Yüksek Sünekliğe Sahip Al 1050-H14 Alaşımının Delinme Performansının İncelenmesi

Abstract

Alüminyum ve alaşımları, birçok ürünün üretiminde özellikle uzay, havacılık ve otomotiv sektörleri başta olmak üzere farklı endüstri alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum alaşımları düşük yoğunluğu, yüksek korozyon direnci ve sünekliği, elektrik ve ısı iletkenliğinin yüksek olması ve ayrıca kolay işlenebilirliği ile karakterize edilebilir. Alüminyum ve alaşımlarının yüksek süneklik değerlerine sahip olması, talaşlı imalatta yüksek yüzey pürüzlülük değerleri, talaşın uzaklaştırılması ve kesici takıma yapışma gibi bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir. Delme, talaşlı imalat alanında en yaygın kullanıma sahip imalat yöntemlerinden biridir. Teknolojinin hızla gelişmesine ve bununla beraber gelişen imalat yöntemlerine karşın delme, ekonomikliği ve basitliğinden dolayı hala tercih edilen imalat yöntemlerinden biri olmaya devam etmektedir. Bu çalışmada, 1050-H14 alüminyum alaşımı dört kontrol faktörü (kesme hızı, ilerleme miktarı, matkap uç açısı ve kaplama durumu) dikkate alınarak iki kalite karakteristiği (kesme kuvveti ve kesici takım sıcaklığı) açısından delme deneylerine tabi tutulmuştur. Kontrol faktörlerinin kalite karakteristikleri üzerindeki etkileri regresyon analizi ile modellenmiş ve Taguchi metodu ile optimum delme şartları belirlenmeye çalışılmıştır. %95 güven aralığında varyans analizi yapılarak kontrol faktörlerinin etki oranları hesaplanmıştır. Doğrulama deneyleri ile de optimizasyon test edilmiştir. Deneyler sonucunda kesme kuvveti üzerinde etkili olan kontrol faktörlerinin önem sıralamasının sırasıyla ilerleme miktarı, uç açısı, kesme hızı ve kaplama durumu olduğu, kesici takım sıcaklığı üzerinde etkili olan kontrol faktörlerinin önem sıralaması sırasıyla kesme hızı, uç açısı, ilerleme miktarı ve kaplama durumu olduğu görülmüştür. Kesme kuvveti ve kesici takım sıcaklığı açısından 0,05 anlamlılık düzeyinde yapılan optimizasyonun uygun olduğu görülmüştür.

Keywords

• Alüminyum
• Delme
• Kesme Parametreleri
• Regresyon Analizi

Investigation of Drilling Performance of Al 1050-H14 Alloy with High Ductility

Abstract

Aluminum and its alloys are widely used in the production of many products in different industries, especially in the aerospace, space and automotive sectors. Aluminum alloys can be characterized by low density, high corrosion resistance and ductility, high electrical and thermal conductivity, as well as easy workability. The high ductility values of aluminum and its alloys bring with it some difficulties in machining such as high surface roughness values, removal of chips and adhesion to the cutting tool. Drilling is one of the most widely used manufacturing methods in the field of machining. Despite the rapid development of technology and the developing manufacturing methods, drilling continues to be one of the preferred manufacturing methods due to its economy and simplicity. In this study, the 1050-H14 aluminum alloy was subjected to drilling tests in terms of two quality characteristics (cutting force and cutting tool temperature), taking four control factors into account (cutting speed, feed rate, drill bit angle and coating state). The effects of control factors on quality characteristics were modelled by regression analysis, and optimum drilling conditions were tried to be determined by Taguchi method. The variance analysis was made with 95% confidence interval and the effect rates of control factors were calculated. Optimization was also tested by verification experiments. As a result of the experiments, the order of importance of the control factors affecting the cutting force is the feed rate, the drill bit angle, the cutting speed and the coating state. The order of importance of the control factors affecting the cutting tool temperature was found to be cutting speed, drill bit angle, feed rate and coating state, respectively. The optimization performed at the level of 0.05 significance in terms of cutting force and cutting tool temperature was found to be appropriate.

