ALÜMİNYUM MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MATKAP İLE DELİNMESİ KONUSUNDA YAPILAN ÇALIŞMALARIN İNCELENMESİ

Transkript

1 MAKALE ALÜMİNYUM MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MATKAP İLE DELİNMESİ KONUSUNDA YAPILAN ÇALIŞMALARIN İNCELENMESİ Yrd. Doç Dr., Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Beşiktaş, İstanbul ÖZET Metal matrisli kompozit malzemelerde, alüminyum alaşımlarından matris malzemesi olarak faydalanılması gitgide yaygınlaşmaktadır. Takviye malzemesi olarak, uygunluğu nedeniyle, en fazla SiC ve Al 2 partiküller kullanılmaktadır. Takviye malzemelerinin sertliklerinin çok yüksek olması ise, bu tür kompozit malzemelerin talaşlı şekillendirme yöntemleri ile işlenmesinde çeşitli sorunlar yaratmaktadır. Şekillendirme için seçilen işlem parametrelerinin takım ömrü ve iş parçası yüzey kalitesi üzerinde önemli rolleri vardır. Bu çalışmada, matkap ile delik delme konusunda, uygun işlem parametrelerinin bulunması amacıyla yapılan çalışmalar incelenmiş ve elde edilen sonuçlar verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kompozit malzemeler, delik delme, takım aşınması A REVIEW OF DRILLING FOR ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE MATERIALS ABSTRACT Aluminium alloys usage as matrix material in metal matrix composites is continuously increasing. SiC and Al 2 particles are the most common elements as a reinforced material, due to theirs compliance. Since very high hardness reinforcing elements, several problems occur machining of these kind of composite materials. The process parameters which are selected for machining have crucial role of the tool life and the workpiece surface quality. In this study, a literature review was made in order to find the appropriate process parameters for drilling processes and the results are given. Keywords: Composite materials, drilling, tool wear Geliş tarihi : Kabul tarihi : Şahin, İ Alüminyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Matkap ile Delinmesi Konusunda Yapılan Çalışmaların İncelenmesi, Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s Mühendis ve Makina 9

2 1. GİRİŞ Metal matrisli kompozit (MMK) malzemeler metal veya alaşımından meydana gelen bir metal matris ile çoğunlukla partikül haldeki takviye malzemesinin makro ölçekte karışımından oluşur. MMK malzemelerde partikül takviye olarak; metal karbürler (SiC, TaC, WC, B 4 C), metal nitrürler (TaN, ZrN, Si 3 N 4, TiN), metal borürler (TaB 2, ZrB 2, TiB 2, WB) ve metal oksitler (ZrO 2, Al 2, ThO 2, SiO 2 ) kullanılmaktadır [1]. MMK malzemelerde matris malzemesi olarak genellikle hafif metaller tercih edilmektedir. Al ve alaşımları, bu metallerin başında gelmektedir. Ayrıca, Cu, Mg, Ti, Zn ve Pb da metal matris malzemesi olarak kullanılmaktadır. Matris malzemesi; oksitlenme ve korozyon direnci veya diğer özellikler de göz önüne alınarak seçilebilir [2]. Al ve alaşımları, düşük yoğunluğa sahip olması, kolay şekillendirilebilmesi ve takviye malzemesi ile iyi uyum göstermesi nedeniyle en yaygın kullanılan matris malzemesidir. Düşük yoğunluk, mükemmel dayanım, tokluk ve korozyon dirençleri nedeniyle havacılık alanında önemli uygulama alanları bulmaktadır. Özellikle Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu ve Al-Li alaşımları, çökelme sertleşmesi gösterebilen çok önemli alaşımlardır [3]. MMK malzemelerde matris malzemesi olarak en çok kullanılan Al alaşımları 2014, 2124, 6061, 7075 ve 8090 dır [1]. Döküm Al-Si-Mg alaşımları, matris malzemesi olarak özel bir grup oluştururlar. A356 ve A357 alaşımlarının yüksek saflığından dolayı, sünekliği yüksektir ve ekstrüzyon işlemi, pürüzsüz yüzeyli mükemmel sonuçlar vermektedir. SiC takviyeli MMK lerin sıvı faz yöntemleriyle üretilmeleri için uygun matris malzemeleridir [4]. Seramik partikül takviyeli Al alaşımı matrisli kompozit malzemelerin mekanik özellikleri; matris özelliklerine, ıslatma kabiliyetine, takviye miktarına ve partikül takviyenin çapına bağlı olarak değişmektedir [1]. Otomotiv, ulaşım ve inşaat endüstrilerindeki uygulamalar için maliyet ana faktörlerdendir. Matris olarak Al alaşımının kullanılması, düşük maliyet ve taşıma kolaylığını da içine alan bazı avantajlarından dolayı tercih edilmektedir lardan beri Al alaşımlı otomotiv parçalarının, dökme demirin yerini aldığı görülmektedir. Toyota Motor Company, 1983 başında, MMK lerin ilk ticari uygulaması olarak dizel motor pistonunu imal etmiştir [5]. Japonya da 1981 de bir araştırma-geliştirme programı başlatılmıştır. MMK malzeme için, matris malzemesi olarak Al ve Ti alaşımı, takviye malzemesi olarak da SiC ve Al 2 fiberler ve diğer birçok malzeme seçilmiştir. Araştırma esas olarak, üretim ve şekillendirme teknolojisi ile tasarım teknolojisi yönünde olmuş ve bu araştırmaların sonuçları, enerjiyle ilgili cihazlar ve uzay araçlarında kullanılmışlardır [6] da Honda şirketi, Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya da benzinli motorlarda silindir bloğunda yeni bir MMK teknolojisi uygulamış; Al ve Al esaslı MMK malzemeden silindir bloğu imal etmiştir. Önceki Al motorlarla karşılaştırıldığında, ağırlıkta %20 ye varan bir azalma, dökme demirden yapılmış bir silindir bloğuyla karşılaştırmada ise %50 lik bir ağırlık azalması sağlanmıştır [5]. Al matrisli kompozit malzemeden imal edilen parçalara verilebilecek diğer örnekler fren diskleri ve fren kampanalarıdır. Bunlar partikül takviyeli olarak imal edilmektedir. Böylece fren diskleri için önemli olan düşük ağırlık elde edilmiş olmaktadır. Ayrıca aşınma direnci iyileşmektedir ve iyi bir ısı iletimi sayesinde, oluşan ısı uzaklaştırılmaktadır [7]. Bir diğer uygulama, aşınma direncinin ve düşük ağırlığın önemli olduğu kış şartlarındaki yollarda kullanılan, bir Duralcan malzemesi olan %15 Al 2 takviyeli AA6061 den dövme tekerlek çivilerinin imalatıdır [7]. Partikül takviyeli Al matrisli kompozit malzemenin önemli bir potansiyel ticari uygulaması, otomotiv şaftlarının imalatıdır. Partikül takviyeli, özellikle Al ve Mg gibi hafif MMK ler, spor malzemeleri uygulamalarında da kullanılmaktadır. Mükemmel bir örnek, dağ bisikleti yapımında Duralcan partikül takviyeli MMK lerin kullanılmasıdır. Bu bisikletler, yaklaşık %10 Al 2 partikül içeren 6061 Al alaşımından ekstrüzyon borularından yapılmış bir gövdeye sahiptir. Başlıca avantajı, rijitlikteki artıştır [3]. Golf sopası baş kısımları, %20 SiC partikülle takviyeli Al9Si alaşımı matrisli kompozit malzemeden üretilmektedir; burada sertlik ve düşük ağırlık önem taşımaktadır [7]. Mikrodalga ve elektronik paket sistemleri için ısıl çevrim, birleştirilmiş parçalarda ayrılmalar nedeniyle, büyük hasarlara sebep olabilmektedir. Bu malzemeler -65 C ile +125 C arasında bir ısıl çevrime maruz kalırlar. Bu amaçla kullanılan malzemeler, kullanım yerine göre farklı oranlarda SiC partikül içeren AA6061 Al alaşımı matristen yapılmış kompozit malzemelerdir [7]. Çin de MMK malzemeler üzerine yapılan araştırmalar; uydu yapımında kullanılan SiC fiber takviyeli Al matrisli uç kaplaması, C p / Z1108 kompozit malzemesinden yapılmış motosiklet pistonu, SiC f / LD2 malzemeden yapılmış tank pistonu, SiC p /Al dan yapılmış uydu yapısal parçaları, SiC p / Al dan yapılmış içten yanmalı motorun piston segmanı için silindirik yuvaların imalatı olarak belirtilebilir [8]. Kompozit malzemelerin üretiminin ve üretim sonrası yapılan şekillendirme işlemlerinin geliştirilmesi, teknolojik uygulamalar açısından büyük önem taşımaktadır. MMK malzemelerin talaşlı şekillendirilmesinde yüksek maliyetler söz ko- nusudur. Bunun nedeni, takviye malzemesi olarak kullanılan seramik esaslı güçlendiricilerin, yüksek sertlik ve aşındırma özelliğinden dolayı, kesici takımların çabuk aşınmasına sebep olması ve takım ömrünü azaltmasıdır. Dolayısıyla bu konuda yapılan araştırmalar, MMK malzemelerin talaşlı işlenme kabiliyetini arttırmak, takım aşınmasını azaltmak ve işleme maliyetini düşürmek yönündedir. Kompozit malzemelerin talaşlı şekillendirilmesinde kullanılan