AL-5083 ALAŞIMININ FREZELENMESİNDE KESME KUVVETİ, YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ VE ÇAPAK YÜKSEKLİĞİNİN OPTİMİZASYONU

Transkript

1 AL-5083 ALAŞIMININ FREZELENMESİNDE KESME KUVVETİ, YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ VE ÇAPAK YÜKSEKLİĞİNİN OPTİMİZASYONU Şenol BAYRAKTAR a*, Yakup TURGUT b a Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, Rize/TÜRKİYE, senol.bayraktar@erdogan.edu.tr b Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümü, Ankara/TÜRKİYE, yturgut@gazi.edu.tr Özet Bu çalışmada, Al-5083 alaşımının frezelenmesinde, kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliğinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Deneyler, 10 mm çapında kaplamasız karbür parmak freze ile üçer adet kesme hızı ( dev/dak), ilerleme ( mm/diş), ve kesme derinliği ( mm) kullanılarak Taguchi L 9 (3 3 ) orthogonal deney düzeneğine göre yapılmıştır. Deneyler sonucunda, kesme hızının artması ile kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğünün azaldığı, çapak yüksekliğinin arttığı gözlenmiştir. İlerlemenin artması ile kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliğinin arttığı belirlenmiştir. Varyans analizi (ANOVA) yardımıyla bağımsız değişkenler arasında ilerleme parametresinin, kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği üzerinde en etkili faktör olduğu, bunu sırasıyla kesme hızı ve kesme derinliğinin takip ettiği belirlenmiştir. Doğrulama deneyleri sonucunda, optimizasyon çalışmalarının başarılı bir şekilde sonuçlandığı tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Frezeleme, Kesme kuvveti, Yüzey pürüzlülüğü, Çapak yüksekliği, Taguchi OPTIMIZATION OF CUTTING FORCE, SURFACE ROUGHNESS AND BURR HEIGHT IN MILLING OF AL-5083 ALLOY Abstract In this study, effects on cutting force, surface roughness and burr height of cutting speed, feed rate and depth of cut were experimentally investigated in milling of Al-5083 alloy. Experiments were made by using Taguchi L 9 (3 3 ) the orthogonal array experimental setup with 10 mm diameter of two-flute uncoated carbide end mill cutters, three cutting speeds ( rev/min), feed rates ( mm/tooth) and depth of cut ( mm). As a result of experiments it is determined that cutting force and surface roughness reduced with increasing cutting speed and the burr height increased. It is found that cutting force, surface roughness and burr height increased with increasing feed rate. According to the analysis of variance (ANOVA) feed rate parameter among the independent variables is the most influential factor on cutting force, surface roughness and burr height, followed cutting speed and depth of cut. As a result of validation experiments it was found that the optimization studies was successfully resulted. Keywords: Milling, Cutting force, Surface roughness, Burr height, Taguchi 1. GİRİŞ Al-5083 malzemesi, genel olarak magnezyum-manganez-krom-aluminyum alaşımından oluşmaktadır. Günümüzde savunma, havacılık, otomotiv ve gemi sanayisinde temel mühendislik malzemesi olarak yaygınlıkla kullanılmaktadır [1]. Yüksek dayanım/ağırlık oranları, iyi korozyon/yorulma direnci ve yüksek talaş kaldırma oranı gibi avantajlara sahip olan alüminyum alaşımlarına ait işlenebilirlik çalışmalarının büyük bir kısmını frezeleme operasyonları oluşturmaktadır [2]. Frezeleme, imalat işlemleri arasında yaygınlıkla kullanılan işlemlerden biridir. İmalat operasyonları ile üretilen parçaların kalitesi, yüzey form hataları ve bitirme yüzeyine göre belirlenmektedir. Yüzey kalitesi, ürün kalitesinin yanı sıra fonksiyonel özelliklerinin belirlenmesinde