Dalga formlu parmak frezelerin işleme performanslarının araştırılması
Investigation of machining performances of the wave form end mills
Yazar: KUTAY AYDIN
Danışman: PROF. DR. ULVİ ŞEKER ; PROF. DR. ARİF GÖK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, helisel kesici kenar üzerinde -6 ila +22 derece arasında değişen talaş açısına ve 36 ila 50 derece arasında değişen helis açısına sahip dalga formlu parmak frezelerin işleme performanslarının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla farklı dalga geometrisine sahip parmak frezelerin işleme performansları; farklı işlenebilirlik özellikleri sergileyen malzemeler üzerinde, deneysel, nümerik ve istatistiksel yaklaşımlardan oluşan dört aşamalı bir çalışma planı çerçevesinde; kesme kuvvetleri, yüzey kalitesi ve takım ömrü kriterleri dikkate alınarak, standart parmak frezelerle karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. İlk aşama olan pilot çalışmalarda, C45 ıslah çeliği, GG25 gri dökme demir ve AISI 304 paslanmaz çelik malzemeler üzerinde deneysel ve FEM (sonlu elemanlar metodu) ile doğrulanmıştır. İkinci aşamada, farklı dalga formuna sahip takımların tamamı için FEM analizi yapılarak yüksek ve düşük performans sergileyen dalga formları belirlenmiştir. Üçüncü aşamada, işlenmesi zor malzemeler grubunda yer alan AISI 316L paslanmaz çelik ve Ti 6Al 4V malzemeler kullanılarak yapılan işleme deneyleri ile dalga formlu takımların kesme kuvveleri ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri incelenmiş ve son aşamada ise ömür testlerine bağlı olarak farklı dalga formlu takımların aşınma davranışları araştırılmıştır. Sonuç olarak, standart takıma göre en yüksek işleme performansı, dalga boyu 8 mm ve dalga genliği 250 µm olan ve 8-250 olarak tanımlanmış olan dalga formlu takımdan elde edilmiştir. Ti 6Al 4V malzeme için 8-250 takımında, standart takıma göre %26,5 daha düşük kesme kuvvetleri, %17,6 daha iyi yüzey kalitesi ve %73 oranında daha düşük takım aşınma miktarı gözlenmiştir. AISI 316L malzeme için ise %17,2 daha düşük takış aşınma miktarı görülmüştür. Talaşlı imalat alanında giderek yaygınlaşmaya başlayan ve ülkemizde henüz seri imalatı yapılmayan dalga formlu parmak frezeler, farklı imalat sektörleri için önemli imalat avantajları sunarken ülkemizde kesici takım üretimi yapan firmalar için de katma değeri yüksek bir ürün üretilebilme potansiyeli oluşturmuştur.

Abstract:
In this study, the machining performance of wave form end mills with rake angle variable from -6 to +22 degrees and helix angle variable from 36 to 50 degrees on the helical cutting edge were evaluated. In this context, the machining performance of end mills with different wave geometries; within the framework of a four-stage work plan consisting of experimental, numerical, and statistical approaches on materials exhibiting different machinability properties; were evaluated in comparison with standard end mills, taking into account the criteria of cutting forces, surface quality and tool life. In the first stage, which consists of pilot studies, experimental works on C45 tempered steel, GG25 gray cast iron and AISI 304 stainless steel materials were validated with FEM (finite element method). In the second stage, FEM analysis was performed for all of the tools with different wave forms, high and low performance wave forms were determined. In the third stage, the effects of wave form tools on cutting forces and surface roughness on AISI 316L stainless steel and Ti 6Al 4V alloy which are difficult-to-cut materials were examined. In the last stage, the wear behavior of different wave form tools was investigated depending on the tool life experiments. As a result, the highest machining performance was obtained from the wave form tool defined as 8-250 with a wavelength of 8 mm and a wave amplitude of 250 µm compared to the standard tool. In the Ti 6Al 4V material, 26.5% lower cutting forces, 17.6% better surface quality and 73% lower tool wear were observed in the 8-250 tool compared to the standard tool. In the AISI 316L material, 17.2% lower tool wear was observed. Wave form end mills, which have become widespread in the field of machining and have not yet been mass-produced in our country, offer important manufacturing advantages for different manufacturing sectors and have created a high value-added product manufacture potential for companies producing cutting tools in our country.