. Daha sonra ölçülen yüzey pürüzlülükleri kullanılarak “√𝑎𝑟𝑒𝑎” modeli ile yorulma ömrü hesaplanmış ve değerlendirilmiştir. Kesme hızının 100 m/dk’dan 400 m/dk’ya artırıldığında yüzey pürüzlülüğünün azaldığı, ilerlemenin artırılması ile yüzey pürüzlülüğünün arttığı tespit edilmiştir. Yapılan teorik hesaplamalar sonucunda ise yüzey pürüzlüğünün artmasıyla yorulmanın daha düşük gerilmelerde, azalmasıyla ise yorulma hasarının daha yüksek gerilme değerlerinde başlayıp meydana gelebileceği anlaşılmıştır. 

Anahtar Kelimeler

• Al6061-T913,Tornalama,Yüzey pürüzlülüğü,√𝑎𝑟𝑒𝑎 yorulma ömrü modeli

Kaynakça

1. 1. Schmid, R. S., Hamrock, B. J., H., Jacobson, B.O., 2013. Fundamentals of Machine Elements (Third Edition), CRC Press, 161.
2. 2. Taylor, D., Clancy, O., 1991. The Fatigue Performance of Machined Surfaces. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 14(2–3), 329–336.
3. 3. Javidi, A., Rieger, U., Eichlseder, W., 2008. The Effect of Machining on the Surface Integrity and Fatigue Life. International Journal of Fatigue, 30(10), 2050–2055.
4. 4. Pramanik, A., Dixit, A.R., Chattopadhyaya, S., Uddin, M.S., Dong, Y., Basak, A.K., Littlefair, G., 2017. Fatigue Life of Machined Components. Advances in Manufacturing, 5(1), 59.
5. 5. Field, M., Kahles, J., 1971. Review of Surface İntegrity of Machined Components. Ann CIRP 20, 153–63.
6. 6. Capello, E., 2005. Residual Stresses in Turning Part I: Influence of Process Parameters. Journal of Materials Processing Technology, 160(2), 221–228.
7. 7. Griffiths, B.J., 2001. Manufacturing surface technology, in: Surface Integrity and Functional Performance, Penton Press. London, 21.
8. 8. Thamizhmanii, S., Saparudin, S., Hasan, S., 2007. Analyses of Surface Roughness by Turning Process using Taguchi Method. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 20(1-2), 503-506.

9. 9. Qehaja, N., Jakupi, K., Bunjaku, A., Bruçi, M., Osmani, H., 2015. Effect of Machining Parameters and Machining Time on Surface Roughness in Dry Turning Process. Procedia Engineering, 100, 135-140.
10. 10. Kishawy, H.A., Elbestawi, M.A., 1999. Effects of Process Parameters on Material Side Flow During Hard Turning. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 39, 1017–1030.
11. 11. Huang, L., Chen, C., 2001. A Multiple Regression Model to Predict In-process Surface Roughness in Turning. Journal of Industrial Technology, 17(2), 1-8.
12. 12. Puertas, I., Luis Perez, C.J., 2003. Surface Rougness Prediction By Factorial Design of Experiments in Turning Processes. Journal of Materials Processing Technology, 143, 390-396.
13. 13. Tekaslan Ö., Gerger, N., Şeker, U., 2008. AISI 304 Östenitik Paslanmaz Çeliklerde Kesme Parametrelerine Bağlı Olarak Yüzey Pürüzlülüklerinin Araştırılması, BAÜ FBE Dergisi, 10(2), 3-12.
14. 14. Zawada-Tomkiewicz, A., 2011. Analysis Of Surface Roughness Parameters Achieved By Hard Turning with the use of PCBN Tools, Estonian Journal of Engineering, 17(1), 88–99.
15. 15. Yamanea, Y., Ryutaroa, T., Tadanori, S., Ramirez I.M., Keiji, Y., 2017. A New Quantitative Evaluation for Characteristic of Surface Roughness in Turning, Precision Engineering, 50, 20–26.
16. 16. Yu-kui, G., Xiang-bin, L., Qing-iang, Y., Mei, Y., 2007. Influence of Surface Integrity on Fatigue Strength of 40CrNi2Si2MoVA Steel. Materials Letters, 61(2), 466-469.
17. 17. Davies, D.P., Jenkinsa, S.L., Legga, S.J., 2014. The Effect Machining Processes Can Have on the Fatigue Life and Surface Integrity of Critical Helicopter Components. Procedia CIRP 13, 25-30.
18. 18. Torres, M., Voorwald, H., 2002. An Evaluation of Shot Peening, Residual Stress and Stress Relaxation on The Fatigue Life of AISI 4340 Steel. International Journal of Fatigue 24(8), 877-886.
19. 19. Hashimoto, F., Guo, Y.B., Warren, A.W., 2006. Surface Integrity Difference between Hard Turned and Ground Surfaces and its Impact on Fatigue Life. CIRP Annals, 55(1), 81-84.
20. 20. Murakami, Y., 2002. Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. Elsevier Science, Oxford, 305-320.
21. 21. Pul, M., 2017. 7075, 6061 ve 2024 Alüminyum Alaşımlarının Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğü ve Takım Aşınmasının Karşılaştırılması. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 9(2), 65-75.
22. 22. Murakami, Y., Tsutsumi, K., Fujishima, M., 1996. Quantitative Evaluation of Effect of Surface Roughness on Fatigue Strength. Transactions of Japan Society of Mechanical Enginners Ser. A, 62(597), 1124–1131.
23. 23. Boothroyd, G., 1981. Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools, International (Fifth Edition), McGraw-Hill, ISBN 0-07-085057- 7, New York.
24. 24. Shaw, M.C., 1984. Metal Cutting Principles, Oxford University Press, London, ISBN 0-19-859002-4, 594.