rol oynamaktadır. İyi yüzey kalitesi, malzemelerin tribolojik özelliklerini, aşınma direncini, yorulma dayanımını, ısı iletimini ve estetik görünümünün arttırılmasında etkili olmaktadır. Ancak, üretim maliyetlerinin artmasına da sebep olabilmektedir [3]. Yüzey kalitesini etkileyen durumlardan diğeri ise kesme işlemi esnasında kesilen kenarda plastik deformasyondan kaynaklanan çapak oluşumudur. Çapak, birbirleri arasında çalışan makina parçalarının montajını zorlaştırarak ölçü tamlığının sağlanmasını da olumsuz etkilemektedir. Bunun yanında, iş parçasının kesme yüzeyinde çentik etkisine ve yüzey üzerinde deformasyon oluşumuna da sebep olmaktadır [4]. Çapağın temizlenmesi için ilave operasyon gerektiğinden üretim maliyetlerini de arttırmaktadır. Çapak oluşumu, kesme parametrelerinin yanı sıra, tezgâh 24

2 titreşimi, iş parçası malzemesinin sertliği ve sünekliği, kesici takım geometrisi gibi kriterlerden etkilenmektedir. Buna göre, çapağın minimize edilebilmesi için bu kriterlerin kontrol altına alınması gerekmektedir. Yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu ile ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde, Kakati ve ark. [3] alüminyum alaşımının iki ağızlı karbür kesici uçlar ile frezelenmesinde kesme hızınının artması ile yüzey pürüzlülüğünün azaldığını, ilerleme ve kesme derinliğinin artması ile yüzey pürüzlülüğünün arttığını, Tosun ve ark. [5] AA7075-T6 alaşımının HSS ve karbür kesiciler ile hava ve geleneksel soğutma şartları altında frezelenmesinde, benzer sonuçlar elde ettiğini, farklı olarak hava ile soğutma yönteminde yüksek kesme hızlarında, geleneksel soğutma yönteminde ise düşük kesme hızlarında daha düzgün yüzeyler elde edildiğini belirtmişlerdir. Hüseyinoğlu ve Tosun [6], Al-7075 alaşımının frezelenmesinde, optimum yüzey kalitesi için düşük ilerleme ve yüksek kesme hızlarının kullanılması gerektiğini, karbür kesiciler ile işlenen yüzeylerin HSS ve TiN kaplamalı kesicilere göre daha iyi olduğunu, Kadirgama ve ark. [7] AA6061 alaşımının karbür kaplamalı kesici uçlar ile frezelenmesinde RSM (Response Surface Methodology) ve RBFN (Radian Basis Function Network) optimizasyon yöntemleri ile yüzey pürüzlülüğü üzerindeki en etkili parametrenin ilerleme olduğunu, Karagiannis ve ark. [1] iki ağızlı karbür parmak freze ile Al alaşımının frezelenmesinde, ANN (Artificial Neural Network) ile yüzey kalitesi açısından yüksek kesme hızı ve düşük ilerleme oranının kullanılması gerektiğini tavsiye etmişlerdir. Lekkala ve ark. [8] Al 2124 ün karbür parmak frezeler ile mikro frezelenmesinde ilerleme değerinin artması ile çapak yüksekliğinin azaldığını, ancak kesici takım yapıçapının artması ile azaldığını, Seoung Hwan ve Sang-Heon [9] Al-6061 in frezelenmesinde, çapak oluşumu üzerinde kesme hızı ve ilerleme parametrelerinin etkili olduğunu, Niknam ve ark. [10] AA6061-T6 nın frezelenmesinde kesici uç yarıçapının artması ile kesme kuvvetlerinin ve çapak kalınlığının azaldığını, kesme hızının artması ile kuvvetlerin azaldığı, ancak çapak yüksekliğinin arttığını, Hovsepian ve ark. [11] Al-7010-T7651 malzemenin HSS parmak frezeler ile frezelenmesinde, kesici takımlara yapılan kaplama işleminin (TiAlN/VN) kesme kuvvetlerini, kesme kenarına yapışan talaş oluşumunu ve yüzey pürüzlülüğünü azalttığını, Zaghbani ve Songmene [12], Al6061-T6 ve Al7075-T6 alaşımlarının yüksek kesme hızlarında frezelenmesinde malzeme özellikleri ve kesme parametrelerine bağlı olarak kesme kuvveti ve sıcaklığın tahmin edilebilmesi için matematiksel model geliştirmişlerdir. Kishawy ve ark. [13], A356 alüminyum alaşımının yüksek kesme hızlarında