Ultrasonik delik delme işlemlerinde proses parametrelerinin işleme kalitesi üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of process parameters on machining quality in ultrasonic drilling
Yazar: ABDURRAHMAN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. SİNAN SERDAR ÖZKAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Makine mühendisliği = Mechanical engineering ; İleri imalat teknolojisi =

Özet:
Sünek malzemeler arasında bulunan alüminyum ve düşük ısı iletkenliği özelliğine sahip titanyum gibi malzemelerle birlikte, kompozit malzemelerde, kırılgan metal veya metal olmayan malzemelerde, yüksek sertlik ve mukavemet özelliklerine sahip malzemelerdeki yeni gelişmeler, işlenebilirlik açısından yeni araştırmalara ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir. Bu malzeme grupları arasındaki alüminyum ve titanyum, demir içermeyen ve hafif metaller olarak  sınıflandırması nedeni ile başta havacılık, savunma sanayi ve otomotiv sektörü olmak üzere bir çok alanda tercih edilmektedir. 
Bu çalışmada, Ultrasonik delik delme (UDD) işleminin Al7075 ve Ti6Al4V malzemelerinin işleme performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir.  Her bir malzeme için üç farklı genlik(%60-%80-%100), iki farklı ilerleme hızı (0,06-0,12mm/dev)ve iki farklı kesme hızı (Al7075 için 30-40 m/dak, Ti6Al4V için 15-25 m/dak) olmak üzere üç ayrı parametre dikkate alınmıştır. Al7075 alüminyum alaşımı, hafifliği ve yüksek mukavemeti nedeniyle tercih edilen bir malzeme iken, Ti6Al4V titanyum alaşımı mükemmel korozyon direnci ve yüksek sıcaklık performansı sebebiyle öne çıkmaktadır. Bu iki alaşım üzerindeki delme deneyleri, malzeme özelliklerinin ve işleme parametrelerinin delik kalitesi üzerindeki etkilerini analiz etmek için gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerin tamamı, UDD'nin katkısının daha etkili görülebilmesi için kuru delme şartlarında yapılmıştır. Al7075 için Ø5 kaplamasız HSS, Ti6Al4V için ise Ø5 kaplamasız karbür matkap ucu kullanılmıştır. Çalışmada delik kalitesi, delik çapı, dairesellik, silindiriklik, yüzey pürüzlülüğü ve çapak açısından incelenmiştir. Araştırmanın sonucu olarak, Al7075 ve Ti6Al4V alaşımlarında UDD yönteminin geleneksel delik delme (GDD) yöntemine kıyasla belirgin iyileşmeler sağladığı tespit edilmiştir. Al7075 alaşımında UDD'nin %69, Ti6Al4V alaşımında ise %59'luk bir iyileşme ile delik kalitesini artırdığı ortaya konulmuştur. Al7075 alaşımı için UDD'nin dairesellikten sapmada %40'lık bir iyileşme sağladığı, Ti6Al4V alaşımında ise %55'lik bir iyileşme elde edildiği tespit edilmiştir. Silindiriklikten sapma açısından, Al7075 için UDD'nin %34'lük bir iyileşme sağladığı, Ti6Al4V için ise %54'lük bir iyileşme elde edildiği görülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü bağlamında, Al7075 malzemesinde yüksek genlik değerleriyle daha iyi sonuçlar elde edilirken, Ti6Al4V malzemesi için ise yüksek frekanslı ve düşük genlikli çalışmaların tercih edilmesi gerekliliği vurgulanmıştır. Son olarakta çapak yüksekliği değerlerine dayalı olarak, UDD'nin her iki alaşımda da malzemelerin işlenmesinde sırasıyla %84 ve %44'e kadar çapak yüksekliğini azalttığı belirlenmiştir. 
Bu çalışma, UDD'nin GDD yöntemine göre daha hassas deliklerin gerektiği yüksek kaliteli uygulamalarda Al7075 ve Ti6Al4V gibi alaşımların işlenmesinde tercih edilebilecek etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır. İlerleme hızı ve kesme hızının optimize edilmesiyle, bu yöntemin endüstriyel uygulamalar için daha fazla tercih edilebileceği ön görülmektedir. Bu tez, ileride yapılacak araştırmalar için bir temel oluşturarak, ultrasonik delme parametrelerinin daha ayrıntılı optimize edilmesi yönünde yol gösterici olabilicektir.

Abstract:
Along with materials such as aluminum, which is among the ductile materials, and titanium, which has low thermal conductivity, new developments in composite materials, brittle metal or non-metal materials, and materials with high hardness and strength properties show that new research is needed in terms of machinability. Aluminum and titanium, among these material groups, are preferred in many areas, especially in the aerospace, defense industry and automotive industry, as they are classified as non-ferrous and light metals.
In this study, the effects of ultrasonic assisted drilling (UAD) process on the machining performance of Al7075 and Ti6Al4V materials were examined. For each material, three different amplitudes (60%-80%-100%), two different feed rates (0.06-0.12mm/rev) and two different cutting speeds (30-40 m/min for Al7075 and 15-25 m/min for Ti6Al4V) three separate parameters were taken into account. While Al7075 aluminum alloy is a preferred material due to its lightness and high strength, Ti6Al4V titanium alloy stands out due to its excellent corrosion resistance and high temperature performance. Drilling experiments on these two alloys were carried out to analyze the effects of material properties and processing parameters on hole quality. All of these experiments were carried out under dry drilling conditions in order to see the contribution of UAD more effectively. Ø5 uncoated HSS drill bit was used for Al7075, and Ø5 uncoated carbide drill bit was used for Ti6Al4V. In the study, hole quality was examined in terms of hole diameter, circularity, cylindricity, surface roughness and burr. As a result of the research, it was determined that the UAD method provides significant improvements compared to  conventional drilling (CD) method in Al7075 and Ti6Al4V alloys. It was revealed that UAD increased the hole quality with an improvement of 69% in Al7075 alloy and 59% in Ti6Al4V alloy. It was determined that UDD provided a 40% improvement in circularity deviation for the Al7075 alloy, while a 55% improvement was achieved in the Ti6Al4V alloy. In terms of deviation from cylindricity, it was observed that UAD provided a 34% improvement for Al7075, while a 54% improvement was achieved for Ti6Al4V. In the context of surface roughness, while better results were obtained with high amplitude values for the Al7075 material, it was emphasized that high frequency and low amplitude studies should be preferred for the Ti6Al4V material. Finally, based on the burr height values, it was determined that UAD reduces the burr height in machining materials in both alloys by up to 84% and 44%, respectively.
This study reveals that UAD is an effective method that can be preferred in machining alloys such as Al7075 and Ti6Al4V in high-quality applications where more precise holes are required compared to the CD method. It is anticipated that by optimizing the feed rate and cutting speed, this method may be more preferred for industrial applications. This thesis will provide a basis for future research and may provide guidance for further optimizing ultrasonic drilling parameters.