16 th International Materials Symposium IMSP' Oct 2016, Pamukkale University Denizli - Turkey

Transkript

1 VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİ DELME İŞLEMİNDE UÇ AÇISININ VE KAPLAMANIN TAKIM ÖMRÜNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ INVESTIGATING THE COATING AND POINT ANGLE EFFECTS ON TOOL LIFE IN DRILLING COMPACTED GRAPHITE IRON (CGI) Eyüp MERT 1, Bahattin YILMAZ 1, Ömer BAYRAKTAR 1, Gültekin UZUN 1, İhsan KORKUT 1 1 İmalat Mühendisliği Bölümü/Teknoloji Fakültesi/Gazi Üniversitesi/Ankara, eyupmert@gazi.edu.tr ÖZET Takım ömrü işlenebilirlik çalışmalarında maliyeti etkileyen en önemli etkenlerden biridir. Delme işlemlerinde kullanılan parametrelerin takım ömrü üzerine etkisinin önemli olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, sanayide son yıllarda büyük bir oranda kullanılan Vermiküler Grafitli Dökme Demir in (CGI) delme işleminde kullanılan parametrelerin takım ömrü üzerine etkisi incelenmiştir. CGI özellikle otomotiv, savunma ve ağır makine sanayisinde sıkılıkla kullanılan malzemeler arasındadır. Deneyler sırasında TiN kaplamalı ve kaplamasız iki farklı türde, 118 ve 135 uç açılarına sahip olmak üzere toplam dört çeşit HSS matkap kullanılmıştır. Delme operasyonu kuru şartlarda, iki farklı kesme hızında ve iki farklı ilerleme değerinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen verilere bakıldığında delme parametrelerinin ve kaplamanın takım ömrü üzerine etkisinin olduğu gözlenmektir. Anahtar kelimeler: Vermiküler grafitli dökme demir, delinebilirlik, takım ömrü ABSTRACT Tool life is one of the most important factors which effect costs on machinability studies. It is well known that the parameters used in drillling operations have big importance on tool life. In this study, the influence of the parameters used in drilling operation on tool life was investigated on compacted graphite iron (CGI), which is widely used in industry recently. CGI is one of the frequently used materials in automotive, defence and heavy machinery industries. During the experiments, four different HSS drills were used and the properties of the drills were TiN coated, uncoated and two different tip angles (118 and 135 ). The experiments were performed with two different cutting speeds and two different feed rates in dry conditions. Considering the obtained datas from the experiments, it was observed that the effects of drilling parameters and coating are important on tool life. Key Words: CGI, drillability, tool life 1. GİRİŞ Vermiküler Grafitli Dökme Demirler (CGI) sanayide otomotiv endüstrisinde, savunma sanayinde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Mukavemet özellikleri üstün olan bu malzeme, özellikle yüksek basınçlı yanma odalarının imalatında kullanılmaktadır. CGI nın işlenmesi esnasında işlenebilirlik açısından birçok problemle karşılaşılmaktadır [1,2]. Dökme demirlerin işlenebilirliği, dökümün tipine ve mikro yapısına bağlıdır. Ferritik dökme demirin işlenebilirliği kolayıdır ama beyaz dökme demirin işlenebilirliği zordur. CGI nın işlenebilirliği ise beyaz dökme demir ile ferritik dökme demir arasında bir zorluğa sahiptir[3]. Takım ömrü, kesici takım ile iş parçası arasında temas eden yüzeylerde gerçekleşen malzeme kaybıdır. Takım aşınması metal kesme işlemlerinin kaçınılmaz bir sonucudur. Kesme parametrelerini uygun şartlarda belirlenmesi ile takım ömrünün daha uzun olması ve işlenen iş parçasının yüzey kalitesinin de daha iyi olması istenmektedir. Takım ömrü maliyet ve verimlilik açısından önemli bir faktördür [4]. Delme işlemi talaşlı imalat sektörünün en önemli talaş kaldırma işlemlerinden biridir. Talaşlı imalat yöntemlerinden delik delme yöntemi ekonomikliği ve basit uygulanabilirliği gibi sebeplerden dolayı hala en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir[5]. Vermiküler grafitli dökme demirin delinmesine yönelik yapılan bir diğer çalışmada ise TiN, AlCrN, TiSiN kaplamalı matkap kullanılarak CGI nın delinme performansı incelenmiştir. Artan kesme hızına bağlı olarak kesme kuvvetinin arttığı belirlenmiş. Cr kaplı 1833