frezelenmesinde, kesme kuvveti ve aşınma oluşumu açısından optimum kesme şartlarının, kaplamasız karbür uçlar ile MQL (Minimum Quantity of Lubricant) soğutma ile gerçekleştiğini belirtmişlerdir. Davim ve ark. [14] Al7075 alaşımının PCD (Polycrystalline diamond) ve sementit karbür (K10) kesiciler ile işlenmesinde, gerilme, kuvvet ve sıcaklık oluşumunun yanı sıra takım ömrü açısından PCD kesicilerin daha iyi performans sergilediğini belirtmişlerdir. Bu çalışmada, Al-5083 alaşımının kaplamasız karbür parmak frezeler ile frezelenmesinde, kesme hızı ( dev/dak), ilerleme ( mm/diş) ve kesme derinliğinin ( mm) kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği üzerindeki etkileri araştırılarak kesme parametrelerinin optimizasyonu yapılmıştır. 2. MATERYAL VE YÖNTEM 2.1. Deney Tasarımı ve Analizi Deney tasarımı ve analizi için Taguchi metodu kullanılmıştır. Değişkenler arasındaki etkileşimlerin analizine ve modellenmesine olanak sağlamasının yanı sıra zaman ve maliyet bakımından da avantaj sağlamaktadır [15]. Taguchi yöntemi ile standart deney tasarımlarında kontrol edilemeyen faktörlerden kaynaklanan değişkenlikler de kontrol edilebilmektedir. Bu yöntemde, kontrol edilemeyen faktörlere karşı kontrol faktörlerine ait seviyelerin performansının belirlenmesinde, amaç foksiyonundan elde edilen değerler sinyal/gürültü (S/N) oranlarına dönüştürülmektedir. S/N oranı, deneysel sonuçların performansının belirlenmesinde kullanılan önemli bir kriterdir [16, 17]. S/N oranının belirlenmesinde, en küçük en iyi, en büyük en iyi, hedef değer en iyi, amaç fonksiyonları kullanılmaktadır. Bağımsız değişkenlerin istatistiksel önem derecesinin belirlenmesinde ANOVA (Analysis of Variance) kullanılmaktadır. S/N oranları ve ANOVA yardımıyla optimum şartlar belirlenmekte ve doğrulama testleri yapılarak optimizasyonun geçerliliği tespit edilmektedir [15]. Bu çalışmada, Al-5083 alaşımının frezelenmesinde oluşan kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği için kesme parametrelerinin optimizasyonu yapılmıştır. Bağımsız değişkenler olarak kesme hızı (dev/dak), ilerleme (mm/diş) ve kesme derinliği (mm) belirlenmiş olup her bir değişken için üç farklı seviye belirlenmiştir. Deney tasarımı için Taguchi nin L 9 (3 3 ) orthogonal deney düzeneği kullanılmıştır. Bağımsız değişkenler ve bu değişkenlere ait seviyeler Tablo 1 de verilmiştir. 25

3 Tablo 1. Bağımsız değişken ve seviyeler Değişkenler Kontrol faktörleri Sembol Seviye 1 Seviye 2 Seviye 3 A Kesme Hızı (dev/dak) V B İlerleme (mm/diş) f C Kesme Derinliği (mm) a Bağımsız değişkenlerin optimizasyonu, kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği için ayrı ayrı yapılmıştır. Değişkenlerin optimum seviyelerinin belirlenmesi için kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliğinin en küçük olması arzu edilmektedir. Bu durumda, Eş.(1) de S/N oranlarının belirlenmesinde performans karakteristiğinin en küçük en iyi olduğu amaç fonksiyonu kullanılmıştır. n S/N SB = 10 log ( 1 n Yi2 ) (1) i=1 Deneysel sonuçlar için %95 düzeyinde (α=0.05) güven seviyesinde ANOVA uygulanarak bağımsız değişkenlerin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği üzerindeki etki düzeyleri belirlenmiştir. Optimizasyon ve ANOVA uygulamaları, Minitab 17 yazılımı ile gerçekleştirilmiştir İş Parçası Malzemesi, Kesici Takım Ve Cihazlar Kesme deneyleri, kuru kesme şartları altında 7.5 kw güce sahip CNC JohnFord VMC-850 marka dik işleme merkezinde yapılmıştır. İş parçası olarak 80x50x12 mm ölçülerinde Al-5083 alaşımı kullanılmıştır. Deney malzemesine ait ağırlıkça yüzde kimyasal bileşim Tablo 2 de, fiziksel