APPLICATION OF BALL POLISHING METHOD TO AL6061 MATERIAL WITH NEW DESİGNED INSERT TYPE AND INVESTIGATION OF SURFACE PROPERTIES

Abstract

The technique of processing the workpiece surfaces by crushing without removing chips is called deep rolling. This process obtained also improves the mechanical properties of the material (hardening, wear resistance, fatigue) and increases the quality of the surface (improvement of surface roughness).In this study, a new type of insert model was designed in order to improve the surface properties of the material, to provide the desired properties from the material and to obtain a brighter surface in the deep rolling method, and the performance of this designed insert in turning applications with different parameters was examined.In the study, the WNMG insert model, with the base technology insert radius was manufactured,used in all different areas and all turning operations were performed on the CNC lathe. Al 6061-T6 aluminum material was used in the experiments and all turning operations were performed on a CNC lathe. 143, 330, 495 N rolling force, 0.04, 0.08, 0.12 mm/rev feed and 400, 600, 800 rev/min speed were used as process parameters. Surface roughness and tribology of turned Al6061 parts were investigated. The most important distinguishing properties of the study is to obtain an easily replaceable insert type compatible with existing standard turning tools and to create an efficient and ergonomic alternative with the use of this design form in the deep rolling machining.

Keywords

• Deep rolling
• Surface roughness
• Al6061
• Microhardness
• Tribology

Project Number

BTÜBAP-2022-YL-05

YENİ TİP İNSERT UÇ İLE AL6061 MALZEMEYE BİLYELİ PARLATMA YÖNTEMİ UYGULANMASI VE YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

İş parçası yüzeylerinin talaş kaldırılmadan ezilmek suretiyle işlenmesi tekniğine ezerek haddeleme denir. Elde edilen bu işlem malzemeye ait mekanik özelliklerin de (sertleşme, aşınma direnci, yorulma) iyileşmesini sağlamakta ve yüzeyin kalitesini (yüzey pürüzlülüğünün iyileşmesi) arttırmaktadır. Bu çalışmada, ezerek haddeleme yönteminde malzemeye ait yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi, malzemeden istenilen özelliklerin sağlanması ve daha parlak bir yüzey elde edilmesi amacıyla yeni bir tip uç modeli tasarlanması ve tasarımı yapılan bu ucun farklı parametrelerdeki tornalama uygulamalarında kullanılarak performansı incelenmiştir. Çalışmada WNMG insert uç modeli baz alınarak uç radüsüne sahip ezici tip uç imal edilerek, farklı parametreler kullanılmış ve derin haddeleme işlemi yapılmıştır. Deneylerde Al 6061-T6 alüminyum malzemesi kullanılmış ve tüm tornalama işlemleri CNC torna tezgahın da yapılmıştır. İşlem parametreleri olarak 143, 330, 495 N haddeleme kuvveti, 0.04, 0.08, 0.12 mm/dev ilerleme ve 400, 600, 800 dev/dak devir sayısı seçilmiştir. Tornalanan Al6061 parçalardaki yüzey pürüzlülüğü ve tribolojisi incelenmiştir. Çalışmanın en önemli ayırdedici özelliği mevcut standart tornalama katerlerine uyumlu, kolayca değiştirilebilen bir uç tipi elde edilmesi ve elde edilen bu tasarım şeklinin derin haddeleme yöntemi ile işlemede verimli ve ergonomik bir alternatif oluşturmasıdır.

Keywords

• Al6061
• Mikrosertlik
• Derin haddeleme
• Yüzey pürüzlülüğü
• Triboloji.
• Microhardness
• Deep rolling
• Surface roughness
• Tribology

Supporting Institution

Batman Üniversitesi BAP (Bilimsel Araştırma Projeleri)

Project Number

BTÜBAP-2022-YL-05

Thanks

Batman Üniversitesi BAP (Bilimsel Araştırma Projeleri) katkılarından dolayı teşekkür ederim.

