Regression Modeling of the Effect of Chip Slenderness Ratio and Cutting Parameters on Vibration

Abstract

Chip slenderness ratio, which is defined as the ratio of depth of cut to feed rate in turning processes, is an subject that has been studied. For this reason, the chip slenderness ratio should be examined from different aspects. In this paper, different cutting parameters (feed rate, depth of cut) were selected together with chip slenderness ratio by using tools with three different tool approach angles as 15, 30 and 45 degree in turning AISI 1050 steel. As a result, a regression model was created to determine the effect of feed rate, depth of cut, tool approach angle and chip slenderness ratio on vibration in all three directions. In all experimental studies, depth of cut and feed rate were selected as cutting parameters. 5 different chip slenderness ratio were created (1, 3, 5, 10 and 15) and the vibrations in the turning were measured in three directions (X, Y, Z). Depending on the vibration, regression models were created in all three directions for the chip slenderness ratio and cutting parameters. The SPSS V24 program was used for regression models and statistical analysis. In the regression models, it was seen that the greatest effect in all three directions (X, Y and Z) was the feed rate, depth of cut and tool approach angle, respectively, and a significant model could not be created regarding the chip slenderness ratio. In addition, it was determined that the greatest vibration values occurred in the direction of feed rate (Y direction). In cases where chip slenderness ratio is 1 and 10, minimum vibration values were measured in all directions (X, Y and Z) and tool approach angles. When the tool approach angle is 30 degree, the most stable vibration values were occurred.

Keywords

• Chip slenderness ratio
• Vibration
• Regression
• Witdh-to-thickness
• AISI 1050 steel

Talaş İncelme Oranı ve Kesme Parametrelerinin Titreşim Üzerine Etkisinin Regresyon Modellenmesi

Öz

Tornalama işlemlerinde talaş derinliğinin ilerleme hızına oranı olarak tanımlanan talaş incelme oranı, üzerinde çalışılan bir konudur. Bu nedenle konunun farklı yönlerden ele alınarak incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada AISI 1050 çeliğinin tornalanmasında 15, 30 ve 45 derece olacak şekilde üç farklı takım yaklaşma açısına sahip takım kullanılarak farklı kesme parametrelerinin (ilerleme değeri, talaş derinliği) talaş incelme oranı ile birlikte değerlendirilmesi yapılmıştır. Bunun sonucunda ilerleme değeri, talaş derinliği, yaklaşma açısı ve talaş incelme oranının her üç yöndeki titreşime etkisinin belirlenmesi için regresyon modeli oluşturulmuştur. Tüm deneysel çalışmalarda kesme parametreleri olarak talaş derinliği ve ilerleme değeri seçilmiştir. 5 farklı talaş incelme oranı oluşturulmuş (1, 3, 5, 10 ve 15) ve işlemedeki titreşimler üç doğrultuda (X, Y, Z) ölçülmüştür. Titreşime bağlı olarak talaş incelme oranı ve kesme parametrelerine ait her üç yönde regresyon modelleri oluşturulmuştur. Regresyon modelleri ve istatistiksel analizler için SPSS V24 programı kullanılmıştır. Uygulanan regresyon modellerinde her üç yönde de (X, Y ve Z) en büyük etkinin sırasıyla ilerleme değeri, talaş derinliği ve yaklaşma açısı olduğu görülmüş, talaş incelme oranı ile ilgili anlamlı bir model oluşturulamamıştır. Ayrıca en büyük titreşim değerlerinin ilerleme yönünde (Y yönü) meydana geldiği tespit edilmiştir. Talaş incelme oranının 1 ve 10 olduğu durumlarda tüm yönlerde (X, Y ve Z) ve yaklaşma açılarında minimum titreşim değerleri ölçülmüştür. Talaş yaklaşma açısının 30 derece olduğu durumlarda en stabil titreşim değerleri elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Talaş incelme oranı
• Titreşim
• Regresyon
• Genişlik-kalınlık oranı
• AISI 1050