takımlar, metal malzemelerin işlenmesinde kullanılanlara benzerdir. Bununla birlikte, aşırı miktardaki takım aşınmasını önlemek için yüksek hız çeliğinden (HSS) takımlar, tungsten karbür, titanyum nitrür veya elmasla kaplanır. Takım ömrü açısından karbür takımlar üstündür; özellikle ince tane boyutuna sahip karbür takımlar kullanılır. Ancak, takım maliyeti oldukça yüksektir. Çok kristalli elmas (PCD) takımlar, yüksek aşınma direncine sahip olması dolayısıyla, cam elyaf ve karbon takviyeli kompozit malzemelerin talaşlı şekillendirilmesinde geniş ölçüde kullanılır. Fakat PCD takımların maliyeti, karbür takımlara göre 10 kat daha fazladır [9]. MMK malzemelerden imal edilen parçaların matkapla delinmesinde, yüksek hız çeliğinden (HSS) iki ağızlı spiral takımlar tercih edilmezler. Sert metalden (WC) iki ağızlı matkaplar prototip uygulamalarda uygun olmasına rağmen, imalat sırasında MMK malzemelerin delinmesinde çok kristalli elmas (PCD) takımlar önerilmektedir. Takım performansı için uygun ilerleme değeri seçmek gereklidir. Aşındırıcı talaşların uzaklaştırılması da bir diğer karmaşık problemdir. Kanal tasarımı, uç tasarımı ve soğutucu kullanılması önem taşır. Soğutma kanallı matkap kullanılması, derin deliklerden talaşın etkili bir şekilde uzaklaştırılması için tercih edilir, fakat %5 sulu yağ çözeltisi ile dıştan soğutma, genellikle sığ delikler için uygun olmaktadır. Birleşik açılar ve ekstra gravürlü uç aşındırıcılar talaşların daha küçük parçalara kırılmasını ve kıvrımlı talaşlardan kurtulmayı sağlarlar. Takımı geri çekmeksizin talaşın uzaklaşmasına izin vermesi için, delik asla takım çapının üç katından fazla olamaz [10]. Bu çalışmada, alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzemelerin matkapla delinmesinde takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü ile ilgili yapılan araştırmalar ve sonuçlarının aktarılması amaçlanmıştır. 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Monaghan ve O Reilly, %25 SiC partikül içeren, %12 Si içeren Al alaşımı matrisli kompozit malzeme üretmişler ve delik delme işlemi için yüksek kobaltlı HSS, titanyum nitrür kaplı HSS, karbür uçlu HSS ve karbür matkap ile PCD uçlu HSS spiral matkap ve düz kanallı matkap kullanmışlardır. İlerleme değerini 0.1, 0.2 ve 0.3 mm/dev, tezgah devrini ise 50, 102 ve 198 dev/dak seçmişlerdir. Kaplanmış ve kaplanmamış HSS matkapların serbest yüzey ve talaş yüzeyi aşınma davranışlarının, karbür matkaplardan farklı olduğu açıkça görülmüştür. Tahmin edildiği gibi, daha yüksek sertlik değerleri nedeniyle karbür matkaplar, her bir ilerleme ve kesme hızı değeri için, HSS takımlara göre daha az serbest yüzey aşınması göstermişlerdir. En iyi performans karbür matkaptan elde edilmiş, sonra sırasıyla karbür uçlu, titanyum nitrür kaplı ve kaplanmamış HSS matkaplar gelmiştir. PCD uçlu takımlarla delik delmede ise 50 dev/dak ve 102 dev/dak lık tezgah devirlerinde serbest yüzeyde ve talaş yüzeyinde ihmal edilebilir aşınmalar görülmüştür. Düz ve spiral kanallı matkaplar, 0.33 mm/dev ilerleme değerinde ve 198 dev/dak lık tezgah devrinde ilk delik delme teşebbüsünde, aşınma olmaksızın kırılmışlardır [10]. Coelho vd., %15 oranında μm çaplı SiC partikül ile takviyeli AA2618 dövme alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzeme üretip, ekstrüzyon yöntemi ile çubuk haline getirmişlerdir. Delme işlemi için 8 mm çaplı, PCD, WC, kaplanmış WC ve HSS takım kullanmışlardır. Tezgah devrini 1500 ve 3000 dev/dak, ilerleme değerini mm/ dev arasında seçmişlerdir. HSS takımla sadece bir delik delme işlemi sonunda aşırı takım aşınması olduğunu, WC ve kaplanmış WC takımla da 48 adet delik delme işlemi sonunda takım ömrü kriterinin aşıldığını saptamışlardır. PCD uçlu takımla 300 delik delme işlemi sonunda 80 µm lik serbest yüzey aşınması meydana gelmiştir. Böylece fazla miktarda delik delme işlemi için PCD uçlu takımın en uygun takım olduğu görülmüştür. Ayrıca, düşük ilerleme değerinin serbest yüzey aşınmasını hızlandırdığı, kesme hızının ise