2 matkaplar ile daha uzun takım ömrü elde edildiği tespit edilmiştir [6]. Başka bir çalışmada Vermiküler grafitli dökme demirin işlenebilirliğini incelemişler. İlerleme miktarının artması ile kesme kuvvetinin arttığı görülmüştür. İlerleme miktarının artışı ile yüzey pürüzlülüğü de belirgin bir şekilde artmıştır[7]. Vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesinde 4 farkı kesme hızı ve 3 farklı ilerleme miktarı kullanmışlar ve bu deneylerde ilerleme miktarının düşmesi ile ilerleme kuvveti düşmüştür. Bu deneyde kullanılan parametrelerin takım ömrü üzerindeki etkilerine bakılmıştır[8]. Bu çalışmada sanayide önemli bir yere sahip olan CGI malzemesinin iki farklı uç acısına ve iki farklı kaplamaya sahip matkaplarla delinebilirlik deneyleri yapılmıştır. Farklı uç açılarına sahip kaplamalı ve kaplamasız matkaplarla yapılan deneylerde değişen kesme şartlarına bağlı olarak matkapların takım ömrüne, yüzey pürüzlülüğüne ve çaptan sapmasına bakılmıştır. 2. MATERYAL VE METOT 2.1. Kesici Takımlar Delinebilirlik deneyleri için 118 o kaplamalı ve kaplamasız, 135 o kaplamalı ve kaplamasız olmak üzere dört farklı HSS matkap kullanılmıştır. Kullanılan matkapların özellikleri aşağıdaki Tablo 1. de verilmiştir Deney Numuneleri Tablo 1. Kullanılan matkaplar ve özellikleri Kısaltma Matkap Çapı Matkap malzeme Cinsi Kaplama Uç açısı o K118 TiN mm HSS o K135 TiN 135 o Delme deneylerinde kullanılmak üzere Vermiküler grafitli dökme demir (CGI) malzemesi kullanılmıştır. Vermiküler grafitli dökme demir sanayide otomotiv endüstrisinde, savunma ve ağır makine sanayisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Deneylerde kullanılan CGI malzemesinin kimyasal bileşenleri Tablo 2. de ve mekanik özellikleri Tablo 3. de verilmiştir. Tablo 2. Vermiküler grafitli dökme demirin (CGI) kimyasal bileşenleri (% ağırlık) Mikro yapı C Si Mn P S Cr Ni Mo 3,82 1,804 0,337 0,031 0,015 0,074 0,013 0,002 Perlitik Cu Mg Sn Ti Al Zn Bi Fe 0,879 0,014 0,092 0,0203 0,008 0,082 0,007 Kalan Tablo 3. Vermiküler grafitli dökme demirin mekanik özellikleri Özellikler Vermiküler grafitli dökme demir (CGI) Çekme Dayanımı (MPa) 502,7 % 0.2 Akma Sınırı (MPa) 284,30 Uzama % 0,40 Sertlik (HV) 280 Darbe Dayanımı (J/cm 2 ) 8,6 Deney numuneleri Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümü laboratuvarlarında 100x80x20,5 mm boyutlarında kesilmiştir. Delme deneyleri için yüzeyler taşlanarak paralel hale getirilmiştir. Son işlem olarak numuneler düzlem taşlamada taşlanarak yüzeylerindeki pürüzlülük ideal hale getirilmiştir. Deney numuneleri ölçüleri ve deliklerin yerleşim planı şekil 1. de gösterilmektedir. 1834

