Sürdürülebilir imalat için ınconel x 750 süper alaşımının frezelenmesinde yenilikçi soğutma/yağlama tekniklerinin işleme performansı üzerindeki etkileri
Effects of innovative cooling/lubrication techniques on machining performance in the milling of inconel x-750 super alloy for sustainable manufacturing
Yazar: ŞENOL ŞİRİN
Danışman: DOÇ. DR. TURGAY KIVAK
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, nikel esaslı Inconel X-750 süper alaşımının frezelenmesinde yenilikçi ve sürdürülebilir soğutma/yağlama yöntemlerinin işleme performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. İşleme deneyleri kaplamalı sementit karbür takımlar kullanılarak CNC dik işleme merkezinde iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla hBN, MoS2 ve grafit nano partiküllerinin farklı oranlarda (hacimce % 0,25, % 0,50, % 0,75 ve % 1) bitkisel esaslı yağa eklenmesiyle nano akışkan karışımlar hazırlanmıştır. Deneyler sabit kesme hızı (45 m/dak), ilerleme (0,10 mm/dev) ve kesme derinliğinde (0,5 mm) gerçekleştirilmiştir. Kuru, Minimum Miktarda Yağlama (MMY) ve 12 farklı nanopartikül katkılı MMY (Nano MMY) kesme koşullarının kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı, kesici takım aşınması ve ömrü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tüm kesme koşullarında en iyi performansı, hacimce % 0,50 konsantrasyonlu Nano MMY kesme koşulu göstermiştir. Nano akışkanlar kendi içlerinde değerlendirildiğinde, hacimce % 0,50 hBN katkılı Nano MMY kesme koşulu diğer kesme koşullarına göre üstünlük sağlamıştır. Hacimce % 0,50 konsantrasyonlu hBN nano akışkan kesme koşulu, kuru ve MMY kesme koşuluna göre sırasıyla kesme kuvvetinde % 25,7 - % 18,86, yüzey pürüzlülüğünde % 54,26 - % 45,42, takım ömründe % 222 - % 48,7 oranında iyileşme sağlamıştır. Deneysel çalışmanın ikinci aşamasında eşit oranda (hacimce % 0,25 + % 0,25) yağa eklenen nano partiküller ile üç farklı hibrid nano akışkan (hBN+grafit, hBN+MoS2 ve grafit+MoS2) karışımlar hazırlanmıştır. Deneyler, üç farklı hibrid nano akışkan (Hibrid Nano MMY) kesme koşulu, kesme hızı (30, 45 ve 60 m/dak), ilerleme (0,05-0,10 ve 0,15 mm/dev) ve sabit kesme derinliğinde (0,5 mm) gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; hBN+grafit nano partikül katkılı Hibrid Nano MMY kesme koşulu, kesme kuvvetinde (314 N), yüzey pürüzlülüğünde (0,180 µm), kesme sıcaklığında (115 ˚C) ve takım ömründe diğer kesme koşullarına göre daha iyi performans göstermiştir. Son olarak ANOVA aracılığıyla işleme parametrelerinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı ve takım ömrü üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. ANOVA analizi sonuçlarına göre; kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı ve takım ömrüne etki eden en önemli işleme parametreleri sırasıyla, % 89,03 etki oranıyla ilerleme, % 74,22 etki oranıyla ilerleme, % 67,43 etki oranıyla kesme hızı ve % 85,95 etki oranıyla kesme hızı olmuştur.

Abstract:
In this study, the effects of innovative and sustainable cooling/lubrication methods on machining performance in milling of nickel based Inconel X-750 super alloy were investigated. Experiments were carried out in two stages at CNC vertical machining center using coated cemented carbide tools. For this purpose, the nanofluids were prepared by adding four different concentrations hBN, MoS2 and graphite nanoparticles into vegetable based oil. Experiments were carried out at constant cutting speed (45 m/min), feed rate (0.10 mm/rev) and cutting depth (0.5 mm). Cutting force, surface roughness, cutting temperature, tool wear and life effects were investigated under dry, MQL and 12 different NanoMQL conditions. NanoMQL cutting condition has shown the better performance in all cutting conditions at 0.50 vol% concentration ratio. NanoMQL cutting condition was superior to other cutting conditions at 0.50 vol% concentration ratio. hBN nanofluid cutting condition with 0.50 vol% concentration showed better performance at cutting force 25.7%-18.86%, surface roughness 54.26%-45.42% and tool life 222%-48.7% according to dry and MQL cutting conditions, respectively. In the second stage of the study, nanoparticles were added into oil with equal concentration (0.25%+0.25 vol%) and three different hybrid nanofluid were prepared. Experiments were carried out at three different Hybrid NanoMQL cutting conditions (hBN+graphite, hBN+MoS2 and graphite+MoS2), cutting speed (30, 45 and 60 m/min), feed rate (0.05, 0.10 and 0.15 mm/rev) and constant cutting depth (0.5 mm). According to the results; hBN+graphite cutting condition showed better performance at cutting force (314 N), surface roughness (0.180 µm), cutting temperature (115 ˚C) and tool life compared to other cutting conditions. Finally, the effects of machining parameters on cutting force, surface roughness, cutting temperature and tool life were analyzed through ANOVA. According to the ANOVA analysis; the most important machining parameters affecting the cutting force, surface roughness, cutting temperature and tool life were 89.03% feed rate, 74.22% feed rate, 67.43% cutting speed and 85.95% cutting speed, respectively.