takım ömrüne önemli bir etkisinin olmadığı ortaya çıkmıştır [12]. Mubaraki vd. nin çalışmasında, Comral 85TM marka (6061 alüminyum alaşımı matris, %20 oranında katılan, ortalama 20 μm çaplı Al 2 takviye malzemesi) kompozit malzemeden çubuklar kullanılmıştır. Delme işlemi uygulanacak parçalara yaşlandırma işlemi uygulanmıştır. Kesici takım olarak 8 mm çaplı HSS, WC uçlu HSS, ve PCD uçlu HSS matkap uçları kullanılmıştır. Tezgah devri 1800 dev/dak, ilerleme değeri 110 mm/dak olarak alınmış ve 20 mm derinliğinde kör delikler delinmiştir. Her bir kompozit parçada 40 adet delik delinerek, takımın serbest yüzey aşınması incelenmiştir. HSS ve sert metal uçlu takım ile delik delmede, serbest yüzey aşınması, başlangıçta keskin takım kullanıldığından azdır, fakat delme işlemi sürdükçe aşınma doğrusala yakın bir şekilde artmaktadır. Sadece 12 saniye sonra (veya bir delik delme işlemi sonunda) 1 mm den fazla serbest yüzey aşınması görülmüştür. WC takımda, 600 saniye sonra 0.16 mm serbest yüzey aşınması meydana gelmiştir. PCD uçlu takımla delik delmede 70 adet delik sayısına kadar ölçülebilecek bir serbest yüzey aşınması meydana gelmemiş ve buradan itibaren de aşınma miktarı çok yavaş artmıştır saniye sonra (veya 184 delik delme işlemi sonunda) 0.12 mm serbest yüzey aşınması tespit edilmiştir [13]. 10 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 11

3 Morin vd. nin çalışmasında iş parçası malzemesi olarak Duralcan marka, T6 ısıl işlemi uygulanmış 6061 alüminyum alaşımı matrisli, 12 μm çaplı %20 SiC partikül takviyeli kompozit malzeme (Duralcan F3S.20S) kullanılmıştır. Delme işlemi için kesici takım olarak 10 mm çaplı HSS matkap uçları kullanılmıştır. Tezgah devri 1120 dev/dak (kesme hızı 35.2 m/dak), ilerleme oranı ise 0.16, 0.31 ve 0.63 mm/dev alınmıştır. Serbest yüzey aşınması-delik derinliği diyagramında 10 mm derinliğe kadar hızlı bir artış görülmüştür. Bu değerden sonra artış çok daha yavaş ve lineere yakındır. İlerleme oranı, kesme kuvvetlerini ve aşınmayı etkilemektedir. Kesme hızının ise, uygulanan hız değerlerinde, önemli bir etkisinin olmadığı gözlenmiştir [14]. Davim ve Baptista nın çalışmasında, 20 μm çapında, %20 ile takviye edilmiş A356 alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzeme sürekli dökümle üretilmiş ve T6 ısıl işlemi uygulanmıştır. Takım olarak DIN 338 standardına uygun PCD malzemeden 5 mm çapında matkap kullanılmıştır. Kesme derinliği 2.5 mm sabit değerde alınarak, 30, 40 ve 50 m/dak kesme hızlarında ve 0.05, 0.1 ve 0.2 mm/dev ilerleme değerlerinde delme işlemleri yapılmıştır. İşlemlerde kesme sıvısı kullanılmıştır. Kesme hızının artmasıyla serbest yüzey aşınmasında artış gözlenmiştir, ancak deneyde kullanılan hız değerlerinde yeterli aşınma elde edilememiştir. Örneğin 40 m/ dak kesme hızında 14 dakikalık delme işleminde, 300 adet kör delik (her biri yaklaşık 12 mm) için VBmax=0.15 mm olmuştur. VBmax-İşleme zamanı grafiğinde, ilerleme değerinin artışı ile aşınmanın azaldığı görülmektedir [15]. Davim ve Antonio nun çalışmasında, 20 μm çapındaki %20 oranında SiC partikül ile takviyeli A356 alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzeme üretilmiş ve T6 ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Yatay milli CNC matkap tezgahında, PCD matkapla (DIN 338) 15 mm kalınlığındaki bu kompozit malzeme disklere delik delme işlemi yapılmıştır. Kesme derinliği 2.5 mm olarak sabit tutulmuş, kesme hızı değeri 30, 40 ve 50 m/dak, ilerleme 0.1, 0.05, 0.15 ve 0.2 mm/dev olarak alınmış ve kesme sıvısı kullanılmıştır. Deney sonunda takımlarda abrazif aşınma görülmüştür. Farklı kesme şartları için R a değerleri yaklaşık 0.25 ve 1.2 μm arasında çıkmıştır. Sabit bir kesme hızında, ilerleme oranının arttırılmasıyla, deliklerin yüzey kalitesinde düşüş görülmüştür, fakat kesme hızı değiştirildiğinde önemli bir değişiklik olmamıştır [16]. Tosun ve Muratoğlu, AMC (Aerospace Metal Composite) tarafından üretilen, %17 oranında ortalama 3 μm çaplı SiC partikül ile takviyeli 2124 dövme alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzeme üzerinde çalışmışlardır. Toz metalürjisi yöntemiyle üretimden sonra, dövme ve sıcak haddeleme yapılmıştır. Deney parçalarının bir kısmına üç farklı şartta çözme tavı uygulanmıştır. Delme işlemi için 5 mm çaplı, üç farklı uç açılı, 30 ±3 helis açılı HSS takım kullanmışlardır. Tezgah devri 260 ile 1330 dev/dak, ilerleme oranı ise 0.08 ile 0.16 mm/dev alınmıştır. Matkap malzemesi olarak HSS, TiN kaplı HSS ve karbür takım kullanılmıştır. Deneyler sonucunda takım aşınması açısından, en uygun takımın karbür takım olduğu, en uygun işleme şartlarının ise 130º uç açısı, 1330 dev/dak kesme hızı ve 0.16 mm/dev ilerleme oranı olduğu belirlenmiştir [17]. Yine aynı malzeme üzerinde yapılan yüzey pürüzlülüğü ölçümleri sonucunda, tüm kesme hızlarında ilerleme oranının artmasıyla yüzey pürüzlülüğünün azaldığı belirlenmiştir. Kesme hızının artmasıyla, HSS matkapla delmede yüzey pürüzlülüğü artmış, diğerlerinde ise belirgin bir sonuç çıkmamıştır. Karbür takımla delmede diğerlerine göre daha iyi bir bitmiş yüzey elde edildiği görülmüştür [18]. Basavarajappa vd. yaptıkları çalışmada, %15 SiC ile takviyeli Al 2219 kompozit malzeme ile %15 SiC+%3 Gr takviyeli Al 2219 hibrit kompozit malzemeye delme işlemi uygulamışlardır. Takım malzemesi olarak 5 mm çaplı kaplamalı ve kaplamasız karbür takım seçmişlerdir. Üç farklı devirde ve 0.05, 0.15 ve 0.25 mm/dev lik üç farklı ilerleme değeriyle 10 mm derinlikte delme yapmışlardır. Yüzey pürüzlülüğü ilerleme oranının artmasıyla artmış, kesme hızının artmasıyla azalmıştır. Kaplamalı takım, bitmiş yüzey açısından kaplamasız takıma göre daha iyi bir performans göstermiştir [19, 20]. Noorul Haq vd. yaptıkları çalışmada, 25 μm çapındaki %10 SiC takviyeli LM25 esaslı alüminyum alaşımı kompozit malzeme üzerinde, kesme sıvısı kullanmadan delme işlemi yapmışlardır. Delme için 10 mm çaplı ve 90, 115 ve 140 uç açılı TiN kaplamalı HSS spiral matkaplar kullanılmıştır. Kesme hızı olarak 35.15, ve m/dak, ilerleme değeri olarak 0.05, ve 0.20 mm/dev seçmişlerdir. Yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvveti ve tork ölçülmüş ve Gri İlişki Analizi yapılmıştır. Bunlara, uç açısının etkisinin, kesme hızı ve ilerlemeden daha fazla etki ettiği görülmüştür. En iyi verim, 90 uç açılı takımla, 0.2 mm/dev ilerleme değerinde, m/ dak kesme hızında elde edilmiştir [21]. Ahamed vd. yaptıkları çalışmada, %5 SiC+%5 B 4 C partikül ile takviyeli 1100 alüminyum alaşımı matrisli hibrit kompozit malzeme üretmişlerdir. Delme işlemi için 5 mm çapında, 118 uç açılı, 30 ±3 helis açılı HSS matkap kullanılmış olup, kesme sıvısı kullanılmamıştır. Tezgah devri olarak 160, 315 ve 630 dev/dak, ilerleme değeri olarak da 0.125, ve mm/dev seçilerek, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. İncelemeler sonucunda, 315 dev/dak da, mm/dev ilerleme değerinde minimum takım aşınmasının oluştuğu görülmüştür. Kesme hızının artmasıyla takım aşınması artmıştır. Kesme hızı, yüzey pürüzlülüğünde daha fazla etkin olmuştur. Tüm ilerleme değerlerinde daha düşük hızlarda, daha iyi bitmiş yüzeyler elde edilmiştir [22]. Dhavamani ve Alwarsamy, ortalama 25 mm çapında, ağırlıkça %10, %15 ve %20 SiC ile takviye edilmiş 2124 alüminyum alaşımı matrisli kompozit malzeme üretmişlerdir. Karbür matkaplar kullanarak, 400, 1000 ve 1500 m/dak lık kesme hızlarında ve 0.12, 0.22 ve 0.40 mm/dev ilerleme oranlarıyla yaptıkları delme işlemleri sonucunda oluşan takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğünü incelemişlerdir. Takviye oranının artması ile takım aşınmasının arttığı, yüzey pürüzlülüğünün ise azaldığı görülmüştür. Kesme hızının artması ile takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü artmıştır. İlerleme oranının artması da takım aşınmasını arttırmıştır. Matkap çapının değişmesinin yüzey pürüzlülüğüne herhangi bir etkisi olmamıştır [23]. Rajmohan ve Palanikumar, 25 µm ortalama çapında SiC partikül ve 45 µm ortalama çapında Mika takviyeli Al 356 