Evaluation of tool radius and machining parameters on cutting forces and surface roughness for AA 6082 aluminum alloy

Year 2025, Volume: 9 Issue: 2, 125 - 138, 20.06.2025

Ayşe Sena Yamaner , Bahar Sayın Kul

https://doi.org/10.26701/ems.1666294

Cited By: 1

Abstract

In this study, the affects of machining parameters on surface roughness and cutting forces during machining on a conventional lathe of AA 6082 aluminum alloy, which is widely utilized in automotive, manufacturing, and aerospace sectors, were investigated. As experimental parameters: CCMT 09T308-304 and CCMT 09T304-304 cutting tools with two different corner radius, 0.25-0.5 mm depth of cut, 0.1-0.2 mm/rev feed rate and 65, 105 m/min cutting speed were used. ANOVA analysis was applied to determine the affects and significance levels of the variables on the surface roughness and cutting force values measured during the machining experiments. In Taguchi analysis, the optimum values of the variables were found by using S/N ratios in the case of “smaller is better”. According to the ANOVA results, the most important variable affecting the surface roughness was determined as feed rate for both cutting tools. In the ANOVA results of the cutting force, the most significant variable was determined as feed rate in the tool with 0.8 corner radius and chip depth in the tool with 0.4 corner radius. As a result of the experiments, the lowest cutting force and best surface roughness values were obtained with CCMT 09T308-304 coded cutting tools with 0.8 corner radius.

