Hardox 450 çeliğinin lazerle delinmesinde kesme parametrelerinin delik kalitesi üzerine etkisinin deneysel ve istatistiksel araştırılması
Experimental and statistical investigation of the effect of cutting parameters on hole quality in laser drilling of hardox 450 steel
Yazar: FULYA ÇIRAKOĞLU
Danışman: PROF. DR. HALİL DEMİR ; ÖĞR. GÖR. BARIŞ ÖZLÜ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sert ve doygun çeliğin en iyi örneklerinden biri olan 6 mm kalınlığında Hardox 450 çeliği kullanılmıştır. Hardox 450 çeliğinin lazerle delme işleminde kesme parametrelerinin (odak noktası, kesme hızı, gaz basıncı ve lazer gücü) yüzey pürüzlülüğü ile üst ve alt delik dairesellik toleransı üzerine etkisi incelenmiştir. Lazer kesme işlemi için deney tasarımı, Taguchi'nin L18 ortogonal dizisine göre yapılmıştır. Deneylerde kesme parametreleri olarak; iki farklı odak noktası (-1 mm ve -0,5 mm), üç farklı gaz basıncı (0,7 bar, 0,8 bar ve 0,9 bar), üç farklı kesme hızı (1100 mm/sn, 1300 mm/sn ve 1500 mm/sn) üç farklı lazer gücü (2200 W, 2400 W ve 2600 W) seçilmiştir. Taguchi yöntemine göre lazer delme işleminde kullanılan kesme parametreleri optimize edildi. Ayrıca kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ile üst ve alt delik dairesellik toleransı üzerine etkilerinin belirlenmesi için varyans (ANOVA) analizi yapılmıştır. Sonuç olarak; Hardox 450 çeliğinin delinmesinde kesme hızının ve lazer gücünün artması yüzey pürüzlülüğünün azalmasına neden olur, gaz basıncının ve odak noktasının artması yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olmuştur. Gaz basıncı, kesme hızı ve lazer gücünün artması ile üst ve alt delik dairesellik toleransı artarken, odak noktasının azalması üst ve alt delik dairesellik toleransının azalmasına neden olmuştur. En düşük yüzey pürüzlülüğü 0,718 µm için optimum kesme parametreleri -1 mm odak noktası, 0,7 bar gaz basıncı, 1500 mm/sn kesme hızı ve 2600 W lazer gücü olarak belirlenmiştir. Üst ve alt delik için sırası ile en küçük boyutsal tamlık 20,069 mm ve 20,024 mm için optimum kesme parametreleri -1 mm odak noktası, 0,7 bar gaz basıncı, 1100 mm/sn kesme hızı ve 2200 W lazer gücü olmuştur. Varyans analizi sonucu yüzey pürüzlülüğü ile üst ve alt delik dairesellik toleransı için sırası ile en etkin parametre %77,17, %51,40 ve %71,80 ile gaz basıncı olmuştur.

Abstract:
In this study, 6 mm thick Hardox 450 steel, one of the best examples of hard and saturated steel, was used. The effects of cutting parameters (focal point, cutting speed, gas pressure and laser power) on top and bottom hole circularity tolerance with surface roughness were investigated in laser drilling of Hardox 450 steel. The experimental design for the laser cutting process was made according to Taguchi L18 orthogonal array. As cutting parameters in experiments; two different focal points (-1 mm and -0.5 mm), three different gas pressures (0.7 bar, 0.8 bar and 0.9 bar), three different cutting speeds (1100 mm/s, 1300 mm/s and 1500 mm/s) three different laser powers (2200 W, 2400 W and 2600 W) were selected. The cutting parameters used in the laser drilling process were optimized according to the Taguchi method. In addition, variance (ANOVA) analysis was performed to determine the effects of cutting parameters on surface roughness and tolerance of top and bottom hole circularity. As a result; While the increase in cutting speed and laser power in the drilling of Hardox 450 steel caused a decrease in surface roughness, the increase in gas pressure and focal point caused an increase in surface roughness. With the increase of gas pressure, cutting speed and laser power, the upper and lower hole circularity tolerance increased, while the decrease in the focal point caused the upper and lower hole circularity tolerance to decrease. The optimum cutting parameters for the lowest surface roughness 0,718 µm were determined as -1 mm focal point, 0.7 bar gas pressure, 1300 mm/sec cutting speed and 2600 W laser power. The optimum cutting parameters for the smallest dimensional accuracy of 20.069 mm and 20.024 mm for the upper and lower holes, respectively, were -1 mm focal point, 0.7 bar gas pressure, 1100 mm/sec cutting speed and 2200 W laser power. As a result of the variance analysis, the most effective parameter for surface roughness and upper and lower hole circularity tolerance were 77,17%, 51,40% and 71,80%, respectively, gas pressure.