AZ31 ve AA6082 alaşımlarının aşındırıcılı su jeti ile delik delme işlemine etki eden parametrelerin optimizasyonu
Optimization of parameters affecting the drilling process of AZ31 and AA6082 alloys with abrasive water jet
Yazar: ERHAN BALCI
Danışman: PROF. DR. AZİZ ARMAĞAN ARICI ; DR. BERNA BALTA
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Malzemesi ve İmalat Teknolojisi
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu doktora tezi, AZ31 ve AA6082 alaşımlarının su jeti ile delik delme işlemlerinde, işlem parametrelerinin delik geometrisi ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemekte ve optimize etmektedir. AZ31 ve AA6082 vb. hafif metal alaşımları, endüstriyel uygulamalarda geniş bir kullanım alanına sahip olmalarına rağmen, geleneksel işleme yöntemlerinin sınırlamaları ve çevresel etkileri nedeniyle yeni ve sürdürülebilir işleme teknikleri üzerine odaklanmak önem arz etmektedir. Bu çalışma, aşındırıcılı su jeti teknolojisinin hafif metallerin işlenmesindeki potansiyelini değerlendirmek amacıyla yürütülmüştür. Yüksek basınçlı su jeti işleminde kullanılan kesme parametrelerinin ve aşındırıcı tanelerinin, hafif metal alaşımlarının kesme ve delme işlemleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar öncesinde, literatür araştırması yapılarak, edinilen bilgiler ışığında, aşındırıcılı su jeti işlemindeki etkin parametreler belirlenmiş ve AZ31 ve AA6082 alaşımı için deney numuneleri hazırlanmıştır. Deney numunelerinde açılan delikler, yuvarlaklık ve yüzey pürüzlülüğü açısından optimize edilmiştir. Aşındırıcılı su jeti parametrelerinin optimizasyonu Yüzey Cevap Metodu (RSM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. RSM kullanılarak kurulan matematiksel model, Varyans Analizi (ANOVA) yöntemiyle doğrulanmıştır. Ön çalışma olarak, hazırlanan deney numuneleri CMM cihazında ve üç boyutlu tarayıcıda taranarak, delik çapları incelenmiştir. Sonrasında, açılan deliklerin çapları stereo mikroskop kullanılarak ölçülmüştür. Bu yöntemde, her bir deliğin çapı, tüm daire taranarak 6 farklı açıyla ölçülmüş, ortalama çap ve ovalite değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, deliklerin yüzey pürüzlülüğü, her bir deliğin ilk 4 mm derinliğinde üç farklı bölgeden ölçülerek, ortalama yüzey pürüzlülüğü tespit edilmiştir. Yapılan bu ölçümler neticesinde, İstenirlik Fonksiyonu yöntemi kullanılarak, kesme parametreleri optimize edilmiştir. Optimizasyon sonucunda en düşük ovalite ve yüzey pürüzlülüğü değerlerini elde edebilmek için gerekli işlem parametreleri belirlenmiştir.

Abstract:
This PhD thesis comprehensively investigates and optimizes the effects of process parameters on hole geometry and surface roughness during the drilling of AZ31 and AA6082 alloys using abrasive water jet technology. Although light metal alloys such as AZ31 and AA6082 are widely used in industrial applications, it is crucial to focus on new and sustainable machining techniques due to the limitations and environmental impacts of conventional methods. This study aims to assess the potential of abrasive water jet (AWJ) technology for machining light metals. The effects of cutting parameters and abrasive particles used in high-pressure water jet processes on the cutting and drilling operations of light metal alloys were examined. Before the experimental studies, a literature review was conducted, and based on the knowledge acquired, the key parameters affecting the abrasive water jet process were identified. Test specimens of AZ31 and AA6082 alloys were then prepared for experimentation. The drilled holes in the specimens were optimized in terms of roundness and surface roughness. The optimization of AWJ parameters was carried out using the Response Surface Methodology (RSM). The mathematical model established through RSM was validated using Analysis of Variance (ANOVA). As a preliminary step, the prepared test specimens were scanned using a Coordinate Measuring Machine (CMM) and a 3D scanner to examine the hole diameters. Subsequently, the diameters of the drilled holes were measured using a stereo microscope. In this method, the diameter of each hole was measured at six different angles by scanning the entire circle, and the average diameter and ovality values were calculated. Additionally, the surface roughness of the holes was measured at three different regions within the first 4 mm depth of each hole, and the average surface roughness was determined. Based on these measurements, the cutting parameters were optimized using the Desirability Function Approach. As a result of the optimization, the necessary process parameters for achieving the lowest ovality and surface roughness values were determined.