3 2.3. Takım Tezgâhı Şekil 1. Deney numunesi ölçüleri ve deliklerin yerleşim planı Takım ömrü deneyleri Gazi Üniversitesi Teknolojisi Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümü CNC Laboratuvarında bulunan Johnford VMC-550 marka FANUC kontrol ünitesine sahip sanayi tipi CNC dik işleme merkezinde yapılmıştır. Dik işleme merkezinin özellikleri Tablo 4. de verilmiştir. Tablo 4. Dik işleme merkezinin özellikleri Tezgahın Gücü 5 KW En Yüksek Devir Sayısı 6000 rpm/min Sırayla x, y, z ekseni 600, 500, 600 mm Ölçü Hassasiyeti 0,001 mm İşletim Sistemi Fanuc 2.4. Deney Düzeneği ve Kesme Parametreleri Delinebilirlik deneylerinde, kesme kuvveti ölçümleri dik işleme merkezine bağlanan KISTLER 9272A tipi dinamometre ile yapılmıştır. Dinamometreden gelen verileri amplifier yardımı ile bilgisayara aktarılmıştır. Aktarılan bu verilerin işlenmesi ve grafiklerin elde edilmesi için Windows işletim sistemi ile uyumlu KISTLER Dynoware yazılımı ile veriler grafiğe dönüştürülmüştür. Tablo 5. de kullanılan dinamometre özellikleri verilmiştir. Şekil 2. de parçayı dinamometreye bağlamak için bağlama kalıbı kullanılmıştır [9]. Şekil 3. de takım ömrü için deney düzeneği verilmektedir. Tablo 5. KISTLER 9272A tipi dinamometre özellikleri Dinamometre Ölçüm Aralığı Fx (kn) Fy (kn) Fz (kn) Mz (Nm)

4 Şekil 2. Dinamometre ve bağlama kalıbı Şekil 3. Deney düzeneği Delme deneyleri kuru kesme şartlarında, iki farklı kesme hızı (21, 24.2 m/dak) ve iki farklı ilerleme (0.1, mm/dev) kullanılarak gerçekleştirilmiş olup delme derinliği 20,5 mm olarak alınmıştır. Parametre seçimleri kesici takım kataloğu ve literatüre göre belirlenmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Yapılan deneyler sonucunda çıkan değerler aşağıda grafikler halinde verilmiştir. Kısaltmalar; : kesme hızı 24,2 m/dak, ilerleme hızı 0,125 mm/dev anlamına gelmektedir, : kesme hızı 21 m/dak, ilerleme hızı 0,1 mm/dev anlamına gelmektedir. 1836

5 Şekil 4. Takım ömrü grafiği Takım ömrü grafiği incelendiğinde kesme parametreleri açısından kesme şartında daha iyi takım ömrü sonuçlarının elde edildiği görülmektedir. Bu durum kesme hızının ve ilerlemenin düşmesi ile kaldırılan talaş miktarının azalmasıyla açıklanabilir. Talaş hacminin azalması ile takıma etki eden küvetlerin azalması ve ısının azalması ile takım ömrünün arttığı söylenebilir[8,9]. Takım geometrileri açısından grafiği değerlendirdiğimizde 118 uç açılı takımlar ile daha iyi takım ömrü sonuçları ölçülmüştür. 118 kesme uç açılı takımın 135 kesme uç açılı takıma göre kesme parametresinde yaklaşık olarak kaplamlı ve kaplamasız takımlar için 6 kat daha iyi takım ömrü tespit edilmiştir. kesme parametresinde bu durum kaplamasız takım için 1,5 kat olurken, kaplamalı takımda ise 6,8 kat daha iyi takım ömrü ölçülmüştür. Şekil 5. İlerleme kuvveti grafikleri Delik delme işleminde en etkili kuvvet değerleri ilerleme yönünde oluştuğu için kesme kuvveti açısından ilerleme kuvveti değerleri dikkate alınmıştır. İlerleme kuvveti grafiklerine bakıldığında genel olarak kuvvetlerin alınan yol ile yükseldiği görülmüştür. Her iki kesme parametresinde de en düşük ve en yüksek kesme kuvveti aynı matkaplarda görülmüştür. En düşük ilerleme kuvveti kesme parametresinde 135 uç açılı kaplamasız matkap ile 773 N olarak ölçülmüştür. En yüksek ilerleme kuvveti ise kesme parametresinde de 118 uç açılı kaplamasız matkap ile 1728 N olarak ölçülmüştür. 1837

