Kuvars camın ultrasonik titreşim destekli imalat yöntemi ile beş eksenli işleme merkezinde işlenmesi ve işleme parametrelerinin optimizasyonu
Processing of quartz glass in five-axes ultrasonic vibration-assisted machining and optimization of process parameters
Yazar: ÖZLEM ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA CEMAL ÇAKIR
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Delme = Drilling ; Kesme parametreleri = Cutting parameters ; Kuvars = Quartz ; Malzeme kaldırma oranı (MKO) = Material removal rate (MKO) ; Optimizasyon = Optimization ; Optimizasyon teknikleri = Optimization techniques ; Ultrasonik enerji = Ultrasonic energy ; Ultrasonik yöntemler = Ultrasonic methods ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Sert ve kırılgan kuvars camın geleneksel imalat ile işlenmesi zordur. Bu nedenle, bu tür malzemeler için ultrasonik işleme tercih edilmektedir. Bu çalışmada, döner ultrasonik destekli delme işlemi (RUD) ile kuvars malzeme, boru tipi takım kullanılarak delinmiş ve ultrasonik güç, takım dönme hızı (devir sayısı), ilerleme hızı ve gagalama delme derinliği parametrelerinin çapak alanı (CA), kaldırılan malzeme hacmi (MRR) ve yüzey pürüzlülüğü (SR) üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Deneylerin tasarımı için yanıt yüzey metodolojisi (RSM)'ndeki Box-Behnken tasarımı kullanılmıştır. Deney sonuçlarına göre, Gri İlişkisel Analiz (GRA) yöntemi kullanılarak, ultrasonik gücün %90, devir sayısının 1300 rpm, ilerleme hızının 30 mm/dak ve gagalama delme derinliğinin 0,75 mm olduğu deney şartı, ideal proses parametreleri olarak bulunmuştur. İdeal şartlara göre, minimum çapak alanı, minimum yüzey pürüzlülüğü ve maksimum malzeme kaldırma hacmi, sırasıyla, 56,962 mm2, 1,222 µm ve 162,68 mm3/s'dir. Ayrıca, parametrelerin her bir seviyesi için ortalama Gri İlişki Derecesi (GRG) hesaplanmıştır. Maksimum GRG değerlerine karşılık gelen seviyelerdeki yeni parametrelerle (P= %60; n=1600 rpm; Vf=30 mm/dak; dp=0.40 mm) ve RSM analizindeki çoklu yanıt optimizasyonu ile bulunan diğer parametrelerle (P= %61,52; n=1478,79 rpm; Vf=28,18 mm/dak; dp=0,69 mm) ultrasonik destekli ve ultrasonik destek olmadan işlemler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deneylerin sonuçlarına göre, GRA çoklu optimizasyonunda, minimum ortalama yüzey pürüzlülüğü, minimum çapak alanı ve maksimum kaldırılan malzeme hacmi üzerindeki en önemli etkinin devir sayısı parametresi olduğu tespit edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre ise en etkili parametrelerin, SR üzerinde ultrasonik güç (P), CA üzerinde devir sayısı (n) ve MRR üzerinde ilerleme hızı (Vf) olduğu görülmüştür.

Abstract:
Hard and brittle quartz glass is difficult to process by traditional manufacturing. Therefore, ultrasonic processing is preferred for such materials. Therefore, ultrasonic processing is preferred for such materials. In this study, quartz material was drilled using a trepanning tool by rotary ultrasonic drilling (RUD) process, and the effect of ultrasonic power, spindle speed, feed rate and pecking drilling depth parameters on chipping area (CA), material removal rate (MRR) and surface roughness (SR) has been researched. Box-Behnken design in response surface methodology (RSM) was used to design the experiments. According to the experimental results, ideal process parameters were found to be the ultrasonic power of 90 %, spindle speed of 1300 rpm, feed rate of 30 mm/min, pecking drilling depth of 0.75 mm by using the Gray Relational Analysis (GRA) method. At the ideal process parameter conditions, the minimum chipping area, minimum surface roughness and maximum material removal rate were 56,962 mm2, 1,222 µm and 162,68 mm3/s, respectively. Then, the average GRG was calculated for each level of the parameters. Ultrasonic assisted and non-ultrasonic assisted processes carried out with new parameters (P=60 %; n=1600 rpm; Vf=30 mm/min; dp=0.40 mm) at the levels corresponding to their maximum GRG and the other parameters (P=61,52 %; n=1478,79 rpm; Vf=28,18 mm/min; dp=0,69 mm) found by RSM Analysis, and the results were compared. According to the results of the experiments, in GRA multiple optimization, it was determined that the spindle speed parameter had the most important effect on the minimum average SR, minimum CA and maximum MRR. According to ANOVA, the most effective parameters were found to be ultrasonic power (P) on SR, spindle speed (n) on CA, and feed rate (Vf) on MRR.