S960QL yapı çeliğinin frezeleme yöntemiyle işlenebilirliğinin johnson cook modeli kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ve istatiksel incelenmesi
Analysis and statistical investigation of the milling machinability of S960QL structural steel by finite element method using the johnson cook model
Yazar: RÜSTEM BİNALİ
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN YALDIZ ; PROF. DR. SÜLEYMAN NEŞELİ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Frezeleme = Milling ; Optimizasyon = Optimization ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Yapı çeliği = Structural steel

Özet:
İşlenebilirlik, imalat endüstrisinin en önemli operasyonlarından biridir. Üretim sektöründeki teknolojik gelişmelerin ve rekabetin işlenebilirlikle ilgili popülerliği giderek artırdığı aşikardır. Bu maksatla yapılan deneysel çalışmalarda her bir değişkenin ayrı ayrı dikkate alınması suretiyle gerçekleştirilecek deneyler için ihtiyaç duyulacak uzun işleme süreleri işleme maliyetlerinin artmasına neden olan önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. İşleme parametrelerinin değiştirilmesi ve değişkenlerin birbiriyle etkileşimi sürecin tanımlanması ve doğru bir şekilde kontrolünü kolaylaştıran esas unsuru teşkil eder. Hali hazırda tasarım, imalat ve analiz programları kullanılarak gerçekleştirilen simülatif sonuçların analizinden yola çıkarak işlenebilirlik sürecinde karşımıza çıkabilecek problemlerin tahmin edilmesi ve çözüme yönelik proaktif önlemlerin alınmasında büyük avantaj sağlamaktadır.
Yapılan bu çalışma iki aşamalı olarak ele alınmıştır: İlk aşama deneysel çalışma ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile elde edilen işleme çıktılarının karşılaştırılmasını, ikinci aşama ise farklı kesme parametreleri değişkenlerinin kullanılmasıyla elde edilecek işleme çıktılarının SEY ile elde edilerek istatistiksel olarak analizini kapsamaktadır. Çalışmada endüstriyel zırh yapımında tercih edilen S960QL yapı çeliğinin frezeleme operasyonuyla Johnson Cook modeline bağlı işlenebilirliğinin tespiti yapılmıştır. Ayrıca, ikinci aşamada işleme parametresi olarak her biri üçer seviyeli olmak üzere kesme hızı, diş başına ilerleme miktarı, yanal kesme derinliği ve eksenel kesme derinliği parametreleri Taguchi L9 ortogonal deney tasarımı kullanılarak kombine edilmiştir. Analiz sonucunda elde edilen işleme çıktılarına göre en ideal işleme parametresi seviyelerine 0,2 mm yanal derinlik, 2 mm eksenel derinlik, 110 m/dak kesme hızı ve 0,08 mm/diş ilerleme miktarı değerlerinde ulaşılmıştır. Bu parametrelerde gerçekleştirilen analiz sonuçlarında X, Y ve Z ekseninde elde edilen kuvvetler için sırasıyla 54,641-71,839 ve 11,235 N, tüketilen güç 83,391 W, moment değeri 0,363 Nm ve sıcaklık ise 246,856 °C olarak elde edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre, X, Y ve Z ekseninde oluşan kuvveti etkileyen en önemli parametrenin eksenel talaş derinliği olup etkileri sırasıyla 36,12, 38,82 ve 2,23'tür. Güç tüketimi için en etkili parametrenin 48,44 F değeri yanal talaş derinliğin, sıcaklık oluşumu için en etkili parametrenin 26,16 F değeri ile ilerleme miktarı, moment değeri için de en etkili parametre 32,48 F değeri ile yanal talaş derinliği olarak belirlenmiştir. Bu çalışma ön deneyler ile doğrulanan sonuçlar doğrultusunda SEY'in işlenebilirlik çalışmaları için uygun olduğu belirlenmiş olup literatüre farklı bakış açısı sağlayacaktır.

Abstract:
Machinability is one of the most important operations of the manufacturing industry. It is obvious that technological developments and competition in the production sector are increasing the popularity of machinability. In experimental studies conducted for this purpose, the long processing times required for the experiments to be carried out by considering each variable separately is an important problem that causes an increase in processing costs. Changing the processing parameters and the interaction of the variables is the main element that facilitates the identification and accurate control of the process. It provides a great advantage in estimating the problems that may arise in the machinability process and taking proactive measures for the solution based on the analysis of the simulative results already carried out using the design, manufacturing and analysis programs. 
This study has been handled in two stages: The first stage includes the comparison of the machining outputs obtained with the experimental study and the Finite Element Method (FEM), and the second stage includes the statistical analysis of the machining outputs to be obtained by using different cutting parameter variables by using FEM. In the study, the machinability of S960QL structural steel, which is preferred in industrial armor production, was determined by milling operation depending on the Johnson Cook model. In addition, in the second stage, cutting speed, feed rate per tooth, lateral depth of cut and axial depth of cut parameters were combined using Taguchi L9 orthogonal experimental design as machining parameters. According to the machining outputs obtained as a result of the analysis, the most ideal machining parameter levels were reached at 0.2 mm lateral depth, 2 mm axial depth, 110 m/min cutting speed and 0.08 mm/tooth feed. As a result of the analysis performed on these parameters, the forces obtained in the X, Y and Z axis were 54,641-71.839 and 11,235 N, respectively, the consumed power was 83,391 W, the torque value was 0.363 Nm, and the temperature was 246,856 °C. According to the ANOVA results, the most important parameter affecting the force in the X, Y and Z axis is the axial depth of cut, and their effects are 36,12, 38,82 and 2.23, respectively. The most effective parameter for power consumption was determined as 48.44 F value of lateral depth of cut, the most effective parameter for temperature formation was determined as feed rate with 26.16 F value, and the most effective parameter for torque value was determined as lateral depth of cut with 32.48 F value. In line with the results confirmed by preliminary experiments, this study has been determined to be suitable for FEM machinability studies and will provide a different perspective to the literature.