özellikler ise Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 2. Al-5083 ün ağırlıkça kimyasal bileşimi (%) Fe Si Cu Mn Mg Zn Cr Ti Diğer Tablo 3. Al-5083 malzemesinin fiziksel özellikleri Temper Akma Mukavemeti (Mpa) Çekme Mukavemeti (Mpa) Uzama (%50) min-max Sertlik (Brinell) HX Deneylerde; Ø 10 mm çapında, 19 mm kesme, 72 mm toplam boy ve 30 helis açısına sahip iki ağızlı kaplamasız karbür Sandvik Coromant marka parmak frezeler kullanılmıştır. İş parçasının frezelenmesi esnasında oluşan kesme kuvvetlerinin ölçülebilmesi için Kistler 9273 model dinamometre, yükselteç (Amplifier) ve sonuçların grafik olarak elde edilmesinde Kistler-Dynoware programı kullanılmıştır (Şekil 1.a). Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri için Mahr Perthometer M1 (MarSurf PS1) marka izleyici uçlu yüzey pürüzlülük cihazı kullanılmıştır. Standard tablolar yardımıyla örnekleme uzunluğu 0.8 mm, ölçüm uzunluğu ise 4 mm olarak belirlenmiştir. İşlenebilirlik kriterlerinden birisi olan ortalama yüzey pürüzlülük (Ra) değerleri, ISO 4287 [18] standardı dikkate alınmış olup, işlenmiş yüzeyler üzerindeki pürüzlülük profilindeki sapmaların aritmetik ortalamasından elde edilen sonuçlar ile yüzey pürüzlülükleri hesaplanmıştır. Kesme kenarında oluşan çapak yüksekliğinin ölçülmesi için Hexagon Global Performance marka CMM (Coordinate measurement machine) kullanılmıştır. Kesme kenarı üzerinde beş farklı noktadan ölçüm yapılarak elde edilen değerlerin aritmetik ortalaması ile çapak yüksekliği belirlenmiştir (Şekil 1.b). 26

4 CNC Devir Parmak Freze İlerleme Al-5083 Plaka PC/Dynoware Yazılımı Kistler 9273 Dinamometre Yükselteç Kistler 5070A Tezgah Tablası a) b) Şekil 1. a) Deneysel düzenek, b) CMM cihazı ile çapak yüksekliklerinin ölçülmesi 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1. Kesme Kuvvetinin Analizi Al-5083 alaşımının L 9 orthogonal deney tasarımına göre yapılan frezeleme işlemi sonucunda ölçülen kesme kuvveti (Fc), yüzey pürüzlülüğü (Yp) ve çapak yüksekliği (Çy) değerleri ile Taguchi nin en küçük en iyi amaç fonksiyonuna göre hesaplanan S/N değerleri Tablo 4 te verilmiştir. Deney Sıra No Tablo 4. Taguchi L 9 orthogonal dizine göre deney sonuçları ve S/N oranları A B C Fc (N) S/N (db) Yp (µm) S/N (db) Çy (mm) S/N (db) Deney sonuçlarına göre belirlenen S/N oranlarına ait ana etki grafikleri Şekil 2.a da gösterilmiştir. Buna göre, kaplamasız karbür parmak freze kesiciler ile frezeleme işleminde, kesme kuvveti için optimum seviyeler, A 3 (5000 dev/dak), B 1 (0.05 mm/diş) ve C 1 (1 mm) olarak belirlenmiştir. Şekil 2.b de ise, deneysel olarak hesaplanan kesme kuvveti değerlerinin, kesme hızı ve ilerleme parametrelerine göre değişimleri verilmiştir. 27

5 Kesme Kuvveti (N) Kesme Hızı (dev/dak) İlerleme (mm/diş) a) b) Şekil 2. a) Kesme kuvvetine ait S/N oranları için ana etki grafiği, b) Kesme hızı ve ilerlemenin kesme kuvveti üzerindeki etkisi Taguchi yönteminde performans belirlemede üç farklı analiz bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği değerlerinin minimize edilmesidir. Bu amaçla, en küçük en iyi yaklaşımı kullanılmıştır. Kesme kuvveti için belirlenen S/N oranlarının bağımsız değişkenlere göre dağılımı ise Tablo 5 te verilmiştir. Şekil 2 deki ana etki grafiği ve Tablo 5 teki maksimum ve minimum noktalar incelendiğinde kesme kuvveti üzerinde etkili olan en önemli değişkenin ilerleme olduğu belirlenmiştir. Değişkenlere ait önem sıralamasının sırasıyla ilerleme, kesme hızı ve kesme derinliğinin olduğu görülmektedir. Tablo 5. Kesme kuvveti için bağımsız değişkenlere ait seviyelerin S/N yanıt tablosu Kesme kuvveti (N) Değişkenler S/N Oranları Seviye 1 Seviye 2 Seviye 3 Max.