Keywords

AA 6082, machinability, turning, surface rougness, cutting force, ANOVA

References

• Korhonen, H., Koistinen, A., & Lappalainen, R. (2018). Improvements in the thread cutting torque for a 6082-T6 aluminum-based alloy with tapping tools utilizing diamond coating. Machining Science and Technology, 22(4), 696–728.
• Vishwas, C., et al. (2019). Study on surface roughness in minimum quantity lubrication turning of Al-6082/SiC metal matrix composites. Applied Mechanics and Materials, 895, 127–133.
• Saravanan, K., & Mahendran, S. (2020). Aluminium 6082-boron carbide composite materials preparation and investigate mechanical-electrical properties with CNC turning. Materials Today: Proceedings, 21, 93–97.
• Jebaraj, M., et al. (2019). Experimental study of the influence of the process parameters in the milling of Al6082-T6 alloy. Materials and Manufacturing Processes, 34(12), 1411–1427.
• Yapan, Y. F., et al. (2024). Machining and sustainability performance comparison for the milling process of Al6082 alloy under various minimum quantity lubrication conditions. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 1–22.
• Chowdhury, S. R., Das, P. P., & Chakraborty, S. (2023). Optimization of CNC turning of aluminium 6082-T6 alloy using fuzzy multi-criteria decision making methods: A comparative study. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 17(3), 1047–1066.
• Singh, M., et al. (2015). Optimization of process parameters of aluminum alloy (Al-6082 T-6) machined on CNC lathe machine for low surface roughness. J Mater Sci Eng, 4(6), 2169–0022.
• Turan, İ., et al. (2025). Prediction and Modelling with Taguchi, ANN and ANFIS of Optimum Machining Parameters in Drilling of Al 6082-T6 Alloy. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 9(3), 92.
• Işik, U., Demir, H., & Özlü, B. (2024). Multi-objective optimization of process parameters for surface quality and geometric tolerances of AlSi10Mg samples produced by additive manufacturing method using Taguchi-based gray relational analysis. Arabian Journal for Science and Engineering, 1–19.
• Özlü, B. (2021). Sleipner soğuk iş takım çeliğinin tornalanmasında kesme parametrelerinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve talaş şekli üzerine etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(3), 1241–1252.
• Binali, R., et al. (2025). A Holistic Perspective on Sustainable Machining of Al6082: Synergistic Effects of Nano-Enhanced Bio-Lubricants. Machines, 13(4), 293.
• Kartal, F., Yerlikaya, Z., & Gökkaya, H. (2017). Effects of machining parameters on surface roughness and macro surface characteristics when the machining of Al-6082 T6 alloy using AWJT. Measurement, 95, 216–222.
• Stanojković, J., & Radovanović, M. (2022). Influence of the cutting parameters on force, moment and surface roughness in the end milling of aluminum 6082-T6. Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering, 20(1), 157–165.
• Varatharajulu, M., et al. (2021). Experimental investigation of the effect of independent parameters in the face milling of aluminum 6082 alloy. Transactions of the Indian Institute of Metals, 74, 659–677.
• Garcia, R. F., et al. (2019). Optimization of cutting parameters for finish turning of 6082-T6 aluminum alloy under dry and RQL conditions. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41, 1–10.
• Beșliu, I., & Tamașag, I. (n.d.). Effect of cooling condition over surface quality in turning of aluminium alloy 6082-T6. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing.
• Quintana, G., et al. (2010). Influence of cutting parameters on cycle time, surface roughness, dimensional error and cutting forces in milling operations on aluminium 6082 sculptured surface geometry. International Journal of Machining and Machinability of Materials, 8(3–4), 339–355.
• Yigit, R. (2014). An experimental investigation of effect of minimum quantity lubrication in machining 6082 aluminum alloy. *KOVOVE MATERIALY-METALLIC MATERIALS, 52*(1).
• Patel, M. T., & Deshpande, V. A. (2014). Experimental investigation of effect of process parameters on MRR and surface roughness in turning operation on conventional lathe machine for aluminum 6082 grade material using Taguchi method. Journal of Engineering Research and Applications, 4(1), 177–185.
• Solanki, M., & Jain, A. (2021). Optimization of material removal rate and surface roughness using Taguchi based multi-criteria decision making (MCDM) technique for turning of Al-6082. Proceedings on Engineering, 3(3), 303–318.
• Aydın, K. (2023). Investigating Cutting Force and Cutting Power When Turning AA6082-T4 Alloy at Cutting Depths Smaller Than Tool Nose Radius. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(4), 972–982.
• Aryan, R., et al. (2017). Optimization of turning parameters of AL-Alloy 6082 using Taguchi method. International Journal of Advance Research and Innovation, 5(2), 268–275.
• Doruk, E. (2015). AA 6082 alüminyum alaşımının yorulma davranışı üzerine temper durumunun etkisi [Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• International Organization for Standardization. (1993). *ISO 3685: Tool-life testing with single-point turning tools*.
