AISI 5140 Çeliğinin Farklı Soğutma Teknikleri Kullanılarak Frezelenmesinin Güç Tüketimi Üzerine Etkileri

Öz

Yüksek mukavemete sahip olan AISI 5140 çeliği genellikle dişli ve mil yapımında kullanılmaktadır. Bu çelikler genellikle talaşlı imalat yöntemleri kullanılarak şekillendirilmektedir. Talaşlı imalat sırasında hızlı takım aşınması ve düşük yüzey kalitesi gibi olumsuz özelliklerin yanında güç tüketimi de fazla olabilmektedir. Bu olumsuz koşulların üstesinden gelebilmek için çevre ve insan sağılığına zararlı olmayan soğutma sıvıları kullanılmaktadır. Bu çalışmada AISI 5140 imalat çeliğinin çevre dostu minimum miktarda yağlama (MMY) koşulları ve farklı kesme parametreleri altında frezelenmesinin güç tüketimine olan etkileri araştırılmıştır. Deney sayısını ve maliyetleri azaltmak amacıyla Taguchi L9 ortogonal dizisi kullanılmıştır. Kuru, hava ve MMY olmak üzere üç farklı soğutma ortamı seçilmiştir. Kesme parametreleri olarak üç farklı kesme hızı (80-120-160 m/dak) ve üç farklı ilerleme hızı (0.08-0.12-0.16 mm/dev) seçilmiştir. Kesme hızının artmasıyla güç tüketiminin arttığı, ilerleme hızının artmasıyla ise güç tüketiminin bir miktar azaldığı tespit edilmiştir. Kesme ortamı açısından değerlendirildiğinde, kuru ortamdan MMY ortamına doğru gidildikçe güç tüketimi değerlerinin azaldığı belirlenmiştir. Güç tüketiminde optimum kontrol faktör seviyeleri kesme hızı için 80 m/dak, ilerleme hızı için 0.16 mm/dev ve kesme ortamı için MMY olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak MMY kesme ortamı ile frezelemede güç tüketiminin azaltılabileceği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• AISI 5140 çeliği
• CNC frezeleme
• minimum miktarda yağlama
• güç tüketimi
• Taguchi analizi

Kaynakça

1. Kuntoğlu M, Acar O, Gupta MK, Sağlam H, Sarikaya M, Giasin K, et al. Parametric Optimization for Cutting Forces and Material Removal Rate in the Turning of AISI 5140. Machines. 2021;9(5).
2. Şap S, Ultra Yüksek Mukavemetli S1100 Çeliğinin MQL koşullarında Frezelenmesinin Takım Aşınması Üzerindeki Etkileri. 4 th International Conference on Applied Engineering and Natural Sciences; 2022 November 10-13, 2022; Konya/Turkey.
3. Usca ÜA, Şap S, Uzun M, Kuntoğlu M, Salur E, Karabiber A, et al. Estimation, Optimization and Analysis Based Investigation of the Energy Consumption in Machinability of Ceramic-Based Metal Matrix Composite Materials. J Mater Res Technol. 2022;17:2987-98.
4. Şap S, Usca ÜA, Uzun M, Kuntoğlu M, Salur E, Pimenov DY. Investigation of the Effects of Cooling and Lubricating Strategies on Tribological Characteristics in Machining of Hybrid Composites. Lubricants. 2022;10(4):63.
5. Salur E. Understandings the tribological mechanism of Inconel 718 alloy machined under different cooling/lubrication conditions. Tribol Int. 2022;174:107677.
6. Usca ÜA, Şap S, Uzun M. Evaluation of Machinability of Cu Matrix Composite Materials by Computer Numerical Control Milling under Cryogenic LN2 and Minimum Quantity Lubrication. J Mater Eng Perform. 2022:1-15.
7. Salur E, Kuntoğlu M, Aslan A, Pimenov DY. The Effects of MQL and Dry Environments on Tool Wear, Cutting Temperature, and Power Consumption during End Milling of AISI 1040 Steel. Metals. 2021;11(11):1674.
8. Şap E, Usca ÜA, Uzun M. Machining and optimization of reinforced copper composites using different cooling-lubrication conditions. J Braz Soc Mech Sci & Eng. 2022;44(9):399.

