Nano gümüş ve organik borat katkılı kesme sıvılarının frezeleme işlemindeki performansının incelenmesi
Investigation of the performance of nano silver and organic borate additive cutting fluids in milling process
Yazar: SENA KABAVE KILINÇARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Talaşlı imalat işlemlerinde kesme bölgesinde meydana gelen ısının uzaklaştırılması, kesme verimliliğinin sağlanabilmesi açısından oldukça önemlidir. Kesme bölgesinde açığa çıkan ısının kontrolü kesme sıvıları ile mümkün olmaktadır. Kullanılan kesme sıvıları ile işlenecek parçada ve takım ucunda meydana gelen ısıl ve mekanik nedenli hasarlar azaltılmakta, hatta tamamen önlenebilmektedir. Kesme sıvılarının tribolojik performansını arttırmak amacıyla kesme sıvılarına çeşitli katkı maddeleri ilave edilebilmektedir. Bu katkı maddelerinin tribolojik performansı arttırabilmelerinin yanısıra sürdürülebilir üretim anlayışına uygun, çevreye ve sisteme zararsız olmaları gerekmektedir. Ayrıca, kesme sıvılarının kullanım miktarının azaltılması sürdürülebilir üretime uygun olması açısından önemlidir. 

Bu çalışma kapsamında organik borat ve nano partikül katkılı kesme sıvılarının tribolojik  performansı incelenmiştir. Kesme sıvılarının yağlayıcılık fonksiyonunun organik borat türevi maddeler olan boraks ve borik asit ile, ısı transfer özelliklerinin ise nano gümüş katkısı ile artırılması hedeflenmiştir. Boraks ve borik asitin çevreye zarar vermeden prosesi olumlu yönde etkileyen yağlama kabiliyetleri ve nano gümüşün üstün ısıl iletkenlik kapasitesi sayesinde yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri ve aşınma gibi parametrelerin iyileştirileceği hipotezi kurulmuştur. AA7075-T6 alaşımının frezelendiği deneylerde kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve talaş morfolojileri incelenmiştir. İşleme parametreleri olarak farklı ilerleme ve kesme hızları belirlenmiş, talaş derinliği sabit kabul edilmiştir. Kesme sıvıları Minimum Miktarda Yağlama (MYY) yöntemi kullanılarak kesme bölgesine pülverize edilmiştir. Deney tasarımı aşamasında bu çalışma kapsamında iki farklı deney tasarımı tercih edilmiştir. İlk çalışmada deney sayısı merkezcil kompozit deney tasarım modeli ile belirlenmiş ve cevap yüzey metodu ile deney sonuçları analiz edilmiştir. Diğer bir çalışmada ise deney tasarımı Taguchi metoduna göre yapılmış, deneysel sonuçlar varyans analizi (ANOVA) ile analiz edilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, organik borat katkılarının yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetlerini düşürmede etkili oldukları, nano gümüş katkısının ise kesme kuvvetlerinden ziyade yüzey pürüzlülüğü üzerinde olumlu sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Her iki katkı maddesinin birlikte kullanılması sonucunda ise en düşük yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetleri sonuçları elde edilmiştir.

Abstract:
The removal of heat generated in the cutting zone is very important in terms of achieving cutting efficiency in the machining process. The control of the heat generated in the cutting zone is possible with cutting fluids. Thermal and mechanical damages on the workpiece and the cutting tool tip can be reduced or even prevented completely with the use of cutting fluids. To increase the tribological performance of the cutting fluids, some various additives can be added to the cutting fluid. Besides increasing the tribological performance of the cutting fluids, these additives must be harmless to the environment and system, and compatible with sustainable production approach. Reducing the usage of cutting fluids is also important to meet with sustainable production approach in the long term. 
 
In this study, the tribological performance of organic borate and nanoparticle added cutting fluids were investigated. It is aimed to increase the lubrication function of cutting fluids with borax and boric acid, which are organic borate derivatives, and to increase the heat transfer properties with nano silver additive. It is hypothesized that the parameters such as surface roughness, cutting forces and tool life will be improved thanks to the lubrication capabilities of borax and boric acid and the superior thermal conductivity capacity of nano silver. In the experiments where AA7075-T6 alloy was milled, cutting forces, surface roughness and chip morphologies were examined. Different feed rates and cutting speeds were determined as machining parameters and experiments were performed under constant depth of cut. The prepared cutting fluids were applied to the cutting zone in pulverized form by Minimum Quantity Lubracation (MQL) method. In the experimental design stage, two different experimental designs were chosen for this study. In the first study, the number of experiments was determined by the central composite experimental design model and the results of the experiments were analyzed by the response surface method. In another study, the experimental design was made according to the Taguchi method, and the experimental results were analyzed with S/N analaysis and analysis of variance (ANOVA). As a result of the study, it was determined that organic borate additives were effective in reducing surface roughness and cutting forces, while nano silver additive had positive results on surface roughness rather than cutting forces. As a result of using both additives together, the lowest surface roughness and cutting forces results were obtained.