Research Article
BibTex RIS Cite

An Investigation into the Experimental and Finite Element Analysis of Cutting Forces in Milling: A Study on Machining of Pure Molybdenum

Year 2019, Volume: 22 Issue: 4, 947 - 954, 01.12.2019
https://doi.org/10.2339/politeknik.482604

Abstract

In this study, milling tests were carried out on
commercially pure molybdenum. The tests were conducted at various cutting
parameters using carbide cutting tools without coolant. The cutting forces
acting on the workpiece during the milling tests were measured. In addition,
the cutting forces were aimed to be determined through finite element analysis
(FEA) method. Deform-3D software was used for finite element analysis. The
cutting tool was modelled through reverse engineering approach using Geomagic
Design X software. The measured cutting force results were compared with the
finite element analysis results and a good correlation (a 10 % difference) was
seen between the measured and modelled results.

References

  • 1. Pöhl, C., Schatte, J., Leitner, H., “Metallographic characterization of the molybdenum based alloy MHC by a color etching technique” Materials Characterization, 77, 63-69, 2013
  • 2. Fan, J., Lu, M., Cheng, H., Tian, J., Huang, B., “Effect of alloying elements Ti, Zr on the property and microstructure of molybdenum” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 27, 78-82, 2009
  • 3. Kalpakjian, S., Schmid, S.R., “Manufacturing Engineering and Technology” 6th Edition, Pearson Education, 2009
  • 4. Trent, E.M., Wright, P.K. “Metal Cutting, 4th Edition” Butterworth Heinemann, 2000
  • 5. Wang, W., Kweon, S.H., Yang, S.H., “A study on roughness of the micro-end-milled surface produced by miniatured machine tool” Journal of Materials Processing Technology, 162-163, 702-708, 2005
  • 6. Işık, Y., “Talaşlı İmalatta Kesici Takımların Kırılma Öncesi Davranışlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, 2004
  • 7. Akkurt, M., "Talaş kaldırma Yöntemleri ve Takım Tezgahları", Birsen Yayınevi, İstanbul, s. 67-71, 1991.
  • 8. Günay, D., "Mühendisler İçin Sonlu Elemanlar Metodunun Temelleri", Sakarya Üniversitesi Yayınları, Adapazarı, 1993.
  • 9. Kocabıçak, Ü., Çalışkan, M., "Makine Tasarımında Sonlu Elemanlar Yöntemi", Sakarya Üniversitesi yayınları, Adapzarı, 1996.
  • 10. Hinton, E., Owen, D., R., J., "An Introduction to Finite Element Computations", Pineridge Press Limited, Swansea, U.K., 1985.
  • 11. Çakıroğlu R., “Delik Delme İşlemlerinde Kesme Parametrelerine Bağlı Olarak Oluşan Sıcaklığın Modellenmesi” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2011.
  • 12. Yağmur S., “Delik Delme İşlemlerinde Kesme Parametrelerine Bağlı Olarak Oluşan Sıcaklığın Deneysel Olarak İncelenmesi” Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, , 2011.
  • 13. Karagüzel, U., “Zirkonyum Esaslı Kalın Camsı Metalin Frezelenmesinin Sonlu Elemanlar Analizi” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2010.
  • 14. Mackerle J., “Finite Element Analysis And Simulation Of Machining: An Addendum A Bibliography” Machine Tools And Manufacture, Sweden, 2003.
  • 15. K. Komvopoulos and S. A. Erpenbeck., “Finite Element Modeling of Orthogonal Metal Cutting” J. Eng. Ind 113(3), 253-267 doi:10.1115/1.2899695, 1991.
  • 16. Brinksmeier, E., Preuss, W., Riemer, O., Rentsch, R., “Cutting Forces, Tool Wear And Surface Finish İn High Speed Diamond Machining” Precision Engineering, 293-204, 2017.
  • 17. Cui, X., Wang, D., Guo, J., “Influences of Tool Rake Angle and Cutting Speed on Ceramic Tool Failure in Continuous and Intermittent Turning of Hardened Steel” Ceramics International, 42-10, 12390-12400, 2016.
  • 18. Gökçe, H., Yavuz, M., Gökçe, H., Şeker, U., “Orijinal Matkap Geometrisinde Delme Performansının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Doğrulanması” Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3, 1-8, 2017.
  • 19. Varlık, T., Özdemir, K., Çakır, M., C., “Dönel Takımlar İle Tornalama İşleminin Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” 5. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Bursa, 2014.
  • 20. Laakso, S., VA, Niemi, E., “Using FEM Simulations of Cutting for Evaluating the Performance of Different Johnson Cook Parameter Sets Acquired with Inverse Methods” Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, 47, 95-101, 2015.
  • 21. Pius, O., Benjamin, O., Nnaemeka, O., “Analytical Modeling of Temperature Distribution in Metal Cutting: Finite Element Approach” Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2-4, 17-33, 2013.
  • 22. Villumsen, M., F., Fauerholdt, T., G. “Prediction Of Cutting Forces İn Metal Cutting, Using The Finite Element Method, Alagrangian Approach” LS-DYNA anwenderforum, C-III-1, Bamberg, 2008.
  • 23. Aydın, M., “Dik Kesme İşleminde Kalıcı Gerilmelerin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Modellenmesi”, Politeknik Dergisi, 19 (3) : 297-304, 2016.
  • 24. Kurt, A., Şeker, U., “Kesici Takım Gerilmelerinin Sonlu Elemanlar Metodu Kullanılarak İncelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, cilt 20, No 4, 491-497, 2005.
  • 25. Işık, Y., “Talaşlı İmalatta Kesici Takımların Kırılma Öncesi Davranışlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, 2004.
  • 26. Sortino, M., Totis, G., Prosperi, F., “Dry Turning Of Sintered Molybdenum” Journal of Materials Processing Technology, 213, 1179-1190, 2013.
  • 27. Gökçe, H., Çiftçi, İ., “Molibden Alaşımlarının İşlenmesinde Kesici Takım ve Kesme Parametrelerinin Taguchi Metodu ile Optimizasyonu” Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, doi: 10.17341/gazimmfd.416482, 2018.
  • 28. Çakıroğlu, R., “Delik delme işlemlerinde kesme parametrelerine bağlı olarak oluşan sıcaklığın modellenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2011.
  • 29. Yağmur, S., Acır, A., Şeker, U. ve Günay, M., “Delik delme işlemlerinde kesme parametrelerinin kesme bölgesindeki sıcaklığa etkisinin deneysel incelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28 (1): 1-6, 2013.

Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma

Year 2019, Volume: 22 Issue: 4, 947 - 954, 01.12.2019
https://doi.org/10.2339/politeknik.482604

Abstract

Bu çalışmada, ticari saflıktaki
molibden sementit karbür kesici takım kullanılarak farklı işlem değişkenlerinde
frezeleme işlemine tabi tutulmuştur. İşleme esnasında oluşan kesme kuvvetleri
ölçülmüştür. Ayrıca, kesme kuvvetlerinin sonlu elemanlar analizi (SEA)
kullanılarak belirlenmesi amaçlanmıştır. Sonlu elemanlar analizi için Deform-3D
yazılımı kullanılmıştır. Kesici takım, tersine mühendislik teknikleri ile
Geomagic Design X yazılımında modellenmiştir. Farklı işlem değişkenleri ve kuru
işleme şartları altında yapılan deneyler sonucu elde edilen veriler ile sonlu
elemanlar analizi ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deneysel
çalışmalar sonucu elde edilen kesme kuvvetleri ile sonlu elemanlar analiz
sonucu elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında %10 mertebelerinde bir fark
ile sonuçların tutarlı olduğu görülmüştür.

References

  • 1. Pöhl, C., Schatte, J., Leitner, H., “Metallographic characterization of the molybdenum based alloy MHC by a color etching technique” Materials Characterization, 77, 63-69, 2013
  • 2. Fan, J., Lu, M., Cheng, H., Tian, J., Huang, B., “Effect of alloying elements Ti, Zr on the property and microstructure of molybdenum” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 27, 78-82, 2009
  • 3. Kalpakjian, S., Schmid, S.R., “Manufacturing Engineering and Technology” 6th Edition, Pearson Education, 2009
  • 4. Trent, E.M., Wright, P.K. “Metal Cutting, 4th Edition” Butterworth Heinemann, 2000
  • 5. Wang, W., Kweon, S.H., Yang, S.H., “A study on roughness of the micro-end-milled surface produced by miniatured machine tool” Journal of Materials Processing Technology, 162-163, 702-708, 2005
  • 6. Işık, Y., “Talaşlı İmalatta Kesici Takımların Kırılma Öncesi Davranışlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, 2004
  • 7. Akkurt, M., "Talaş kaldırma Yöntemleri ve Takım Tezgahları", Birsen Yayınevi, İstanbul, s. 67-71, 1991.
  • 8. Günay, D., "Mühendisler İçin Sonlu Elemanlar Metodunun Temelleri", Sakarya Üniversitesi Yayınları, Adapazarı, 1993.
  • 9. Kocabıçak, Ü., Çalışkan, M., "Makine Tasarımında Sonlu Elemanlar Yöntemi", Sakarya Üniversitesi yayınları, Adapzarı, 1996.
  • 10. Hinton, E., Owen, D., R., J., "An Introduction to Finite Element Computations", Pineridge Press Limited, Swansea, U.K., 1985.
  • 11. Çakıroğlu R., “Delik Delme İşlemlerinde Kesme Parametrelerine Bağlı Olarak Oluşan Sıcaklığın Modellenmesi” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2011.
  • 12. Yağmur S., “Delik Delme İşlemlerinde Kesme Parametrelerine Bağlı Olarak Oluşan Sıcaklığın Deneysel Olarak İncelenmesi” Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, , 2011.
  • 13. Karagüzel, U., “Zirkonyum Esaslı Kalın Camsı Metalin Frezelenmesinin Sonlu Elemanlar Analizi” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2010.
  • 14. Mackerle J., “Finite Element Analysis And Simulation Of Machining: An Addendum A Bibliography” Machine Tools And Manufacture, Sweden, 2003.
