AISI 1040 Çeliğinin Tornalanmasında Kesme Şartlarının Yüzey Pürüzlülük Değerlerine Etkilerinin İncelenmesi

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "AISI 1040 Çeliğinin Tornalanmasında Kesme Şartlarının Yüzey Pürüzlülük Değerlerine Etkilerinin İncelenmesi"

Koray Ayik
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Dr.Öğr.Üyesi Elif MALYER 06 Aralık 2018 AISI 1040 Çeliğinin Tornalanmasında Kesme Şartlarının Yüzey Pürüzlülük Değerlerine Etkilerinin ÖZET Çalışmanın amacı AISI 1040 çeliğinin işlenebilirliği ile ilgili genel bilgi sahibi olmaktır. Bu amaçla literatürde belirtilen konu ile ilgili çalışmalar taranmıştır. Kesme parametrelerinin işlenebilirliğe etkilerini daha rahat inceleyebilmek adına; literatürdeki çalışmalar, talaş kaldırma yöntemi tornalama ve işlenebilirlik kriteri olarak yüzey pürüzlülük değeri sabit tutularak incelenmiştir. Çalışmalar incelendiğinde kesicinin uç radüsünün, yanaşma ve talaş açıları ile ilerleme miktarının belirtilen malzemenin işlenmesinde daha etkili olduğu tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: AISI 1040, tornalama, yüzey pürüzlülüğü GİRİŞ AISI 1040 çeliği, ağırlıkça yaklaşık % 0,4 C içeriği ile alaşımsız çelikler grubundandır. Bu malzeme, transmisyon millerinin, rayların, dişlilerin, motorların, orta zorlamalı şartlarda çalışan makine parçalarının ve kalıp setlerinin imalatında kullanılmaktadır [1-3]. Herhangi bir ısıl işlem uygulanmadığı takdirde AISI 1040 çeliğinin içyapısı ferrit ve az miktarda perlitten oluşur ve sertliği yaklaşık 20HRc civarındadır. Kullanılacağı çalışma ortamına göre malzemeye, normalizasyon, temperleme, sertleştirme gibi farklı ısıl işlemler uygulanabilmektedir. Uygulanan ısıl işleme göre değişmekle birlikte belirtilen malzemenin sertliği yaklaşık 50HRc ye kadar ulaşabilir [4]. Piyasada bulunan aynı malzemelerin farklı kimyasal kompozisyonlara sahip olabildiğini göstermek adına incelenen deneysel çalışmalarda kullanılan AISI 1040 çeliğinin kimyasal kompozisyonları Tablo 1 de karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Diğer yandan malzemenin mekanik özelliklerinin işlenebilirliğe etkilerini değerlendirmek adına malzemeye ait bazı mekanik özellikler Tablo 2 de verilmiştir. Belirtilen malzemenin sertliğinin düşük olması, dolayısıyla sünekliğinin yüksek olması nedeniyle bu malzemeleri işlerken talaş sıvanması ve yığma kenar oluşumu meydana gelmektedir. Bu olumsuz nedenler takım ömrünü azaltırken yüzey kabalığını arttırmaktadır [5]. 1

2 Tablo 1. AISI 1040 Çeliğinin Kimyasal Kompozisyonu (Ağırlıkça %) Referans Mn Si S P Diğer C Fe 1 0,60-0,90 0,40 0,035 0,030-0,36-0,44 Kalan 6 0,485 0,176-0,0224 0,571 0,418 Kalan 2 0,6-0,9 0,15-0,35 0,05 0,04-0,37-0,44 Kalan 7 0,799 0,247 0,0422 0,0166 0,646 0,365 Kalan 8 0,799 0,247 0,0422 0,0166 0,855 0,365 Kalan 3 0,6-0,9 0,15-0,35 0,05 0,04-0,37-0,44 Kalan Tablo 2. AISI 1040 çeliğinin mekanik özellikleri [4]. Çekme Akma Kesme Elastikiyet Sertlik Yüzde uzama Mukavemeti Mukavemeti Mukavemeti Modülü (HB) miktarı (%) (MPa) (MPa) (MPa) (GPa) MATERYAL METOD Çalışmada incelenen deneylerde farklı marka, kalite ve geometrilerde kesici ve katerlerin, işlem değişkenleri olarak genellikle kesme hızı, ilerleme miktarı ve talaş derinliği kullanıldığı görülmüştür. Deneylerde tercih edilen kesici ile katerlere ait bilgiler ve kesme parametreleri sırasıyla Tablo 3, 4 ve 5 te verilmiştir. Çalışma kapsamında taranan deneysel çalışmalar incelendiğinde tüm deneylerin kuru şartlarda gerçekleştirildiği ve hazırlanan deney numunelerinin üstünde bulunan cüruf tabakasının takım ömrünü etkilememesi için yaklaşık 0,3mm talaş kaldırıldığı görülmüştür. Kavak ve Üstel (2012) çalışmalarında talaş derinliğini sabit tutmuş ve kesme hızı ile ilerleme miktarının malzemenin yüzey pürüzlülüğüne etkisini incelemişlerdir. Çalışmada elde edilen en düşük yüzey pürüzlülük değerinin 2.15μm olduğunu ve bu değerin 128 m/dak kesme hızı ve 0.16 mm/dev ilerleme miktarında, en yüksek yüzey pürüzlülük değerinin ise 5.17μm olduğu ve bu değerin de 46 m/dak kesme hızı ve 0.28 mm/dev ilerleme miktarında elde edildiği belirtilmiştir. Diğer yandan araştırmacılar, malzemenin tornalanması sırasında elde edilen talaş 2

