Investigation of Drilling Performance of Copper Material in terms of Cutting Force and Tool Temperature

Abstract

Bakır Malzemenin Delinme Performansının Kesme Kuvveti ve Takım Sıcaklığı Açısından İncelenmesi

Abstract

Bakır, yüksek elektrik ve ısı iletkenlik değerlerine sahip olması nedeniyle birçok sektörde aranan ve talep gören malzemelerden biridir. Gümüş ve altından sonra en yüksek ısı ve elektrik iletim katsayısına sahip bakır, ekonomikliği ile özellikle elektrik ve elektronik endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek teknolojiye sahip yeni imalat yöntemleri gelişse de matkapla delik delme en yaygın talaşlı imalat yöntemlerinden biri olarak güncelliğini devam ettirmektedir. Yüksek sünekliği ticari saflıktaki bakırın delinmesini güçleştirmek ve delik kalitesi üzerinde olumsuz etkiye sebep olmaktadır. Bu çalışmada ticari saflıktaki bakırın delinmesi sürecinde bağımsız değişkenlerin (matkap geometrisi, kaplaması ve kesme parametreleri) bağımlı değişkenler (kesme kuvvetleri ve kesici takıma etkiyen sıcaklıklar) üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deneyler Taguchi L16 dikey dizisi kullanılarak tasarlanmıştır. Bağımsız değişkenlerin bağımlı değişkenler üzerindeki etkisini anlayabilmemiz için bir regresyon modeli geliştirilmiştir. Optimum delme koşulları belirlenmiş ve varyans analizi ile bağımsız değişkenlerin bağımlı değişkenleri hangi oranda etkiledikleri hesaplanmıştır. Hesaplamalar ışığında elde edilen veriler bir dizi deney ile test edilmiş ve sonuçların birbiri ile tutarlı olduğu görülmüştür. Deneyler sonucunda kesme kuvveti üzerinde etkili olan bağımsız değişkenlerin sırasıyla ilerleme miktarı, uç açısı, kesme hızı ve kaplama durumu olduğu, kesici takım sıcaklığı üzerinde ise kesme hızı, uç açısı, ilerleme miktarı ve kaplama durumu olduğu görülmüştür.

Keywords

• Bakır
• Delme
• Regresyon analizi
• Taguchi metodu
• kesme parametreleri

References

1. [1] Yazan, H.A., Akar, A.U., Özmerih, L “Bakır ve bakır ürünleri kullanım alanları”, MTA Enstitüsü Yayınları, 43-47.
2. [2] Xiong, X., Sheng, H.C., Chen, J., Yao, P.P., “Effects of sintering pressure and temperature on microstructure andtribological characteristic of Cu-based aircraft brake material”, Trans. Nonferrous Met. Soc. of China., 17, 669-675, 2007.
3. [3] Ulutaş, A., Turhan, H., Çinici, H. “Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen ferrobor takviyeli bakır kompozitinin mekanik özelliklerinin belirlenmesi”, BAUN Fen Bil. Enst. Dergisi, 18:1, 10-20, 2016.
4. [4] Tylecote, R.F. “Kupfer in natur, technik, kunst und wirtschaft”, Norddeutsche Affinerie Private Sendung, Hamburg, 28, 1966.
5. [5] Tjong, S.C., Lau, K.C., “Tribological behaviour of SiC particle-reinforced copper matrix composites”, Materials Letters, 43, 274-280, 2000.
6. [6] Schmidt, R.F., Schmidt, D.G. “Selection and Application of Copper Alloy Castings”, ASM Handbook II:346-355, 1993.
7. [7] Ünlü, B.S., Köksal, N.S., Atik, E. “Bakır esaslı bronz ve pirinç yatakların tribolojik özelliklerinin karşılaştırılması”, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 5:2, 103-108, 2003.
8. [8] M., Kurt, Y., Kaynak, B., Bakır, U., Köklü, G., Atakök, L., Kutlu, “Experimental investigation and Taguchi optimization for the effect of cutting parameters on the drilling of Al 2024-t4 alloy with diamond like carbon (DLC) coated drills”, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, Türkiye.