-Min. Kesme hızı, V (dev/dak) İlerleme, f (mm/diş) Kesme derinliği a (mm) Şekil 2.b de, ilerleme değerinin artması ile kesme kuvvetinde artış olduğu gözlenmiştir. Birim zamanda kaldırılması gereken talaş hacminin artmasına bağlı olarak kesme işlemi için daha fazla güç gerekmektedir. Böylelikle, kesme kuvveti artmaktadır [19]. Kesme hızının artması ile kesme kuvvetinin genel olarak azaldığı gözlenmiştir. Kesme hızının artması ile kesme kuvvetlerinde oluşan azalma, kesici takım talaş yüzeyinde takım-talaş temas uzunluğunun azalması ve kesme bölgesinde oluşan ısının artması ile malzemenin kayma dayanımının azalması ile açıklanabilir [19-20]. Bağımsız değişkenlerin kesme kuvveti üzerindeki etki seviyesinin belirlenmesi için varyans analizi (ANOVA) sonucunda elde edilen sonuçlar Tablo 6 da gösterilmiştir. Bu tabloda, bağımsız değişkenlerin sonuçlar üzerindeki anlamlılık düzeyini ifade eden P değeri, serbestlik derecesi (SD), kareler toplamı (KT), kareler ortalaması (KO), verilerdeki sistematik varyans miktarının sistematik olmayan varyans ile karşılaştırılması için kullanılan F değeri ve yüzdelik katkı (YK-%) oranı verilmiştir. ANOVA tablosu için P<0.05 olması durumunda, bağımsız değişkenin sonuçlar üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak anlamlı olduğu kabul edilmektedir [17]. Tablo 6. Kesme kuvvetine ait S/N oranları için ANOVA tablosu Kaynak SD KT KO F P YK (%) V (dev/dak) f (mm/diş) a (mm) Hata Toplam

6 Tablo 6 da, P<0.05 olduğu için bağımsız değişkenlerinin tümünün kesme kuvveti üzerinde istatistiksel öneme sahip olduğu ve bunlar sırasıyla ilerleme (%68.209), kesme hızı (%16.226) ve kesme derinliği (%14.965) olarak tespit edilmiştir. Taguchi metodunda, kesme kuvveti için optimum seviyeler belirlendikten sonraki aşama ise doğrulama deneylerinin yapılmasıdır. En küçük en iyi, amaç fonksiyonu için hesaplanan S/N oranlarına göre kesme kuvveti (Fc) için optimum seviyeler A 3, B 1 ve C 1 olarak belirlenmiştir. Bu seviyelere göre, elde edilebilecek en düşük kesme kuvveti değeri Tablo 7 de gösterilmiştir. Tablo 7. Kesme kuvveti için doğrulama deney sonucu ile hesaplanan sonuçların karşılaştırılması Doğrulama deney sonuçları Hesaplanan değerler Farklar Fc ölç. (N) S/N (η ölç, db) Fc hes (N) S/N (η hes, db) Fc ölç. - Fc hes. η ölç - η hes Tahmin edilen kesme kuvveti değerinin doğruluğunun test edilmesi için güven aralığı (Confidence interval-ci) Eş.(2) ve (3) e göre hesaplanmaktadır [21]: CI = F a,1,ve. V ep. ( 1 n eff + 1 R ) (2) n eff = N 1 + T dof (3) Eş. (2) de F a,1,ve, %95 güven seviyesindeki F oranını, a, önem seviyesini, Ve, hatanın serbestlik derecesini, V ep, hata varyansını, n eff, efektif tekrar sayısını, R, doğrulama deney sayısıdır. Eş. (3) te, N, toplam deney sayısını ve T dof ise kontrol faktörlerinin toplam serbestlik derecesini ifade etmektedir. Kesme kuvveti için F test tablosuna göre, F a,1,2 =18.51 dir. V ep = 0.115, R=3, N = 9, T dof = 6 ve Eş. (3) e göre n eff = tir. Güven aralığı (CI), Eş. (2) ve (3) kullanılarak db olarak hesaplanmıştır. Bu değer, Tablo 7 de doğrulama deney sonucundan elde edilen S/N oranı ile Eş.(2) ve (3) kullanılarak belirlenen S/N oranı arasındaki farktan (0.311 db) büyük olduğu için optimizasyonun uygunluğu test edilmiştir. 3.2 Yüzey Pürüzlülüğünün Analizi Al-5083 alaşımının kaplamasız karbür parmak frezeler ile frezelenmesinde oluşan yüzey pürüzlülüğüne ait deneysel sonuçlar Tablo 4 te ve buna göre hesaplanan S/N oranlarına ait ana etki grafikleri Şekil 3.a da verilmiştir. Şekil 3.b de ise, kesme hızı ve ilerlemenin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisini gösteren grafik verilmiştir. Yüzey Pürüzlülüğü (µm) Kesme Hızı (dev/dak) İlerleme (mm/diş) a) b) Şekil 3. a) Yüzey pürüzlülüğüne ait S/N oranları için ana etki grafiği, b) Kesme hızı ve ilerlemenin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi 29