  • 15. K. Komvopoulos and S. A. Erpenbeck., “Finite Element Modeling of Orthogonal Metal Cutting” J. Eng. Ind 113(3), 253-267 doi:10.1115/1.2899695, 1991.
  • 16. Brinksmeier, E., Preuss, W., Riemer, O., Rentsch, R., “Cutting Forces, Tool Wear And Surface Finish İn High Speed Diamond Machining” Precision Engineering, 293-204, 2017.
  • 17. Cui, X., Wang, D., Guo, J., “Influences of Tool Rake Angle and Cutting Speed on Ceramic Tool Failure in Continuous and Intermittent Turning of Hardened Steel” Ceramics International, 42-10, 12390-12400, 2016.
  • 18. Gökçe, H., Yavuz, M., Gökçe, H., Şeker, U., “Orijinal Matkap Geometrisinde Delme Performansının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Doğrulanması” Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3, 1-8, 2017.
  • 19. Varlık, T., Özdemir, K., Çakır, M., C., “Dönel Takımlar İle Tornalama İşleminin Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” 5. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Bursa, 2014.
  • 20. Laakso, S., VA, Niemi, E., “Using FEM Simulations of Cutting for Evaluating the Performance of Different Johnson Cook Parameter Sets Acquired with Inverse Methods” Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, 47, 95-101, 2015.
  • 21. Pius, O., Benjamin, O., Nnaemeka, O., “Analytical Modeling of Temperature Distribution in Metal Cutting: Finite Element Approach” Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2-4, 17-33, 2013.
  • 22. Villumsen, M., F., Fauerholdt, T., G. “Prediction Of Cutting Forces İn Metal Cutting, Using The Finite Element Method, Alagrangian Approach” LS-DYNA anwenderforum, C-III-1, Bamberg, 2008.
  • 23. Aydın, M., “Dik Kesme İşleminde Kalıcı Gerilmelerin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Modellenmesi”, Politeknik Dergisi, 19 (3) : 297-304, 2016.
  • 24. Kurt, A., Şeker, U., “Kesici Takım Gerilmelerinin Sonlu Elemanlar Metodu Kullanılarak İncelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, cilt 20, No 4, 491-497, 2005.
  • 25. Işık, Y., “Talaşlı İmalatta Kesici Takımların Kırılma Öncesi Davranışlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi” Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, 2004.
  • 26. Sortino, M., Totis, G., Prosperi, F., “Dry Turning Of Sintered Molybdenum” Journal of Materials Processing Technology, 213, 1179-1190, 2013.
  • 27. Gökçe, H., Çiftçi, İ., “Molibden Alaşımlarının İşlenmesinde Kesici Takım ve Kesme Parametrelerinin Taguchi Metodu ile Optimizasyonu” Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, doi: 10.17341/gazimmfd.416482, 2018.
  • 28. Çakıroğlu, R., “Delik delme işlemlerinde kesme parametrelerine bağlı olarak oluşan sıcaklığın modellenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2011.
  • 29. Yağmur, S., Acır, A., Şeker, U. ve Günay, M., “Delik delme işlemlerinde kesme parametrelerinin kesme bölgesindeki sıcaklığa etkisinin deneysel incelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28 (1): 1-6, 2013.
There are 29 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering
Journal Section Research Article
Authors

