Nikel esaslı süper alaşımların frezeyle işlenmesinde optimum kesme parametrelerinin istatistiksel ve deneysel incelenmesi
Statistical and experimental investigation of optimal cutting parameters in the milling of nickel-based superalloys
Yazar: OĞUZHAN ÇAKMAKOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET DEMİRER ; DOÇ. DR. YAKUP TURGUT
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, Nikel esaslı süper alaşım grubundan olan, havacılık ve uzay sanayisinde yüksek güç ve dayanım ihtiyacını karşılayabilen malzemelerden, Inconel 718 ve Waspaloy malzemeleri kullanılmıştır. Inconel 718 ve Waspaloy süper alaşımının yüzey frezelemesi işleminde dört farklı kesici takım kullanılmıştır. Çalışmalarda kaplamalı kesici uçlar kullanılarak kuru kesme yöntemiyle frezeleme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada, işleme faktörlerinin kesme kuvveti üzerindeki etkisinin testler ve istatistiksel analiz yoluyla incelenmesi amaçlanmıştır. İstatistiksel analiz için Taguchi ve Cevap Yüzey Metodu (RSM) kullanılmıştır. Faktör olarak ilerleme hızı, kesici takım ve kesme hızının kullanıldığı 16 testten oluşan bir Taguchi ortogonal deney tasarımı kullanılmıştır. Inconel 718 için analiz sonucunda; kesme kuvvetleri açısından en etkili faktörün, varyansın %81,78'ini oluşturan GC2030 kesici takım olduğu, bunu %9,69 ile ilerleme hızının ve %4,76 ile kesme hızının takip ettiğini ortaya çıkarmıştır. Cevap Yüzey Metodu ile elde edilen regresyon denklemlerinin geçerliliği %99,64 R² değeri ile doğrulandı. Taguchi ve Cevap Yüzey Metodunun entegrasyonu çalışmada optimizasyona imkan tanıyarak doğrulama testinde 232 N'de kaydedilen en düşük kesme kuvveti elde edilmiştir. Waspaloy için analiz sonucunda kesme kuvvetleri açısından en etkili parametrenin %82,99 oranla kesici takım (GC2030) olduğu belirlenmiştir. İlerleme oranı %2,75 ve kesme hızı %1,80 oranında etkili olmuştur. Taguchi yöntemi ile yapılan optimizasyon sonucunda kesme hızının 20 m/dak, ilerleme hızının 0,1 mm/diş olduğu ve kesici takımın GC2030'da daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Doğrulama deneyi sonucunda elde edilen kesme kuvveti değeri 227,94 N dur. Doğrulama deneyi sonucunda elde edilen veriler güven aralığı içerisindedir. Deneysel ve tahmin modelleri arasında yapılan bir karşılaştırma, sonuçların kabul edilebilir doğrulukta olduğunu göstermiştir. Çalışmada kullanılan kesici takımlarda meydana gelen aşınma türleri incelenmiş ve baskın aşınmanın adhezyon ve abrasyon olduğu görülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında elde edilen optimum frezeleme parametrelerinde yeni bir soğutma tekniği olan MMY (Minimum Miktarda Yağlama) yağlama tekniği ile iki farklı kesme sıvısı olan Fındık yağı ve Fındık+%1 Grafen karışımı  kullanılarak kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü üzerine karşılaştırmalar yapılmıştır.

Abstract:
In this study, Inconel 718 and Waspaloy materials, which belong to the nickel-based superalloy group and can meet the high power and strength requirements in the aerospace industry, were used. Four different cutting tools were used in the surface milling of Inconel 718 and Waspaloy superalloys. Milling processes were performed using dry cutting with coated cutting inserts. The experimental study aimed to examine the effects of machining parameters on cutting force through tests and statistical analysis. Taguchi and Response Surface Methodology (RSM) were used for statistical analysis. A Taguchi orthogonal experimental design consisting of 16 tests was used, with feed rate, cutting tool, and cutting speed as the factors. As a result of the analysis for Inconel 718, the most influential factor on cutting forces was found to be the GC2030 cutting tool, which accounted for 81.78% of the variance, followed by the feed rate at 9.69% and the cutting speed at 4.76%. The validity of the regression equations obtained through Response Surface Methodology was confirmed with an R² value of 99.64%. The integration of Taguchi and Response Surface Methodology allowed for optimization, and the lowest cutting force, recorded at 232 N, was obtained in the validation test. For Waspaloy, the analysis revealed that the most influential parameter on cutting forces was the cutting tool (GC2030) with 82.99%. The feed rate had an effect of 2.75% and the cutting speed 1.80%. As a result of the optimization performed using the Taguchi method, it was found that a cutting speed of 20 m/min, a feed rate of 0.1 mm/tooth, and the GC2030 cutting tool yielded better results. The cutting force value obtained in the validation test was 227.94 N. The data obtained from the validation experiment was within the confidence interval. A comparison between the experimental and predicted models showed that the results were of acceptable accuracy. The types of tool wear observed in the cutting tools used in the study were examined, and it was found that adhesion and abrasion were the dominant types of wear. In the second phase of the study, comparisons were made regarding the effects on cutting force and surface roughness using a new cooling technique, MQL (Minimum Quantity Lubrication), with two different cutting fluids: hazelnut oil and a mixture of hazelnut oil with 1% graphene, under the optimum milling parameters obtained.