alüminyum alaşımlı hibrit kompozit malzeme üzerinde çalışmışlardır. SiC partikül ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında, Mika ise ağırlıkça %3 oranında katılmıştır. Delme işlemi için kaplamasız karbür matkaplar kullanılmıştır. Tezgah devri olarak 1000, 2000 ve 3000 dev/dak, ilerleme oranı olarak 50, 100 ve 150 mm/dak seçilmiş ve kesme sıvısı kullanılmamıştır. İlerleme oranının ve hızın, yüzey kalitesinde etkili parametreler olduğu ve yüzey kalitesinin iyileşmesini sağladığı görülmüştür. Optimum parametreler olarak, %15 SiC takviyeli kompozit malzemede, tezgah devrinin 1855 dev/dak, ilerleme oranının 50 mm/dak olduğu belirlenmiştir. Bu parametrelerde yüzey pürüzlülüğü 1.67 µm ve çapak çıkış yüksekliği 0.16 mm olmuştur. SEM yardımı ile takım aşınmasına da bakılmış, yığma ağız oluştuğu ve serbest yüzeyde adhezyon meydana geldiği görülmüştür [24]. 3. SONUÇLAR Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesinde, matkap ucu aşınması (takım ömrü) ve delik yüzeyi kalitesi konusunda literatürde yayınlanan çalışmaların incelenmesi sonucunda, en uygun takım malzemesinin PCD olduğu görülmektedir. HSS ve karbür takımların çok kısa sürede aşındığı ve bu tür malzemelerin delinmesi için uygun takım malzemeleri olmadıkları belirlenmiştir. Yapılan çalışmalarda takım ömrü konusunda aşağıdaki sonuçlar gözlemlenmiştir: Karbür takım ile delmede ilerleme değeri arttıkça takım aşınması artmaktadır. PCD takım ile delmede ilerleme değeri arttıkça takım aşınması azalmaktadır. Kesme hızının aşınmaya etkisinin çok fazla olmadığı belirlenmiştir. Buna rağmen tüm takım malzemeleri için genel olarak kesme hızı arttıkça takım aşınmasının arttığı görülmüştür. Ayrıca, karbür takım ile delmede takviye oranının artması ile takım aşınması artmaktadır. Yapılan çalışmalarda delik yüzey kalitesi konusunda aşağıdaki sonuçlar gözlemlenmiştir: HSS takım ile delmede ilerleme değeri arttıkça yüzey pürüzlülüğü azalmaktadır. Karbür takım ile delmede ilerleme değeri arttıkça yüzey pürüzlülüğü iş parçası malzemesine göre değişmektedir. PCD takım ile delmede ilerleme değeri arttıkça yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. HSS takım ile delmede kesme hızı arttıkça yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. Karbür takım ile delmede kesme hızı arttıkça yüzey pürüzlülüğü azalmaktadır. PCD takım ile delmede kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi olmamaktadır. Ayrıca, karbür takım ile delmede takviye oranının artması ile yüzey pürüzlülüğü ise azalmaktadır. Literatür incelemesinden elde edilen sonuçlar, bu konuda yapılacak çalışmalara kolaylık sağlaması açısından, işlem parametreleri ve etkileri ile birlikte, Tablo 1 de verilmektedir. 12 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 13

4 Tablo 1. Alüminyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Delinmesi Konusunda Yapılan Çalışmalar Kaynak Malzeme İşlem Parametreleri Sonuçlar [11] [12] [13] [14] [15] [16] AlSi12+ %25 AA2618+ % %20 Al 2 p Duralcan %20 A356+ %20 A356+ %20 Takım malzemesi: Yüksek Co lı HSS, TiN kaplamalı HSS, Karbür uçlu HSS, Karbür, PCD uçlu HSS 0.1, 0.2, 0.3 mm/dev 50, 102, 198 dev/dak Takım çapı: 6 mm Uç açısı: 118 Helis açısı: 32 Takım malzemesi: HSS, Karbür, Kaplamalı karbür, PCD 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 mm/dev 1500, 3000 dev/dak Takım çapı: 8 mm Helis açısı: Takım malzemesi: HSS, karbür uçlu HSS, PCD uçlu HSS 110 mm/dak 1800 dev/dak Takım malzemesi: HSS 0.16, 0.31, 0.63 mm/dev 1120 dev/dak Takım çapı: 10 mm Takım malzemesi: Karbür, PCD 0.05, 0.1, 0.2 mm/dev 30, 40, 50 m/dak Takım malzemesi: PCD 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 mm/dev 30, 40, 50 m/dak Takım malzemesi: HSS, TiN kaplamalı HSS, Karbür Karbür matkapta, HSS takımlara göre serbest yüzey aşınması daha azdır. En iyi performans karbür matkaptan elde edilmiştir. Sonra sırasıyla karbür uçlu, titanyum nitrür kaplı ve kaplanmamış HSS matkaplar gelmiştir. PCD uçlu takımlarla delik delmede hem serbest