3 tiplerinin, kullanılan kesme hızı ve ilerleme miktarı değerleri ile değiştiğini tespit etmişler, en kötü yüzey pürüzlülüğünün elde edildiği şartlarda borusal arapsaçı şeklinde talaşlar elde edilirken en iyi yüzey pürüzlülük değerinin elde edildiği şartlarda ise düğümlenmiş şerit biçiminde talaş çıktığı belirtmişlerdir. Şekil 1 de elde edilen talaş tipleri verilmiştir [1]. Tablo 3. Taranan makalelerde kullanılan kesici bilgileri. Ref. Uç Uç radüsü Boşluk Marka Geometrisi (mm) açısı ( ) Malzeme Kaplama 1 Böhler S (Kare) Sementit Yok 6 Kennametal S (Kare) 0.8, Seramik Al 2 O 3 +TiCN (PVD) 2 D (Eşkenar Korloy dörtgen) Karbür Var (belirtilmemiş) 7 C (Eşkenar Böhler dörtgen) 0.4, 0.8, Karbür TiC 8 Stellram S (Kare) Karbür Yok 9 C (Eşkenar Belirtilmemiş dörtgen) Sementit Belirtilmemiş 3 Taegutec K (Baklava dilimi) Karbür TiCN+Al 2 O 3 +TiN Tablo 4. Taranan makalelerde kullanılan kater bilgileri. Ref. Kater ebatları Katerin tam boyu ISO kodu Yanaşma açısı ( ) (mm) (mm) 1 CSSPR 2020K x Belirtilmemiş Belirtilmemiş Belirtilmemiş Belirtilmemiş 2 DDJNR 2525M x PCLNR 2020K x SSBCR 2525M x DCLNR 2020K x CKJNR2525M x Motorcu ve Şahin (2004), çalışmalarında öncelikle malzemeye ısıl işlem uygulamışlar ve ısıl işlem sonrasında malzemenin sertliğini yaklaşık 56HRc olarak ölçmüşlerdir. Deney parametresi olarak kesme hızı, ilerleme miktarı, talaş derinliği ve uç yarıçapını belirleyen 3

araştırmacılar, yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili parametrelerin sırasıyla uç yarıçapı ve ilerleme miktarının olduğunu belirmişler ve diğer parametrelerinin etkilerinin anlamsız olduğunu rapor

4 araştırmacılar, yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili parametrelerin sırasıyla uç yarıçapı ve ilerleme miktarının olduğunu belirmişler ve diğer parametrelerinin etkilerinin anlamsız olduğunu rapor etmişlerdir [6]. Tablo 5. Taranan makalelerde kullanılan kesme değişkenlerine ait bilgiler. Ref. Kesme hızı İlerleme miktarı (mm / (m / dak) dev) Talaş derinliği (mm) 1 46, 91, , 0.22, , , , , 225, 250, , 0.25, 0.35, , 2.5, 3.5, , 100, 120, 150, , 143, , 0.104, , 1.0, , 220, , 0.30, , Şekil 1. Kesme hızı ve ilerleme miktarının değişimi ile elde edilen talaş tipleri [1]. 4