9. [9] K. Colligan, “New tool drills both titanium and carbon composites”, American Machinist, 138 (10), 56-58, 1994.
10. [10] D. Kim and M. Ramulu, “Cutting and drilling characteristics of hybrid titanium composite laminate (HTCL)”, In Proceedings of Materials and Processing Technologies for Revolutionary Applications Fall Technical Conference, Seattle, Washington, 2005, 1-8.
11. [11] B.K. Lambert, “Prediction of force, torque and burr length in drilling titanium-composite materials”, SME Technical Paper MR79-363,1979.
12. [12] Ş. Bayraktar, Y. Siyambaş, Y. Turgut, “Delik delme prosesi: bir araştırma”, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(2), 120-130, 2017.
13. [13] G. Meral, H. Dilipak, ve M. Sarıkaya, “AISI 1050 Malzemenin Delinmesinde Delme Parametrelerinin Delik Kalitesi Üzerindeki Etkisinin Çoklu Regresyon Metoduyla Modellenmesi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 8 (1), 37-46, 2011.
14. [14] Dhar, N.R., Ahmed, N.T., Islam, S., (2007), “An experimental investigation on effect of minumum quantity lubrication in machining AISI 1040 steel”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 47, 748-753.
15. [15] Çakır, A., Bahtiyar, O., Şeker, U., (2014), “Farklı soğutma şartları ile farklı kesme parametrelerinin AA7075 ve AA2024 alüminyum alaşımlarında delik delme işlemlerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi”, 16. Uluslararası Makina Tasarım ve İmalat Kongresi, İzmir, Türkiye.
16. [16] E., Bahçe, E., Kılıçkap, C., Özel, “Al-5005’in delinmesinde delme parametrelerinin çapak oluşumuna etkisinin araştırılması”, 2.Ulusal Tasarım İmalat ve Analizi Kongresi, Balıkesir.
17. [17] Lin, S.C., Ting, C.J. “Tool wear monitoring in drilling using force signals”, Wear, 180(1-2), 53-60, 1995.
18. [18] Yang, L.P., Huang, L.X., Wang, C.Y., Zheng, L.J., Ma, P., Song, Y.X. “Drilling force and chip morphology in drilling of PCB supported hole”, Advanced Materials Research, 188, 429-434, 2011.
19. [19] Vergara, J., Damm, S., Villanueva, J., Godoy, J.M., Tikal, F. “Bush making by thermal flow drilling in copper and brass, The International Journal for Manufacturing Science & Production, 4(2), 103-111, 2001
20. [20] Tang, H.Q., Wen, J., Wang, C.Y., Wu, L.S., Song, Y.X. “Simulation of drilling on the copper of PCB with Ultra-high-speed”, Advanced Materials Research, 188, 739-742, 2011.
21. [21] Moriwaki, T., Akira,H., Okuda, K., “Effect of cutting heat on machining accuracy in ultra-precision diamond turning”, CIRP Annals, 39(1), 81-84, 1990.
22. [22] Zhang, H., Zhang, X. “Factors affecting surface quality in diamond turning of oxygen-free high-conductance copper”, Applied Optics, 33(10), 2039-2042, 1994.
23. [23] Breton, S.B., Gravier, J., Vignal, V. “Impact of Superfinish Turning on Surface Integrity of Pure Copper”, Procedia Engineering, 19, 28-33, 2011.
24. [24] Mahajan K.A., Sasalah, M., Gawande, S.H. “Experimental investigations of surface roughness on OFHC copper by diamond turning machine”, International Journal of Engineering Science and Technology, 2(10), 5215-5220, 2010.
25. [25] Tanaka, H., Shimada, S., Higuchi, M., Yamaguchi, T., Kaneeda, T., Obata, K. “Mechanism of cutting edge chipping and its suppression in diamond turning of copper”, CIRP Annals, 54(1), 51-54, 2005.
26. [26] Shimada, S., Inamura, T., Higuchi, M., Tanaka, H., Ikawa, N. “Suppression of tool wear in diamond turning of copper under reduced oxygen atmosphere”, CIRP Annals, 49(1), 21-24, 2000.
27. [27] Rahman, M., Kumar, A.S., Prakash, J.R.S. “Micro milling of pure copper”, Journal of Materials Processing Technology, 116(1), 39-43, 2001.
28. [28] Gökçe, H., Yavuz, M., Karayel, M. "İmalat Süreçlerinde Kesme Kuvvetlerinin Belirlenmesi Amaçlı Dinomometre Tasarımı ve İmalatı", Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3(2): 27-32, 2017.
29. [29] http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=9aebe83845c04c1db5126fada6f76f7e.
