Termal sürtünmeli delme işleminde kovanın geometrik ve fiziksel özelliklerinin araştırılması
Investigation of geometric and physical properties of bushing structure in thermal friction drilling process
Yazar: MUHAMMET BAL
Danışman: DOÇ. DR. CEBELİ ÖZEK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Talaşlı Üretim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sürtünmeli delme, dönen konik uçlu bir takım ile iş parçasının temas ara yüzeyinde sürtünme sonucu oluşan ısının etkisiyle malzemenin yumuşaması ve akması sonucu gerçekleşen bir delik delme yöntemidir. Sürtünmeli delme işleminin amacı, ince cidarlı malzemelerde deliğin alt kısmında maksimum yükseklikte bir kovan ve üst kısmında da maksimum kalınlıkta bir çeper (pul) elde etmek, elde edilen kovan ve pul yardımıyla bağlantı uzunluğunu arttırmaktır. 
	Bu çalışmada, 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm ve 10 mm kalınlıklarında, havacılık ve otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan A7075-T651 alüminyum alaşımı ve St37 çelik malzemeler kullanılmıştır. Deney çalışmalarında, hız çeliği (HSS) takımlar ve tungsten karbür (WC) takımlar, Ø5 mm, Ø10 mm, Ø15 mm ve Ø20 mm çaplarında özel olarak imal edilmişlerdir. Hız çeliği (HSS) takımlar, A7075-T651 alüminyum alaşımının ve tungsten karbür (WC) takımlar ise St37 çeliğinin delinmesinde kullanılmıştır. Kullanılan takımların takım koniklik uç açısı 36º ve takım silindirik delme boyu 20 mm dir. Sürtünmeli delme işlemleri 1120 dev/dak dönme hızı ve 25 mm/dev ilerleme hızında uygulanmıştır. 
	Malzeme kalınlığının ve takım çapının kovan yüksekliği (ha), kovan çeper kalınlığı (hç), kovanın yoğunluğu (ρ), kovan malzeme hacminin delinen malzeme hacmine oranı, kovanın mikro yapısı ve mikro sertliği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. A7075-T651 levhalarda kovan yüksekliği, hem malzeme kalınlığına hem de delik çapına bağlı olarak düzenli bir şekilde artmıştır. Böylece maksimum kovan yüksekliği Ø20 mm delik çapında ve 20 mm levha kalınlığında 13.40 mm, fakat minimum kovan yüksekliği ise Ø5 mm delik çapında 2 mm levha kalınlığında 3.43 mm olarak ölçülmüştür. Ayrıca en büyük kovan çeper kalınlığı 6 mm levha kalınlığında Ø20 mm delik çapında 4.25 mm, fakat 0.965 mm minimum çeper kalınlığı için ise 2 mm levha kalınlığında ve Ø5 mm delik çapında kaydedilmiştir. Kovan yoğunluğu  delik çapı ile doğru orantılı olduğu kaydedilmiş, maksimum yoğunluk değerler 6 mm  levha kalınlığında ve Ø20 mm delik çapında elde edilmiştir. Kovanın hacmi malzemelerin levha kalınlıklarına ve delik çaplarına bağlı olarak lineer bir şekilde artmıştır. Böylece maksimum kovan hacmi 6 mm levha kalınlığında ve Ø20 mm delik çapında elde edilmiştir. A7075-T651 alaşımlarında maksimum mikrosertlik değeri 82.3 HV, St37 çelik malzemede ise 183 HV olarak ölçülmüştür. Mikroyapının büyük oranda değiştiği, büyük tane sınırları ve yapılarının oluştuğu tespit edilmiştir. Numune levhalarının kalınlığının konik takımlar ile sürtünmeli delinmesinde, takım çapının kovan yüksekliği, kovan çeper kalınlığı, mikroyapı ve mikosertlik üzerinde önemli önemli oranda bir etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Sonuçlar,6 mm levha kalınlığına sahip numunelerin Ø10 mm, Ø15 ve Ø20 mm , 4 mm levha kalınlığına sahip malzemelerin ise Ø5 mm çaplarında sürtünmeli delinmesinin uygun olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Friction drilling is a method that in which the evacuated material softened and flowed by the effect of heat generated in the cross-sectional area of the workpiece and rotating conical tool. The purpose of friction drilling is to increase the length of the connection in thin-walled materials with the help of the bushing formation at the bottom of the hole. In this study, A7075-T651 alloy, using extensively in aeronautics and automotive industries and St37 steel sheets with 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm ve 10 mm thicknesses were frictional drilled Ø5 mm, Ø10 mm, Ø15 mm ve Ø20 mm in diameters. Moreover, 1120 rpm spindle speed, 25 mm/rev feed rate, High Speed Steel (HSS) and Tungsten Carbide (WC) conical tool with 36o tool conical angle and 20 mm in length of cylindrical zone were selected. The effect of the selected parameters, such as material thickness and hole diameter, on the height (ha) and density (ρ) of bushing, also the volume of the material evacuated from the drilled material and then forming the bushing height, microstructure and microhardness of the bushing were investigated.  In A7075-T651 sheets, bushing height increased with increasing both tool diameter and material thickness. Therefore, the maximum bushing height was measured as 13.40 mm at Ø20 mm in hole diameter and 10 mm in drilled materials sheet thickness, but the minimum bushing height was recorded as 3.43 mm at Ø5 mm in hole diameter and drilled material sheet thickness. Furthermore, the greatest bushing wall thickness was recorded as 4.25 mm at 6 mm material thickness and Ø20 mm in hole diameter, but 0.965 mm at 2 mm in material thickness and Ø5 mm in hole diameter. The density of the bushing increased in direct proportion with the increasing hole diameter. The maximum density values were recorded at 6 mm material sheet thickness for all selected hole diameters. The volume of the bushing increased linearly with increasing both material thickness and hole diameter. Thus, the maximum density values were obtained at 6 mm in material thickness with a hole diameter of Ø20 mm. The maximum micro hardness value of A7075-T651 aluminium alloy is 82.3 HV, maximum micro hardness value for St37 steel material, where there is a big change in micro structure, grain boundaries and structures of St37 steel material, where voids occur in micro structure of the bushing formed as a result of the process and 183 HV. It has been found that the wall thickness of the friction drilled material with tapered tool diameter has a significant effect on the bushing height, bushing wall thickness, microstructure and micro hardness. The results show that the material walls thickness of the most suitable material for hole diameters Ø10, Ø15 and Ø20 mm is 6 mm, but for the hole diameter of Ø5 mm, material wall thicknesses of 4 mm and smaller are suitable.