Ti6Al4V  malzemesinin delinmesinde farklı soğutma yöntemlerinin etkileri ve ysa ile modellenmesi
Effects of different cooling methods on drilling process of Ti6Al4V  material and modelling via ann
Yazar: BAHATTİN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR GÜLLÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Makine konstrüksiyonu = Machine construction ; Makine mühendisliği = Mechanical engineering ; Makine üretim endüstrisi = Machine manufacturing industry ; Soğutma sistemleri = Cooling systems ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
Delme işlemi sıklıkla kullanılan ve en zorlu talaş kaldırma yöntemidir. İşlemin kapalı bir bölgede gerçekleşmesi, zayıf talaş tahliyesi, takıma ve iş parçasına geçen yüksek ısı gibi nedenler delme işlemini zorlaştırmaktadır. İşlenebilirliği düşük malzemelerin şekillendirilmesi esnasında delme işleminin mevcut zorlukları katlanarak artmaktadır. Ti6Al4V; sahip olduğu düşük termal iletkenliği ve yüksek mekanik özellikleri nedeniyle şekillendirilmesini zor bir malzemedir. Yine bu üstün özellikler malzemenin birçok sanayi alanında (uzay, havacılık, savunma, medikal, enerji vb.) tercih edilmesine neden olmuştur. Söz konusu sanayi alanları yüksek kalitede ve dar tolerans aralığında ürünlere gereksinim duymaktadır. Bu durum Ti6Al4V malzemenin yüksek hassasiyette işlenmesini ve özellikle delinmesini gerekli kılmıştır. Talaşlı imalat yöntemlerinde verimliliği ve ürün kalitesini artırmak için soğutma uygulamaları kullanılmaktadır. Bu çerçevede Ti6Al4V malzemenin delinmesi işleminde soğutma yöntemlerinin kullanılması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada Ti6Al4V malzemenin delinmesi sırasında farklı kesme parametrelerinin operasyon çıktılarına (ilerleme kuvveti, kesme momentleri, sıcaklık ve takım performansı) ve delik kalitesine (yüzey pürüzlülüğü, delik çapındaki değişim sapma, dairesellik ve silindirik değerleri) etkileri araştırılmıştır. Çalışmada dört farklı kesme hızı (20, 30, 45 ve 60 m/dak) ve dört farklı ilerleme oranı (0,050; 0,073; 0,100 ve 0,150 mm/dev) kullanılmıştır. Elde edilen veriler operasyon maliyetleri ve ürün (delik) kalitesi dikkate alınarak yapay sinir ağları ile başarılı bir şekilde modellenmiştir. Farklı soğutma yöntemleri geleneksel soğutma, kuru hava ile soğutma, vortex soğutma, minimum miktarda yağlama ile soğutma ve kriyojenik soğutma kullanılmış olup, bu yöntemlerin operasyon ve ürün çıktılarına etkileri incelenmiştir. Geleneksel soğutma ve kuru hava ile soğutma işlemleri hem takım içinden hem de takım dışından uygulanarak farklı soğutma tekniklerinin etkileri araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda takım içinden soğutmanın daha avantajlı olduğu tespit edilmiştir. En iyi ürün ve operasyon çıktıları takım içinden yapılan geleneksel soğutma yönteminde elde edilmiştir. Bu soğutma yönteminde değişen soğutucu akışkan basıncının (10, 20, 40 ve 60 bar) delme operasyonuna etkileri de incelenmiştir.

Abstract:
Drilling is the most frequently used and most difficult machining method. Reasons such as performing the operation in a closed area, poor chip evacuation, high heat transfer to the tool and workpiece make drilling difficult. The existing difficulties of drilling increase exponentially when forming materials with low machinability. Ti6Al4V is a difficult material to shape due to its low thermal conductivity and high mechanical properties. And these superior properties have caused the material to be preferred by many industries (especially space and aerospace, defense, medical, energy). These industries require high quality and low tolerance products. This situation necessitated high precision machining and especially drilling of Ti6Al4V material. Cooling applications are used to increase productivity and product quality in machining methods. In this context, it is of great importance to use cooling methods in the drilling of Ti6Al4V material. In this study, the effects of different cutting parameters on the operation outputs (driving force, moments, temperature and tool performance) and hole quality (surface roughness, deviation from diameter, deviation from circularity and deviation from cylindricality) during drilling of Ti6Al4V material were investigated. Four different cutting speeds (20, 30, 45 and 60 m/min) and feed rates (0.050; 0.073; 0.100 and 0.150 mm/rev) were used in the study. The obtained data has been successfully modeled with artificial neural networks, taking into account the operation costs and the product (hole) quality. The effects of different cooling methods (conventional cooling, dry air cooling, vortex cooling, cooling with minimum amount of lubrication and cryogenic cooling) on operation and product output were investigated. Different cooling techniques were investigated by applying conventional cooling and cooling with dry air both inside and outside the tool. As a result of the studies, it has been determined that cooling through the tool is more advantageous. The best product and operational outputs were determined by the conventional in-kit cooling method. The contribution of the changing refrigerant pressure (10, 20, 40 and 60 bar) to the operation in this cooling method was also investigated in this research.