An Investigation of Machinability of S960QL Structural Steel by Finite Element Method

Abstract

Milling operations are widely used in machining operations. The milling process is done with multi-edged cutting tools and so it has different cutting mechanics. In machining, cutting mechanics affects many process outputs (cutting force, roughness, tool life, etc.) that determine the machining efficiency. For this reason, it is necessary to investigate the parameters that affect each output that occurs during the process. However, these processes are very costly and the take time. In this context, the process outputs obtained through machining simulations using the finite element method offer many advantages by estimating the values obtained in physical studies. In this study, the machinability of S960QL structural steel material was investigated using the finite element method. Milling operations are performed at three different lateral depths (0.8, 1.2, 1.6 mm), three different axial depths (4, 6, 8 mm), three different cutting speeds (180, 200, 220 m/min) and three different feed rates (0.08, 0.12, 0.16 mm/tooth). As a result of the analysis, shear forces, moment and temperature values were examined. As a result of the study, it was determined that the finite element method can be used for machinability tests in machining according to the evaluated process outputs.

Keywords

• Milling
• Finite elements
• Machinability
• Structural steel.

S960QL Yapı Çeliğinin İşlenebilirliğinin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile İncelenmesi

Öz

Talaşlı üretim işlemlerinde frezeleme operasyonları yaygın olarak kullanılmaktadır. Frezeleme işlemi çok ağızlı kesici takımlarla yapılması nedeniyle farklı kesme mekaniğine sahiptir. Talaşlı imalatta kesme mekaniği işleme verimini belirleyen birçok işlem çıktılarına (kesme kuvveti, pürüzlülük, takım ömrü vb.) etki etmektedir. Bu nedenle işlem sırasında oluşan her bir çıktıya etki eden parametrelerin araştırılması gereklidir. Fakat bu işlemler oldukça maliyetli olup zaman almaktadır. Bu kapsamda sonlu elemanlar yönteminin kullanılmasıyla yapılan işleme simülasyonları vasıtasıyla elde edilen işlem çıktıları, fiziksel çalışmalarda elde edilen değerlerin tahminini yaparak pek çok avantaj sunmaktadır. Çalışmada S960QL yapı çeliği malzemesinin işlenebilirliği sonlu elemanlar yönteminde incelenmiştir. Frezeleme işlemleri üç farklı yanal derinlik (0.8, 1.2, 1.6 mm), üç farklı eksenel derinlik (4, 6, 8 mm), üç farklı kesme hızı (180, 200, 220 m/dak) ve üç farklı ilerleme miktarında (0.08, 0.12, 0.16 mm/diş) yapılmıştır. Analiz neticesinde kesme kuvvetleri, moment ve sıcaklık değerleri incelenmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda değerlendirilen işlem çıktılarına göre sonlu elemanlar yönteminin talaşlı imalatta işlenebilirlik deneyleri için kullanılabilir olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Frezeleme
• Sonlu elemanlar
• İşlenebilirlik
• Yapı çeliği.

Kaynakça

1. Binali, R. (2017). Sıcak iş takım çeliğinin (TOOLOX 44) işlenebilirliğinin incelenmesi. Karabük Üniversitesi Fen Bİlimleri Enstitüsü.
2. Cadoni, E., & Forni, D. (2019). Mechanical behaviour of a very-high strength steel (S960QL) under extreme conditions of high strain rates and elevated temperatures. Fire Safety Journal, 1-14.
3. Ceretti, E., Lazzaroni, C., Menegardo, L., & Altan, T. (2000). Turning simulations using a three-dimensional FEM code. Journal of Materials Processing Technology, 98(1), 99-103.
4. Chinchanikar, S., & Choudhury, S. K. (2013). Effect of work material hardness and cutting parameters on performance of coated carbide tool when turning hardened steel An optimization approach Measurement. Measurement, 46(4), 1572-1584.
5. Gao, X., Li, H., Liu, Q., Zou, P., & Liu, F. (2011). Simulation of stainless steel drilling mechanism based on Deform-3D. Advanced Materials Research, 160-162, 1685-1690.
6. Gök, K., Türkes, E., Neseli, S., Saglam, H., & Gök, A. (2013). The validation as experimental and numerical of the values of thrust force and torque in drilling process. Journal of Engineering Science and Technology Review, 6(3), 93-99.
7. Gökçe, H., Yavuz, M., Gökçe, H., & Şeker, U. (2017). Orjinal matkap geometrisinde delme performansının sonlu elemanlar yöntemi ile doğrulanması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3(1), 27-34.
8. Günay, M., Korkmaz, M. E., & Yaşar, N. (2017). Finite element modeling of tool stresses on ceramic tools in hard turning. MECHANIKA, 23(3), 432-440.

9. Korkmaz, M. E., Meral, T., & Günay, M. (2018). AISI 420 Martenzitik Paslanmaz Çeliğin Delinebilirliğinin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Analizi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 4(3), 223-229.
10. Kurt, A., Yalçin, B., & Yilmaz, N. (2015). The cutting tool stresses in finish turning of hardened steel with mixed ceramic tool. International Journal of Advanced Manu-facturing Technology, 80, 315-325.
11. Küçüktürk, G. (2013). Modeling and analyzing the effects of experimentally determined torque and thrust force on cutting tool according to drilling parameters. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 227(1), 84-95.
12. Özçelik, B., & Bağcı, E. (2006). Experimental and numerical studies on the determination of twist drill temperature in dry drilling: A new approach. Materials and Design, 27, 920-927.
13. Özel, T. (2009). Computational modelling of 3D turning: Influence of edge micro-geometry on forces, stresses, friction and tool wear in PCBN tooling. Journal of Materials Processing Technology, 209(11), 5167-5177.
14. SSAB. (2021, 08 25). www.ssab.com.tr. https://www.ssab.com.tr/products/brands/strenx/products/strenx-960-e-f adresinden alındı
15. Tekaüt, İ. (2008). Takım Tezgâhlarındaki Kesici Takım Titreşimin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi, Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
16. Yan, H., Hua, J., & Shivpuri, R. (2007). Flow stress of AISI H13 die steel in hard machining. Materials and Design, 28(1), 272-277. Yang, Y., & Sun, J. (2009). Finite element modelling and simulating of drilling of titanium alloy. nf. and Comp. Sci, ICIC '09. Second Int Conf. 4,, 178.
17. Yardımeden, A., & Turan, A. (2015). AISI 1040 çeliğin tornalamasında kesme parametrelerinin kesme kuvvetine etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Müühendislik Dergisi, 6(1), 51-59.