5 Akkuş ve ark. (2017), deneylerinde dört faklı kesme hızı, ilerleme miktarı ve talaş derinliği kullanmışlardır. Çalışmada en düşük yüzey pürüzlülük değerinin yaklaşık 5.65μm olarak elde edildiği ve bu değerin 250 m/dak kesme hızı, 0.15 mm/dev ilerleme miktarı ve 3.5 mm talaş derinliği değerlerinin kullanıldığı şartlarda elde edildiği belirtilmiştir [2]. Neşeli ve Yaldız (2007), deneylerinde diğer çalışmalardan farklı olarak kesme hızı, ilerleme miktarı ve talaş derinliği değerlerini sabit tutmuşlar, buna karşın üç farklı yaklaşma açısı ve talaş açısı kullanarak bu değişkenlerin yüzey pürüzlülüğü değerlerine etkilerini incelemişlerdir. Çalışmada, en iyi yüzey pürüzlülük değerinin en küçük talaş ve yaklaşma açılarında elde edildiği, yaklaşma açıları sabit tutulduğu ve talaş açılarının arttığı şartlarda yüzey kabalığının arttığı, yaklaşma açısının 60 olduğu şartlarda talaş açısı arttıkça yüzey pürüzlülük değerinin %12 artarken bu değerin yaklaşma aşısının 75 ve 90 olduğu şartlarda sırasıyla %16 ve %20 arttığı tespit edilmiştir [7]. Günay (2008), çalışmasında talaş derinliği ve ilerleme miktarını sabit tutmuş, kesme hızı ve talaş açısı değerlerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiş, sonuç olarak negatif talaş açısı değerlerinin, pozitif talaş açısı değerlerine kıyasla daha kötü yüzey pürüzlülüğü verdiğini, en iyi yüzey kalitesinin talaş açısının 10 yi geçtiği şartlarda elde edildiği belirtmiştir. [8]. Yardımeden ve Turan (2015), çalışmalarında kesme hızı, ilerleme miktarı ve talaş derinliğini deney değişkeni olarak belirlemişler ve diğer çalışmalardan farklı olarak kesme kuvvetlerini ölçmüşlerdir. Araştırmacılar üç farklı kesme derinliğinde de kesme hızının artmasıyla kesme kuvvetlerinin azaldığını tespit etmişler ve bu düşüşü ise kesme esnasında harcanan enerjinin hemen hemen tamamının kayma düzleminde kesici takımın çevresinde ısı enerjisine dönüşmesi ile açıklamışlardır [9]. Yaka ve ark. (2016), da çalışmalarında öncelikle malzemeye ısıl işlem uygulamışlar ve sonucunda da malzemenin sertliğini yaklaşık 46 HRc olarak ölçmüşlerdir. Deney değişkeni olarak kesme hızı, ilerleme miktarı ve talaş derinliği seçen araştırmacılar en iyi yüzey pürüzlülük değerinin en düşük değerlerde (kesme hızı-200 m/dak, ilerleme miktarı-0.25 mm/deb, talaş derinliği 1.5mm) elde edildiğini belirtmişlerdir [3]. 5

6 SONUÇ VE TARTIŞMA Çalışmada taranan deneysel çalışmalar göz önüne alındığında AISI 1040 malzemenin işlenmesinde kullanılan kesme hızı değerlerinin m/dak, ilerleme miktarının mm/dev, talaş derinliğinin ise mm aralığında kullanıldığı görülmektedir. Tüm çalışmalar incelendiğinde kesme hızının yaklaşık 200 m/dak, ilerleme miktarının yaklaşık 0.2 mm/dev, alındığı şartlarda en iyi yüzey pürüzlülük değerinin elde edildiği görülmektedir. Talaş derinliği için ise bu değer mm aralığındadır. Diğer yandan yanaşma açısının küçük, talaş açısının pozitif ve büyük seçildiği şartlarda daha iyi yüzey kalitesi elde edildiği söylenebilir. Kaynaklar 1. Kavak, N. (2012). AISI 1040 çeliğinin kuru tornalanmasında yüzey pürüzlülüğünün incelenmesi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), Motorcu, A. R., & Şahin, Y. Sertleştirilmiş aısı 1040 çeliğinin seramik kesici takımla işlenmesinde yüzey pürüzlülüğünün taguchi metodu ile değerlendirilmesi. On Birinci Uluslararası Makina Tasarım ve İmalat Kongresi Ekim 2004, Antalya 3. Akkuş, H., Yaka, H., & Uğur, L. (2017). Tornalama işleminde yüzey pürüzlülüğü değerlerinin istatistiksel incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(4), Çakır C. Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı Yayınları, Bursa, Neşeli, S., & Yaldız, S. (2007). Tornalamada Yaklaşma Açısı ve Talaş Açısına Bağlı Tırlama Titreşimlerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkileri. Politeknik Dergisi, 10(4). 7. Gunay, M. (2008). Investigation of the interaction between the surface quality and rake angle in machining of AISI 1040 steel. Sigma-Journal of Engineering and Natural Sciences, 26(2), Yardımeden, A., & Turan, A. (2015). AISI 1040 çeliğin tornalamasında kesme parametrelerinin kesme kuvvetine etkisi. DÜMF Mühendislik Dergisi, 6(1), Yaka, H., Akkuş, H., & Uğur, L. (2016). AISI 1040 Çeliğininin Tornalamasında Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Taguchi Metodu İle Optimizasyonu. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(2). 6

Benzer belgeler

AISI 1040 Çeliğinin Kuru Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün İncelenmesi

AISI 1040 Çeliğinin Kuru Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün İncelenmesi Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi / Karaelmas Science and Engineering Journal 2 (2), 24-29, 2012 Karaelmas Science and Engineering Journal Journal home page: http://fbd.karaelmas.edu.tr Araştırma Makalesi