30. [30] Başar, G., Kahraman, F. "Delik işleme prosesinde kesme parametrelerinin Taguchi metodu ve regresyon analizi kullanılarak modellenmesi ve optimizasyonu" 2nd International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2017), 688-695, 2017.
31. [31] Karaca, F., “Cam elyaf takviyeli plastik kompozitlerde delme parametrelerinin deformasyon faktörüne etkisinin araştırılması”, Science and Eng. J of Fırat Univ., 28(2): 23-27, 2016.
32. [32] Bayraktar, Ş., Turgut, Y. “Elyaf takviyeli polimer kompozit malzemelerin delinmesi üzerine bir araştırma”, 3.Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 2012.
33. [33] Meral, G., Dilipak, H., Sarıkaya, M. “AISI 1050 malzemenin delinmesinde ilerleme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğünün regresyon analiziyle modellenmesi, TÜBAV Bilim Dergisi, 4(1): 31-41, 2011.
34. [34] Yılmaz, V., Yılmaz, C.Y., Sarıkaya, M., Özdemir, M. “Modelling of Performance Output in the Hole Drilling Process with Different Electrodes to X10CrAlSi24 sheet material”, ISITES 2015 Valencia –Spain, 1032-1041, 2015.
35. [35] Başak, H., Baday, Ş. “In processing of a spheroidized medium carbon steel, modelling with regression analysis of cutting forces and surface roughness affected by cutting parameters”, Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 22(4), 253-258, 2016.
36. [36] Aydemir, M.E. “Bazı optimizasyon yöntemlerinin yama anten problemlerindeki performansı”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29(3), 579-588, 2014.
37. [37] M., Saat, “Kalite denetiminde Taguchi yaklaşımı”, Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 3, 97-108, 2000.
38. [38] Çiftçi, İ., Gökçe, H., “Optimisation of cutting tool and cutting parameters in machining of molybdenum alloys through the Taguchi Method”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34(1), 201-213, 2019.
39. [39] Ghani J.A., Choudhury I.A., Hassan H.H. “Application of Taguchi method in the optimization of end milling parameters”, Journal of Materials Processing Technology, 145, 84-92, 2004.
40. [40] Günay M., “Optimization with Taguchi Method of Cutting Parameters and Tool Nose Radius in Machining of AISI 316l Steel”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28(3), 437-444, 2013.
41. [41] Canel, T., Zeren, M. and Sınmazçelik, T. “Laser parameters optimization of surface treating of Al 6082-T6 with Taguchi method”, Optic & Laser Technology, 120, 105714, 2019.
42. [42] Terzioğlu, H. “Analysis of effect factors on thermoelectric generator using Taguchi method”, Measurement, 149, 106992, 2020.
43. [43] Pinar, A.M., Uluer, O., Kirmaci, V. “Optimization of counter flow Ranque–Hilsch vortex tube performance using Taguchi method”, International Journal of Refrigeration, 32(6): 1487-1494, 2009.
44. [44] Maiyar, L.M., Ramanujam, R., Venkatesan, K. and Jerald, J. “Optimization of Machining Parameters for end Milling of Inconel 718 Super Alloy Using Taguchi based Grey Relational Analysis”, Procedia Engineering, 64, 1276-1282, 2013.
45. [45] Gökçe, H., Çiftçi, İ. and Demir, H. “Cutting parameter optimization in shoulder milling of commercially pure molybdenum”, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 40:360, 2018.
46. [46] Korkmaz, M.E., Çakıroğlu, R., Yaşar, N., Özmen, R., Günay, M. “Al2014 Alüminyum Alaşımının Delinmesinde itme Kuvvetinin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi”, El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 6:1, 193-199, 2019.
47. [47] Çaydaş, U., Çelik, M. “AA 7075-T6 alaşımının delinmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, takım sıcaklığı ve ilerleme kuvvetine etkilerinin araştırılması”, Journal of Polytechnic, 20(2): 419-425, 2017
48. [48] Bayraktar, Ş. “İnvestıgatıng of effects on thrust force and burr heıght of cuttıng parameters ın dry drıllıng of al-5083 alloy”, 16th International Materials Symposium (IMSP’2016), 64, 2016.