Molibden katkılı nano-akışkan soğutma sıvısının AISI 5140 çeliğinin frezelenme performansına etkilerinin farklı soğutma sıvıları ile karşılaştırılarak araştırılması
Investigation of the effects of molybdenum added nano-fluid coolant on the milling performance of AISI 5140 steel in comparison with different coolants
Yazar: TUFAN ZEROOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜNAL DEĞİRMENCİ
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüz mühendislik alanında, malzeme işleme süreçlerinin verimliliği ve dayanıklılığı, endüstriyel uygulamalarda sürekli olarak araştırılan bir konu haline gelmiştir. Bu kapsamda, Frezeleme, imalat endüstrisinde yaygın olarak kullanılan temel bir işleme sürecidir. Metaller de dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin şekillendirilmesinde önemli bir rol oynar ve çeşitli uygulamalarda kullanılan bileşenlerin üretiminde vazgeçilmezdir. Frezeleme işlemlerinin verimliliğini artırmak ve takım ömrünü uzatmak için soğutma sıvıları yaygın olarak kullanılır. Özellikle metal işleme tekniklerinde, geleneksel soğutma yöntemleri yetersiz kalmakta ve daha yenilikçi çözümler arayışı hız kazanmaktadır. Bu bağlamda, nanoteknolojinin gelişimi, malzeme işleme süreçlerine yeni bir bakış açısı getirerek daha etkili ve verimli çözümler sunma potansiyeli taşımaktadır.

AISI 5140 çeliğinin işlenmesi bir dizi benzersiz zorluğu beraberinde getirir. Özellikle takım aşınmasına karşı hassastır, kesme işlemi sırasında önemli miktarda ısı üretir ve optimal olmayan yüzey kalitesiyle sonuçlanabilir. Bu kapsamda nanopartiküllerin malzemelerin işlenmesi sırasında tribofilm oluşumu sağlayarak yüzey pürüzlülüğü ve sıcaklık kontrolü problemlerine çözüm olabileceği düşünülmektedir.

Bu tez kapsamında çeşitli kesme parametreleri ve soğutma/yağlama koşulları kullanılarak AISI 5140 çeliğinin frezelenmesi üzerinde çalışılmıştır. Bu amaçla iki kesme hızı (75-100 m/dk), iki ilerleme hızı (0,075-0,100 mm/dev) ve kuru, minimum miktar yağlama, taşkın soğutma ve nanoakışkan olmak üzere dört farklı soğutma ortamı kullanılmıştır. Nanoakışkan kesme sıvısına %5 Mo nanopartikülleri eklenmiştir. Üreticinin tavsiyeleri ve literatürdeki çalışmalar ışığında seçilen giriş parametreleri kullanılarak yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması, kesme sıcaklığı ve talaş morfolojisi gibi işlenebilirlik özellikleri incelenmiş ve güç tüketimi analizleri yapılmıştır. Ayrıca, sürdürülebilir nanoakışkan kesme sıvılarının işlenebilirlik ve güç tüketimi üzerindeki etkileri farklı soğutma/yağlama sıvıları ile deneylerle karşılaştırılarak araştırılmıştır. Araştırma sonucunda, molibden katkılı nanoakışkan kullanımının yüzey pürüzlülüğü, yan aşınma, talaş morfolojisi ve güç tüketimi özelliklerinde iyileşmelere yol açtığı sonucuna varılmıştır. Kesme sıcaklığında ise taşkın soğutma ortamının daha etkili olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak talaşlı imalat sırasında nanoakışkan kesme sıvılarının kullanılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
In today's engineering field, the efficiency and durability of material processing processes have become a constantly researched topic in industrial applications. In this context, Milling is a basic machining process widely used in the manufacturing industry. It plays an important role in shaping various materials, including metals, and is indispensable in the production of components used in various applications. Coolants are widely used to increase the efficiency of milling operations and extend tool life. Especially in metal processing techniques, traditional cooling methods are inadequate and the search formore innovative solutions is gaining momentum. In this context, the development of nanotechnology has the potential to provide more effective and efficient solutions by bringing a new perspective to material processing processes.

Machining AISI 5140 steel presents a unique set of challenges. It is particularly susceptible to tool wear, generates significant heat during the cutting process, and can result in suboptimal surface quality. In this context, it is thought that nanoparticles can be a solution to surface roughness and temperature control problems by providing tribofilm formation during the processing of materials.

In this thesis, milling of AISI 5140 steel was studied using various cutting parameters and cooling/lubrication conditions. For this purpose, two cutting speeds (75-100 m/min), two feed rates (0,075-0,100 mm/rev) and four different cooling media were used: dry, minimum amount lubrication, flood cooling and nanofluid. 5% Mo nanoparticles were added to the nanofluid cutting fluid. Machinability features such as surface roughness, tool wear, cutting temperature and chip morphology were examined and power consumption analyzes were performed using input parameters selected in the light of the manufacturer's recommendations and studies in the literature. Additionally, the effects of sustainable nanofluid cutting fluids on machinability and power consumption were investigated by comparing experiments with different cooling/lubricating fluids. As a result of the research, it was concluded that the use of molybdenum-doped nanofluids led to improvements in surface roughness, side wear, chip morphology and power consumption properties. It has been determined that the flood cooling environment is more effective at the cutting temperature. As a result, it is predicted that nanofluid cuttingfluids can be used during machining.