Kesici Takım Tasarımında Optimizasyonun Sürdürülebilir Üretim Verimliliğine Etkisi

Öz

Bu araştırmanın amacı, CNC torna tezgâhlarında kullanılan kesici takım geometrisinin yeniden tasarlanması yoluyla üretim performansında ve sürdürülebilir üretim göstergelerinde sağlanabilecek iyileştirmeleri incelemektir. Modern imalat süreçlerinde işlem sürelerinin azaltılması, kaynak kullanımının optimize edilmesi ve operasyonel verimliliğin artırılması sürdürülebilir üretim hedefleri açısından kritik öneme sahiptir. Bu bağlamda çalışma, kesici takım geometrisinde gerçekleştirilen tasarım değişikliklerinin talaş kaldırma davranışı, çevrim süresi, üretim hızı ve genel makine performansı üzerindeki etkilerini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Araştırma için nicel ve deneysel bir yaklaşım benimsenmiş, CNC torna tezgâhında iki farklı kesici takım geometrisi karşılaştırılmıştır. İyileştirme öncesi ve sonrası elde edilen performans verileri sistematik olarak ölçülmüş, ilerleme hızı, kesme hızı, talaş kaldırma hızı, çevrim süresi ve üretim hızı gibi göstergeler üzerinden analiz edilmiştir. Her iki durumda da üç tekrar ölçümü gerçekleştirilmiş ve elde edilen veriler tanımlayıcı istatistikler ile öncesi-sonrası karşılaştırma analizleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, yeni tasarlanan kesici uç geometrisinin operasyonel performans göstergelerinde belirgin iyileşmeler sağladığını göstermektedir. İyileştirme sonrası ilerleme hızında yaklaşık %25 artış, çevrim süresinde yaklaşık %25 azalma ve üretim hızında %36,4 oranında artış gözlenmiştir. Bu sonuçlar, kesici takım geometrisinin talaş kaldırma süreçleri ve üretim verimliliği üzerinde önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Bu çalışmada enerji tüketimi ve takım ömrü doğrudan ölçülmemiştir. Bu nedenle sürdürülebilirlik boyutuna ilişkin değerlendirmeler, çevrim süresi ve işlem süresi gibi süreç-zaman göstergelerindeki iyileşmelerin operasyonel enerji yoğunluğunu azaltma potansiyeli üzerinden dolaylı olarak ele alınmalıdır. Bulgular, kesici takım geometrisinin üretim süreçlerinde operasyonel verimliliği artırarak sürdürülebilir üretim hedeflerine katkı sağlayabilecek bir tasarım parametresi olduğunu göstermekte, ancak bu ilişkinin gelecekte doğrudan enerji ölçümleri ve takım aşınması analizleriyle doğrulanması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Sürdürülebilir Üretim
• Kesici Takım Tasarımı
• CNC Torna
• Üretim Verimliliği
• Optmizasyon

The Impact of Optimization in Cutting Tool Design on Sustainable Manufacturing Efficiency

Abstract

The aim of this study is to investigate potential improvements in production performance and sustainable manufacturing indicators by redesigning the cutting tool geometry used in CNC turning operations. In modern manufacturing environments, reducing processing time, optimizing resource utilization, and improving operational efficiency are critical aspects of sustainable production. Accordingly, this research evaluates the effects of geometric modifications in cutting tool design on chip removal behavior, cycle time, production rate, and overall machine performance. A quantitative experimental approach was adopted to compare two different cutting tool geometries on a CNC lathe. Performance data obtained before and after the improvement were systematically measured and analyzed based on indicators such as feed rate, cutting speed, chip removal rate, cycle time, and production speed. Three repeated measurements were conducted for each condition, and the data were analyzed using descriptive statistics and pre–post comparisons. The findings indicate that the redesigned cutting-edge geometry resulted in notable improvements in operational performance indicators, including approximately a 25% increase in feed rate, a 25% reduction in cycle time, and a 36.4% increase in production speed. These results suggest that cutting tool geometry plays a significant role in machining efficiency and production productivity. Energy consumption and tool life were not directly measured in this study. Therefore, sustainability-related implications should be interpreted as indirect inferences based on process-time improvements and their potential to reduce operational energy intensity. While the results suggest that cutting tool geometry optimization may contribute to sustainable manufacturing through enhanced operational efficiency, future research should include direct energy measurements and tool wear analysis to validate these relationships.

Keywords

• Sustainable Manufacturing
• Tool Design
• CNC Turning
• Optimization
• Production Efficiency

References

1. Creswell, J. W. ve Creswell, J. D. (2018). Research design: Qualitative, quantitative, and mixed methods approaches (5th ed.). SAGE Publications.
2. Dhar, N. R., Ahmed, M. T. ve Islam, S. (2009). An experimental investigation on effect of minimum quantity lubrication in machining AISI 1040 steel. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49(10), 746–753. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.05.005
3. Fang, N. ve Wu, Q. (2009). A comparative study on the cutting forces in high-speed machining of aluminum alloys. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 131(4), 041012. https://doi.org/10.1115/1.3159044
4. Field, A. (2018). Discovering statistics using IBM SPSS Statistics (5th ed.). SAGE Publications.
5. Groover, M. P. (2016). Fundamentals of modern manufacturing: Materials, processes, and systems (6th ed.). Wiley.
6. Gupta, M. K., Song, Q., Liu, Z. ve Mia, M. (2019). Tool wear mechanisms and sustainable lubrication strategies in machining of difficult-to-cut materials. Tribology International, 135, 105373. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.05.006
7. Khan, A. M., Gupta, M. K. ve Raina, A. (2020). Sustainable machining: A review of recent progress and challenges. Journal of Cleaner Production, 257, 120558. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120558
8. Montgomery, D. C. (2013). Design and analysis of experiments (8th ed.). Wiley.

9. Pervaiz, S., Deiab, I., Rashid, A. ve Nicolescu, M. (2019). A review on sustainability in turning: Conventional and advanced approaches. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 102, 3129–3150. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03353-8