Yüksek talaş kaldırma performansı sağlayan dönen yuvarlak uçlu tornalama takımının geliştirilmesi
Development of self-propolled rotary turning tool for high performance machining (material removal)
Yazar: UĞUR EMİROĞLU
Danışman: PROF. DR. ERHAN ALTAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Talaşlı imalat işlemlerinde, özellikle sertleştirilmiş çeliklerin tornalanmasında ve titanyum ve nikel bazlı alaşımların işlenmesinde takım, işlenen parça ve meydana gelen talaşın birbirleri ile etkileşimlerinden dolayı oluşan mekanik enerji ısı enerjisine dönüşmektedir. Bunun sonucu olarak da takımda sıcaklık artar ve takım aşınması oluşur. Takımda oluşan aşınma hem takımın ömrüne hem de işlenmiş parça yüzeyinin kalitesine olumsuz etki etmektedir.
Kesici takımdaki bu sıcaklık artışını azaltabilmek için birçok yöntem kullanılmıştır. Talaşlı imalatta kullanılan kesme sıvılarının kullanımının bir sebebi de takımda meydana gelen bu sıcaklık artışını azaltmaktır. Kesme sıvıları bazı durumlarda takım-talaş ara yüzeyine nüfus edememektedir. Ayrıca kesme sıvılarının kullanımı, çevreye ve insan sağlığına verdiği zararlardan dolayı da azalmaktadır. 
Bir diğer çözüm yöntemi olarak, talaş kaldırma işlemi sırasında talaş ile takımın temas bölgesindeki kesici ağzın sürekli olarak değişmi ile takım kesici kenarının doğal olarak soğuması düşünülmüştür. Bu sayede sürekli kesme için takım-talaş temas bölgesi sürekli değişen kendi ekseni etrafında dönen takma uçlu plaketler veya dairesel profilli dönen yuvarlak uçlu takımlar kullanılmaya başlanmıştır. Bu takımlar sayesinde takım aşınmalarının azaldığı ve takım ömrünün arttığı gözlemlenmiştir. 
Dönen yuvarlak uçlu kesici takımlar birçok fayda sağlamaktadır. Bu takımlar sayesinde takım ömründe artış meydana gelmekte, düşük kesme sıcaklıkları elde edilmektedir. 
Bu takımlar kullanılarak talaşlı işlenmesi zor olan malzemelerin işlenebilmeleri de kolaylaşmıştır. İşleme sırasında yüksek talaş kaldırma oranları elde edilebilmektedir. 
Dönen yuvarlak uçlu takımda kesme prosesinin daha iyi anlaşılması, takım geometrisi ve kesme parametrelerinin seçilmesinde fayda sağlayacak ve imalat endüstrisindeki verimlilik gelişmelerine katkı sağlayacaktır. 
Bu çalışmada öncelikle talaşlı imalat ve kesici takım hakkında kısaca bilgi verilmiş, akabinde dönen yuvarlak uçlu kesici takımların genel prensipleri, sağladığı faydalar, mekaniği, uygulama alanları hakkında bilgiler verilmiş ve bu çalışmanın da konusu olan kendinden dönen yuvarlak uçlu takımlarla yapılan önceki çalışmalar incelenmiştir. Öncelikle kendinden dönen yuvarlak uçlu takım tasarlanmıştır. Tasarlanan takımın Ansys sonlu elemanlar programı ile gerilme ve deformasyon analizi yapılarak, takımın performansı incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda takım mukavemetinin öngörülen talaş kaldırma şartları için yeterli olduğu gözlemlenmiştir. Yüksek performans sağlayan takım tasarımı uygun görüldükten sonra, kesici takım Takımsaş firmasında imal ettirilmiştir. CNC torna tezgahında, kesme hızı, ilerleme, kesme derinliği ve eğim açısı parametreleri kullanılarak üç farklı iş parçası için kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Kesme parametreleri Taguchi L9 ortogonal deney tasarımına göre belirlenmiş, Taguchi yöntemiyle kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü için hangi parametrelerin etkin olduğu bulunmuştur. Talaş hacmi ile kesme kuvveti arasındaki ilişki incelenmiştir. Talaş hacmi ile kesme kuvvetinin benzer karakter gösterdiği gözlemlenmiştir. Üç farklı iş parçası için talaşın kırılması incelenmiştir. Talaş kırılması dönen yuvarlak uçlu takım ile, kabul edilebilir talaşlar şeklinde kırıldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak çeşitli malzemelerin işlenmesinde, geliştirilen kendinden dönen yuvarlak uçlu takımın literatürde görülen benzer takımlara göre daha yüksek performans gösterip, daha fazla kesme derinlikleri uygulanarak talaş kaldırma işlemleri için de uygun olduğu görülmüştür.

Abstract:
In machining (material removal) processes, cutting tool, workpiece and occurred chip are interacted converting mechanical energy into thermal energy especially in turning of hardened steels, titanium and nickel–based alloys. As a result of this, heat on cutting tool increases and tool wear occurs. Wear on cutting tool adversely affects tool life as well as machined surface quality.
Different methods have been used to minimize the decrease of heat generation on cutting tool. The application of cutting fluids has another reason to decrease heat generation. In some cases, cutting fluids cannot penetrate into cutting tool-chip interface. Moreover, the usage of cutting fluids decreases due to adverse effect on environment and human health.
As another solution method, it was considered to cool cutting edge of cutting tool naturally by continuous changing of cutting edge in contact region between cutting tool and chip during machining (material removal) operation. This allows the application of self-propelled rotary tips or circular-profiled rotary rounded cutting tools are started for continuous cutting. It has been observed that tool wears are reduced and tool life is increased by these cutting tools.
Self-propelled rotary cutting tools provide various benefits. These cutting tools provide an increase tool life and obtaining lower cutting temperatures.
These cutting tools have also facilitated the machining of difficult-to-cut materials. Higher material removal rates can be achieved during machining (material removal) operations.  
A better understanding of cutting process in self-propelled rotary rounded cutting tools will provide benefits of selecting tool geometry and machining parameters, an contribute to the productivity improvements in manufacturing industry.
In this study, brief information about machining (material removal) and cutting tool is firstly presented, and then general principles of self-propelled rotary rounded cutting tools, benefits (advantages) mechanics, application areas have been provided, and previous studies of the self-propelled rotary rounded cutting tool which is the subject of this study, have been examined. Primarily, the self-propelled rotary rounded cutting tool has been designed. The performance of cutting tool has been examined analyzing stress and deformation of designed cutting tool by Ansys finite element programme. It was observed that the results of cutting tool strength analyzing have been sufficient for predicting machining conditions. After providing a high performance cutting tool design, the cutting tool has been manufactured in TAKIMSAŞ Com. Cutting forces and surface roughness values have been measured for three different workpiece materials by using parameters of cutting speed, feed, depths of cut and tilt angle in CNC lathe. Cutting parameters have been determined by the orthogonal Taguchi L9 experimental design, which parameters are effective on cutting forces and surface roughness have been found by Taguchi method. The relation between chip volume and cutting forces has been investigated. It was observed that there are similar characteristics in chip volume and cutting forces. Chip breaking has been examined for three different workpiece materials. It was observed that chip breaking has been acceptable shapes of broken chips by self-propelled rotary rounded cutting tools. As a result, an advanced self-propelled rotary rounded cutting tool has provided higher performance comparing to similar cutting tools mentioned in literature, and it was also seen that it is suitable using higher depths of cut in machining applications.