Hüseyin Gökçe This is me 0000-0002-2113-1611

İbrahim Çiftçi This is me 0000-0001-7875-6324

Harun Gökçe 0000-0002-2702-0111

Publication Date December 1, 2019
Submission Date November 14, 2018
Published in Issue Year 2019 Volume: 22 Issue: 4

Cite

APA Gökçe, H., Çiftçi, İ., & Gökçe, H. (2019). Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma. Politeknik Dergisi, 22(4), 947-954. https://doi.org/10.2339/politeknik.482604
AMA Gökçe H, Çiftçi İ, Gökçe H. Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma. Politeknik Dergisi. December 2019;22(4):947-954. doi:10.2339/politeknik.482604
Chicago Gökçe, Hüseyin, İbrahim Çiftçi, and Harun Gökçe. “Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel Ve Sonlu Elemanlar Analizi Ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma”. Politeknik Dergisi 22, no. 4 (December 2019): 947-54. https://doi.org/10.2339/politeknik.482604.
EndNote Gökçe H, Çiftçi İ, Gökçe H (December 1, 2019) Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma. Politeknik Dergisi 22 4 947–954.
IEEE H. Gökçe, İ. Çiftçi, and H. Gökçe, “Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma”, Politeknik Dergisi, vol. 22, no. 4, pp. 947–954, 2019, doi: 10.2339/politeknik.482604.
ISNAD Gökçe, Hüseyin et al. “Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel Ve Sonlu Elemanlar Analizi Ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma”. Politeknik Dergisi 22/4 (December 2019), 947-954. https://doi.org/10.2339/politeknik.482604.
JAMA Gökçe H, Çiftçi İ, Gökçe H. Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma. Politeknik Dergisi. 2019;22:947–954.
MLA Gökçe, Hüseyin et al. “Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel Ve Sonlu Elemanlar Analizi Ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma”. Politeknik Dergisi, vol. 22, no. 4, 2019, pp. 947-54, doi:10.2339/politeknik.482604.
Vancouver Gökçe H, Çiftçi İ, Gökçe H. Frezeleme Operasyonlarında Kesme Kuvvetlerinin Deneysel ve Sonlu Elemanlar Analizi ile İncelenmesi: Saf Molibdenin İşlenmesi Üzerine Bir Çalışma. Politeknik Dergisi. 2019;22(4):947-54.