Delik işlemlerinde kesiciler üzerine etki eden gerilmelerin matematiksel olarak modellenmesi
Mathematical modelling of stress on the cutting tool in drilling
Yazar: SALİH KORUCU
Danışman: PROF. DR. ULVİ ŞEKER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Bölümü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kesici takımlar = Cutting tools

Özet:
Talaş oluşumu, yüksek gerinme hızları ve sıcaklık etkilerine sahip olan plastik deformasyonun bir sonucudur. Son 30 yılda kesme mekaniği hakkında pek çok çalışma yapılmıştır. Kesme işlemini tanımlamak amacıyla çeşitli modeller geliştirilmiş olup bunların bazılarında kesme işlemi başarılı bir şekilde tanımlanabilirken bazılarında da doğru çözümler tam olarak kanıtlanamamıştır. Bu araştırma ile, talaşlı imalatta önemli bir yere sahip olan delme işlemlerinde oluşan kesme kuvvetlerinin deneysel olarak belirlenmesi, ölçülen bu kesme kuvvetleri etkisiyle kesici takımda meydana gelen gerilmelerin sonlu elemanlar metodu kullanarak analiz edilmesi ve analizi yapılan bu gerilmeleri tanımlamak için bir matematiksel model geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, birinci aşamada deneysel çalışmalar için iş parçası malzemesi olarak AISI 1050 seçilmiştir. Bu malzemeden hazırlanan numunelere CNC dik işleme merkezinde, Mitsubishi firmasına ait takma uçlu UP20M kalitesinde GPMT070204-U1, GPMT070204?U2 ve GPMT070204-U3 formunda takma uçlu ve TAWN200TVP15TF formunda yekpare takma uçlu kesici takımlarla 20 mm çapında ve 20 mm derinliğinde delikler delinmiştir. Delme işlemleri sırasında her takım için, beş farklı kesme hızı ve iki farklı ilerleme uygulanmak suretiyle oluşan kesme kuvvetleri KISTLER 9272 tipi dinamometre yardımıyla ölçülmüştür. Kesici takımda oluşan gerilmelerin sonlu elemanlar metoduna dayalı olarak ANSYS 6.1 ticari yazılımı ile analizi yapılmıştır. Üçüncü aşamada deneysel veriler ve analizlere bağlı olarak modellerin oluşturulması gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla da MATLAB paket programından istifade edilmiştir.Bu çalışma sonunda, tüm kesme hızları ve ilerleme değerlerindeki artışa paralel olarak artan kesme kuvvetleri sebebiyle gerilme bileşenlerinde de yükselmeler olduğu belirlenmiştir. Gerilme dağılımları açısından, her iki takım grubu için gerilmelerin çok küçük bir bölgede yoğunlaşması sebebi ile noktasal temas biçimli bir gerilme davranışı sergilediği söylenebilir. ANSYS yardımıyla elde edilen gerilme sonuçları ile geliştirilen modelle hesaplanan gerilme bileşenleri arasında çok yakın ilişkiler belirlenmiş ve geliştirilen bu modellerin bu takımlar için farklı kesme parametrelerinin kullanıldığı pratik uygulamalarda kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
The formation of chip in metal cutting is the result of plastic deformation which processes high strains and temperature effects. In the last 30 years many studies have taken place on the subject of cutting mechanics with the purpose in some of the models is successfully defined correct solutions in some have yet been proved. This study aims to experimentally determinated cutting forced occurred in drilling process which have an important role in metal cutting. It also aims to analyze stresses which occur on cutting tools in effect of these measured cutting forced using the finite element method, and to developed a mathematical model for defining these stresses that have been analyzed. With this purpose, AISI 1050 has been chosen as the material used in the tests carried out in the first stage. Samples prepared this material have been drilled 20 mm diameter and 20 mm at the CNC vertical machining centre using Mitsubishi UP20M quality GPMT070204-U1, GPMT070204-U2 and GPMT070204-U3 type inserts and TAWN200TVP15TF type solid insert. During drilling, cutting forces occurred after applying five different cutting speeds and two feedrates to each tool have been the measured using a KISTLER 9272 type dynamometer. With the impact of these forces the stresses on the cutting tools have been analyzed with the finite element method based ANSYS 6.1 software. In the third stage in line with the experimental data and analyses the models have been generated. For this purpose the MATLAB software has been used.The study concludes stress components have been increased due to cutting forces which rise in parallel to increases in cutting speed and feed rates. In terms of stress distributions, since stresses for both tool groups are concentrated around a small area, point contact shaped stress behaviors can be observed. Also observed is a close relationship between the stress results obtained with ANYSY and stress components calculated with the model developed. Finally, the study shows that these models can be applied in practical applications which use various cutting parameters for these tools.