7 Şekil 3.a da, yüzey pürüzlülüğü için optimum seviyeler, A 3 (5000 dev/dak), B 1 (0.05 mm/diş) ve C 2 (1.5 mm) olarak hesaplanmıştır. Yüzey pürüzlülüğü için belirlenen S/N oranlarının bağımsız değişkenlere göre dağılımı ise Tablo 8 de verilmiştir. Şekil 3.a daki ana etki grafiği ve Tablo 8 deki maksimum ve minimum noktalar incelendiğinde yüzey pürüzlülüğü üzerinde etkili olan en önemli değişkenin ilerleme (4.065) olduğu belirlenmiştir. Bunu sırasıyla, kesme hızı (3.260) ve kesme derinliğinin (3.077) takip ettiği belirlenmiştir. Tablo 8. Yüzey pürüzlülüğü için bağımsız değişkenlere ait seviyelerin S/N yanıt tablosu Yüzey pürüzlülüğü (µm) Değişkenler S/N Oranları Seviye 1 Seviye 2 Seviye 3 Max.-Min. Kesme hızı, V (dev/dak) İlerleme, f (mm/diş) Kesme derinliği a (mm) Şekil 3.b de ise, ilerleme miktarının artması ile yüzey pürüzlülüğünde artış olduğu gözlenmiştir. İlerleme miktarındaki artış, yüksek kesme kuvvetlerinin oluşmasına, düşük kayma açısına ve kaldırılan talaş hacminin artmasına sebep olmaktadır [3, 5, 22]. Bu durum, işlenmiş yüzey kalitesini olumsuz etkilemektedir. Bağımsız değişkenlerin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki istatistiksel etkisinin belirlenmesinde kullanılan ANOVA sonuçları Tablo 9 da verilmiştir. Tablo 9. Yüzey pürüzlülüğüne ait S/N oranları için ANOVA tablosu Kaynak SD KT KO F P YK (%) V (dev/dak) f (mm/diş) a (mm) Hata Toplam Tablo 9 incelendiğinde, yüzey pürüzlülüğü üzerinde P<0.05 olduğu için bağımsız değişkenlerin istatistiksel olarak etkili olduğu belirlenmiştir. Bu değişkenler arasında % ile en fazla ilerleme parametresinin etkili olduğu, bunları sırasıyla kesme hızı (%28.375) ve kesme derinliğinin (%23.280) takip ettiği tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü için belirlenen optimum seviyelere göre, elde edilebilecek en düşük yüzey pürüzlülüğü değeri Tablo 10 da gösterilmiştir. Tablo 10. Yüzey pürüzlülüğü için doğrulama deney sonucu ile hesaplanan sonuçların karşılaştırılması Doğrulama deney sonuçları Hesaplanan değerler Farklar Yp ölç. (µm) S/N (η ölç, db) Yp hes (µm) S/N (η hes, db) Yp ölç. - Yp hes. η ölç - η hes F test tablosuna göre, F a,1,2 =18.51 dir. V ep = 0.168, R=3, N = 9, T dof = 6 ve Eş. (3) e göre n eff = tir. Güven aralığı (CI), Eş. (2) ve (3) kullanılarak db olarak hesaplanmıştır. Bu değer, Tablo 10 da hesaplanan db den büyük olduğu için optimizasyonun etkinliği ortaya konmuştur. 3.3 Çapak Yüksekliğinin Analizi Al-5083 alaşımının kaplamasız karbür parmak frezeler ile frezelenmesinde oluşan çapak yüksekliğine ait deneysel sonuçlar Tablo 4 te ve buna göre hesaplanan S/N oranlarına ait ana etki grafikleri Şekil 4.a da verilmiştir. Şekil 4.b de ise, kesme hızı ve ilerlemenin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisini gösteren grafik verilmiştir. 30

