AISI P20 Plastik Kalıp Çeliğinin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Frezelenmesinde Güç Tüketiminin İncelenmesi

Öz

Kalıp çelikleri hayatımızın her alanında kullanılan ürünlerin üretimine öncülük etmektedir. Bu malzemelerin işlenebilirlik deneylerinin sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile yapılması maliyet ve zaman tasarrufu sağlar. Ayrıca yüksek güç tüketimi sağlayan fiziksel deneylerden uzaklaşmayı sağlar. Çünkü sürdürülebilir ve temiz bir üretimin sağlanabilmesi için tüketimin ortadan kaldırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, AISI P20 kalıp çeliği sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak frezelenmiştir. Aynı yönlü frezeleme ve köşe frezeleme işlemleri yapılmıştır. Frezeleme işleminde kullanılan kesme parametrelerinin güç tüketimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Çalışmada dört farklı ilerleme miktarı (0.075-0.113-0.169 ve 0.253 mm/diş) dört farklı kesme hızı (170-200-230-260 m/dak) ve iki farklı talaş derinliği (0.075-1.5 mm) kullanılmıştır. Kesme sırasında oluşan kesme kuvvetlerinin (Fx, Fy ve Fz) bileşke değerleri alınarak güç tüketim değerleri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ilerleme miktarı, kesme hızı ve talaş derinliği arttıkça güç tüketiminin arttığı sonucuna varılmıştır. En yüksek güç tüketim değeri 8041,91 W, en düşük güç tüketim değeri ise 1748,10 W olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak FEM ve istatistiksel değerlendirmenin birbirleri ile uyumlu sonuçların elde edildiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Kalıp çeliği
• AISI P20
• Frezeleme
• Sonlu elemanlar
• Güç tüketimi

An Investigation of Power Consumption in Milling AISI P20 Plastic Mold Steel By Finite Elements Method

Öz

Mold steels lead the production of products used in all areas of our lives. Performing the machinability tests of these materials with the finite element method (FEM) provides cost and time savings. In addition, it provides to get away from physical experiments that provide high power consumption. Because consumption must be eliminated in order to ensure a sustainable and clean production. In this study, AISI P20 mold steel was milled using the finite element method. Same directional milling and corner milling operations were performed. The effects of the cutting parameters used in the milling process on the power consumption were investigated. Four different feed rates (0.075-0.113-0.169 and 0.253 mm/tooth) four different cutting speeds (170-200-230-260 m/min), and two different cutting depths (0.075-1.5 mm) were used in the study. Power consumption values were obtained by taking the resultant values of the cutting forces (Fx, Fy and Fz) occurring during cutting. According to the results obtained, it was concluded that the power consumption increased with the increase in feed rate, cutting speed and cutting depth. The highest power consumption value was determined as 8041.91 W, and the lowest power consumption value was determined as 1748.10 W. As a result, it has been shown that the FEM and statistical evaluation yield consistent results.

Anahtar Kelimeler

• Mold steel
• AISI P20
• Milling
• Finite elements
• Power consumption

Kaynakça

1. M. Coşkun, İ. Çiftçi and H. Demir, “AISI P20S Kalıp Çeliğinin İşlenebilirliğinin İncelenmesi”, İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, vol. 2, no. 2, pp. 1-9, 2021.
2. E. P. DeGarmo, J. T. Black and R. A. Kohser, Materials and Processes in Manufacturing, New Jersey: Prentice-Hall Inc., 2013.
3. N. Yaşar, M. Sekmen, M. E. Korkmaz and M. Günay, “AISI P20 Çeliğinin İşlenmesinde Kesme Kuvvetinin Deneysel ve Nümerik Analizi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part:C, Tasarım ve Teknoloji, vol. 4, no. 1, pp. 13-19, 2016.
4. E. Salur, A. Aslan, M. Kuntoglu, A. Gunes and O. S. Sahin, “Experimental study and analysis of machinability characteristics of metal matrix composites during drilling”, Composites Part B: Engineering, vol. 166, pp. 401-413, 2019.
5. M. E. Korkmaz and M. Günay, “Finite Element Modelling of Cutting Forces and Power Consumption in Turning of AISI 420 Martensitic Stainless Steel”, Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 43, pp. 4863-4870, 2018.
6. G. Kant and K. S. Sangwan, “Prediction and optimization of machining parameters for minimizing power consumption and surface roughness in machining”, Journal of Cleaner Production, vol. 83, pp. 151-164, 2014.
7. E. Kuram, B. Ozcelik, M. Bayramoglu, E. Demirbas and B. T. Simsek, “Optimization of cutting fluids and cutting parameters during end milling by using D-optimal design of experiments”, J. Clean. Prod., vol. 42, pp. 1389-1406, 2013. K. Gök, “Development of three-dimensional finite element model to calculate the turning processing parameters in turning operations”, Measurement, vol. 75, pp. 57-68, 2015.
8. F. Valiorgue, J. Rech, H. Hamdi, P. Gilles and J. M. Bergheau, “3D modeling of residual stresses induced in finish turning of an AISI304L stainless steel”, Int. J. Mach. Tool. Manuf., vol. 53, no. 1, pp. 77-90, 2012.

9. T. Özel and E. Zeren, “Finite element method simulation of machining of AISI 1045 steel with a round edge cutting tool”, Proceedings of 8th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations, pp. 533-542, 2005.
10. C. Ezilarasan, V. S. Senthil kumar and A. Velayudham, “Theoretical predictions and experimental validations on machining the Nimonic C-263 super alloy”, Simul. Model. Pract. Theory, vol. 40, pp. 192-207, 2014.
11. (2022) ASTMSTEEL web site. [Online]. Available: https://www.astmsteel.com/product/p20-steel-plate-1-2311-3cr2mo-mold-tool-steel/.
12. M. Shatla, C. Kerk and T. Altan, “Process modeling in machining. Part I: determination of flow stress data”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 41, no. 10, pp. 1511-1534, 2001.
13. T. Kıvak, “Optimization of surface roughness and flank wear using the Taguchi method in milling of Hadfield steel with PVD and CVD coated inserts”, Measurement, vol. 50, pp. 19-28, 2014.
14. K. Palanikumar, “Experimental investigation and optimisation in drilling of GFRP composites”, Measurement, vol. 44, no. 10, pp. 2138-2148, 2011.
15. N. Masmiati and A. A. D. Sarhan, “Optimizing cutting parameters in inclined end milling for minimum surface residual stress – Taguchi approach”, Measurement, vol. 60, pp. 267-275, 2015.
16. N. Mandal, B. Doloi, B. Mondal and R. Das, “Optimization of flank wear using Zirconia Toughened Alumina (ZTA) cutting tool: Taguchi method and Regression analysis”, Measurement, vol. 44, no. 10, pp. 2149-2155, 2011.
17. S. Neşeli, “Tırlama titreşimleri üzerine süreç sönümleme etkisinin analitik olarak araştırılması ve tornalamada kararlı kesme derinliği ile süreç sönümleme değerlerine bağlı parametre optimizasyonu, Doktora Tezi”, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, Turkey 2013.
18. E. Şirin, Ş. Şirin, Y. Turgut and İ. Korkut, “AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Frezelenmesinde Yüzey Pürüzlülüğünün Taguchi Metodu İle Optimizasyonu”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol. 3, no 1 pp. 132-144, 2015.