Seramik takviyeli alüminyum esaslı kompozit malzemelerin delinebilirlik özelliklerinin belirlenmesi
Determine of drillability features of reinforced ceramic composite materials based on aluminum
Yazar: KENAN KÜTÜKDE
Danışman: DOÇ. DR. AHMET TAŞKESEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Deney tasarımı = Experimental design ; Kesme kuvveti = Cutting force ; Kesme sıcaklığı = Cutting temperature ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Takım aşınması = Tool wear ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Bu çalışmada, üç farklı oranda (%10, %15 ve %25) B4Cp takviyeli Al7XXX matrisli kompozitler toz metalurjisi metodu ile üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin mikro yapısı ile sertlik ve çekme dayanımı gibi mekanik özellikleri araştırılmıştır. Seramik parçacıkların kompozit içinde oldukça homojen biçimde dağıldığı ve takviye oranındaki artışla kompozit malzemenin sertliğinde artış görülmüştür. Üretilen kompozit malzemelerin helisel matkapla delinmesiyle oluşan, delme kuvvetleri, aşınma mekanizmaları, yüzey pürüzlülük değerleri, talaş oluşumu ve delme sıcaklıkları deneysel olarak araştırılmış ve optimum işleme parametreleri istatistiksel yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. Delme deneyleri; 8 mm çapında HSS, kaplamasız ve TiAlN kaplamalı karbür matkaplarla kuru kesme şartları altında, dört farklı devir sayısı, üç farklı ilerleme hızı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kompozit malzeme içeriğindeki takviye oranının artmasıyla, ilerleme kuvveti ve kesme momenti ciddi şekilde artmıştır. İlerleme kuvveti, ilerleme hızındaki artışla artmış, devir sayısındaki artışla azalmıştır. Delinen deliklerin ortalama yüzey pürüzlülük değerleri takviye oranındaki artışla, kaplamalı ve kaplamasız karbür matkaplarla delme yapıldığında azalmış, HSS matkaplarla delme yapıldığında ise artmıştır. En iyi yüzey kalitesi kaplamalı ve kaplamasız karbür matkaplarla elde edilirken, en kötü yüzey kalitesi ise HSS matkapla delme yapıldığı zaman elde edilmiştir. Kesici takımlarda genellikle abraziv aşınma mekanizması ve yığıntı talaş hâkim olmuştur. Serbest yüzey aşınması, takviye oranının artmasıyla artmış, ilerleme hızının artmasıyla azalmıştır. Bütün kesici takımlar delme sonucunda, çoğunlukla iğne ve kopuk yay biçiminde talaşlar üretmişlerdir. Temassız ölçüm metoduyla, optik lazer pirometre kullanılarak delme esnasındaki sıcaklık değerleri ölçülmüştür. Delme sıcaklığı, takviye oranı ve devir sayısındaki artışla artmış, ilerleme hızındaki artışla azalmıştır. Düşük takviye oranı, düşük kesme hızı ve nispeten yüksek ilerleme oranlarında ve karbür matkaplarla en düşük kesme sıcaklıkları elde edilmiştir. Aynı takımla iki kez üst üste delme yapıldığında takım aşınmasına bağlı olarak sıcaklık artmıştır.

Abstract:
In this study, three different rates (10%, 15% and 25%) of composites with B4Cp reinforced Al7XXX matrixes were produced by powder metallurgy method. Some mechanical properties of the produced composites such as hardness and tensile strength as well as microstructure were investigated. A homogeneous distribution of ceramic particles through the matrix was found, and hardness of the composites increased as reinforcement rate increased. Drilling forces, wear mechanisms, surface roughness values, chip formation and drilling temperatures obtained when drilling with spiral drill bit of the produced composit materials were experimentally investigated and optimum machining parameters were determined by using some statistical methods. Drilling experiments were carried out with used four different spindle speed and three different feeds with under dry cutting conditions by using 8 mm diameter HSS, uncoated and TiAlN-coated carbide drills. The thrust force and torque significantly increased with increase of reinforcement ratio in the composite material. The thrust force increased with increase in feed rate, but decreased with increase in spindle speed. The average surface roughness decreased with the increase in weight fraction for carbide tools and increased for HSS tools at all cutting speeds. Moreover, better surface finish was determined with coated carbide tools and poor surface quality was obtained with HSS tools. Generally, abrasive tool wear and BUE were seen in the cutting tools. Flank wear increased in parallel to the increase in the reinforcement ratio but decreased with increase in feed rate. Generally, all of the cutting tool at the end of drilling experiment, were produced chips in form needle and loose arc. Moreover, non-contact measurements of drilling temperatures were performed with optical pyrometer. The maximum drilling temperature increased as the particle fraction and spindle speed increased, and it decreased as feed rate increased. Minimum cutting temperatures were obtained with lower particle fraction and cutting speed, with relatively higher feed rates and carbide tools. The cutting temperatures increased depending on tool wear when drilling with successive two drillings.