Değiştirilebilir uçlu matkapların (u-drill) farklı alüminyumalaşımlarında uygulanabilirliğinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the applicability of indexableinsert drills (u-drill) in different aluminum alloys
Yazar: ASLAN AKDULUM
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS KAYIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Matkap = Auger ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
U matkaplar, değiştirilebilir uçlu kesici takımlardır. Delik delme takımları içerisinde U
matkapların pazar payının %53 olduğu ifade edilmektedir. Buna karşın literatür çalışmaları
incelendiğinde, U matkap özelliklerinin anlaşılmasında, yapılan çalışmaların yeterli düzeyde
olmadığı görülmüştür. Yeteri kadar özelliği bilinmeyen takım ile yapılan uygulamalar ise
zaman kaybettirmekte ve maliyeti artırmaktadır. Aynı nominal çapa sahip U matkaplar,
özdeş kesici uç kullanmalarına rağmen farklı uzunluk/çap oranlarında üretilmektedirler.
Bazılarında ise merkezi ucun bulunduğu talaş tahliye kanalına ekstra soğutucu deliği
açılmaktadır. Bu çalışma ile farklı özellikteki U matkapların, alüminyum alaşımlarının
delinmesine etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Farklı U matkapların çıktı yanıtlarına
(itme kuvveti, tork, iş mili yükü, yüzey pürüzlülüğü, sıcaklık, ses seviyesi, çaptan sapma,
dairesellik ve silindiriklikten sapma, kesici uç ve talaş görüntüleri) olan etkilerini incelemek
amacıyla CNC dik işleme merkezinde delik delme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde
AA 2024-T351, AA 6061-T651 ve AA 7075-T651 malzemeleri nominal çapı 20 mm olan
U matkaplar ile ıslak ve kuru şartlarda olmak üzere 40 mm derinliğinde delinmiştir. Üç adet
ilerleme miktarı (0,06-0,09-0,12 mm/dev), üç adet kesme hızı (200-250-300 m/dak) ve 4
farklı U matkap (3D-4D-4De-5D) kullanılmıştır. Çıktılar, normal ve ana etki grafikleri,
normallik testleri, varyans ve regresyon analizleri ile incelenmiştir. Sonuç olarak çıktı
yanıtları üzerinde U matkaplarda bulunan denge açısı, talaş açısı, helis açısı, uzunluk/çap
oranı ve ekstra soğutucu deliğin önemli etkilere sebep olduğu tespit edilmiştir. Delme
işleminde merkezi ve çevresel uçların farklı dinamik etkilere neden olduğu belirlenmiştir.
Ekstra soğutucu deliğe sahip olan matkap 4De ile itme kuvveti en yüksek elde edilirken iş
mili yükü, yüzey pürüzlülüğü, silindiriklikten sapma ve sıcaklık değerleri en düşük olarak
meydana gelmiştir. AA 2024-T351 ve AA 7075-T651 malzemelerinin delinmesinde 4De
kullanıldığında, çoğunlukla tırlamalar görülmüştür. Fakat tırlama, AA 6061-T651
malzemesi için gözlenmemiştir. AA 6061-T651 malzemesinin yüksek kesme hızı ve yüksek
ilerleme miktarı değerlerinde dışarıdan soğutma veya kuru şartlarda delinmesinin uygun
olmadığı değerlendirilmiştir.

Abstract:
U drills are indexable insert cutting tools. It is stated that the market share of U drills among
drilling tools is 53%. When the literature studies were examined, it was discovered that they
were insufficient in understanding the U drill properties. On the other hand, applications
made with a tool whose features are not known enough waste time and increase the cost. U
drills with the same nominal diameter are produced in different length/diameter ratios,
although they use identical inserts. In some cases, an extra coolant hole is opened in the chip
evacuation channel where the central insert is located. This study is aimed at examining the
effects of U drills with different properties on the drilling of aluminum alloys. Drilling
experiments in a CNC vertical machining center were carried out to examine the effects of
different U drills on output responses (thrust force, torque, spindle load, surface roughness,
temperature, noise level, deviation from diameter, circularity, and cylindricality, insert and
chip images). In the experiments, AA 2024-T351, AA 6061-T651, and AA 7075-T651
materials were drilled at a depth of 40 mm in wet and dry conditions with U drills with a
nominal diameter of 20 mm. Three feed rates (0.06-0.09-0.12 mm/rev), three cutting speeds
(200-250-300 m/min), and four different U drills (3D-4D-4De-5D) were used. Outputs were
analyzed with normal and main effect plots, tests of normality, analysis of variance, and
regression. As a result, it has been determined that balance angle, rake angle, helix angle,
length/diameter ratio, and the extra coolant hole in U drills have significant effects on output
responses. It has been determined that the central and peripheral tips cause different dynamic
effects in the drilling process. With the drill 4De, which has an extra-cool hole, the thrust
force was the highest, while the spindle load, surface roughness, deviation from
cylindricality, and temperature values were the lowest. When 4De is used in drilling AA
2024-T351 and AA 7075-T651 materials, chattering is mostly seen. However, chatter was
not observed for AA 6061-T651 material. It has been evaluated that AA 6061-T651 material
is not suitable for drilling under external cooling or dry conditions at high cutting speeds and
high feed rate values.