Gri dökme demir malzemelerin işlenebilirliğinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the machinability of gray cast iron materials
Yazar: BURAK ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. ADNAN AKKURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yapılan çalışmada GG30 gri dökme demir ve GGG50 küresel grafiti dökme demir dört farklı kesme hızında (400, 448, 500, 560), üç farklı ilerleme hızında (0,4 0,5 0,63) ve kuru kesme şartlarında iki farklı uç radyusuna sahip silikon nitrür seramik kesici kullanılarak tornalama işlemleri gerçekleştirilmiştir. İşleme sırasında oluşan kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İki boyutlu (ortogonal) ve üç boyutlu kesme simülasyonları, belirlenmiş test parametrelerine göre ticari olarak temin edilebilen Advantege sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak Lagrangian sonlu eleman modelinden faydalanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel ölçümler ve sonlu eleman modeli sonuçları karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. İki boyutlu (ortogonal) talaş kaldırma simülasyonları, Jhonson-Cook (JC) malzeme modeli ve Advantage malzeme modeli kütüphanesi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, Advantege malzeme modeli sonuçları ve literatürden alınan JC materyal modelleri karşılaştırıldı. Simülasyonlar sonucunda elde edilen; kesme sırasında oluşan kuvvetler ve takım ile iş parçası arasında oluşan sıcaklık dağılım değerleri incelenmiştir. Simülasyon sonuçları, dökme demir malzemelerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan kesme kuvvetlerinin, sıcaklık dağılımlarının, birim şekil değiştirme ve gerilme sonuçlarının kabul edilebilir sınırlar içerisinde olduğunu göstermiştir. Advantedge malzeme modeli ile literatürden alınan JC materyal modeli sonuçları arasında aynı özellik trendi gözlenmiştir. Ancak Advantedge malzeme modeli ve JC malzeme modelinin çıktı değerlerinin büyüklüğü açısından farklı davranışlar sergilediği görülmüştür. Kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri ve takım aşınması üzerindeki etkisini belirlemek için varyans analizi (ANOVA) kullanılmıştır.

Abstract:
In this study, GG30 gray cast iron and GGG50 spherical graphite cast iron were subjected to turning tests at four different cutting speeds (400, 450, 500, 560), at three different feed rates (0,40 0,50 0,63) under dry cutting environment using silicon nitride ceramic inserts having with two different tool geometry. Cutting forces, surface roughness and tool wear measurements were performed during machining experiments.  Two dimensional (orthogonal) and three dimensional cutting simulations were carried out by utilizing the Lagrangian finite element model using the commercially available finite element software Advantege according to the determined test parameters. The experimental measurements and finite element model results were compared and validated.  Two-dimensional (orthogonal) chip removal simulations were conducted using Jhonson-Cook (JC) material model and the library of Advantage material model. Then, the Advantege material model results and JC material models taken from the literature were compared. The cutting forces and the temperature distribution values between the tool and the workpiece during turning process were investigated using the simulations results.  The simulation results showed that the cutting forces, the temperature distributions, the stress and strain results during the machining of cast irons were within acceptable limits. The same characteristic trend was observed between the results of Advantedge material model and JC material model taken from the literature. However, it was seen that the Advantedge material model and JC material model were exhibited the different behavior in terms of size of the output values. Analysis of variance (ANOVA) was also employed to determine the influence of the cutting parameters on the surface roughness, cutting forces and tool wear.