Investigation of the Effect of Tool Vibration on Surface Roughness in the Milling of Ti6Al4V Material

Abstract

Milling operations, which is an important area in machining manufacturing, are a versatile form of manufacturing and are widely used in the industry. Failure to achieve the desired precision of the milling process leads to some mechanical problems and even material losses on the material. The deterioration of the material with high economic value causes loss of money and work power. Fault detection and forecasting is important to improve product quality, reduce material costs and save time. In this work, the effects on the surface quality of the mechanical vibrations occurring in the cutting tool during the milling process have been experimentally investigated. Titanium (Ti6Al4V) workpiece was used in the experiments. The test parameters were determined by using full factorial method by taking cutting speed (Vc m / min), feed rate (f mm / thread) and constant cutting depth (ap/mm) at 4 different levels. Taking these parameters into consideration, regression analyzes were performed for the mean surface roughness values. When the results are examined, it is observed that the average surface roughness values increase with the increase of the vibration and the feed rate. This clearly demonstrates that the vibration of the cutting tool has a significant effect on the surface roughness of the cut workpiece. The smallest surface roughness values were observed at the lowest feed rate. The highest Ra value was obtained from the values with the highest progress. When the test was carried out, the cutting tool was deformed with a feed rate of 50 m / min and 0.10 mm / thread. This situation is thought to affect the surface roughness values negatively.

Keywords

• Machining,Ti6Al4V,Surface Roughness

Ti6Al4V Malzemesinin Frezelenmesinde Takım Titreşiminin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Talaşı imalatta önemli bir alan olan frezeleme işlemleri çok yönlü bir imalat biçimi olup endüstride oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Frezeleme işleminin istenilen hassasiyetle yapılamaması malzeme üzerinde bazı mekanik sorunlara ve hatta malzeme kayıplarına yol açmaktadır. Ekonomik değeri yüksek olan malzemenin atıl duruma gelmesi zaman, para ve iş gücü kaybına neden olmaktadır. Hata tespit ve tahmini, ürün kalitesini yükseltmek, kullanılan malzeme masraflarını azaltmak ve zamandan tasarruf sağlamak için önemli bir işleve sahiptir. Yapılan bu çalışmada, frezeleme işlemi sırasında, kesici takımda oluşan mekanik titreşimlerin yüzey kalitesi üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Yapılan testlerde titanyum (Ti6Al4V) iş parçası kullanılmıştır. Test parametreleri, 4 farklı seviyede kesme hızı (Vc m/dk), 4 farklı seviyede ilerleme oranı (f mm/diş) ve sabit kesme derinliği (ap/mm) alınarak tam faktöriyel yöntemi ile belirlenmiştir. Testlerden elde edilen ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri için regresyon analizleri yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, titreşimin ve ilerleme oranının artışı ile ortalama yüzey pürüzlülük değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Bu durum kesici takımda oluşan titreşimin kesilen iş parçası yüzey pürüzlülüğü üzerinde önemli bir etkisi olduğunu açıkça ortaya koymaktadır. Kesme hızı ve ilerleme oranı miktarlarına göre; yüzey pürüzlülük değeri aralığı 0,33-0,66 µm aralığında değişim göstermiştir. Yüzey pürüzlülük değerlerinin en küçüğü, ilerleme hızının en az olduğu değerlerde görülmüştür. En büyük Ra değeri ilerlemenin en fazla olduğu değerlerde elde edilmiştir. Kesme hızının 50 m/dk, ilerleme hızının 0,10 mm/diş parametreli test yapılırken kesici takımın deforme olduğu görülmüştür. Bu durumun yüzey pürüzlülük değerlerini olumsuz yönde etkilediği düşünülmektedir.

Keywords

• Talaşlı İmalat,Ti6Al4V,Yüzey Pürüzlülüğü,Regresyon Analizi

References

1. [1] O. Çolak, “CNC freze tezgahı için kesme parametrelerinin akıllı yöntemlerle elektronik ortamda optimizasyonu,” Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2006.
2. [2] B. Özçelik, E. Kuram ve A. Sert, “Düzlem yüzey frezelemede takım tutucuları ve kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi,” Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, c. 8, s. 1, ss. 1-13, 2011.
3. [3] Y. Altıntaş ve M. Eynian, “Chatter Stability of General Turning Operations with Process Damping,” Journal of Manufacturing Science and Engineering, c. 131, s. 4, ss. 10, 2009.
4. [4] O. Oral, “Çok eksenli işleme merkezleri için akıllı takım sistemi tasarımı ve kontrolü”, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2013. [5] Y. H. Tsai, J, C. Chen, ve S. J. Lou, “An in-process surface recognition system based on neural networks in end milling cutting operations,” International Journal of Machine Tools & Manufacture, c. 39, s. 4, ss. 583-605, 1999.
5. [6] S. J. Lou, ve J. C. Chen, “In-process surface roughness recognition (issrr) system in end-milling operations,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, c. 15, s. 3, ss. 200-209, 1999.
6. [7] Y. Lee, C. Kang, H. Jeong, W. Lee ve S. Kim, “Simulation of surface roughness and profile in high speed end milling”, Journal of Material Processing Technology, c. 113, s. 3, ss. 410-415, 2001.
7. [8] Y. M. Ertekin, Y. Kwon ve T. Tseng, “Identification of common sensory features for the control of CNC milling operation under varying cutting conditions,” Int. J. of Machine Tool and Manufacturing. c. 43, s. 9, ss. 897-904, 2003.
8. [9] K. Fuat ve B. Öztürk. “Comparison and optimization of PVD and CVD method on surface roughness and flank wear in hard-machining of DIN 1.2738 mold steel,” Sensor Review c. 39. s. 1 ss. 24-33, 2019.

9. [10] A. Jawaid, S. Sharif ve S. Koksal, “Evaluation of wear mechanisms of coated carbide tools when face milling titanium alloy,” Journal of Materials Processing Technology, c. 99, s. 3, ss. 266-274, 2005.
10. [11] Mitsubishi. (2019, 02 Şubart). Materials Kobe Tolls. General Katalogue [Çevrimiçi]. Erişim: http://www.mitsubishicarbide.com/en/download/catalog_top/catalog
11. [12] S. Şan, “Mikroalaşımlı çeliklerin işlenebilirliğinin takım ömrü ve yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirilmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi, Türkiye, 2007.
12. [13] T. Kıvak, ve U. Şeker. “Effect of cryogenic treatment applied to M42 HSS drills on the machinability of Ti-6Al-4V alloy,” Materials and Technology c. 49, s. 6, ss. 949-956, 2015.