Keywords

• Aluminum
• Drilling
• Cutting Parameters
• Regression Analysis
• Taguchi Method

References

1. Aydemir, M.E. (2014). Bazı optimizasyon yöntemlerinin yama anten problemlerindeki performansı. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29(3). 579-588.
2. Başak, H. ve Baday, Ş. (2016). 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.
3. Bayraktar, Ş., Siyambaş, Y. ve Turgut, Y. (2017). Delik delme prosesi: bir araştırma. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(2). 120-130.
4. Bhowmick, S. ve Alpas, A.T. (2008). Minimum quantity lubrication drilling of aluminium-silicon alloys in water using diamond-like carbon coated drills. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48(12-13). 1429-1443.
5. Canel, T., Zeren, M. ve Sınmazçelik, T. (2019). Laser parameters optimization of surface treating of Al 6082-T6 with Taguchi method. Optic & Laser Technology, 120. 105714.
6. Chatha, S.S., Pal, A. ve Singh, T. (2016). Performance evaluation of aluminium 6063 drilling under the influence of nanofluid minimum quantity lubrication. Journal of Cleaner Production, 137. 537-545.
7. Colligan, K. (1994). New tool drills both titanium and carbon composites. American Machinist, 138(10). 56-58.
8. Çaydaş, U. ve Çelik, M. (2017). AA 7075-T6 alaşımının delinmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, takım sıcaklığı ve ilerleme kuvvetine etkilerinin araştırılması. Journal of Polytechnic, 20(2). 419-425.

