Al-5005 malzemesinin delinmesinde çapak oluşumuna etki eden kesme parametrelerinin incelenmesi
Investigation of cutting parameters affecting burr formation in drilling of Al-5005 material
Yazar: ERKAN BAHÇE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CİHAN ÖZEL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Al-5005 malzemesi kuru kesme şartlarında CNC freze tezgâhında delme deneylerine tabi tutuldu. Deneyler, HSS matkap uçları (5 ve 10 mm çapında), devir sayıları (400, 800, 1200 dev/dak), ilerleme (0.1, 0.2, 0.3 mm/dev) ve uç açıları (90º, 118º, 130º, 140 º) kullanılarak yapıldı. Deneyler sonucu deliğin mikrosertlik, pürüzlülük, delik çıkışında oluşan çapakların yükseklik, kalınlık ve şekilleri incelendi.Deney sonuçlarına göre genel olarak matkap çapı, ilerleme ve devir sayısı arttıkça çapak boyutlarının arttığı, uç açısının artmasına ile de çapak boyutlarının azaldığı tespit edildi. Yine delinen yüzeye yakın mesafelerde ölçülen mikrosertlik değerlerinin yüksek, uzak mesafelerde ise az olduğu görüldü. Ayrıca mikrosertlik değerleri arttıkça çapak boyutlarının arttığı da tespit edildi. Yüzey pürüzlülüğünün, ilerleme ve matkap çapının artmasına bağlı olarak arttığı, devir sayısının ve matkap uç açısının artmasına bağlı olarak da azaldığı ölçüldü. Devir sayısına bağlı olarak ölçülen pürüzlülük değerlerinin çapak boyutları üzerinde etkili olmadığı, ancak diğer parametrelere bağlı olarak ölçülen pürüzlülük değerlerinin çapak boyutlarını etkilediği görüldü. Genel olarak, uç açısının 130° ve 140° olması durumunda üniform çapak şekli oluşurken, uç açısının 90° ve 118° olması durumunda ise taç, yarı sürekli ve üniform çapak şekillerinin oluştuğu görüldü. Uç açısının 130° ve 140° olması durumunda diğer delme parametrelerinin çapak şeklinde etkili olmadığı, 90° ve 118° olması durumunda ise etkili olduğu görüldü. Tüm bunlarla beraber, çapak boyutlarını matematiksel olarak modellemek için deney şartları dikkate alınarak bir yapay sinir ağı (YSA) modeli oluşturuldu. Bu model deney sonuçlarına göre eğitildi ve test edildi. Test sonuçlarına göre modelin çapak yüksekliğinde % 94, çapak kalınlığında ise % 96 hassasiyetle gerçek değerlere çok yakın sonuçlar verdiği görüldü.Bu çalışmada ek olarak, delik çıkış bölgesinde oluşan çapakların boyutlarını azaltmak için karasız delme yöntemi olarak tanımlanan yeni bir yöntem de sunuldu. Bu yeni yöntemde, CNC freze tezgâhının kontrol özelliklerinden faydalanarak delik boyunca sabit olmayan delme parametreleri oluşturuldu ve buna göre yeni deneyler tasarlandı. Deneylerde yukarıda bahsedilen kararlı delme deneyleri sonuçlarına göre en küçük çapak boyutlarının elde edildiği 140°'lik matkap uçları kullanıldı. Kararsız delme şartları, kararlı delme deney sonuçlarına göre uç açısından sonra en etkin parametre olan ilerleme değerinin, delik çıkışına yakın bir mesafede, otomatik olarak azaltılmasıyla gerçekleştirildi ve buna göre çapak boyutlarındaki değişimler incelendi. Kararsız delme deneylerinin sonuçlarına göre, yaklaşık olarak çapak yüksekliklerinde % 25, çapak kalınlıklarında ise % 35'e varan bir azalmanın oluştuğu görüldü.

Abstract:
In this study, Al-5005 material was subjected to drilling experiments using CNC milling machine under dry cutting conditions. The experiments, using HSS drills (5 and 10 mm diameter), spindle speeds (400, 800 and 1200 rev/min), feed rates (0.1, 0.2 and 0.3 mm/rev) and drill point angles (90°, 118°, 130° and 140°), were achieved. After the experiments, hole?s microhardness, roughness, the types of burr formed at the hole exit, height and thickness were analyzed.According to the experimental results, generally, the burr sizes were increased with the increase in drill diameter, feed rate and spindle speed, and decreased with the increase in drill point angle. Also, it was observed that the microhardness values measured in the neighborhood of the drilled surface were high while those measured in distant regions were low. Furthermore, it was found that the more increase in the microhardness values the more increased in burr sizes. In accordance with the increase in drill feed rate and diameter an increase, and with the increase in spindle speed and drill point angle a decrease in surface roughness was measured. It was found that, the roughness values measured with respect to the spindle speed were not effective, but the other parameters were effective on burr sizes. In general, for point angles 130° and 140° uniform burr types, but for 90° and 118° beside uniform, crown and transient burr types were observed. The other drilling parameters were not effective for point angles 130° and 140°, while being effective for point angles 90° and 118°. Considering these results, in order to mathematically model the burr sizes at the exit of the hole, an artificial neural network (ANN) model was constructed. This ANN was trained and tested in accordance with the experimental data. The model successfully demonstrated the simulation of the experiment with a sensitivity of 94% and 96% for burr height and thickness respectively.In addition, in this study, to reduce the size of burrs in the exit region of the hole, a new method called as ?unstable drilling? was introduced. With this new method, benefiting from the features of CNC milling machine, unstable drilling parameters along the hole were formed and, according to this, new experiments were designed. In the experiments, 140° point angle drills, by which the smallest burr sizes were obtained through the stable drilling experiments mentioned above, were used. The unstable drilling conditions were achieved by automatically reducing the feed rate, which is the most effective parameter other than point angle according to the stable experiment?s results, as the drill comes nearby the hole exit, and according to this the changes in burr sizes were analyzed. Based on the results obtained from unstable method a reduction of 25% in burr heights and 35% in burr thickness was found.