• Kechagias, J. D., et al. (2020). A comparative investigation of Taguchi and full factorial design for machinability prediction in turning of a titanium alloy. Measurement, 151, 107213.
• Binali, R., Yaldız, S., & Neşeli, S. (2024). Finite element analysis and statistical investigation of S960QL structure steel machinability with milling method. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 46(5), 260.
• Güneş, A., et al. (2021). Optimization study on surface roughness and tribological behavior of recycled cast iron reinforced bronze MMCs produced by hot pressing. Materials, 14(12), 3364.
• Taguchi, G. (1987). System of experimental design; engineering methods to optimize quality and minimize costs.
• Jawahir, I., Qureshi, N., & Arsecularatne, J. (1992). On the interrelationships of some machinability parameters in finish turning with cermet chip forming tool inserts. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 32(5), 709–723.
• Hagiwara, M., Chen, S., & Jawahir, I. (2009). Contour finish turning operations with coated grooved tools: Optimization of machining performance. Journal of Materials Processing Technology, 209(1), 332–342.
• Taylan, F., & Oral, N. (2018). Tİ-6AL-4V ELI MALZEMESİNİN TORNALAMA İŞLEMİNDE YÜKSEK BASINÇLI JET SOĞUTMANIN YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNE ETKİSİ. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 10(1), 31–46.
• Albayrak, S., Yeşildal, F., & Yıldırım, C. (2020). SAE 4140 Çeliğin Tornalanmasında Kesme Parametrelerinin Ses Seviyesi ve Yüzey Pürüzlüğüne Etkileri: Parametrelerin Optimizasyonu. Journal of the Institute of Science and Technology, 10(4), 2759–2769.
• Uğur, L. (2019). 7075 Alüminyum Malzemesinin Frezelenmesinde Yüzey Pürüzlülüğünün Yanıt Yüzey Metodu İle Optimizasyonu. Erzincan University Journal of Science and Technology, 12(1), 326–335.
• Binali, R. (2024). Experimental and machine learning comparison for measurement the machinability of nickel based alloy in pursuit of sustainability. Measurement, 236, 115142.
• Thamizhmanii, S., et al. (2019). Effect of feed rate on difficult to cut metals on surface roughness and tool wear using surface treated and untreated tools. Procedia Manufacturing, 30, 216–223.
• Demirpolat, H., et al. (2023). AISI 52100 Rulman Çeliğinin Tornalanmasında İşleme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü, Kesme Sıcaklığı ve Kesme Kuvveti Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, 4(3), 179–189.
• Kuttolamadom, M., Hamzehlouia, S., & Mears, L. (2010). Effect of machining feed on surface roughness in cutting 6061 aluminum. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 3(1), 108–119.
• Binali, R., & Kuntoğlu, M. (2023). Evaluation of Machining Parameters Affecting Cutting Forces in Dry Turning of GGG50 Ductile Cast Iron. Türk Doğa ve Fen Dergisi, 12(2), 55–60.
• Sahoo, P., Pratap, A., & Bandyopadhyay, A. (2017). Modeling and optimization of surface roughness and tool vibration in CNC turning of Aluminum alloy using hybrid RSM-WPCA methodology. International Journal of Industrial Engineering Computations, 8(3), 385–398.
• İrizalp, S., et al. (2024). AA7475-T7351 ve AA2219-T851 Alaşımlarının Frezelenmesinde Kesici Takım Kaplamalarının ve Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 36(1), 85–95.
• Gökkaya, H. (2011). AA5052 Alaşiminin Işlenmesinde Işleme Parametrelerinin Kesme Kuvveti ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Deneysel Olarak Incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(3), 295–301.
• Yusuf, M., et al. (2012). Optimization of cutting parameters on turning process based on surface roughness using response surface methodology. Applied Mechanics and Materials, 117, 1561–1565.
• Pul, M. (2020). AI 1070/TiB2 Kompozitlerin Tornalanmasında TiB2 Takviye Miktarının Esas Kesme Kuvveti Ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(1), 754–764.
• Tekaslan, Ö., et al. (2011). AISI 304 ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN TİTANYUM KARBÜR KAPLAMALI KESİCİ TAKIM İLE TORNALAMA İŞLEMİNDE KESME KUVVETLERİNİN İNCELENMESİ. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(2), 135–144.
• Gökkaya, H., Sur, G., & Dilipak, H. (2006). Kaplamasiz Sementit Karbür Kesici Takim Ve Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(1), 59–64.
• Turgut, Y., & Çakmak, İ. (2019). AISI 1040 çeliğinin frezelenmesinde talaş kırıcı formunun yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetlerine etkisinin araştırılması. Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 7(2), 482–494.
• Yağmur, S., Kaya, M. K., & Şeker, U. (2021). AA-6082 T4 Alaşımının Tornalamasında Çok Kristalli Elmas (ÇKE) Takımlara Uygulanan Talaş Kırıcı Formlarının Kesme Kuvvetleri Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(1), 51–57.
• Gökkaya, H. (2010). The Effects of Machining Parameters on Cutting Forces, Surface Roughness, Built-Up Edge (BUE) and Built-Up Layer (BUL) During Machining AA2014 (T4) Alloy. *Journal of Mechanical Engineering/Strojniški Vestnik, 56*(9).