yüzeyde hem de talaş yüzeyinde ihmal edilebilir aşınmalar vardır. HSS takımda aşırı takım aşınması vardır ve uygun değildir. WC ve kaplanmış WC takımla sadece 48 adet delik delme işlemi sonunda takım ömrü kriteri aşılmıştır. PCD uçlu takım daha fazla miktarda delik delme işlemi için uygundur. Düşük ilerleme değeri serbest yüzey aşınmasını hızlandırır. Kesme hızının takım ömrüne önemli bir etkisi yoktur. Serbest yüzey aşınması; HSS takım ile delmede 12 saniye sonra 1 mm den fazla, WC takım ile delmede 600 saniye sonra 0.16 mm, PCD uçlu takım ile delmede 2210 saniye sonra 0.12 mm olmuştur. HSS takım ile delmede 10 mm derinliğe kadar serbest yüzey aşınmasında hızlı bir artış olmuş, bundan sonra çok daha yavaş ve lineere yakın artmıştır. İlerleme oranı aşınmayı etkilemiştir. Kesme hızının ise, uygulanan hız değerlerinde, önemli bir etkisi olmamıştır. PCD takım ile delmede kesme hızının artmasıyla serbest yüzey aşınması artmış, ancak deneyde kullanılan hız değerlerinde yeterli aşınma olmamıştır. İlerleme değerinin artışı ile aşınma azalmıştır. PCD takım ile delmede farklı kesme şartları için R a değerleri yaklaşık 0.25 ve 1.2 mm arasında çıkmıştır. Sabit kesme hızında, ilerleme oranında artırılmasıyla, deliklerin yüzey kalitesi düşmüş, kesme hızı değiştirildiğinde ise önemli bir değişiklik olmamıştır. [17] % , 0.16 mm/dev 260, 1330 dev/dak Uç açısı: 90, 118, 130 Helis açısı: 30 ±3 Takım aşınması açısından, en uygun takımın karbür takım olduğu, en uygun işleme şartlarının ise 130 uç açısı, 1330 dev/dak kesme hızı ve 0.16 mm/dev ilerleme oranı olduğu belirlenmiştir. Tablo 1 devamı. Alüminyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Delinmesi Konusunda Yapılan Çalışmalar Kaynak Malzeme İşlem Parametreleri Sonuçlar Takım malzemesi: HSS, TiN kaplamalı HSS, Karbür [18] %17 Al %15 [19, 20] [21] [22] ve Al %15 +%3 Gr LM25+ % % 5+%5 B 4 Cp 0.08, 0.16 mm/dev 260, 1330 dev/dak Uç açısı: 90, 118, 130 Helis açısı: 30 ±3 Takım malzemesi: Karbür, Kaplamalı karbür 0.05, 0.15, 0.25 mm/dev 1000, 2000, 3000 dev/dak Takım malzemesi: TiN kaplamalı HSS 0.05, 0.125, 0.20 mm/dev 35.18, 56.54, m/dak Takım çapı: 10 mm Uç açısı: 90, 115, 140 Takım malzemesi: HSS 0.125, 0.20, mm/dev 160, 315, 630 d/dak Uç açısı:118 Tüm kesme hızlarında ilerleme oranının artmasıyla yüzey pürüzlülüğü azalmıştır. Kesme hızının artmasıyla, HSS takım ile delmede yüzey pürüzlülüğü artmıştır. Karbür takım ile delmede daha iyi bir bitmiş yüzey elde edilmiştir. Karbür takım ile delmede yüzey pürüzlülüğü, ilerleme oranının artmasıyla artmış, kesme hızının artmasıyla azalmıştır. Kaplamalı takım, bitmiş yüzey açısından kaplamasız takıma göre daha iyi bir performans göstermiştir. TiN kaplamalı HSS takım ile delmede uç açısının etkisinin, kesme hızı ve ilerlemeden daha fazla etki ettiği görülmüştür. En iyi verim, 90 uç açılı takımla, 0.2 mm/dev ilerleme değerinde, m/dak kesme hızında elde edilmiştir. HSS takım ile delmede 315 dev/dak da, mm/dev ilerleme değerinde minimum takım aşınması oluşmuş, 160 dev/dak da, mm/dev ilerleme değerinde ise takım aşınması artmıştır. Kesme hızının artmasıyla takım aşınması artmıştır. Kesme hızı, yüzey pürüzlülüğünde daha fazla etkin olmuştur. Tüm ilerleme değerlerinde daha düşük hızlarda, daha iyi bitmiş yüzeyler elde edilmiştir. [23] %10, %15, %20 Takım malzemesi: Karbür 0.12, 0.22, 0.40 mm/dev 400, 1000, 1500 d/dak Takım çapı: 4, 7, 10 mm Karbür takım ile delmede takviye oranının artması ile takım aşınması artmış, yüzey pürüzlülüğü ise azalmıştır. Kesme hızının artması ile takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü artmıştır. İlerleme oranının artması da takım aşınmasını arttırmıştır. Matkap çapının değişmesinin yüzey pürüzlülüğüne herhangi bir etkisi olmamıştır. Al 356+ %5,%10,%15 [24] +%3Mika Takım malzemesi: Karbür 50, 100, 150 mm/dak 1000, 2000, 3000 d/dak Karbür takım ile delmede ilerleme oranı ve hız, yüzey kalitesinde etkili parametreler olmuş ve yüzey kalitesini iyileştirmiştir. SEM yardımı ile takım aşınmasına bakılmış, yığma ağız oluştuğu ve serbest yüzeyde adhezyon meydana geldiği görülmüştür. 14 Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 15

