Tırlama titreşimleri üzerine süreç sönümleme etkisinin analitik olarak araştırılması ve tornalamada kararlı kesme derinliği ile süreç sönümleme değerlerine bağlı parametre optimizasyonu
Analitical investigation of effect of process damping on chatter vibrations and optimization cutting parameters depending on stable depth of cut and process damping values in turning
Yazar: SÜLEYMAN NEŞELİ
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN YALDIZ ; YRD. DOÇ. DR. EROL TÜRKEŞ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization

Özet:
Tornalamada tırlama titreşimleri, işparçası ürün kalitesinin ve imalat verimliliğinin azalmasına yol açan, en önemli problemlerden birisidir. Bu çalışmada, tırlamanın azaltılması amacıyla, düşük kesme hızlarında takım ucunun işparçasına dalması sonucu oluşan süreç sönümlemenin kesme kararlılığına olan etkisi araştırılmıştır.Batma kuvvetlerinden meydana gelen toplam süreç sönümleme oranlarını ve kararlılık bölgelerinin tespiti amacıyla dik kesme koşullarını dikkate alan dinamik bir kuvvet modeli geliştirilmiştir. Modelin simülasyonuyla elde edilen kararlılık diyagramları ile kıyaslanmak üzere deneysel kararlılık noktalarının oluşturulabilmesi için farklı malzeme ve mil hızlarının kullanıldığı bir dizi dinamik tornalama deneyi gerçekleştirilmiştir. Simülatif kararlılık eğrileri ile deneysel kararlı kesme noktaları uyumluluk göstermiştir.İlerleme ve teğet doğrultulardaki kesme kuvvet katsayılarının tespiti amacıyla bir dizi statik kesme deneyi gerçekleştirilmiştir. Varyans analizi ile deneysel giriş parametrelerinin (çekme dayanımı, kesme hızı, ön boşluk açısı, ilerleme ve kesme derinliği) kesme kuvveti katsayıları üzerine olan etkileri yüzde olarak belirlenmiş ve en küçük kareler yöntemi kullanılarak üssel modeller geliştirilmiştir.En uygun kararlı kesme derinliği ve süreç sönümleme oranlarının gerçekleşeceği kesme koşullarının bulunabilmesi için Cevap Yüzey Analizi kullanılmıştır. Belirlenen malzemeler için çizdirilen üç boyutlu yüzey grafikleri aracılığıyla, maksimum kararlı kesme derinliği ve maksimum süreç sönümleme oranı kriterine bağlı, üç seviyeli üç giriş parametresi; devir sayısı (355, 500, 710 dev/dk), ön boşluk açısı (3°, 6°, 9°) ve işparçası malzemesi (pirinç, bakır ve alüminyum) için optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre her üç malzeme için maksimum kararlı kesme derinliği ve sönümleme oranlarına kesici takım ön boşluk açısı ve mil hızlarının ilk seviyeleri kullanılarak ulaşılacağı tespit edilmiştir.

Abstract:
Chatter vibrations in turning is one of the major challenges that leads to reduce product quality and machining productivity. In this study, in order to decrease chatter vibrations, the effect of process damping which occurs the penetration of tool tip into workpiece material at low cutting speed to cutting stability is researched.In order to determine stability lobes and total process damping ratios which result from penetration forces, a dynamic cutting force model is developed, to take into account orthogonal cutting conditions. A series of dynamic turning tests are carried out using different workpiece material and spindle speed for comparison simulated stability lobe curves with experimental stable depth of cut points. Good agreement is found between simulated stability lobe curves and experimental stable depth of cut points.For determination of cutting force coefficients in feed and tangential directions, a series of static cutting tests are carried out. The effect of individual input parameters such as ultimate strength, cutting speed, clearance angle, feed rate and depth of cut on cutting force coefficients are calculated as a percentage via variance analysis and exponential mathematical models developed for the coefficients by using least squares method.Response Surface Analysis is used in order to find out the best cutting conditions wherein optimum stable depth of cut and process damping come into existence. By means of 3D plot of the response, parameter optimization is performed depending on the criterion of maximum stable depth of cut and process damping ratios for each material. For optimization, the input parameters spindle speed (355, 500, 710 rpm), clearance angle (3°, 6°, 9°) and workpiece materials (brass, copper and aluminium) are used. The results indicate that the first level of clearance angle and spindle speed have to be use for reaching optimal response values.