The Effect of MgO Particle Size and Cutting Tool Geometry on Machinability in Turning Al 2024/MgO Composite

Yıl 2023, Cilt: 11 Sayı: 1, 399 - 413, 31.01.2023

Muharrem Pul

https://doi.org/10.29130/dubited.1037886

Öz

In this study, the effect of ceramic particle size reinforced on aluminum matrix composites on machinability was investigated. For this purpose, in the first stage, composite materials were produced by mixing MgO particles in three different sizes by reinforcing 10% by weight into liquid Al 2024. Then, machinability tests were carried out on the produced composites by turning method, using two different cutting tools. In the experiments, 63, 94, 133 and 196 m/min cutting speeds, 0.03 mm/rev feed rate and 1 mm fixed cutting depth were applied. The roughness measurements of the machined surfaces were made, the chip shapes were examined and the wear behavior of the cutting tools used was examined. As a result, it was seen that the MgO reinforcement particle size in the aluminum matrix and different cutting tools did not have a significant effect on the surface roughness, chip shape and tool wear. Changes in cutting speed had the most important effect on surface roughness. Likewise, changes in cutting speed were the most effective parameters in chip shapes and cutting tool wear behavior.

Anahtar Kelimeler

Metal matrix composite, MgO grain size, Cutting tool type, Surface roughness, Chip shape, Tool wear

Al 2024 Matrisli Farklı Boyutlarda MgO Takviyeli Kompozitlerin Farklı Kesici Takımlarla Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğü Takım Aşınması ve Talaş Formunun İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada alüminyum matrisli kompozitlere takviye edilen seramik parçacık boyutunun işlenebilirliğe etkisi incelenmiştir. Bu amaçla ilk etapta üç farklı boyuttaki MgO parçacıkları, %10 ağırlık oranında sıvı Al 2024 içerisine takviye edilerek karıştırmalı döküm yöntemiyle kompozit malzemeler üretilmiştir. Daha sonra üretilen kompozitler üzerinde tornalama yöntemiyle, iki farklı kesici takım kullanılarak işlenebilirlik deneyleri yapılmıştır. Deneylerde 63, 94, 133 ve 196 m/min kesme hızları, 0,03 mm/rev ilerleme değeri ve 1 mm sabit kesme derinliği uygulanmıştır. İşlenen yüzeylerin pürüzlülük ölçümleri yapılmış, çıkan talaş şekillerine bakılmış ve kullanılan kesici takımların aşınma davranışları incelenmiştir. Sonuç olarak alüminyum matris içerisindeki MgO takviye parçacık boyutunun ve farklı kesici takımların, yüzey pürüzlülüğü, talaş şekli ve takım aşınmaları üzerinde çok önemli etkisi olmadığı görülmüştür. Yüzey pürüzlülüğünde en önemli etkiyi kesme hızındaki değişimler yapmıştır. Aynı şekilde kesme hızındaki değişimler, talaş şekilleri ve kesici takım aşınma davranışlarında da en etkili parametre olmuştur.

Anahtar Kelimeler

Metal matrisli kompozit, Al 2024, MgO tane boyutu, Kesici takım cinsi, Yüzey pürüzlülüğü, Talaş şekli, Takım aşınması, Metal matrix composite, MgO grain size, Cutting tool type, Surface roughness, Chip shape, Tool wear