References

1. Abrão, A.M.; Denkena, B.; Köhler, J.; Breidenstein, B.; Mörke, T. (2014). The influence of deep rolling on the surface integrity of AISI 1060 high carbon steel. Procedia CIRP, 13, 31–36. https://doi: 10.1016/j.procir.2014.04.006
2. Akkurt, A., Ovalı, İ. (2009). Ezme ve Geleneksel Bitirme İşlemlerinin Al 6061 Alüminyum Alaşımı Parçaların Yüzey Pürüzlülüğü ve Daireselliği Üzerine Etkisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(3), 371-382.
3. Akkurt, A. (2009, Mayıs 13-15). Delik Yüzeylerine Uygulanan Yüzey İyileştirme İşlemlerinin Alüminyum Alaşımı Malzemeler Üzerinde Araştırılması, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS'09). Karabük, Türkiye
4. Akyüz, M. (2020). Bilyeli Haddeleme yönteminde işlem parametrelerinin Al7075-T6 alüminyum alaşiminin mekanik özellikleri üzerindeki etkilerinin deneysel olarak araştirilmasi. (Yayın No:612983) [Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi].
5. Avilés, R., Albizuri, J., Rodríguez, A.,López de Lacalle L.N. (2013). Influence of low-plasticity ball burnishing on the high-cycle fatigue strength of medium carbon AISI 1045 steel. International journal of fatigue, 55, 230-244. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2013.06.024
6. Basak H., Goktas H.H. (2009). Burnishing process on Al-alloy and optimization of surface roughness and surface hardness by fuzzy logic. Materials and Design, 30, 1275-1281. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.06.063
7. Başak, H., Sönmez, F. (2015). Haddeleme işleminde haddeleme aparat tipinin (bilyeli, makarali, çift makarali) yüzey pürüzlülüğü ve yüzey sertliğine etkilerinin incelenmesi, Politeknik Dergisi, 2015, 18 (3), 125-132. : https://doi.org/10.2339/2015.18.3,125-132
8. Başak, H. (2015). Haddeleme (Galetaj) ile 5083 Al-Mg malzeme yüzeyinin işlenmesi, haddeleme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve yüzey sertliğine etkilerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 3(2):471-476. Bozdana A. T. & Gindy N. N. Z.. (2008) Comparative experimental studyon effects of conventional and ultrasonic deep cold rolling processes on Ti–6Al–4V. Materials Science and Technology, 24(11), 1378-1384. https://doi.org/ 10.1179/ 174328408X302431

