Talaşlı imalat işlemlerinin mekanistik modellenmesi
Effect of aging process on machinability of corrax steel and modelling of cutting forces
Yazar: AHMET SERDAR GÜLDİBİ
Danışman: PROF. DR. HALİL DEMİR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Corrax çeliği, havacılık ve uzay sanayisinden, denizciliğe, plastik enjeksiyon kalıpçılığından, medikal sektöre kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Corrax çeliği, solüsyona alma işlemi sonrası farklı sıcaklıklarda (200℃ (A2), 300℃ (A3), 400℃ (A4), 500℃ (A5), 525℃ (A525), 550℃ (A550), 575℃ (A575), 600℃ (A6) ve 700℃ (A7)) 4 saat süre ile yaşlandırılmış, daha sonra mikroyapı, sertlik, çekme dayanımı ve XRD analizleri yapılmıştır. Sonuçlara göre, en yüksek sertlik (50 HRC) ve dayanım değerleri (1720 MPa) 525℃ sıcaklıkta elde edilmiştir. Elde edilen verilerden yola çıkarak, işlenebilirlik deneyleri için A0, A4, A525 ve A6 numuneleri seçilmiş ve işlenebilirlik deneyleri bu numuneler ile yapılmıştır. Numuneler farklı kesme hızı (50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 m/dk) ve ilerleme hızlarında (0,04, 0,1, 0,22 ve 0,34 mm/dev) sabit 3 mm talaş derinliğinde dik kesme işlemine tabi tutulmuş ve daha sonra farklı kesici takımlarla eğik kesme deneyleri yapılmıştır. Dik kesme 
deneyleri ile, özel kesme katsayıları hesaplanmıştır. Özel kesme katsayıları, geliştirilen kaymaaçısı ve sürtünme açısı eşitlikleri kullanılarak eğik kesme deneyleri 
için esas kesme kuvvetleri hesaplanmış, elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Hesaplanan esas kesme kuvvetleri ile ölçülen deneysel sonuçlar genel itibariyle yaklaşık olarak %1 ila %13 aralığında değişen oranlarda hata payı ile tutarlılık göstermiştir.  Farklı eğik kesme işlemlerinden elde edilen verilere göre, en düşük esas kesme kuvvetleri A0 numunesinde 95° yanaşma açısına sahip takımlarla, 50 m/dk kesme hızında ve 0,04 mm/dev ilerleme hızında yapılan deneylerde ölçülmüştür. En yüksek esas kesme kuvvetleri ise A6 numunesinde 75° yanaşma açısına sahip kaplamasız SNMG takımlar ile 350 m/dk kesme hızında ve 0,34 mm/dev ilerleme hızında yapılan deneylerde ölçülmüştür. Deneylerde titreşim ölçümleri android tabanlı iDynamic yazılımı kullanılarak taret üzerinden ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülük değerleri incelendiğinde en düşük yüzey pürüzlülük değerleri A525 numunesinde 50 m/dk kesme hızında, 0,1 mm/dev ilerleme hızında ve 75° yanaşma açısına sahip kaplamasız SNMG takımlarla yapılan deneylerde ölçülmüştür. Numunelere uygulanan yaşlandırma işlemlerinin yüzey pürüzlülük değerlerini, kesme kuvvetlerini ve titreşim oluşumunu etkilendiği görülmüştür. Ayrıca artan titreşim ile birlikte esas kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülük değerlerinde artış gözlemlenmiştir. 50 HRC sertliğe sahip malzemede yapılan deneylerde takım aşınması görülmüştür.

Abstract:
Corrax steel has a wide range of applications in the aerospace industry, marine, plastic injection molding and medical industry because of its excellent specifications. Corrax has also high hardness, strength and ductility which make it hard to machine material. Corrax samples were solution heat treated at 850℃ for 0.5 h and after except one (A0), aged at different temperatures (200℃ (A2), 300℃ (A3), 400℃ (A4), 500℃ (A5), 525℃ (A525), 550℃ (A550), 575℃ (A575), 600℃ (A6) and 700℃ (A7)) for 4 h. After aging process, hardness, microstructure, XRD analysis and precipitation formation in the microstructure of the samples were investigated. The pick hardness (50 HRC) and strength (1720 MPa) were obtained on the sample A525℃. After the investigation of the samples, four samples (A0, A4, A525 and A6) were determined to use for machining tests. The samples were machining at different cutting speeds (50, 100, 150, 200, 250, 300 and 350 m/min) and at different feed rates (0,04, 0,1, 0,22 and 0,34 mm/rev) at constant 3 mm cutting depth for orthogonal cutting tests and at  
constant 1 mm cutting depth for oblique cutting tests with different cutting tools. Orthogonal cutting tests were used to calculate specific cutting force coefficients. Specific cutting force coefficients and developed empirical equations to calculate shear and friction angle were used to calculate cutting forces for oblique cutting tests. The calculated results and the measured results were used to compare each other. The tolerances between measured and the calculated results are within agreement between %0 and %13. The results obtained from different oblique cutting tests show the lowest cutting forces were measured from A0 tests with a 95° entrance angle cutting tool at 50 m/min cutting speed at 0,04 mm/rev feed rate. The highest cutting forces were measured with A6 sample with a 75° entrance angle uncoated cutting tool at 350 m/min cutting speed and 0,34 mm/rev feed rate. The vibrations measurements were also carried out through the cutting tests with an android based iDynamics app. Surface roughness measurement results show the lowest value were obtained with A525 sample at 50 m/min cutting speed and at 0,1 mm/rev feed rate with 75° entrance angle uncoated SNMG tool test. Aging process which applied to the samples affects the surface roughness, cutting forces and vibration formation during machining. Increase on vibrations cause also increase on cutting forces. Tool wear were detected on the tests with the sample A525 (50 HRC).