Havacılık ve uzay sanayinde kullanılan hafif metal alaşımlarının çevreye duyarlı işlenebilirliğinin incelenmesi
Investigation of the environmentally benign manufacturing of lightweight metal alloys used in the aerospace industry
Yazar: SÜLEYMAN ÇINAR ÇAĞAN
Danışman: DOÇ. DR. BERAT BARIŞ BULDUM
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hafif metal malzemeler = Light metal materials ; Kuvvet = Force ; Takım aşınması = Tool wear ; Talaşlı üretim = Machining ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness ; Çevre dostu ürünler = Eco-sensivite products ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Teknolojinin evrimi aynı zamanda imalat sanayinin gelişmesine de öncülük etmekte olup, ürünlerin verimli, yüksek hassasiyetli, düşük maliyetli ve daha kısa sürede üretilmesi için geliştirilmeye çalışılmaktadır. Son yıllara kadar imalat yöntemlerinin geliştirilmesinde çevre ve insan sağlığına etkileri en az dikkate alınan konulardan olmuştur. Bir ürünün çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkisinin hammaddeden nihai ürün tedarikine kadar olan tüm aşamalarda azaltılması, sürdürülebilirlik kavramının imalat sanayinde de öne çıktığı günümüz dünyasında kritik bir önem kazanmıştır. Bu bakımdan malzemelerin işlenebilirliği sırasında kullanılan kesme sıvısı tüketiminin azaltılması stratejilerinin geliştirilmesi gerekli kılmıştır. Bu stratejiler içinde minimum miktarda yağlama (MMY) sistemlerinin kullanılması hem çevre dostu hem de ekonomik olarak karşımıza çıkmasına karşın bazı zor işlenen malzemelerin işlenebilirliği çalışmalarında kullanımları sınırlı kalmaktadır. Nanoteknolojinin de son yıllarda yağlama sistemlerinde kullanılmasıyla nano takviyeli kesme sıvıları imal edilmiş olup bu sınırlı etkiyi ortadan kaldırarak MMY sistemlerinin kullanımlarını daha da arttırmaktadır. Bu sayede çevreye duyarlı imalat (ÇDİ) terimi ortaya çıkmakta ve işlenecek parçaların çevreye ve insan sağlığına zarar vermeden, çevre dostu ve minimum miktarda yağlama sistemleri kullanılarak işlenmesi sağlanmıştır. Bu doktora tezi kapsamında; havacılık ve uzay sanayinde yoğunlukla kullanılan hafif metallerin (Al, Mg ve Ti alaşımları) işlenebilirliği farklı kesme parametreleri, farklı yağlama/soğutma sistemleri kullanılarak araştırılacak olup, bu parametrelere göre işlenecek hafif metallerin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü, takım aşınmasının/yapışmasının belirlenmesi amacıyla her bir malzeme için 81 deney olmak üzere toplamda 486 deney gerçekleştirilmiştir.
 
Kuvvet verileri incelendiğinde, kesme derinliği ve ilerleme hızı arttığında işlenen malzemelerin kesme kuvvetlerinin arttığı gözlemlenmektedir. En yüksek kesme kuvveti verilerine Ti Gr.5/Ti6Al4V titanyum alaşımı işlenirken, en düşük kesme kuvvet verilerine ise AZ31B magnezyum alaşımı işlenirken elde edilmiştir. En iyi yüzey pürüzlülük değerleri genel olarak çok katmanlı karbon nano tüp takviyeli MMY (NanoMMY) ortamında yapılan deneyler sonrasında elde edilmiştir. Takım aşınması analizinde, tüm malzemeler için kesme derinliği ve ilerleme hızı parametrelerinin artmasıyla aşınmanın arttığı gözlemlenmiştir. Talaş morfolojisi incelendiğinde, kısa ve kırık talaş oluşumunun ilerleme hızlarının yüksek olduğu ve MMY/NanoMMY ortamlarında oluştuğu görülmektedir.

Abstract:
The evolution of technology also leads to the development of manufacturing industry, and is being developed to produce products efficiently, highly sensitive, cost-effective and faster. The impact on the environment and human health has been at least considered in the development of manufacturing methods until recent years. The reduction of the impact of a product on the environment and human health in all stages from raw materials to final product supply has gained critical importance in today's world, where the concept of sustainability also stands out in the manufacturing industry. In this respect, the reduction of the cutting fluid consumption used during the machining of materials has made it necessary to develop strategies. The use of a minimum quantity of lubrication (MQL) systems within these strategies is both environmentally friendly and economically present, the use of some difficult-to-cut materials in the machining process remains limited. Nanotechnology has been used in lubrication systems in recent years, making nano particle added cutting fluids, eliminating this limited effect, further increasing the use of MQL systems. This results in the term environmentally benign manufacturing (EBM) and ensures that the parts to be machined are treated without damaging the environment and human health, using environmentally friendly and minimum quantity of lubrication systems. In this doctoral thesis, the machining of lightweight metal alloys (Al, Mg and Ti alloys) used in aviation and space industry will be investigated using different cutting parameters, different lubrication/cooling systems and are intended to determine the cutting force, surface roughness, tool wear/build-up-edge of lightweight metal alloys to be machined according to these parameters. In this thesis, 81 experiments have been performed for each material. In total, 486 experiments have been conducted.

When the force data is analyzed, it is observed that the cutting forces of the machined materials increase when the cutting depth and feed speed increase. The Ti Gr.5/Ti6Al4V titanium alloy is machined in the highest cutting force data, while the lowest cutting force data is machined at AZ31B magnesium alloy. The best surface roughness values were obtained mainly after experiments in a multi-layered carbon nano-tube reinforced MQL (NanoMQL) environment. In the analysis of tool wear, increased wear has been observed by increasing the cutting depth and feed speed parameters for all materials. When examining the chip morphology, the formation of short and broken chips appears to be at high feed speeds and in MQL/NanoMQL environments.