Toolox 44 Çeliğinin Tornalanmasında Kesme Hızının, İlerlemenin ve Kesici Uç Burun Radyüsünün Takım Aşınmasına ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkileri

Öz

Bu çalışmada, Toolox 44 kalıp çeliğinin tornalanmasında kesme hızının, ilerlemenin ve kesici uç burun radyüsünün yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tornalama deneyleri, üçer farklı kesme hızı (80, 110 ve 140 m/dak), ilerleme (0,1, 0,2 ve 0,3 mm/dev), kesici uç burun radyüsü (0,2, 0,4 ve 0,8 mm) ve sabit talaş derinliği (0,5 mm) kullanılarak kuru şartlar altında gerçekleştirilmiştir. İncelenen şartlar altında, kesici uçlarda herhangi bir talaş yapışması (built-up edge, BUE) ve talaş yüzeyinde krater aşınması görülmemiştir. Ancak kesici uçların yan yüzeylerinde serbest yüzey aşınması gözlenmiştir. En küçük serbest yüzey aşınması, kesme hızının 140 m/dak, ilerlemenin 0,1 mm/dev ve kesici uç burun radyüsünün 0,4 mm olduğu şartlarda ölçülmüştür. 80 m/dak, 110 m/dak ve 140 m/dak kesme hızlarında, tüm kesici uç burun radyüsleri (0,2, 0,4 ve 0,8 mm) için ilerleme değerindeki artış ile ortalama yüzey pürüzlülük (Ra) değerinin arttığı bulunmuştur. Bütün kesme hızlarında, genellikle kesici uç burun radyüsü arttıkça Ra değeri azalmıştır. Ra değerini en çok etkileyen parametrelerin yüksekten düşüğe sırasıyla ilerleme, kesici uç radyüsü ve kesme hızı olduğu görülmüştür. Toolox 44 malzemesinin tornalanmasında kesme hızı ve kesici uç radyüsü hangi değerde olursa olsun Ra değerini çok fazla arttırdığından dolayı 0,3 mm/dev ilerleme değerinin kullanılmaması gerektiği ve eğer bu malzemenin tornalanmasında 0,2 mm/dev ilerleme değeri kullanılacaksa, iyi bir yüzey kalitesi için uç burun radyüsünün 0,8 mm olarak seçilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Toolox 44
• tornalama
• kesme parametreleri
• kesici uç burun radyüsü
• takım aşınması
• yüzey pürüzlülüğü

Effects of Cutting Speed, Feed and Insert Nose Radius on Tool Wear and Surface Roughness in Turning of Toolox 44 Steel

Öz

In this study, effects of cutting speed, feed and insert nose radius on surface roughness and tool wear in turning of Toolox 44 mold steel were examined. Turning experiments were conducted at three different cutting speeds (80, 110 and 140 m/min), feed (0.1, 0.2 and 0.3 mm/rev), insert nose radius (0.2, 0.4 and 0.8 mm) and constant depth of cut (0.5 mm) under dry conditions. Under the conditions examined, no built-up edge (BUE) and crater wear on rake surface were observed on the cutting inserts. However, flank wear was observed on side surfaces of the inserts. The smallest flank wear was measured under conditions where cutting speed was 140 m/min, feed was 0.1 mm/rev, and insert nose radius was 0.4 mm. It was found that average surface roughness (Ra) value increased with increment in feed value for all insert nose radii (0.2, 0.4 and 0.8 mm) at cutting speeds of 80 m/min, 110 m/min and 140 m/min. At all cutting speeds, Ra value generally decreased as the insert nose radius increased. It was observed that the parameters that affected Ra value the most were feed, insert nose radius and cutting speed, in order from high to low. It has been concluded that the feed rate of 0.3 mm/rev should not be employed in turning of Toolox 44 material, as it increases Ra value too much, regardless of cutting speed and cutting edge radius and if a feed rate of 0.2 mm/rev is to be utilized in turning of this material, the tip nose radius should be selected as 0.8 mm for a good surface quality.

Anahtar Kelimeler

• Toolox 44
• turning
• cutting parameters
• insert nose radius
• tool wear
• surface roughness

Etik Beyan

Bu makalenin yazarları çalışmalarında kullandıkları materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel bir izin gerektirmediğini beyan ederler.

Teşekkür

Sorumlu yazar (E.K.), Ağustos 2019'da geçirdiği beyin damar hastalığı sonrası yaptığı operasyonla ve tedaviyle hayatını kurtaran ve ikinci bir hayat fırsatı sağlayarak hayatına bir mucize katan doktoru, girişimsel nörolog Prof. Dr. Hasan Hüseyin Karadeli'ye sonsuz teşekkürlerini sunmaktadır. Yazarlar, deneysel çalışmalarda maddi/manevi desteğini esirgemeyen BAKSAN MAKİNA A.Ş. çalışanlarına, CNC tornada numune parçaları hazırlayan Eren Gedik’e, yüzey pürüzlülüğü ölçümlerindeki yardımlarından ötürü tekniker Önder Gedik’e ve SEM incelemelerindeki yardımlarından ötürü öğretim görevlisi Ahmet Nazım’a teşekkür ederler.

