Mikro tornalama işleminde kesme kuvveti katsayılarının mekanistik ve nümerik modelleme ile tespiti

Öz

Mikro tornalama işlemi, mikro silindirik parçaların imalatında kullanılan bir mikro işleme yöntemidir. Talaş derinliği ve ilerleme değeri çok küçük olması nedeniyle, iş parçasının tane boyutuna yakın değerlerinde kesme işlemleri yapılabilmektedir. Bu durumda, kesme kuvvetleri sadece iş parçasının türüne değil, aynı zamanda tane boyutuna, yüzeydeki artık gerilmelere ve tane yönlenmesine göre değişkenlik gösterir. Bu çalışmada mikro tornalama işleminde kesme kuvvetlerinin mekanistik modellemesi gerçekleştirilmiştir. Kesme deneyleri ortogonal şartlarda gerçekleştirilmiş ve iş parçası olarak Ti6Al4V alaşımı kullanılmıştır. Çalışmada farklı ilerleme değerleri kullanılarak kesme kuvveti katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca çalışmada kullanılan DEFORM 2D ticari yazılımı ile nümerik modelleme yapılmış, kesme kuvveti katsayıları mekanistik model ile karşılaştırılmıştır. Kuvvet katsayılarının birbirleri ile uyumlu olduğu gözlenmiş, bu çalışmada kullanılan iş parçası ve takım çifti için kesme ve kenar kuvveti katsayıları elde edilmiştir. Sonuçların doğrulanmasını yapmak adına, elde edilen kesme ve kenar kuvveti katsayıları kullanılarak, farklı ilerleme değerleri ve yanaşma açılarında kesme kuvvetleri hesaplanmış ve bu sonuçlar arasındaki farkın kabul edilebilir düzeyde olduğu saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• mikro tornalama
• ortogonal kesme
• mekanistik modelleme
• sonlu elemanlar analizi

Determination of cutting force coefficients with mechanistic and numerical modelling in micro turning process

Öz

Micro turning is a micro machining method used in the manufacture of micro cylindrical parts. Because of the depth of cut and the feed rate is very small, cutting operations can be made at the values close to the grain size of the workpiece. In this case, the cutting forces vary not only according to the type of workpiece, but also according to grain size, residual stresses on the surface and grain orientation. In this study, mechanistic modelling of cutting forces in micro turning operation is performed. Cutting tests were carried out under orthogonal conditions and Ti6Al4V alloy was used as the workpiece. Cutting force coefficients were obtained by using different feed values. In addition, numerical modelling was performed with DEFORM 2D commercial software used in the study and cutting force coefficients were compared with mechanistic model. It was observed that the force coefficients were compatible with each other and cutting and edge force coefficients were obtained for the work piece and tool pair used in this study. In order to verify the results, using the obtained cutting and edge force coefficients, the cutting forces were calculated at different feed rates and approach angles, and the difference between these results was found to be at an acceptable level.

Anahtar Kelimeler

• micro turning
• orthogonal cutting
• mechanistic modelling
• finite element analysis
• Ti6Al4V

Kaynakça

1. Furukawa, Y., Moronuki, N., Effect of material properties on ultra precise cutting processes, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 37 (1), 113-116, 1988.
2. Altintas, Y., Manufacturing Automation, Second Edition: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design Cambridge University Press, Vancouver, Canada, 2012.
3. Jagadesh, T., Samuel, G.L., Mechanistic and Finite Element Model for Prediction of Cutting Forces During Micro-Turning of Titanium Alloy, Machining Science and Technology, 19 (4), 593-629, 2015.
4. Ahearne, E., Baron, S., Fundamental mechanisms in orthogonal cutting of medical grade cobalt chromium alloy (ASTM F75), CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 19, 1-6, 2017.
5. Gonzalo, O., Beristain, J., Jauregi, H., Sanz, C., A method for the identification of the specific force coefficients for mechanistic milling simulation, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 50 (9), 765-774, 2010.
6. Fernández- Abia, AI., Barreiro, J., De Lacalle, LN., Martínez-Pellitero, S., Behavior of austenitic stainless steels at high speed turning using specific force coefficients, International Journal Advanced Manufacturing Technology, 62 (5), 505-515, 2012.
7. Stabler, G.V., The Chip Flow Law and Its Consequences, Proceedings of 5th Machine Tool Design and Research Conference, Oxford, 243-251, 1964.
8. Ducobu, F., Riviere-Lorphevre, E., Filippi, E., On the importance of the choice of the parameters of the Johnson-Cook constituve model and their influence on the results of a Ti6Al4V orthogonal cutting model, International Journal of Mechanical Sciences, 122, 143-155, 2017.