Farklı insört malzemeler kullanılarak toz enjeksiyon         yöntemi ile kesici takım üretimi
Cutting tool production by powder injection method using different insert materials
Yazar: HARUN KOÇAK
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN KARATAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Toz Enjeksiyon Kalıplama (TEK), yönteminde daha büyük parçaların üretilebilmesi için insört adı verilen hazır bir parça kalıp içerisine yerleştirilerek üzerine toz enjeksiyon kalıplama yapılmaktadır. Yeni olarak geliştirilen bu yöntem İnsörtlü Toz Enjeksiyon Kalıplama (İTEK) olarak isimlendirilmektedir. Bu tez kapsamında, kesen kısmı WC-%9Co sap kısmı çelik malzemeden oluşan, kompozit T kanal freze çakısı İTEK yöntemiyle üretilmiş ve sonrasında işleme deneyleri yapılarak yekpare karbür T kanal çakıyla performansı karşılaştırılmıştır. Çakıyı oluşturacak kompozit parça üretimi için M2 HSS ve 4340 çelik insörtler kullanılarak WC-%9Co besleme stokuyla direk (katmansız) olarak parça üretimi ve ara bölgede Cu ve Ni ara katman kullanımı ön deneyler yapılarak araştırılmıştır. Ön deneylerlerden sonra M2 HSS ve 4340 çelik insörtlerin üzerine üç farklı kalınlıkta (25 µm-50 µm-100 µm) Ni ara katman uygulanarak üç farklı sıcaklıkta (1200 °C-1250 °C-1300 °C) ve üç farklı sürede (120 dak-240 dak-360 dak) sinterleme işlemi yapılmış ve optimum şartlar belirlenmiştir. Deneylerde en yüksek kesme dayanımı, 4340 insört ve 100 µm Ni ara katman kullanılarak, 1300 °C de 240 dak sinterleme işleminden sonra ara bölgede 290,4 MPa olarak elde edilmiştir. Belirlenen optimum şartlarda üretilen numunelerle burulma deneyi yapılmış ve deneylerde numunenin ara bölgesinin 12.13 Nm burulma torkuna dayanabileceği ve T kanal çakının çakının işleme esnasında 2021,66 N kesme kuvvetini karşılayabileceği tespit edilmiştir. Kompozit parça üretimi için yapılan deneylerden sonra T kanal çakısı için 4340 çelik insört hazırlanmış ve üzerine 100 µm Ni kaplanarak optimum şartlarda WC-%9Co besleme stokunun enjeksiyonu, bağlayıcı giderme ve sinterleme işlemleri yapılmıştır. Sinterleme işleminin ardından üretilen kompozit parçalar taşlanarak T kanal çakı formuna getirilmiştir. Yekpare karbür T kanal çakı üretimine göre İTEK yöntemiyle T kanal çakı üretiminde taşlama işlemi %87,42 ve kullanılan WC-Co malzeme 29,2 kat azalmaktadır. Aynı şartlarda bilenmiş olan hem İTEK T kanal çakıyla hem de yekpare karbür T kanal çakıyla dört farklı kesme hızında ( 200, 300, 400, 500 m/dak ) ve üç farklı ilerlemede ( 0,01-0,025-0,05 mm/diş) Al 7075 T6 malzeme üzerinde talaş kaldırma deneyleri yapılmıştır. Talaş kaldırma testlerinde kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü ölçülerek çakıların performansları karşılaştırılmıştır.  İTEK T-kanal çakısıyla ortalama %25,69 daha düşük kesme kuvvetleri ve 0,01 mm/diş ilerleme değerinde %11,22 daha düşük yüzey pürüzlülükleri elde edilmiştir. İTEK yöntemiyle üretilen T kanal çakıyla herhangi bir hasar olmaksızın Al 7075 malzemesi başarıyla işlenmiştir. Elde edilen sonuçlar malzeme temini, maliyet, işçilik ve takım performansı bakımından İTEK yöntemiyle T kanal çakı üretiminin daha avantajlı olduğunu ortaya çıkarmaktadır.

Abstract:
In order to produce bigger parts by Powder Injection Molding (PIM) method, the prepared component called insert is placed in the mold and powder injection molding is carried out on it. This newly developed method is named Inserted Powder Injection Molding (IPIM). In this thesis, composite T-channel cutter was produced with cutting part WC-% 9Co and shaft part made of steel material by IPIM method and after the composite T-channel cutter performance was compared with solid carbide T channel cutter via cutting experiments. The production of the composite parts was investigated directly from M2 HSS, 4340 steel inserts and WC-% 9Co feed stock and using Cu and Ni interlayers were investigated in the intermediate zone for composite T-channel milling cutter production in preliminary experiments. After preliminary tests, three different thicknesses (25 μm-50 μm-100 μm) of Ni intermediate layer were applied on M2 HSS and 4340 steel inserts and test parts were sintered at three different temperatures (1200 °C-1250 °C-1300 °C) and three different time  (120 min-240 min-360 min) and optimum conditions were determined. In the experiments, obtained highest shear strength was 290,4 MPa in the intermediate zone after sintering at 240 minutes and 1300 °C using 4340 insert and 100 μm Ni interlayer. Torsion tests were carried out on specimens that produced under optimum conditions and they were determined that the intermediate zone of the specimen could withstand 12.13 Nm of torsional torque and T-channel cutter could operate up to a cutting force of 2021,66 N during the machining in the experiments. After the tests for composite part production, 4340 steel inserts were prepared and coated with 100 μm Ni on them for T-channel production and the injection, debinding and sintering processes of WC-% 9Co feedstock with insert were carried out. Produced composite parts were sharpened after sintering and brought into the form of a T-channel cutter. According to the production of solid carbide T-channel cutter, in the production of T-channel by IPIM method, the grinding process is 87.42% and the used WC-Co material is 29.2 times less. Cutting tests were carried out using both IPIM T channel cutter and solid carbide T channel cutter that sharpened for the same cutting conditions at four different cutting speeds (200, 300, 400, 500 m / min) and three different feeds (0,01-0,025-0,05 mm / tooth) on Al 7075 T6 material. Cutting forces and surface roughness were measured in the cutting tests and the performance of the T channel cutters was compared. They were obtained 25.69% lower cutting forces an average in all tests and 11.22% lower surface roughness at 0,01 mm /tooth feedrate using IPIM T channel cutter. The T-channel cutter produced by the IPIM method was able to successfully machine the Al-7075 material without any damage on tool. The obtained results reveal that T channel cutter production is more advantageous with IPIM method in terms of material supply, cost, workmanship and tool performance.