Kaynakça

• [1] S. J. S. Chelladurai, S. S. Kumar, N. Venugopal , A. P. Ray, T.C. Manjunath, S. Gnanasekaran, “A review on mechanical properties and wear behaviour of aluminium based metal matrix composites,” Materials Today: Proceedings vol. 37, pp. 908–916, 2007.
• [2] M. Pul, “The Effect of MgO Ratio on Surface Roughness in Al-MgO Composites,” Materials and Manufacturing Processes, vol. 28, pp. 963–968, 2013.
• [3] G. Sur, Y. Sahin and H. Gokkaya, “Production of Aluminum Based Particulate Reinforced Composites Using Molten Metal Mixing and Squeeze Casting Methods,” J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. vol. 20, no. 2, pp. 233-238, 2005.
• [4] M. Pul, U. Şeker, “The effect of cutting tool wear behaviors on feed rates in turning of metal matrix composites,” Journal of Polytechnic, vol. 17, no. 3 pp. 99-106, 2014.
• [5] E. Kılıçkap, O. Çakır, M. Aksoy, A. İnan, “Study of tool wear and surface roughness in machining of homogenised SiC-p reinforced aluminium metal matrix composite”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 164-165, pp. 862-867, 2005.
• [6] S. Kannan, H.A. Kishawy, “Tribological aspects of machining aluminium metal matrix composites”, Journal of Material Processing Technology, vol. 198, pp. 399-406, 2008.
• [7] P. J. Davim, “Diamond tool performance in machining metal–matrix composites,” J. Mater. Process. Technol., vol. 128, pp.100–105, 2002.
• [8] A. Pramanik, L.C. Zhang, J.A. Arsecularatne, “Prediction of cutting forces in machining of metal matrix composites,” Int. J. Mach. Tools Manuf., vol. 46, pp. 1795–1803, 2006.
• [9] A. Mannaa, B. Bhattacharayya, “A study on machinability of Al/SiC-MMC,” Journal of Materials ProcessingTechnology, vol. 140, pp. 711–716, 2003.
• [10] M. Acılar and F. Gül, “Production and development of A1–10Si/SiCp metal matrix composites by vacuum infiltration,” J. Polytech. Fac. Tech. Educ. Gazi Univ., vol. 4, pp. 21–27, 2002.
• [11] B. Subramaniam, V. R. Purusothaman, S. M. Karuppusamy, S. H. Ganesh, R. K. Markandan, et al. “Review On Properties Of Aluminium Metal Matrix Composites,” Journal of Mechanical and Energy Engineering, vol. 4, no. 1, pp. 57-66, 2020.
• [12] A. A. Yar, M. Montazerianb, H. Abdizadehb, H.R. Baharvandic, “Microstructure and mechanical properties of aluminum alloy matrix composite reinforced with nano-particle MgO,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 484, pp. 400–404, 2009.
• [13]T. Jayakumar, K. Annamalai, “Investigation of hot tensile behavior of silicon carbide and magnesium oxide reinforced aluminum matrix composites,” Silicon, vol. 11, pp. 935–945, 2019.
• [14] E.P. De Garmo, J.T. Black, R.A. Kohser, 1997, “Materials and processes in manufacturing”, New Jersey, USA, Prentice-Hall Inc., 1997, pp. 214-652.
• [15]M. S. Ranganath, Vipin, R. S. Mishra, Prateek, Nikhil “Optimization of Surface Roughness in CNC Turning of Aluminium 6061 Using Taguchi Techniques”, International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), vol. 5, no. 5, pp. 42-50, 2015.
• [16]D. Deepak, B. Rajendra, “Investigations on the surface roughness produced in turning of Al 6061 (as-cast) by taguchi method”, International Journal of Research in Engineering and Technology, vol. 4, no. 8, pp. 295-298, 2015.
• [17]A. Pridhvijit, C. Y. Binu, “Experimental Study and Parameter Optimization of Turning Operation of Aluminium Alloy-2014”, International Journal of Engineering Researchand General Science, vol. 3, no. 5, pp. 525-530, 2015.
• [18]V. A. Rogov, G. Siamak, “Optimization of Surface Roughness and Vibration in Turning of Aluminum Alloy AA2024 Using Taguchi Technique,” International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, vol. 7, no. 11, pp. 2330-2339, 2013.
• [19]Y. Ozcatalbas, “Chip and built-up edge formation in themachining of in situ Al4C3–Al composite,”Materialsand Design, vol. 24, pp. 215–221, 2003.
• [21] S. Basavarajappaa, J. P. Davim, “Influence of Graphite Particles on Surface Roughness and Chip Formation Studies in Turning Metal Matrix Composites,” Materials Research, vol. 16, no. 5, pp. 990-996, 2013.
• [22] N. Radhika, R. Subramanian and A. Sajith, “Analysis of chipformation in machining aluminium hybrid composites,” E3 Journal of Scientific Research. Vol. 2, no. 1, pp. 009-015, 2014
• [23] M. Sekmen, M. Günay, U. Şeker, “Alüminyum Alaşımlarının İşlenmesinde Kesme Hızı ve Talaş Açısının Yüzey Pürüzlülüğü, Yığıntı Talaş ve Yığıntı Katmanı Oluşumu Üzerine Etkisi, Politeknik Dergisi, c. 18, s. 3, ss. 141-148, 2015.
• [24] H. Gökkaya ve M. Nalbant, “Investigating The Effects Of Cuttnig Speeds Over The Built-Up Layer And Built-Up Edge Formatıon With SEM,” J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ., c. 22, s. 3, ss. 481-488, 2007