• Dişbudak, T., & Şensoy, S. (2014). 7075 Alüminyum alaşımının tornalamasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin analizi. Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi, 2(1), 13–29.
• Güllü, A., Karabulut, Ş., & Güldaş, A. (2008). INCONEL 718 SÜPER ALAŞIMLARIN İŞLENMESİNDE TALAŞ KIRILMA PROBLEMLERİ VE TALAŞ KIRICI TASARIMI. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(1).
• Gürbüz, H., & Gönülaçar, Y. E. (2021). Farklı kesme parametreleri ve MQL debilerinde elde edilen deneysel değerlerin S/N oranları ve YSA ile analizi. Politeknik Dergisi, 24(3), 1093–1107.
• Aydın, E. (2023). Taguchi optimizasyon metodunun imalat mühendisliği alanında kullanımı: Minitab örneği.
• Binali, R. (2023). Parametric optimization of cutting force and temperature in finite element milling of AISI P20 steel. Journal of Materials and Mechatronics: A, 4(1), 244–256.
• Roy, R. (1990). Taguchi method. Van Nostran Reinhold.
• Binali, R., Yaldız, S., & Neşeli, S. (2022). Parametric optimization for machinability parameters of S960QL structural steel during milling by finite elements.
• Binali, R., & Kuntoğlu, M. (2022). An in-depth analysis on the surface roughness variations during turning of GGG50 ductile cast iron. Doğu Fen Bilimleri Dergisi, 5(2), 41–49.
• Kuntoğlu, M., & Aslan, A. (2021). AISI 5140 Çeliğinin tornalanması esnasında yaklaşma açısı ve kesme parametrelerinin işlenebilirliğe etkisinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, 1–1.
• Mutlu, B., et al. (2022). Machinability of CoCrMo Alloy used in Biomedical applications: Investigation of Cutting Tool Type. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(2), 215–227.
• Nevalainen, J., & Oja, H. (2006). SAS/IML macros for a multivariate analysis of variance based on spatial signs. Journal of Statistical Software, 16, 1–17.
• Gürbüz, H., & Baday, Ş. (2019). Optimization of Effect of Chuck and Tailstock Pressure on Surface Roughness and Vibration with Taguchi Method in CNC Lathes. Bilecik Şeyh Edebali University Journal of Science, 6(2), 119–134.
• Kayır, Y., Aslan, S., & Aytürk, A. (2013). AISI 316Ti paslanmaz çeliğin tornalanmasında kesici uç etkisinin Taguchi yöntemi ile analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(2).
• Zeyvelı, M., & Demır, H. (2009). AISI 01 SOĞUK İŞ TAKIM ÇELİĞİNİN İŞLENEBİLİRLİĞİNİN KESME KUVVETLERİ VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ AÇISINDAN ARAŞTIRILMASI. Engineering Sciences, 4(3), 323–331.
• Özlü, B., Akgün, M., & Demir, H. (2019). AA 6061 Alaşımının tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisinin analizi ve optimizasyonu. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(2), 151–158.
• Kuntoğlu, M., & Sağlam, H. (2016). On-line Tool Breakage Detection Using Acoustic Emission, Cutting Force and Temperature Signals in Turning. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 13, 100–103.
• Memiş, F., & Turgut, Y. (2020). AISI 2205 Dubleks Paslanmaz Çeliğin CNC Torna Tezgahında İşlenmesinde Yüzey Pürüzlülüğü ve Kesme Kuvvetlerinin Deneysel Araştırılması. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, 1(1), 22–33.
• Hasçelik, A., & Aslantaş, K. (n.d.). Mikro tornalama işleminde kenar radyüs etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi.
• Abdullah, K., & Şeker, U. (2004). Talaş derinliğinin kesici takım gerilmelerine etkisi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 1, 23–29.
• Güven, S., et al. (n.d.). Tornalama Operasyonunda Farklı İşleme Parametrelerinin Kesme Kuvveti Ve Sıcaklığı Üzerine Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi İle İncelenmesi.
• Gök, K., Erdem, M., & Gök, A. (2010). AISI 1006 Çeliğinin Tornalama Sürecinde Kesici Takım Uç Yarıçapının Kesme Sıcaklığı Ve Kesme Kuvveti Üzerindeki Etkisinin Numerik Olarak İncelenmesi. TÜBAV Bilim Dergisi, 4(1), 1–8.
• Gupta, M. K., et al. (2022). Cutting forces and temperature measurements in cryogenic assisted turning of AA2024-T351 alloy: An experimentally validated simulation approach. Measurement, 188, 110594.
• Şahan, Ö. (2019). Ti6Al4V alaşımının mikro tornalanması ve kesme kuvvetlerinin mekanistik modellenmesi.
• Aslantaş, K., & Hasçelik, A. (n.d.). Mikro tornalama işleminde kenar radyüs etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi. https://core.ac.uk/download/pdf/286916096.pdf
• Çakmak, İ., & Turgut, Y. (n.d.). Investigation of the Effect of Chip Breaker Form on Surface Roughness and Cutting Forces in AISI 1040 Steel Milling.
• Bozkurt, C. A. (n.d.). Talaşlı imalat sürecinde kesici takım performansının iyileştirilmesine yönelik yeni stratejilerin araştırılması [Doctoral dissertation, Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Ateş, N. (2009). Kaplamalı Kesici Takımları Erken Aşınma Davranışlarının Incelenmesi [Doctoral dissertation, Sakarya University].
• Yılmaz, E., Güngör, F., & Hartomacıoğlu, S. (2019). AISI 4340 MALZEMESİNİN TORNA İLE İŞLEMESİNDE GRİ İLİŞKİSEL ANALİZ YÖNTEMİ KULLANILARAK UYGUN TAKIM TUTUCU (KATER) SEÇİMİNE KARAR VERİLMESİ. Beykent Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(2), 7–13.