5 KAYNAKÇA 1. Kaczmar, J.W., Pietrzak, K., Wlosinski, W "The Production and Application of Metal Matrix Composite Materials," Journal of Materials Processing Technology, 106, p Huda, M.D., Hashmi, M.S.J., El-Baradie, M.A "MMCs: Materials, Manufacturing and Mechanical Properties," Key Engineering Materials, , p Chawla, K.K Composite Materials-Science and Engineering Second Edition, Springer-Verlag New York Inc., USA. 4. Midling, O.T., Grong, O "Processing and Properties of Particle Reinforced Al-SiC MMCs," Key Engineering Materials, , p Kervorkijan, M.V "MMCs for Automotive Applications," American Ceramic Society Bulletin, Columbus, 77(12), p Noguchi, M., Takahashi, K "Status and Prospects for Metal Matrix Composites in Japan," Key Engineering Materials, , p Eliasson, J., Sandström, R "Applications of Aluminium Matrix Composites," Key Engineering Materials, , p Libin, Z., Jintao, H "Metal Matrix Composites in China," Journal of Materials Processing Technology, 75, p Mazumdar, S.K Composites Manufacturing: Materials, Product and Process Engineering, CRC Press, USA. 10. Persson, H Machining Guidelines of Al/SiC Particulate MMC, MMC-Assess Thematic Network, vol.6, EU. 11. Monaghan, J., O'Reilly, P "The Drilling of an Al/SiC Metal-Matrix Composite," Journal of Materials Processing Technology, 33, p Coelho, R.T., Yamada, S., Aspinwall, D.K., Wise, M.L.H "The Application of Polycrystalline Diamond (PCD) Tool Materials When Drilling and Reaming Aluminium Based Alloys Including MMC," International Journal of Machine Tools & Manufacture, 35(5), p Mubaraki, B., Bandyopadhyay, S., Fowle, R., Mathew, P., Heath, P.J "Drilling Studies of an Al 2 -Al Metal Matrix Composite Part I Drill Wear Characteristics," Journal of Materials Science, 30, p Morin, E., Masounave, J., Laufer, E.E "Effect of Drill Wear on Cutting Forces in the Drilling of Metal-Matrix Composites," Wear, 184, p Davim, J.P., Baptista, A.M "Relationship Between Cutting Force and PCD Cutting Tool Wear in Machining Silicon Carbide Reinforced Aluminium," Journal of Materials Processing Technology, 103, p Davim, J.P., Conceiçao, A.C.A "Optimal Drilling of Particulate Metal Matrix Composites Based on Experimental and Numerical Procedures," International Journal of Machine Tools & Manufacture, 41, p Tosun, G., Muratoğlu, M "The Drilling of an Al/ Metal-Matrix Composites, Part I: Microstructure," Composites Science and Technology, 64, p Tosun, G., Muratoğlu, M "The Drilling of Al/ Metal-Matrix Composites. Part II: Workpiece Surface Integrity," Composites Science and Technology, 64, p Basavarajappa, S., Chandramohan, G., Prabu, M., Mukund, K., Ashwin, M "Drilling of Hybrid Metal Matrix Composites-Workpiece Surface Integrity," International Journal of Machine Tools & Manufacture, 47, p Basavarajappa, S., Chandramohan, G., Paulo, D. J., Prabu, M., Mukund, K., Ashwin, M., Prasannakumar, M "Drilling of Hybrid Aluminium Matrix Composites," International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 35, p Noorul Haq, A., Marimuthu, P., Jeyapaul, R "Multi Response Optimization of Machining Parameters of Drilling Al/SiC Metal Matrix Composite Using Grey Relational Analysis in the Taguchi Method," International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 37, p Ahamed, A.R., Asokan, P., Aravindan, S., Prakash, M.K "Drilling of Hybrid Al-5%-5%B 4 C p Metal Matrix Composites," International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 49, p Dhavamani, C., Alwarsamy, T "Optimization of Machining Parameters for Aluminium and Silicon Carbide Composite Using Genetic Algorithm," Procedia Engineering, 38, p Rajmohan, T., Palanikumar, K "Application of the Central Composite Design in Optimization of Machining Parameters in Drilling Hybrid Metal Matrix Composites," Measurement, 46, p Mühendis ve Makina