Havacılık alaşımı olarak Hastelloy-X ve Ti6Al4V'nin sıcak ultrasonik yardımlı tornalamayla işlenmesinin araştırılması
Investigation of machining Hastelloy-X and Ti6Al4V as aerospace alloys by hot ultrasonic assisted turning
Yazar: MEHMET ALPER SOFUOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. SEZAN ORAK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda işlenmesi zor malzemelerin (titanyum, hastelloy, inconel vb.) kullanıldığı havacılık, savunma ve petrokimya sektörleri ciddi bir şekilde büyüme içerisindedir. Bu malzemelerin konvansiyonel proseslerle işlenmesi oldukça zordur. Ultrasonik yardımlı tornalama, periyodik kesme mekanizmasıyla sert ve kırılgan malzemelerin işlenmesi için uygun ve ileri bir imalat yöntemidir. Tipik bir ultrasonik işlemde amplifikatör ya da transduser yardımıyla yüksek frekanslı elektrik enerjisi mekanik titreşimlere dönüştürülür. Ultrasonik işlem ile belli bir ultrasonik aralıkta (belli bir frekansta ve genlikte) titreşim, kesici takıma veya iş parçasına uygulanarak en iyi kesme performansı sağlanır.  

Bu çalışmada, literatürde yeni kullanılmaya başlayan sıcak ultrasonik yardımlı tornalama işleminde tırlama titreşimleri deneysel olarak incelenmiştir. Isı ile ultrasonik titreşimi birleştiren bu melez yöntemin literatürde tırlama titreşimlerine etkisi araştırılmamıştır. Bu çalışmada iki yöntemin birleşmesiyle kararlı kesme derinliklerinin konvansiyonel ve ultrasonik yardımlı tornalama işlemine göre iyileşeceği öngörülmektedir. Çalışma kapsamında ayrıca parça üzerinde diğer yüzey-kesici takım karakteristikleri (yüzey pürüzlülüğü, maksimum kesici uç sıcaklıkları, dairesellik, mikrosertlik vb.) de incelenmiştir. Çalışmada nümerik olarak da (sonlu elemanlar yöntemi) konvansiyonel tornalama, ultrasonik yardımlı tornalama ile sıcak ultrasonik yardımlı tornalama işlemleri kesme kuvvetleri, maksimum kesici uç sıcaklıkları ve efektif gerilmeler açısından kıyaslanmıştır.

Abstract:
The aerospace, defense and petrochemical industries in which hard-to-machine materials (titanium, hastelloy, inconel etc.) have been used in recent years are in serious growth. Machining of these materials in conventional processes is very difficult. Ultrasonic assisted turning is a suitable and advanced manufacturing method for machining hard and brittle materials with a periodic cutting mechanism. In a typical ultrasonic assisted machining process, high-frequency electrical energy is converted into mechanical vibrations by means of an amplifier or transducers. Ultrasonic assisted machining provides the best cutting performance by applying vibration to the cutting tool or workpiece in a certain ultrasonic range (at a specific frequency and amplitude).

In this study, chatter vibrations were investigated experimentally in the hot ultrasonic assisted turning operation, which is newly used in the literature. The effect of this hybrid method (combining heat and ultrasonic vibrations) on chatter vibrations has not been investigated in the literature yet. In this study, it is predicted that the combination of the two methods will improve the stable cutting depths compared to the conventional and ultrasonic assisted turning operations.  The other surface-cutting tool characteristics (surface roughness, maximum cutting tool temperature, roundness, microhardness, etc.) were also examined on the part of the study. Conventional turning, ultrasonic assisted turning and hot ultrasonic assisted turning operations were compared in a numerical study (Finite element method).