Özel imalat karbür, EXT-CrN VE TiSiN kaplı freze uçlarının deney tasarımı yöntemi ile performansının optimizasyonu
Special manufacturing carbide, EXT-CrN AND TiSiN coated to the milling with experimental design method optimization of performance
Yazar: AYDAN ÜSTÜNDAĞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENAİ YALÇINKAYA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Talaşlı imalat yöntemi ile üretilen parçaların minimum maliyet ve maksimum kaliteye sahip olmaları istenmektedir. Talaşlı imalat yöntemi ile üretilen bu ürünlerin kalitesi öncelikli olarak işlenen yüzey kalitesine ve ölçü tamlığına göre belirlenir. "Özel İmalat Karbür, EXT-CrN ve TiSiN kaplı freze uçlarının deney tasarımı yöntemi ile performansının optimizasyonu" çalışmamız, sanayii sektörü için ve bilimsel çalışma yapacak olan mühendisler için bu konuda yapılan ve örnek teşkil edecek önemli bir deneysel uygulamadır. Yapılan deneysel çalışmada elde edilen verilerde optimizasyon metodunun uygulanması ile kesici takımların farklı işleme kriterlerinde performansları optimize edilmiştir.
Bu çalışmada farklı malzemelerle kaplanmış kesici takımlar, Karbür, EXT-CrN ve TiSiN Kaplı Freze Uçlarının Deney Tasarımı Yöntemi ile Performansının Optimizasyonunda devir sayısı (dev/dak), kesme hızı (m/dak), ilerleme hızı (mm/dak), kesme derinliği (mm) parametreleri ile farklı işlem yapılmış ve farklı değerlerindeki performansları incelenmiştir. Çalışmada DIN 1.3247 ısıl işlem görmüş çelik malzeme işlenmiştir. Çalışmada özellikle frezeleme işleminde kesici takımlarda oluşan aşınma mekanizmaları üzerinde durulmuş ve ayrıca verilen parametreler dikkate alınarak malzeme üzerinde operasyonlarda yüzey pürüzlülüğü değerleri ölçülerek karşılaştırmaları yapılmıştır. Bu deneysel çalışma için DIN 1.3247 çelik malzeme den 9 adet belirlenen ölçülerde malzeme kullanılmıştır. DIN 1.3247 çelik malzemenin işlenebilme kabiliyeti, aynı grupta bulunan çelikler, titanyum ve magnezyum alaşımları ile kıyaslandığında daha yaygın kullanılan bir ürün olduğu için tercih edilmiştir. Deneysel çalışmada belirlenen, kesme işleme metodu olan frezeleme işlemi çok yaygın olarak kullanılmaktadır. DIN 1.3247 çelik malzemesine CNC freze tezgâhında kesme parametrelerinden olan devir sayısı ve ilerleme hızının üç farklı değeri kullanılarak 9 adet iş parçası üzerinde 3 kademe şeklinde farklı ölçümlerde deneysel çalışma yapılmıştır. Devir sayısı için değerler; 3000-6000-9000 dev/dak, kesme hızı için değerler; 160m/dak, 120m/dak, 80m/dak, ilerleme hızı için değerler; 0.08mm/dak,  0,16mm/dak ve 0.24 mm/dak, kesme derinliği için değerler, 0,5mm, 1mm, 1,5 mm olarak belirlenmiştir. Deney için belirlenen bir başka faktör ise frezeleme uç tipleri olmuştur. Bunlar; karbür, EXT-CrN kaplamalı karbür ve TiSiN kaplamalı karbür freze kesici uçlarıdır. Her bir yüzey frezeleme işlemi için 5 uç takılabilen frezeleme tarama kafası kullanılmıştır. 
Bu deney çalışmasında DIN 1.3247 ısıl işlem görmüş çelik malzeme için kesme sıvısı kullanılmıştır. Belirlenen kesme parametre değerleri ile kesme işlemi sonucu oluşan iş parçalarının yüzey pürüzlülük değerleri ve kullanılan farklı kesici uçların uç aşınmaları incelenmiştir.  Deneysel çalışma sonucunda ölçülen yüzey pürüzlülük değerleri için TAGUCHİ optimizasyonu yapılmıştır. Optimizasyon sonucunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılıp, grafik ve tablo değerleri yorumlanmıştır. Elde edilen en uygun sonuçlar her işlem değerinde en iyi yüzey pürüzlülük değerleri, TiSiN kaplı freze uçlarının performansının daha iyi olduğu görülmüştür. İşlemede genel olarak kaplama aşınması oluşmuştur fakat uç kırılması gözlemlenmemiştir. DIN 1.3247 çelik malzemenin işlenmesi sonucu çıkan talaşlar; sürekli, süreksiz ve helisel yapısı bozulmuş talaş olarak sınıflandırılmıştır. 