6 Şekil 6. Yüzey pürüzlülük grafikleri Yüzey pürüzlülük değerleri genel olarak alınan yola göre arttığı görülmüştür. kesme parametresinde 135 o uç açılı matkaplarla en iyi yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. En kötü yüzey pürüzlülük değeri ise kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamasız matkapta 6,56 µm olarak görülmüştür. En iyi değer ise 118 uç açılı kaplamalı takım ile kesme parametresinde 3,42 µm olarak ölçülmüştür. Şekil 7. Çaptan sapma grafikleri Şekil 7 genel anlamda inceleyecek olursak matkaplarla delme işlemi yapıldıkça matkaplardaki aşınmadan dolayı çaptan sapma değerlerinin düştüğü görülmüştür. Bu durum takım yan yüzey aşınmasının artması ile takım çapının küçülmesi ile açıklanabilir. Bütün matkaplarda delme işlemi yapıldıkça çap değerlerinde iyi sonuç alınmıştır. En iyi çap değerini kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamasız matkapla 8,033 mm olarak görülmüştür. En kötü değer ise kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamalı matkapta 8,126 mm olarak görülmüştür. Şekil 8. Dairesellik grafikleri 1838

7 Şekil 8 i genel olarak inceleyecek olursak delik delme işlemi yapıldıkça dairesellik değerlerinin artış gösterdiği görülmüştür. Bu durum takımın aşınması ile takım geometrisinin bozulması ile açıklanabilir. En iyi dairesellik değerleri kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamasız matkapta mm olarak görülmüştür. En kötü değer kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamalı matkapta 0,124 mm olarak görülmüştür. Şekil 9. Silindiriklik grafikleri Şekil 9 grafiklere bakıldığında en iyi silindiriklik değeri kesme parametresinde 135 uç açılı kaplamalı matkapta 0,009 mm olarak görülmüştür. En kötü değer ise kesme parametresinde 118 uç açılı kaplamalı matkapta 0,077 mm olarak görülmüştür. kesme parametresinde genel olarak silindiriklik değerlerinin alınan yola bakıldığında artış gösterdiği görülmektedir. 4. SONUÇLAR Vermiküler grafitli dökme demirin delinebilirliğinin incelenmesi için HSS kaplamalı ve kaplamasız matkaplar kullanılmıştır. Yapılan deneyler neticesinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. 1. Kesme hızı ve ilerleme kuvvetinin artması tüm takımlarda takım ömrünün kısalmasına sebep olmuştur. 2. Kesme şartları 21 m/dak kesme hızı, 0,1 mm/dev ilerleme miktarında kullanılan 118 o uç açısına sahip matkaplarda kaplamanın iyi sonuçlar verdiği görülmüştür o olan tüm matkaplarda keme şartları değişmesine rağmen 135 o olan matkaplara göre takım ömrünün daha fazla olduğu tespit edilmiştir. 4. En iyi takım ömrü 21 m/dak kesme hızı ve 0,1 mm/dev ilerleme miktarında kaplamalı 118 o uç açılı matkapta 215 cm olarak tespit edilmiştir. 5. Kesme parametresi 21 m/dak kesme hızı ve 0,1 mm/dev ilerleme miktarında kaplamalı 118 o uç açılı matkapta düşük ilerleme kuvvetleri ölçülmüştür. 6. En iyi yüzey pürüzlülük değeri ise 118 uç açılı kaplamalı matkapta 24,2 m/dak kesme hızı, 0,125 mm/dev ilerleme miktarında 3,42 µm olarak ölçülmüştür. 7. En iyi çap değerini 24,2 m/dak kesme hızı, 0,125 mm/dev ilerleme miktarında 118 uç açılı kaplamasız matkapla 8,033 mm olarak ölçülmüştür. 8. En iyi dairesellik değerleri 21 m/dak kesme hızı ve 0,1 mm/dev ilerleme miktarında 118 uç açılı kaplamasız matkapta mm olarak ölçülmüştür. 9. En iyi silindiriklik değeri 24,2 m/dak kesme hızı, 0,125 mm/dev ilerleme miktarında 135 uç açılı kaplamalı matkapta 0,009 mm olarak ölçülmüştür o olan matkapların CGI nın delinebilirliğine uygun olmadığı tespit edilmiştir. 1839

