Beyaz dökme demirin delik içi tornalanmasında kesme parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of cutting parameters in boring of white cast iron
Yazar: YASİN ERKOÇAK
Danışman: PROF. DR. YUNUS KAYIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Talaşlı Üretim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Sertliği 45HRC'den yüksek olan ve sert malzemeler grubuna giren, yüksek aşınma direncine sahip beyaz dökme demirler, çamur pompalarında, beton kırıcılarda, çimento karıştırıcılarda, bazı otomotiv parçalarının (baga) üretiminde vb. yüksek aşınma direnci istenen yerlerde kullanılmaktadır. Martenzitik beyaz dökme demir (NiHARD-4) ve yüksek kromlu beyaz dökme demir (YKBDD) malzemelerin iç yapılarında bulunan sert karbürlerden dolayı işlenmesi zordur. Bu çalışmada; NiHARD-4 ve YKBDD malzemelerinin delik içi tornalanması yöntemiyle işlenmesine yönelik deneyler yapılmıştır. İşleme deneylerinde, kesme parametreleri olarak; iki farklı kesici uç (cbn, karbür) üç farklı kater tipi (çelik gövdeli, karbür gövdeli, avb), üç farklı kater bağlama uzunluğu (L/D: boy-çap oranı, 3-4-5) üç farklı ilerleme değeri (0,07-0,10-0,16 mm/dev), her bir kesici uç için üç farklı kesme hızı değeri (CBN için; 90-135-200 m/dak, KARBÜR için; 40-60-90 m/dak) ve sabit talaş derinliği sabit kullanılmıştır. Deneylerde Taguchi L18 karma tip deney tasarım modeli kullanılmıştır. Deneyler kuru ve ıslak işleme şartlarında ayrı ayrı yapılmıştır. Kullanılan kesme parametrelerinin, elde edilen yüzey pürüzlülüğü, dairesellikten sapma, silindiriklikten sapma, çaptan sapma ve kesme kuvvetleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Çıktılar üzerindeki en etkili parametreler ve etki oranları Taguchi ve Varyans analizi (ANOVA) ile belirlenmiştir. Kesme parametrelerinin çıktılar üzerindeki etkileri, oluşturulan iki ve üç boyutlu grafikler ile yorumlanmıştır. GRA (Gri İlişkisel Analiz) ve TOPSIS (İdeal Çözüme Benzerliğe Göre Sıralama Tekniği) çoklu optimizasyon yöntemleri kullanılarak deney sonuçları üzerinde en uygun kesme parametreleri belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, CBN ve KARBÜR kesici uçlarla malzemelerin işlenebildiği, CBN kesici uçların, KARBÜR kesici uçlara göre deney sonuçları üzerinde daha iyi performans sağladığı görülmüştür. CBN kesici uç ile ıslak işleme şartlarında KARBÜR kesici uç ile de kuru işleme şartlarında daha iyi yüzey pürüzlülüğü, CBN kesici uç ile kuru işleme şartlarında, KARBÜR kesici uç ile de ıslak işleme şartlarında daha düşük kesme kuvvetleri elde edilmiştir. AVB ve karbür katerler, çelik katere göre elde edilen delik geometrisi üzerinde daha iyi sonuçlar ortaya koymuştur. Delik içi tornalamada genel olarak katerlerin kısa bağlanmasının (L/D:3) delik yüzeyi ve geometrisi üzerinde daha uygun olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
White cast irons with a hardness higher than 45HRC which are included in the group of hard materials and have high wear resistance are used in mud pumps, concrete crushers, cement mixers, in the production of some automotive parts (insert) etc. where high wear resistance is required. Martensitic white cast iron (NiHARD-4) and high chromium white cast iron (HCWCI) are difficult to machine due to the hard carbides in their internal structures. In this study, experiments were carried out on the machining of NiHARD-4 and HCWCI materials by internal turning method. In the machining experiments, the cutting parameters were; two different cutting inserts (cbn, carbide), three different cutter types (steeel, carbide, avb), three different cutter clamping lengths (L/D: length-diameter ratio, 3-4-5), three different feed values (0.07-0.10-0.16 mm/rev), three different cutting speed values for each cutter insert (for CBN; 90-135-200 m/min, for CARBIDE; 40-60-90 m/min) and a constant depth of cut were used. Taguchi L18 mixed type experimental design model was used in the experiments. The experiments were carried out separately under dry and wet machining conditions. The effects of the cutting parameters used on the obtained surface roughness, deviation from circularity, deviation from cylindricality, deviation from diameter and cutting forces were investigated. The most effective parameters and effect rates on the outputs were determined by Taguchi and Analysis of Variance (ANOVA). The effects of cutting parameters on the outputs were interpreted with the two- and three-dimensional graphics created. The most suitable cutting parameters were determined on the experimental results using GRA (Grey Relational Analysis) and TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) multiple optimization methods. As a result of the study, it was seen that the materials can be processed with CBN and CARBIDE cutting inserts, and CBN cutting inserts provided better performance on the experimental results than CARBIDE cutting inserts. Better surface roughness was obtained with CBN insert in wet machining conditions and with CARBIDE cutting insert in dry machining conditions, and lower cutting forces were obtained with CBN insert in dry machining conditions and with CARBIDE cutting insert in wet machining conditions. AVB and carbide body toolholders showed better results on the hole geometry obtained compared to steel body toolholders. In internal turning, it was determined that short connection of the toolholders (L/D:3) was generally more suitable on the hole surface and geometry.