Euro 7 nozul için takım geometrisi geliştirilmesi ve performanslarının değerlendirilmesi
Experimental optimization of drilling parameters in tooling for euro 7 nozzle production
Yazar: HAKAN KÜÇÜKTÜRK
Danışman: PROF. DR. ULVİ ŞEKER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Enjeksiyonlar = Injections ; Nozul = Nozzle

Özet:
Dizel motorlarda emisyon oranlarını düşürmek için yakıt tüketimini minimum seviyelerine indirmek hedeflenmekte ve bu amaçla yeni tip enjektör ve dizel motor parçaları geliştirilmektedir. Bunun yolu ilk olarak enjektör ve nozullardaki sıkıştırma oranını yani basıncı yüksek seviyelere çıkarmaktan geçmektedir. Euro 7 emisyon normlarının gereklerini karşılayacak nozul tasarımının ihtiyaç gösterdiği kompleks geometri, yüksek hassasiyet ve yüksek dayanım ihtiyacı, mevcut üretim platformlarında üretimlerini güçleştirmiş, enjektör üreticisi küresel aktörleri ciddi problemlerle karşı karşıya bırakmıştır. Nozul üreticisi firmalar, yüksek maliyetli makine parkına yatırım yapmaktan çok mevcut üretim platformuna uygun takımlama sistemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duymuşlardır. Bu çalışmada, Euro 7 nozul üretimi için gerekli ilave takım ve buna bağlı ilave taret kapasitesi ihtiyacını ortadan kaldırarak mevcut talaşlı imalat platformlarının kullanılmasını sağlamak için birleştirilmiş takım uygulaması ihtiva eden yeni bir takımlama sistemi tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiş, nümerik ve deneysel çalışmalarla Euro 7 nozul gereksinimlerine uygunluğu araştırılarak en uygun kesme parametrelerinin belirlenmesi sağlanmıştır. Bu kapsamda prototip imalatı yapılmış olan altı adet takım ile ön deneyler gerçekleştirilmiş, deney çıktıları doğrultusunda dört parametre seti belirlenmiştir. Bu parametre setleri ile yapılan deneyler sonucunda en iyi sonuçları veren parametre seti ile performans deneylerine devam edilmiştir. Performans deneyleri sonucunda takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü değerleri ölçülmüş ve nozul yüzeylerindeki ortalama yüzey pürüzlük değeri Ra=0,34 μm olarak tespit edilmiş ve istenilen yüzey kalitesinin elde edildiği gözlenmiştir. Takım aşınması için takım ömürleri hedeflerine ulaşmak amacıyla kabul edilen (<0,06 mm) değerlerden çok daha düşük aşınma sonuçları elde edilmiştir. Üretilen takımlarla sahada yapılan ömür testleri sonucunda takım ömürlerinin beklenen değerlerin üstünde ya da çok yakın değerler olduğu görülmüştür. Takım aşınması ve yüzey pürüzlülük değerleri üzerinden yapılan matematiksel modeller de takımların takım ömür hedeflerine ulaşabileceğini göstermiştir. Performans testleri sonucunda, tasarım ve üretim faaliyetlerinin başarılı olduğu ve geliştirilen takımlandırma sistemi ile mevcut üretim platformlarının Euro 7 Nozul üretimi için kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In order to reduce emission rates in diesel engines, it is aimed to reduce fuel consumption to minimum levels. For this purpose, new types of injectors and diesel engine parts are being developed. The way to do this is to first increase the compression ratio, that is, the pressure, in the injectors and nozzles to high levels. The complex geometry, high precision and high strength required by the nozzle design to meet the requirements of Euro 7 emission norms have made their production difficult in existing production platforms, and injector manufacturer global actors have faced severe problems. Nozzle manufacturers needed to develop tooling systems suitable for their existing production platform rather than investing in high-cost machinery. In this study, a new tooling system design and production was carried out, which includes the application of a combined tool to enable the use of existing machining platforms by eliminating the need for additional tooling and the additional turret capacity required for the production of Euro 7 nozzles. The adequacy of the tooling system was investigated with numerical and experimental studies according to Euro 7 nozzle requirements and the most suitable cutting parameters were determined. In this context, preliminary experiments were carried out with six sets of prototypes, and four parameter sets were determined in line with the test outputs. As a result of the experiments with these parameter sets, performance experiments were continued with the parameter set that gave the best results. After the performance tests, tool wear and surface roughness values were measured, and the average surface roughness value on the nozzle surfaces was determined as Ra=0.34 μm, and it was observed that the desired surface quality was obtained. Wear results for tool wear are much lower than the accepted (<0.06 mm) values to achieve tool life targets. As a result of the life tests carried out in the field with the produced tools, it has been observed that the tool lifetimes are above or very close to the expected values. Mathematical models based on tool wear and surface roughness values have also shown that tools can achieve tool life goals. As a result of the performance tests, it was seen that the design and production activities were successful, and the developed tooling system and existing production platforms could be used for Euro 7 nozzle production.