8 5. TEŞEKKÜR Gazi üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölüm Başkanlığına deneylerin yapılabilmesi için bizlere verdiği imkânlar için teşekkür ederiz. 6. KAYNAKLAR [1]. Cooper, K. P., Loper, C. R., Some Properties of Compacted Graphite Cast Iron, American Foundry Society Transactions, 86: (1978). [2]. Melleras, E., Guesser, W.L., Boehs, L., Study of Machinability of Compacted Graphite Iron for Drilling Process, Journal of the Brezilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 26, 22-27, (2004). [3]. Murthy, V.S.R., Kishore, Seshan, S., Characteristics of Compacted Graphite Cast Iron, Transactions of the American Foundrymen's Society, 92: (1984). [4] Ertunc H.M., Loparo K.A., A Decision Fusion Algoritm For Tool Wear Condition Monitoring In Drilling, Internatıonal Journal Of Machıne Tools & Manufacture 41, pp , july [5] Meran, C., The joint properties of brass plates by friction stir welding, Materials and Design, 27, , 2006 [6] Jose M.F. de, Paiva Jr., Fred L. Amoroim, P. Soares, Ricardo D. Torres Evaluation of Hard Caoting Performance in Drilling Compacted Graphite Iron (CGI) May 30, 2013 [7] Mavi A., Korkut İ., Vermiküler Grafitli Dökme Demirlerin İşlenmesinde Kesme Parametrelerinin Kesme Kuvvetleri ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Regresyon Analizi ile Modellenmesi, Politeknik Dergisi Cilt:13 Sayı: 4 s , 2010 [8] Mavi A., Korkut İ., Vermiküler Grafitli Dökme Demirin İşlenebilirliğinin Deneysel Olarak Araştırılması, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), Mayıs 2009 [9] Uzun G., Korkut İ., Delme ve Frezelemedeki Kesme Kuvvetlerinin Ölçülmesi İçin Deney Seti Tasarımı ve İmalatı, 6th International Advanced Technologies Symposium, Elazığ,16-18 May 2011 [10] Çiçek A., Ekici E., Uygur İ., Akıncıoğlu S., Kıvak T., AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Delinmesinde Derin Kriyojenik İşlemin Takım Ömrü Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması, SDU International Journal of Technological Science, Vol. 4, No 1, pp. 1-9, June 2012 [11] Okay Ş., Kaplan Y., Motorcu A.R., Nalbant M., AISI D2 ve AISI D3 Soğuk İş Takım Çeliklerinin Delinmesinde Kesici Takım Aşınması Karakteristiklerinin ve Kaldırılan Talaş Hacimlerinin Değerlendirilmesi 7th International Advanced Technologies Symposium (IATS 13), 30 October-1 November 2013 Yazışma Adresi: Ad, Eyüp MERT Posta adresi, Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümü Yenimahalle/ANKARA Telephone and address. BİYOGRAFİ Eyüp MERT, 23/03/1989 yılında Kırıkkale nin Merkez ilçesinde dünyaya geldim. Kırıkkalede Kırıkkale Teknik Liseden CNC Bölümünü 2007 yılında bitirdim. Ankarada Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Talaşlı Üretim Öğretmenliği Bölümünü başarılı bir şekilde 2011 yılında tamamladım. Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümünde yüksek lisansa başladım yılında yüksek lisans yaparken Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak göreve başladım yılında evlendim. 1840