Kaynakça

1. Referans1 Liu, R., Eaton, E., Yu, M., & Kuang, J. An investigation of side flow during chip formation in orthogonal cutting. Procedia Manufacturing, 10, (2017) 568-577.
2. Referans2 Sekulic, S. Investigation of tangential forces in metal cutting by dimensional analysis. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 20 (2), (1976).155-164.
3. Referans3 M. C. Shaw. (1997). Metal Cutting Principles. Oxford University Press
4. Referans4 P. L. B. Oxley. (1989). The Mechanics of Machining: An Analytical Approach to assessing Machinability. Ellis Horwood, Chichester, UK, 1989
5. Referans5 V. Pednekar, V. Madhavan, A. H. Adibi-Sedeh, Investigation of the transition from plane strain to plane stress in orthogonal metal cutting. In ASME 2004 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, (2004) 513-528
6. Referans6 K. Nakayama, M. Arai, Burr formation in metal cutting. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 36(1), (1987) 33-36
7. Referans7 Prasad, B. S., Babu, M. P., Correlation between vibration amplitude and tool wear in turning: Numerical and experimental analysis, Engineering Science and Technology, an International Journal, 20, (2017) 197-211.
8. Referans8 Çelik, Y. H., Alp, M. S. Determination of milling performance of jute and flax fiber reinforced composites. Journal of Natural Fibers, (2020) 1-15.

9. Referans9 Gürbüz, H., Baday, Ş. CNC Torna Tezgâhlarında ayna ve punta basıncının yüzey pürüzlülüğü ve titreşim üzerine etkisinin taguchi metodu ile optimizasyonu. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(2), (2019) 119-134.
10. Referans10 Şahinoğlu, A., Güllü, A. CuZn39Pb3 malzemenin torna tezgâhında işlenmesinde oluşan akım, ses şiddeti, titreşim ve yüzey pürüzlülük değeri arasındaki ilişkinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, 23(3), (2015) 615-624.
11. Referans11 Kuntoğlu, M., Aslan, A. AISI 5140 Çeliğinin Tornalanması Esnasında Yaklaşma Açısı ve Kesme Parametrelerinin İşlenebilirliğe Etkisinin İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 1-1 (2021) DOİ: 10.2339/politeknik.710376
12. Referans12 Şıklar, E., (2000). Regresyon Analizine Giriş, Anadolu Üniversitesi Yayınları, Eskişehir.
13. Referans13 Asiltürk İ, Akkuş H., AISI 4140 çeliğinin sert tornalama işleminde kesici takım aşınmasının regresyon yöntemi ile istatistiksel olarak modellenmesi. 3. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi- 29-30. (2012) 258-268.
14. Referans14 Kara, F., Özbek, O., Kam, M., Saruhan, H. Optimization by Taguchi method of surface roughness and vibration in turning of AISI 4140 steel. In II. International Academic Research Congress. (2017) 1132-1140.
15. Referans15 Rogov, V. A., Siamak, G. Optimization of surface roughness and vibration in turning of aluminum alloy AA2024 using taguchi technique. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, 7(11), (2013) 2330-2339
16. Referans16 Kronenberg M., (1996) Machining science and application theory and practice for operation and development of machining processes, Arrowsmit Ltd. UK, 170-182.
17. Referans17 Demir, Z., Adiyaman, O. Investigation of influence of approach angle and chip slenderness ratio on vibration, chip formation and surface quality in turning of AISI 1050 steel. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41(10), (2019) 1-15.
18. Referans18 Demir, Z., Adıyaman, O. Investigation of the effect of Chip Slenderness Ratio and Cutting Tool Approach Angle on Vibration Amplitudes and Chip Morphology. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 15(4), (2019) 423-431.
19. Referans19 Kim, H.-Y. Statistical notes for clinical researchers: assessing normal distribution (2) using skewness and kurtosis. Restorative Dentistry & Endodontics, 38(1), (2013) 52–54.
20. Referans20 Hair, J. F., Black, W. C., Babin, B. J., Anderson, R. E., Tatham, R. L. (2013). Multivariate Data Analysis. Essex, England.
21. Referans21 Tabachnick, B. G., Fidell, L. S. (2013). Using multivariate statistics: International edition. Pearson2012.
22. Referans22 George, D. (2011). SPSS for windows step by step: A simple study guide and reference, 17.0 update, 10/e. Pearson Education India
23. Referans23 Okan, O. R. A. L., Çolak, O., Bayhan, M. Ti6Al4V Malzemesinin Frezelenmesinde Takım Titreşiminin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin İncelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(1), (2020) 381-390.