Ti6Al4V titanyum alaşımlarının minimum miktarda yağlama (MMY) tekniği ile tornalanmasında kullanılan bitkisel yağlara hBN nanoparçacık katkısının işleme performansına etkisi
The effect of hbn nanoparticle addition on processing performance to vegetable oils used in turning ti6al4v titanium alloy's with minimum quantity lubrication (mql) technique
Yazar: MUHAMMET ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞEGÜL ÇAKIR ŞENCAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Nanoakışkanlar = Nanofluids ; Taguchi yöntemi = Taguchi method ; Titanyum = Titanium ; Tornalama = Turning ; Yağlama = Lubrication

Özet:
Herhangi bir talaş kaldırma operasyonunda işleme sırasında kesici takımda oluşan ısı, takım aşınmasına ve buna bağlı olarak da iş parçasındaki yüzey pürüzlülüğünün artmasına sebep olur. Günümüz teknolojisinde ısıl ve mekanik değerleri yüksek olan titanyum alaşımları havacılık, uzay, otomotiv sanayi vb. alanlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu alaşımların talaşlı imalat ile işlenmesinde çeşitli zorluklar vardır. Bundan dolayı son yıllarda titanyum alaşımlarının işlenebilirliğini iyileştirmeye yönelik çalışmalar önem kazanmaktadır. Bu çalışmalardan biri de minimum miktarda yağlama (MMY) yöntemidir. Basınçlı hava yardımı ile oluşturulan yağ sisi ile, kullanılan yağ miktarı azaltılarak minimum miktarlara indirilmesi sonucu çevre ve insan sağlığına olan zararları da azaltılmaktadır. MMY yöntemine son zamanlarda eklenen nanoparçacıkların ısıl iletkenlik özellikleri ve geometrik yapılarından dolayı işleme sonucunda daha iyi değerler alınabileceği düşünülmektedir. Bu amaçla yapılan çalışmada Ti6Al4V alaşımının tornalanması deneylerinde kesme parametrelerinin ve soğutma yöntemlerinin işleme performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. İşleme esnasındaki ekolojik etkenler göz önünde bulundurularak bitkisel yağ kullanılmış ve MMY işleminin yağlayıcılık özelliklerini arttırmak amacıyla nanoparçacık olarak hekzagonal bor nitrür (hBN) kullanılmıştır. Nanoparçacıklar farklı oranlarda (hacimce %0,5 ve %1) bitkisel yağa eklenerek nanoakışkan hazırlanmıştır. Deneylerde kesme hızı, ilerleme ve soğutma yöntemleri girdi parametreleri olarak alınmıştır. Deneyler sonunda bu parametrelerin yüzey pürüzlülüğüne, kesme bölgesinde oluşan sıcaklığa ve takım aşınmasına olan etkileri incelenmiştir. Taguchi ortogonal dizisi kullanılarak deney tasarımları yapılmış, ardından sonuçlar Minitab paket programı aracılığı ile S/N analizi ve varyans analizi yapılarak değerlendirilmiştir. Ana deneylerde elde edilen optimum şartlar, doğrulama deneyleri yapılarak teyit edilmiştir. Ayrıca takımlardaki aşınmayı daha iyi görebilmek adına en yüksek kesme parametreleri sabit tutularak soğutma yöntemlerinin etkisi yapılan ek deneylerde ayrıntılı olarak incelenmiştir.
L16 ortogonal dizini ile yapılan ana deneylerden elde edilen varyans analizi (ANOVA) ve S/N analizleri sonucunda yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen parametrenin ilerleme olduğu görülmüştür. İlerlemedeki artışın yüzey pürüzlülüğünü arttırdığı açık bir şekilde görülmüştür. Kesme bölgesindeki sıcaklığı en çok etkileyen parametrenin soğutma yöntemi olduğu ve tornalama işlemleri sonucunda MMY yöntemine takviye edilen nanoparçacıkların, MMY ve kuru işlemeye kıyasla daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Son olarak, takım aşınmasını en çok etkileyen parametrenin kesme hızı olduğu görülmüştür. Kesme hızındaki artış takımdaki aşınmayı arttırmıştır. Soğutma yönteminin etkisinin daha net görülebilmesi için yapılan ek deneylerde, %0,5 nanoparçacık takviyeli MMY yöntemi ile kuru kesme şartına göre yüzey pürüzlülük değeri %64,46 azalmıştır. Ayrıca %1 nanoparçacık takviyeli MMY yönteminde kuru kesme yöntemine göre sıcaklık ve takım aşınması değerleri sırasıyla %42,31 ve %53,24 azalmıştır. Sonuç olarak bu çalışmayla nanoparçacıkların işleme performansında belirgin bir iyileşme sağladığı ortaya konmuştur.

Abstract:
The heat generated in the cutting tool during machining in any chip removal operation causes tool wear and, consequently, increased surface roughness in the workpiece. In today's technology, titanium alloys with high thermal and mechanical values are frequently used in aerospace, automotive industry, etc. There are several difficulties in machining these alloys. Therefore, efforts to improve the machinability of titanium alloys have gained importance in recent years. One of these studies is the minimum quantity lubrication (MQL) method. Using created oil mist with the help of compressed air, the amount of oil used is reduced and the harm to the environment and human health is reduced as a result of reducing it to minimum amounts. Due to the thermal conductivity properties and geometric structures of the nanoparticles added to the minimum amount of lubrication method, it is thought that better values can be obtained as a result of processing. In this study, the effects of cutting parameters and cooling methods on machining performance were investigated in turning experiments of Ti6Al4V alloy. Considering the ecological factors during processing, vegetable oil was used and hexagonal boron nitride (hBN) was used as nanoparticle in order to increase the lubricating properties of the MMY process. Nanofluid was prepared by adding nanoparticles to vegetable oil at different rates (0.5% and 1% by volume). Cutting speed, feed and cooling methods were taken as input parameters in the experiments. At the end of the experiments, the effects of these parameters on the surface roughness, temperature in the cutting zone and tool wear were investigated. Experimental designs were made using the Taguchi orthogonal array, and then the results were evaluated by performing S/N analysis and variance analysis via the Minitab package program. The optimum conditions obtained in the main experiments were confirmed by performing confirmation experiments. In addition, in order to better see the wear on the tools, the effect of cooling methods was examined in detail in additional experiments by keeping the highest cutting parameters constant.
As a result of analysis of variance (ANOVA) and S/N analyzes obtained from the main experiments with the L16 orthogonal index, it was seen that the parameter that most affected the surface roughness was progress. It was clearly seen that the increase in feed  increases the surface roughness. It has been observed that the parameter that most affects the temperature in the cutting zone is the cooling method, and as a result of turning processes, nanoparticles reinforced with the MMY method give better results compared to MMY and dry machining. Finally, it has been seen that the parameter that most affects tool wear is the cutting speed. The increase in cutting speed increased the wear on the tool. In additional experiments carried out to see the effect of the cooling method more clearly, the surface roughness value decreased by 64.46% with 0.5% nanoparticle reinforced MMY method compared to the dry cutting condition. In addition, temperature and tool wear values decreased by 42.31% and 53.24%, respectively, in the 1% nanoparticle reinforced MMY method compared to the dry cutting method. As a result, it has been demonstrated that nanoparticles provide a significant improvement in processing performance with this study.