AISI 52100 Çeliğinin İşlenmesi: Değişken Takım Ucu Yarıçapına Sahip Kuru Ortama İlişkin İstatistiksel Bilgiler

Yıl 2025, Cilt: 8 Sayı: 1, 39 - 52, 30.06.2025

Songül Karabulut , Rüstem Binali , Mehmet Erdi Korkmaz , Tayfun Çetin

https://doi.org/10.57244/dfbd.1708389

Öz

Mevcut çalışma, iki farklı takım ucu yarıçapı, yani 0,4 mm ve 0,8 mm, ile kuru tornalama işleminde rulman çeliği, AISI 52100'ün işlenebilirliğini araştırmaktadır. Kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliğinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve enerji tüketimi açısından etkisini analiz etmek için tam faktöriyel bir tasarım kullanılmıştır. Deneysel veriler, takım ucu yarıçapı (0,8 mm) artırıldığında her zaman daha yüksek kesme kuvvetlerinin ve enerji tüketiminin meydana geldiğini ve daha küçük (0,4 mm) burun yarıçapı durumunda daha yüksek yüzey pürüzlülüğünün meydana geldiğini göstermiştir. ANOVA ve S/N oranı analizi, kesme kuvvetini etkileyen en önemli faktörün diş başına ilerleme hızı olduğunu ve kesme derinliğinin de özellikle 0,4 mm yarıçaplı takım için iki kesme derinliği arasındaki yüzey pürüzlülüğü üzerinde önemli etkileri olduğunu göstermiştir. Her iki yarıçapa bağlı olarak kuvvet ve enerjideki eğilim birbirine yakın olsa da, yüzey kalitesi performansı önemli ölçüde farklılık göstermiştir. Sonuçlar, üretkenlik ve yüzey kalitesini dengelemek amacıyla yüksek sertlikteki çelikler (AISI 52100) için kesme parametrelerinin ayarlanmasında kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler

AISI 52100 , Takım ucu yarıçapı , Yüzey pürüzlülüğü , Kesme kuvveti , Enerji tüketimi

Machining of AISI 52100 Steel: Statistical Insights into Dry Environment with Variable Tool Nose Radius

Öz

The present work studies the machinability of bearing steel, AISI 52100 in dry turning process with two different tool nose radius, i.e. 0.4 mm and 0.8 mm. A full factorial design was used to analyze the effect of cutting speed, feed, and depth of cut in terms of a cutting force, surface roughness, and energy consumption. The experimental data demonstrated that higher cutting forces and energy consumption always occurs when increasing the tool nose radius (0.8 mm), and the higher surface roughness in the case of the smaller (0.4 mm) nose radius. ANOVA and S/N ratio analysis indicated that the most important factor affecting cutting force was the feed rate of feed per tooth, and the depth of cut also had considerable effects on the surface roughness between the two depths of cut, particularly for the 0.4 mm radius tool. Although the trend in force and energy as a function of both radius were close to each other, the surface finish performance differed significantly. The results can be used in setting cutting parameters for high-hardness steels (AISI 52100) to balance productivity and surface quality.

Anahtar Kelimeler

AISI 52100 , Tool nose radius , Surface roughness , Cutting force , Energy Consumption