9. Buldum, B., B. (2017). AZ31B Magnezyum Alaşımının Bilyalı Parlatma Yöntemi ile Mikrosertlik ve Yüzey Pürüzlülüğünün Araştırılması. Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, S.Ü. Müh. Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1), 152-161.
10. Cagan, S. C., Pruncu, C. I., Buldum, B. B. (2020). An investigation into ball burnishing process of magnesium alloy on CNC lathe using different environments. Journal of Magnesium and Alloys, 8(4), 1061-1070. https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.06.008
11. Çetin, Ö., Ballikaya, H., Altuğ, M., Savaş, V., Sağlam, M. (2018). Investigation of the effects of processing parameters on the vibration of tangential cylindrical grinding method. Science and Eng. J of Fırat Univ., 30(1), 311-317.
12. El-Axir, M.H., El-Khabeery, M.M. (2003). Influence of orthogonal burnishing parameters on surface characteristics for various materials. Journal of Materials Processing Technology, 132, 82–89. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00269-8
13. Hassan A. D., Maqableh A. M. (2000). The effects of initial burnishing parameters on non-ferrous components. Journal of Materials Processing Technology, 102 (1-3), 115-121. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(00)00464-7 Hassan A. M., Momani A. M. S. (2000). Further improvements in some properties of shot peened components using the burnishing process. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 40(12), 1775–1786. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(00)00018-3
14. Hassan A.M. (1997). An Investigation into the surface characteristics of burnished cast Al-Cu Alloys”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 37(6), 813-821.
15. Khabeery M. M., Axir M. H. (2001). Experimental techniques for studying the effects of milling roller-burnishing parameters on surface integrity. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 41(12), 1705–1719. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(01)00036-0
16. Kiliç, M., Batı S., Biliz, I., Demir, F., Ceyhan, A. A. (2020). SHS yöntemiyle üretilen cr takviyeli katmanli NiAl-Ni3Al intermetalik bileşiğinin mikroyapi ve mikrosertlik özelliklerinin belirlenmesi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(2), 862-874.
17. Liviu L. (2002). Investigations into the use of ball-burnishing of hardened steel components as a finishing process. (Publish No: 3071977) [PhD dissertation, University of Toledo]
18. Luo H., Wang L., Zhang C. (2011). Study on the aluminum alloy burnishing processing and the existence of the outstripping phenomenon. Journal of Materials Processing Technology, 116(1), 88-90. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)00847-0
19. Malyer, E. (2018). Ezerek Parlatma Yapılan AA7075-T6 alüminyum alaşiminda meydana gelen kalinti gerilmelerin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Politeknik Dergisi, 21(3) : 565-573. https://doi.org/10.2339/politeknik.389592
20. Majzoobi, G.H., Jouneghani, F.Z., Khademi, E. (2016). Experimental and numerical studies on the effect of deep rolling on bending fretting fatigue resistance of Al7075. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 82, 2137–2148. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7542-z
21. Martins, A. M. Leal, C. A. Campidelli, A. F. Abrao, A. M.; Rodrigues, P. C. Magalhães, F. C. Meyer, K. (2022). Assessment of the temperature distribution in deep rolling of hardened AISI 4140 steel. Journal of Manufacturing Processes. 73, 686-694. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.11.052
22. Maximov, J. T. Duncheva, G. V. Anchev, A. P. Dunchev, V. P. (2020). Slide burnishing versus deep rolling-a comparative analysis. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 110 (7), 1923-1939. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05950-2
23. Mendi, F. (1996). Takım tezgâhlari teori ve hesaplamaları. ISBN:975-06008-0-3, Ankara.
24. Özkan, S. (2006). Sürtünme kariştirma kaynaği ile birleştirilen parçalarda haddeleme (burnishing) ile yüzeylerin işlenmesi, Haddelemenin Yüzey Pürüzlülüğüne ve Sertleşmeye Etkisinin İncelenmesi. (Yayın No:180412) [Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi].
25. Prabhu, P. R., Kulkarni, S. M., & Sharma, S. S. (2011). An experimental investigation on the effect of deep cold rolling parameters on surface roughness and hardness of AISI 4140 steel. World Academy of Science, Engineering and Technology, 60, 1594-1598.
26. Rodríguez, A., Lopez de Lacalle LN, Celaya A., Lamikiz A., Albizuri J. (2012). Surface improvement of shafts by the deep ballburnishing technique. Surface and Coatings Technology, 206(11-12), 2817-2824. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.11.045 Sarhan A. A. D., El-Tayeb N. S. M. (2014). Investigating the surface quality of the burnished brass C3605--fuzzy rule-based approach, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 71, 1143-1150. https://doi.org/10.1007/s00170-013-5543-3
27. Smith, W. F. (2001). Mühendislik alaşımlarının yapı ve özellikleri demir dışı alaşımlar,(Çev. M. Erdoğan). Nobel Yayın Dagıtım, 2.
28. Tadic B., Todorovic M. P., Luzanin O., Miljanic D., Jeremic M. B., Bogdanovic B., Vukelic D. (2013). Using specially designed high-stiffness burnishing tool to achieve high-quality surface finish. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 67, 601–611. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4508-2
29. Yu X., Wang L. (1999). Effect of various parameters on the surface roughness of an aluminium alloy burnished with a spherical surfaced polycrystalline diamond tool. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 39(3), 459–469. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(98)00033-9
30. Zhu, Y. L., Wang, K., Li, L., & Huang, Y. L. (2009). Evaluation of an ultrasound-aided deep rolling process for anti-fatigue applications. Journal of materials engineering and performance, 18, 1036-1040. https://doi.org/10.1007/s11665-008-9341-2
31. Zhuang, W., Liu, Q., Djugum, R., Sharp, P.K., Paradowska, A. (2014). Deep surface rolling for fatigue life enhancement of laser clad aircraft aluminium alloy. Applied Surface. Science, 320, 558–562. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.09.139