9. Çiftçi, İ. ve Gökçe, H., (2019). 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.
10. Dhar, N.R., Ahmed, N.T. ve 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.
11. Durmuş, H., (2012). Optimization of multi-process parameters according to the surface quality criteria in the end milling of the AA6013 aluminum alloy. Materials and Technology, 46(4). 383–388.
12. Ghani J.A., Choudhury I.A. ve Hassan H.H. (2004). Application of Taguchi method in the optimization of end milling parameters. Journal of Materials Processing Technology, 145. 84-92.
13. Gökçe, H., Yavuz, M. ve Karayel, M. (2017). İmalat süreçlerinde kesme kuvvetlerinin belirlenmesi amaçlı dinomometre tasarımı ve imalatı. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3(2). 27-32.
14. Gökçe, H., Çiftçi, İ. ve Demir, H. (2018). Cutting parameter optimization in shoulder milling of commercially pure molybdenum. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 40. 360.
15. Günay, M. (2013). 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.
16. Ilyuschenko, A.P., Feldshtein, E.E., Lisovskaya, Y.O., Markova, L.V., Andreyev, M.A. ve Lewandowski, A. (2015). On the properties of PVD coating based on nanodiamond and molybdenum disulfide nanolayers and its wfficiency when drilling of aluminum alloy. Surface and Coatings Technology, 270. 190-196.
17. Karaca, F. (2016). Cam elyaf takviyeli plastik kompozitlerde delme parametrelerinin deformasyon faktörüne etkisinin araştırılması. Fırat University Journal of Engineering, 28(2). 23-27.
18. Kimmelmann, M., Duntschew, J., Schluchter, I. ve Möhring, H.C. (2019). Analysis of burr formation mechanisms when drilling CFRP-aluminium stacks using acoustic emission. Procedia Manufacturing, 40. 64-69.
19. Korkmaz, M.E., Çakıroğlu, R., Yaşar, N., Özmen, R. ve Günay, M. (2019). Al2014 alüminyum alaşımının delinmesinde itme kuvvetinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 6(1). 193-199.
20. Lambert, B.K. (1979). Prediction of force, torque and burr length in drilling titanium-composite materials. SME Technical Paper MR, 79.363.
21. Maiyar, L.M., Ramanujam, R., Venkatesan, K. ve Jerald, J. (2013). Optimization of machining parameters for end milling of Inconel 718 super alloy using Taguchi based grey relational analysis. Procedia Engineering, 64. 1276-1282.
22. Meral, G., Dilipak, H. ve Sarıkaya, M. (2011). AISI 1050 malzemenin delinmesinde ilerleme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğünün regresyon analiziyle modellenmesi. TÜBAV Bilim Dergisi, 4(1). 31-41.
23. Meral, G., Dilipak, H. ve Sarıkaya, M. (2011). AISI 1050 malzemenin delinmesinde delme parametrelerinin delik kalitesi üzerindeki etkisinin çoklu regresyon metoduyla modellenmesi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 8(1). 37-46.
24. Pınar, A.M., Uluer, O. ve Kirmaci, V. (2009). Optimization of counter flow Ranque–Hilsch vortex tube performance using Taguchi method. International Journal of Refrigeration, 32(6). 1487-1494.
25. Saat, M., (2000). Kalite denetiminde Taguchi yaklaşımı. Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 3. 97-108.
26. Samtaş, G. ve Korucu, S. (2019). Optimization of cutting parameters for surface roughness in milling of cryogenic treated EN AW 5754 (AlMg3) aluminum alloy. Journal of Polytechnıc, 22(3). 665-673.
27. Song, D., Wenhe, L., Kan, Z., Jinshan, L. ve Jindan, F. (2019). Investigation on exit burr in robotic rotary ultrasonic drilling of CFRP/aluminum stacks. International Journal of Mechanical Sciences, 151. 868-876.
28. Şahin, İ. (2013). Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesi konusunda yapılan çalışmaların incelenmesi. Mühendis ve Makine, 55(649). 9-16.
29. Terzioğlu, H. (2020). Analysis of effect factors on thermoelectric generator using Taguchi method. Measurement, 149. 106992.
30. Zhu, Z., Guo, K., Sun, J., Li, J., Liu, Y., Zheng, Y. ve Chen, L. (2018). Evaluation of novel tool geometries in dry drilling aluminium 2024-T351/titanium Ti6Al4V stack. Journal of Materials Processing Technology. 259. 270-281.
31. Bahçe, E., Kılıçkap, E. ve Özel, C. (2010). Al-5005’in delinmesinde delme parametrelerinin çapak oluşumuna etkisinin araştırılması. 2.Ulusal Tasarım İmalat ve Analizi Kongresi. 242-250. Balıkesir.
32. Başar, G. ve Kahraman, F. (2017). 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.
33. Bayraktar, Ş. ve Turgut, Y. (2012). Elyaf takviyeli polimer kompozit malzemelerin delinmesi üzerine bir araştırma. 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu. Ankara.
34. Bayraktar, Ş. (2016). Investigating of effects on thrust force and burr height of cutting parameters in dry drilling of Al-5083 alloy. 16th International Materials Symposium (IMSP’2016). 64.
35. Çakır, A., Bahtiyar, O. ve 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.
36. Dheeraj, N., Sanjay, S., Bhargav, K.K. ve Jagadesh, T. (2020). Investigation into solid lubricant filled textured tools on hole geometry and surface integrity during drilling of aluminium alloy. Materials Today: Proceedings. 10th International Conference of Materials Processing and Characterization.
37. Kim, D. ve Ramulu, M. (2005). 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, 1-8.
38. Kurt, M., Kaynak, Y., Bakır, B., Köklü, U., Atakök, G. ve Kutlu, L. (2009). 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.
39. Yılmaz, V., Yılmaz, C.Y., Sarıkaya, M. ve Özdemir, M. (2015). Modelling of performance output in the hole drilling process with different electrodes to X10CrAlSi24 sheet material”, ISITES 2015 Valencia –Spain.
40. Matweb. 01.05.2020’de http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=b 1aa69c0528a40729478403542a8c94a&n=1 adresinden alınmıştır.