Kaynakça

• Azizi, M. W., Belhadi, S., Yallese, M. A., Mabrouki, T., & Rigal, J. F. (2012). Surface roughness and cutting forces modeling for optimization of machining condition in finish hard turning of AISI 52100 steel. Journal of mechanical science and technology, 26, 4105-4114.
• Biček, M., Dumont, F., Courbon, C., Pušavec, F., Rech, J., & Kopač, J. (2012). Cryogenic machining as an alternative turning process of normalized and hardened AISI 52100 bearing steel. Journal of Materials Processing Technology, 212(12), 2609-2618.
• Binali, R., Yaldız, S., & Neşeli, S. (2022). Investigation of power consumption in the machining of S960QL steel by finite elements method. European Journal of Technique (EJT), 12(1), 43-48.
• 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. Binali, R., Patange, A. D., Kuntoğlu, M., Mikolajczyk, T., & Salur, E. (2022). Energy saving by parametric optimization and advanced lubri-cooling techniques in the machining of composites and superalloys: A systematic review. Energies, 15(21), 8313.
• Binali, R., Korkmaz, M. E., Özdemir, M. T., & Günay, M. (2025). A Holistic Perspective on Sustainable Machining of Al6082: Synergistic Effects of Nano-Enhanced Bio-Lubricants. Machines, 13(4).
• Cook, N. H. (1973). Tool wear and tool life.
• Çaydaş, U., Kuncan, O., & Çelik, M. (2017). AISI 52100 rulman çeliğinin işlenebilirliğinin yüzey pürüzlülüğü, takım ömrü ve sıcaklık kriterlerine göre araştırılması. Politeknik dergisi, 20(2), 409-417.
• Demirpolat, H., Kaya, K., Binali, R., & Kuntoğlu, M. (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.
• Gupta, M. K., Niesłony, P., Korkmaz, M. E., Królczyk, G. M., Kuntoğlu, M., Pawlus, P., ... & Sarıkaya, M. (2023). Potential use of cryogenic cooling for improving the tribological and tool wear characteristics while machining aluminum alloys. Tribology International, 183, 108434.
• Günay, M., Korkmaz, M. E., & Yaşar, N. (2017). Finite element modeling of tool stresses on ceramic tools in hard turning. Mechanics, 23(3), 432-440.
• Güneş, A., Şahin, Ö. S., Düzcükoğlu, H., Salur, E., Aslan, A., Kuntoğlu, M., ... & Pimenov, D. Y. (2021). Optimization study on surface roughness and tribological behavior of recycled cast iron reinforced bronze MMCs produced by hot pressing. Materials, 14(12), 3364.
• 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.
• Khadka, S., Rahman Rashid, R. A., Stephens, G., Papageorgiou, A., Navarro-Devia, J., Hägglund, S., & Palanisamy, S. (2025). Predicting cutting tool life: models, modelling, and monitoring. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1-40.
• Korkmaz, M. E., Çakıroğlu, R., Yaşar, N., Özmen, R., & Günay, M. (2019). Al2014 alüminyum alaşımının delinmesinde itme kuvvetinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi. El-Cezeri, 6(1), 193-199.
• Kul, B. S., & Yamaner, A. S. A Comparative Evaluation of Dry-MQL Turning Applications for AISI 5115 Steel. Manufacturing Technologies and Applications, 6(1), 23-32.
• Kuntoğlu, M., & Sağlam, H. (2019). Investigation of progressive tool wear for determining of optimized machining parameters in turning. Measurement, 140, 427-436.
• Kuntoglu, M. (2022). Machining induced tribological investigations in sustainable milling of Hardox 500 steel: A new approach of measurement science. Measurement, 201, 111715.
• Kuntoğlu, M. (2022). Measurement and analysis of sustainable indicators in machining of Armox 500T armor steel. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 236(13), 7330-7349.
• Machado, A. R., da Silva, L. R. R., Pimenov, D. Y., de Souza, F. C. R., Kuntoğlu, M., & de Paiva, R. L. (2024). Comprehensive review of advanced methods for improving the parameters of machining steels. Journal of Manufacturing Processes, 125, 111-142.
• Mikolajczyk, T., Paczkowski, T., Kuntoglu, M., Patange, A. D., & Binali, R. (2022). Research on using an unconventional tool for increasing tool life by selective exchange of worn cutting edge. Applied Sciences, 13(1), 460.
• Motorcu, A. L. İ. (2013). AISI 52100 Çeliğinin Farklı Kesici Takımlarla Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün Tahminsel Modellenmesi. 1. Genç İstatistikçiler Sempozyumu 10-11 Eylül 2013 – Hacettepe Üniversitesi – ANKARA
• Mutlu, B., Binali, R., Demirsöz, R., & Yaşar, N. (2022). Machinability of CoCrMo Alloy used in Biomedical applications: Investigation of Cutting Tool Type. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(2), 215-227.
• 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.
• Özlü, B. (2022). Evaluation of energy consumption, cutting force, surface roughness and vibration in machining toolox 44 steel using taguchi-based gray relational analysis. Surface Review and Letters, 29(08), 2250103.
• Salur, E. (2022). Understandings the tribological mechanism of Inconel 718 alloy machined under different cooling/lubrication conditions. Tribology International, 174, 107677.
• Sayyed Siraj, R., Dharmadhikari, H. M., & Kshirsagar, J. M. Formulation Techniques in Regression Analysis to Estimate the Roughness Value from Tribological Parameters in Hard Turning of AISI 52100 Steels.
• Turan, İ., Özlü, B., Ulaş, H. B., & Demir, H. (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.
• Uğur, L., Kazan, H., & Özlü, B. (2022). Investigation of the Impacts of Cutting Parameters on Power Usage in Cryogenic-Assisted Turning of AISI 52100 Bearing Steel by FEM. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, 3(3), 55-61.
• Yamaner, A. S., & Kul, B. S. (2025). Evaluation of tool radius and machining parameters on cutting forces and surface roughness for AA 6082 aluminum alloy. European Mechanical Science, 9(2), 125-138.