Kaynakça

1. [1] Binali R., Ulaş H.B., Demir H., Toolox 44 malzemesinde talaş kaldırma miktarının yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması üzerindeki etkilerinin incelenmesi, Technological Applied Sciences (NWSATAS), 13 (2018) 19-28.
2. [2] Naimi S., Hosseini S.M., Tool steels in die-casting utilization and increased mold life, Advances in Mechanical Engineering, 7 (2015) 286071.
3. [3] www.ssab.com.
4. [4] Hansson P., Modern prehardened tool steels in die-casting applications, Materials and Manufacturing Processes, 24 (2009) 824-827.
5. [5] Daghini L., Nicolescu C., Influence of inserts coating and substrate on Toolox®44 machining, Swedish Production Symposium ‘07, (2007).
6. [6] Özlü B., Evaluation of energy consumption, cutting force, surface roughness and vibration in machining Toolox 44 steel using Taguchi-based gray relational analysis, Surface Review and Letters, 29 (2022) 2250103.
7. [7] Wojciechowski S., Mrozek K., Mechanical and technological aspects of micro ball end milling with various tool inclinations, International Journal of Mechanical Sciences, 134 (2017) 424-435.
8. [8] Bayraktar Ş., Uzun G., Ön sertleştirilmiş Toolox 44 ve Nimax kalıp çeliklerinin işlenebilirliği üzerine deneysel çalışma, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (2021) 1939-1947.

9. [9] Globisch S., Friedrich M., Heidemann N., Döpper F., Tool concept for a solid carbide end mill for roughing and finishing of the tool steel Toolox 44, Journal of Manufacturing and Materials Processing, 8 (2024) 170. [10] ISO 3685, Tool-life testing with single-point turning tools, (1993).
10. [11] ISO 4287, Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters, (1997).
11. [12] Zhang X., Li M., Soo S. L., Yang X., Effects of chip breaker groove and tool nose radius on progressive tool wear and behavior when turning GH3536 nickel-based superalloys, Tribology International, 197 (2024) 109806.
12. [13] Gupta M. K., Song Q., Liu Z., Sarikaya M., Mia M., Jamil M., Singla A. K., Bansal A., Pimenov D. Y., Kuntoğlu M., Tribological performance based machinability investigations in cryogenic cooling assisted turning of α-β titanium alloy, Tribology International, 160 (2021) 107032.
13. [14] Rao A.S., Effect of nose radius on the chip morphology, cutting force and tool wear during dry turning of Inconel 718, Tribology-Materials, Surfaces & Interfaces, 17 (2023) 62-71.
14. [15] Kılıçkap E., Çelik Y.H., Yardımeden A., Karbon elyaf takviyeli plastik kompozitlerin tornalanmasında yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına etki eden parametrelerin araştırılması, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 8 (2017) 175-180.
15. [16] Nalbant M., Gökkaya H., Sur G., Application of Taguchi method in the optimization of cutting parameters for surface roughness in turning, Materials and Design, 28 (2007) 1379-1385.
16. [17] Wang X., Feng C. X., Development of empirical models for surface roughness prediction in finish turning, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 20 (2002) 348-356.
17. [18] Turgut Y., Çakmak I., AISI 1040 çeliğinin frezelenmesinde talaş kırıcı formunun yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetlerine etkisinin araştırılması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (2019) 482-494.
18. [19] Akkurt M., Talaş Kaldırma Yöntemleri ve Takım Tezgâhları, Birsen Yayınevi, İstanbul, (1998).
19. [20] Özdemir M., Yüzey pürüzlülüğü üzerinde kesme parametrelerinin etki oranlarının yüzey yanı yöntemi kullanarak analizi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (2019) 639-648.
20. [21] Hua Y., Liu Z., Effects of cutting parameters and tool nose radius on surface roughness and work hardening during dry turning Inconel 718, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96 (2018) 2421-2430.
21. [22] Kumar P. V. A, Patnaik L., Bharati K., Venkatesh V. S. S., Kumar S., Investigating tool wear rate and surface quality of hardened tool steel: a fuzzy-MARCOS analysis and response surface methodology study, International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 18 (2024) 4137-4158.
22. [23] Shah D., Bhavsar S., Effect of tool nose radius and machining parameters on cutting force, cutting temperature and surface roughness–an experimental study of Ti-6Al-4V (ELI). Materials Today: Proceedings, 22 (2020) 1977-1986.
23. [24] Patel V.D., Gandhi A.H., Analysis and modeling of surface roughness based on cutting parameters and tool nose radius in turning of AISI D2 steel using CBN tool, Measurement, 138 (2019) 34-38.
24. [25] Akgün M., Ulaş H.B. Demir H., İmalat çeliklerinin tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisinin analizi ve optimizasyonu, Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi (GBAD), 6 (2017) 50-58.
25. [26] Yılmaz B., Güllü A., AISI 1050 çeliğin tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve talaş oluşumu üzerine etkilerinin araştırılması, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26 (2020) 628-633.
26. [27] Kayır Y., Aslan S., Aytürk A., AISI316Ti paslanmaz çeliğin tornalanmasında kesici uç etkisinin Taguchi yöntemi ile analizi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28 (2013) 363-372.