9. Kamata Y, Obikawa T. High speed MQL finish-turning of Inconel 718 with different coated tools. J Mater Process Technol. 2007;192-193:281-6.
10. Race A, Zwierzak I, Secker J, Walsh J, Carrell J, Slatter T, et al. Environmentally sustainable cooling strategies in milling of SA516: Effects on surface integrity of dry, flood and MQL machining. J Clean Prod. 2021;288:125580.
11. Sarıkaya M, Güllü A. Taguchi design and response surface methodology based analysis of machining parameters in CNC turning under MQL. J Clean Prod. 2014;65:604-16.
12. Yang WH, Tarng YS. Design optimization of cutting parameters for turning operations based on the Taguchi method. J Mater Process Technol. 1998;84(1):122-9.
13. Singh SP, Geethan KAV, Elilraja D, Prabhuram T, Durairaj JI. Optimization of dry sliding wear performance of functionally graded Al6061/20% SiC metal matrix composite using Taguchi method. Materials Today: Proceedings. 2020;22:2824-31.
14. Sekar K, Vasanthakumar P. Mechanical properties of Al-Cu alloy metal matrix composite reinforced with B4C, Graphite and Wear Rate Modeling by Taguchi Method. Materials Today: Proceedings. 2019;18:3150-9.
15. Saravanan S, Senthilkumar P, Ravichandran M, Shivasankaran N. Wire electrical discharge machining of AA6063-TiC particle reinforced metal matrix composites using Taguchi method. Mater Res Express. 2018;5(10).
16. Şap E. Investigation of mechanical properties of Cu/Mo-SiCp composites produced with P/M, and their wear behaviour with the Taguchi method. Ceram Int. 2021;47(18):25910-20.
17. Bilga PS, Singh S, Kumar R. Optimization of energy consumption response parameters for turning operation using Taguchi method. J Clean Prod. 2016;137:1406-17.
18. Mia M, Dey PR, Hossain MS, Arafat MT, Asaduzzaman M, Shoriat Ullah M, et al. Taguchi S/N based optimization of machining parameters for surface roughness, tool wear and material removal rate in hard turning under MQL cutting condition. Measurement. 2018;122:380-91.
19. Şap S. AISI 5140 Islah Çeliğinin Minimum Miktarda Yağlama Ortamı Altında Frezelenmesinin Takım Aşınması Üzerindeki Etkileri. 4 International Scientific Research and Innovation Congress (ISARCH); 24.12.2022; İstanbul2022. p. 915-24.
20. Sarıkaya M, Yılmaz V, Güllü A. Analysis of cutting parameters and cooling/lubrication methods for sustainable machining in turning of Haynes 25 superalloy. J Clean Prod. 2016;133:172-81.
21. Bagaber SA, Yusoff AR. Energy and cost integration for multi-objective optimisation in a sustainable turning process. Measurement. 2019;136:795-810.
22. Yıldırım ÇV, Kıvak T, Sarıkaya M, Şirin Ş. Evaluation of tool wear, surface roughness/topography and chip morphology when machining of Ni-based alloy 625 under MQL, cryogenic cooling and CryoMQL. J Mater Res Technol. 2020;9(2):2079-92.
23. Camposeco-Negrete C, de Dios Calderón Nájera J, Miranda-Valenzuela JC. Optimization of cutting parameters to minimize energy consumption during turning of AISI 1018 steel at constant material removal rate using robust design. Int J Adv Manuf Technol. 2016;83(5):1341-7.
24. Camposeco-Negrete C. Optimization of cutting parameters using Response Surface Method for minimizing energy consumption and maximizing cutting quality in turning of AISI 6061 T6 aluminum. J Clean Prod. 2015;91:109-17.
25. Ji M, Xu J, Chen M, Mansori ME. Effects of different cooling methods on the specific energy consumption when drilling CFRP/Ti6Al4V stacks. Procedia Manuf. 2020;43:95-102.
26. Usca ÜA, Uzun M, Şap S, Giasin K, Pimenov DY, Prakash C. Determination of machinability metrics of AISI 5140 steel for gear manufacturing using different cooling/lubrication conditions. J Mater Res Technol. 2022;21:893-904.
27. Cetin MH, Ozcelik B, Kuram E, Demirbas E. Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method. J Clean Prod. 2011;19(17):2049-56.