Deney sonuçları, Taguchi yönteminin L27 dizilimi kullanılarak değerlendirilmiştir ve tahmin edilen yüzey pürüzlülük değerlerinin deney sonucunda ortaya çıkan değerlere oldukça yakın olduğu görülmüştür. Deneyde oluşan 27 farklı yüzey için yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Elde edilen değerler kullanılarak regresyon analizi uygulanarak kesici uç tipinin, yüzey pürüzlülüğü üstünde en büyük etkiyi oluşturduğu tespit edilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda, kullanılan kesici uçlarda oluşan aşınmalar mikroskop görüntüleri ile incelenmiştir. Bu çalışmada kaplamasız kesici takım ile kaplama yapılmış kesici takımlar karşılaştırılmıştır. Kaplamalı kesici takımlar ile kaplamasız kesici takımlar kıyaslandığında kaplamanın takım ömründe artış ve işleme kolaylığı sağladığı görülmüştür.

Abstract:
The parts produced by the machining method are required to have minimum cost and maximum quality. The quality of these products, which are produced by machining method, is primarily determined by the quality of the processed surface and the accuracy of the size. Our study of "Optimization of the performance of milling cutters made of special manufacturing carbide,  EXT-CrN coated and TiSiN coated with the method of experimental design" is an important experimental practice that will set an example for the industrial sector and for the engineers who will do scientific studies. With the application of the optimization method in the data obtained in the experimental study, the performances of the cutting tools in different processing criteria have been optimized.
In this study, cutting tools coated with different materials; carbide, EXT-CrN coated and TiSiN coated milling inserts with experimental design method, speed (rpm), cutting speed (m/min), feed rate (mm/min), depth of cut (mm) parameters were processed differently and their performances at different values were examined. DIN 1.3247 heat treated steel material was processed in the study. In the study, the wear mechanisms that occur in cutting tools especially in the milling process were focused on and also, taking into account the given parameters, the surface roughness values were measured and compared in the operations on the material. For this experimental study, 9 pieces of material of DIN 1.3247 steel material were used. The workability of DIN 1.3247 steel material is preferred because it is a more widely used product compared to the steels in the same group, titanium and magnesium alloys. The milling process, which is the cutting processing method determined in the experimental study, is widely used. An experimental study was carried out on 9 workpieces in 3 stages by using three different values of the speed and feed rate, which are the cutting parameters of a CNC milling machine, on steel material DIN 1.3247. Values for speed; 3000-6000-9000 rpm, values for cutting speed; Values for 160m / min, 120m / min, 80m / min, feed rate; 0.08mm / min, 0.16mm / min and 0.24mm / min, values for cutting depth are determined as 0.5mm, 1mm, 1.5mm. Another factor determined for the experiment was the milling insert types. These are carbide, EXT-CrN coated carbide and TiSiN coated carbide milling inserts. For each face milling operation, a milling scan head with 5 inserts can be installed.
In this experimental study, cutting fluid was used for DIN 1.3247 heat treated steel material. With the determined cutting parameter values, the surface roughness values of the work pieces formed as a result of the cutting process and the tip wear of the different inserts used were examined. TAGUCHI optimization was performed for the measured surface roughness values at the end of the experimental study. The results obtained as a result of the optimization were compared and the graph and table values were interpreted. The best results obtained were found to have the best surface roughness values at each process value, and the performance of TiSiN coated milling cutters was better. Coating abrasion occurred in general during machining, but no tip breakage was observed. Chips resulting from processing steel DIN 1.3247; It is classified as continuous, discontinuous and helical chips.
The results of the experiment were evaluated using the L27 orthogonal of Taguchi method and it was observed that the estimated surface roughness values were very close to the values obtained at the end of the experiment. Surface roughness values were measured for 27 different surfaces formed in the experiment. Using the obtained values, regression analysis was applied and it was determined that the insert type had the greatest effect on the surface roughness. As a result of the experimental study, the abrasions on the inserts used were examined with microscope images. In this study, uncoated cutting tool and coated cutting tools were compared. When the coated cutting tools and uncoated cutting tools are compared, it has been seen that the coating provides an increase in tool life and ease of processing.