AISI 1050 çeliğinin aşındırıcı su jeti ile tornalanmasında farklı parametrelerin talaş kaldırma oranı ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Analysis of the influences of different parameters on material removal rate and surface roughness during the machining process of AISI 1050 steel using abrasive water jet turning
Yazar: FUAT KARTAL
Danışman: PROF. DR. HASAN GÖKKAYA
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, aşındırıcılı su jeti ile tornalama işleminde işleme parametrelerinin ortalama yüzey pürüzlülük değerine ve talaş kaldırma oranına etkileri araştırılmıştır. Aşındırıcılı su jeti (ASJ) ile tornalama yapabilmek için özel torna deney düzeneği geliştirilmiştir. Geliştirilen deney düzeneği ile AISI 1050 çeliği, işleme parametreleri olarak iki farklı nozul çapı, üç farklı nozul ilerleme miktarı, aşındırıcı akış oranı, torna devri ve nozul yaklaşma mesafesi tam faktöriyel deney düzeni oluşturularak tornalanmıştır. Tam faktöriyel analizde varyans analizi, doğrusal regresyon analizi, pareto analizi, üç boyutlu yüzey grafik analizi ve optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Pompa basıncı  (350 MPa) ve aşındırıcı garnet (120 mesh) sabit tutulmuştur. AISI 1050 çeliği üzerinde nozul çapı, nozul ilerleme miktarı, aşındırıcı akış oranı, torna devri ve nozul yaklaşma mesafesine bağlı olarak yapılan tornalama deneyleri sonucunda elde edilen ortalama yüzey pürüzlülük değerleri ve talaş kaldırma oranı üzerinde nozul ilerleme miktarı en etkili parametre olarak görülmüştür. En düşük ortalama yüzey pürüzlülüğü 0,7 mm nozul çapı, 5 mm/dak nozul ilerleme miktarı, 350 g/dak aşındırıcı akış oranı, 2 mm nozul yaklaşma mesafesi ve 2500 dev/dak torna devrinde (1 µm) elde edilmiştir. En yüksek ortalama yüzey pürüzlülüğü, 1,3 mm nozul çapı, 45 mm/dak nozul ilerleme miktarı, 50 g/dak aşındırıcı akış oranı, 18 mm nozul yaklaşma mesafesi ve 500 dev/dak torna devrinde (3,92 µm) elde edilmiştir. En çok talaş kaldırma oranı 1,3 mm nozul çapı, 5 mm/dak nozul ilerleme miktarı, 350 g/dak aşındırıcı akış oranı, 18 mm nozul yaklaşma mesafesi ve 2500 dev/dak torna devrinde (64,80 mm3/dak) elde edilmiştir. En az talaş kaldırma oranı 0,7 mm nozul çapı, 45 mm/dak nozul ilerleme miktarı, 50 g/dak aşındırıcı akış oranı, 2 mm nozul yaklaşma mesafesi ve 500 dev/dak torna devrinde (4,51 mm3/dak) elde edilmiştir. ASJT ile işlenen AISI 1050 çeliği numunelerinde yapılan mikro sertlik analizlerinde en yüksek değer aşındırıcı akış oranın en çok kullanıldığı deneylerde elde edilmiştir. Aşındırıcı akış oranın artmasına bağlı olarak iş parçası yüzeyinde aşındırıcı garnet partiküllerinin yüzeyde yapışma yoğunluğu artmıştır.

Abstract:
This study, explores the impact of the machining parameters of the abrasive water jet turning process on the average surface roughness value and material removal rate. A custom experiment setup was developed in order to be able to turning with abrasive water jet (AWJT). The experiment setup designed lathed AISI 1050 steel in a full factorial experiment setting using two different nozzle diameters, three different nozzle feed rate, abrasive flow rate, spindle speed and nozzle stand-off distance. ANOVA, linear Regression analysis, Pareto analysis, 3D surface graphic analysis and optimization were conducted. Pump pressure (350 MPa) and abrasive garnet (120 mesh) were constant. The average surface roughness values and material removal rate obtained as a result of the experiments conducted on AISI 1050 steel based on nozzle diameters, nozzle feed rate, abrasive flow rate, spindle speed and nozzle stand-off distance showed that nozzle feed rate is the most significant parameter among others. The lowest average surface roughness was obtained using 0,7 mm nozzle diameter, 5 mm/min nozzle feed rate, 350 g/min abrasive flow rate, 2 mm nozzle stand-off distance and 2500 rpm spindle speed (1 µm).The highest average surface roughness was obtained using 1.3 mm nozzle diameter, 45 mm/min nozzle feed rate, 50 g/min abrasive flow rate, 18 mm nozzle stand-off distance and 500 rpm spindle speed (3.92 µm).The highest material removal rate was obtained using 1.3 mm nozzle diameter, 5 mm/min nozzle feed rate, 350 g/min abrasive flow rate, 18 mm nozzle stand-off distance and 2500 rpm spindle speed (64.80 mm3/min).The lowest material removal rate was obtained using 0.7 mm nozzle diameter, 45 mm/min nozzle feed rate, 50 g/min abrasive flow rate, 2 mm nozzle stand-off distance and 500 rpm spindle speed (4.51 mm3/min).The micro roughness analysis conducted on the AISI 1050 steel samples machined with AWJT showed that the highest values were obtained where abrasive flow rate is higher. As a result of the increasing abrasive flow rate, abrasive garnet particles are more likely to get stuck on the workpiece.