8 Çapak Yüksekliği (mm) Kesme Hızı (dev/dak) İlerleme (mm/diş) a) b) Şekil 4. a) Çapak yüksekliğine ait S/N oranları için ana etki grafiği, b) Kesme hızı ve ilerlemenin çapak yüksekliği üzerindeki etkisi Şekil 4.a ya göre, çapak yüksekliği için optimum seviyeler, A 1 (3000 dev/dak), B 1 (0.05 mm/diş) ve C 2 (1.5 mm) olarak hesaplanmıştır. Çapak yüksekliği için belirlenen S/N oranlarının bağımsız değişkenlere göre dağılımı ise Tablo 11 de verilmiştir. Şekil 4.a daki ana etki grafiği ve Tablo 11 deki maksimum ve minimum noktalar incelendiğinde yüzey pürüzlülüğü üzerinde etkili olan en önemli değişkenin ilerleme (2.939) olduğu belirlenmiştir. Bunu sırasıyla, kesme hızı (2.633) ve kesme derinliğinin (0.486) takip ettiği belirlenmiştir. Tablo 11. Çapak yüksekliği için bağımsız değişkenlere ait seviyelerin S/N yanıt tablosu Çapak yüksekliği (mm) Değişkenler S/N Oranları Seviye 1 Seviye 2 Seviye 3 Max.-Min. Kesme hızı, V (dev/dak) İlerleme, f (mm/diş) Kesme derinliği, a (mm) Şekil 4.b de ise, kesme hızının artması ile çapak yüksekliğinin arttığı gözlenmiştir. Kesme hızının artması, kesme bölgesinde ısı oluşumunu arttırdığından, kesilen malzemenin sünekliğinin ve kesme bölgesinde oluşan plastik deformasyonun artmasına sebep olmaktadır [4, 23-24]. Bu durum, çapak oluşumunu arttıran bir etken olarak ortaya çıkmaktadır. İlerleme değerinin artması ile birim zamanda kaldırılması gereken talaş hacmi artmaktadır. Böylelikle, kesme bölgesinde plastik deformasyon oluşumu hızlanarak, kesilmemiş alanın dışarıya doğru yönlenmesine ve çapağın oluşmasına sebep olmaktadır (Şekil 5) [25-26]. İlerleme yönü Çapak İlerleme yönü İlerleme yönü Çapak Çapak Çapak Çapak 2 mm 2 mm 2 mm V: 3000 dev/dak, f:0.05 mm/diş, a: 1 mm V: 4000 dev/dak, f:0.1 mm/diş, a: 1 mm V: 5000 dev/dak, f:0.1 mm/diş, a: 1.5 mm a) b) c) Şekil 5. Farklı kesme parametrelerinde oluşan çapak formları 31

9 Kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği değişkenlerinin herbirinin çapak yüksekliği üzerindeki istatistiksel etkisinin belirlenmesi için hesaplanan ANOVA sonuçları Tablo 12 de verilmiştir. Tablo 12. Çapak yüksekliğine ait S/N oranları için ANOVA tablosu Kaynak SD KT KO F P YK (%) V (dev/dak) f (mm/diş) a (mm) Hata Toplam Tablo 12 de, çapak yüksekliği üzerinde P<0.05 olduğu için bağımsız değişkenler arasında kesme hızı ve ilerlemenin istatistiksel olarak etkili olduğu belirlenmiştir. Buna göre, ilerlemenin %51.147, kesme hızının ise % oranında istatistiksel öneme sahip olduğu gözlenirken, kesme derinliğinin bir etkisinin olmadığı edilmiştir. Çapak yüksekliği için optimum seviyeler A 1, B 1 ve C 2 olarak belirlenmiştir. Bu seviyelere göre, elde edilebilecek en düşük çapak yüksekliği değeri Tablo 13 te gösterilmiştir. Tablo 13. Çapak yüksekliği için doğrulama deney sonucu ile hesaplanan sonuçların karşılaştırılması Doğrulama deney sonuçları Hesaplanan değerler Farklar Çy ölç. (µm) S/N (η ölç, db) Çy hes (µm) S/N (η hes, db) Çy ölç. - Çy hes. η ölç - η hes F test tablosuna göre, F a,1,2 =18.51 dir. V ep = 0.168, R=3, N = 9, T dof = 6 ve Eş. (3) e göre n eff = tir. Güven aralığı (CI), Eş. (2) ve (3) kullanılarak db olarak hesaplanmıştır. Bu değer, Tablo 13 te hesaplanan db den büyük olduğu için optimizasyonun uygunluğu test edilmiştir. 4. SONUÇLAR Alüminyum alaşımları, düşük yoğunluk, yüksek korozyon direnci ve kolay işlenebilme gibi özelliklerden dolayı endüstriyel alanlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Kullanım amaçlarına göre bu malzemeler, frezeleme, tornalama ve delme gibi farklı işleme operasyonlarına tabi tutulmaktadır. Bu işleme operasyonları esnasında, kesme kenarında oluşan yüzey pürüzlülüğü ve çapak, makine parçalarının performansını olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada, Al-5083 alaşımının kaplamasız karbür parmak frezeler ile frezelenmesi esnasında kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği parametrelerinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Buna göre, çalışmalar neticesinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Kesme hızının artması ile kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü azalmış, çapak yüksekliği ise artmıştır, İlerlemenin artması ile kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği artmıştır, Kesme kuvveti için optimum seviyeler A 3 B 1 C 1, yüzey pürüzlülüğü için A 3 B 1 C 2 ve çapak yüksekliği için A 1 B 1 C 2 olarak tespit edilmiştir, ANOVA sonuçlarına göre, kesme kuvveti üzerinde ilerleme değerinin %68.209, kesme hızının % ve kesme derinliğinin %14.965, yüzey pürüzlülüğü üzerinde ilerleme değerinin %47.829, kesme hızının % ve kesme derinliğinin %23.280, çapak yüksekliği üzerinde ise ilerleme değerinin %51.147, kesme hızının % ve kesme derinliğinin %1.389 istatistiksel öneme sahip olduğu belirlenmiştir, Çalışma sonuçlarına göre optimizasyon işleminin başarılı bir şekilde uygulandığı belirlenmiştir. 32

10 KAYNAKLAR [1] Karagiannis, S., Stavropoulos, P., Ziogas, C., Kechagias J Prediction of surface roughness magnitude in computer numerical controlled end milling processes using neural networks, by considering a set of influence parameters: an aluminium alloy 5083 case study, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Volume 228, Number 2, p [2].Pınar, A.M AA 6013 Alüminyum Alaşımının Frezelenmesinde Kesme Parametreleri Etkilerinin Ortalama ve Toplam Yüzey Pürüzlülüğü Kriterine Göre İncelenmesi, NWSA:Technological Applied Sciences, Cilt 5, Sayı 1, s [3].Kakati, A. K., Chandrasekaran, M., Mandal, A., Singh A.K Prediction of optimum cutting parameters to obtain desired surface in finish pass end milling of aluminium alloy with carbide tool using artificial neural network, World Academy Of Science And Engineering and Technology, Volume 5, Number 9, p [4] Bahçe, E., Özel C Al-5005 in delinmesinde işleme parametrelerinin çapak boyutları üzerine etkilerinin deneysel incelenmesi, Makine Magazin, Cilt 4, s [5] Tosun, N., Kuru, C., Altıntaş, E., Erdin E Hava ve Geleneksel Soğutma Yöntemi ile Frezelemede Yüzey Pürüzlülüğünün İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 25, Sayı 1, s [6].Hüseyinoğlu, M., Tosun, N., Al Alaşımının Frezelenmesinde Minimum Soğutma Sıvısının Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), s , Karabük, Türkiye. [7].Kadirgama, K., Noor, M.M., Rahman, M.M., Zuki, N.M., Rejab, M.R.M., Daud, R., Abou-El-Hossein K.A Optimization of surface roughness in end milling on mould aluminium alloys (AA6061-T6) using response surface method and radian basis function network, Jourdan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, Volume 2, Number 4, p [8].Lekkala, R., Bajpai, V., Singh, R. K., Joshi S.S Characterization and modeling of burr formation in micro-end milling, Precision Engineering, Volume 35, Number 4, p [9] Seoung, H.L., Sang-Heon L Optimisation of cutting parameters for burr minimization in face-milling operations, International Journal of Production Research, Volume 41, Number 3, p [10]Niknam, S.A., Songmene V Statistical investigation on burrs thickness during milling of 6061-T6 aluminium alloy, In Proc of CIRP 1st International Conference on Virtual Machining Process Technology, Montreal, QC, Canada,Volume 28, p.1-9. [11]Hovsepian, P. E., Luo, Q., Robinson, G., Pittman, M., Howarth, M., Doerwald, D., Tietema, R., Sim, W.M., Deeming, A., Zeus T TiAlN/VN superlattice structured PVD coatings: a new alternative in machining of aluminium alloys for aerospace and automotive components, Surface and Coatings Technology, Volume 201, Number 1-2, p [12]Zaghbani, I., Songmene V A force-temperature model including a constitutive law for dry high speed milling of aluminium alloys, Journal of Materials Processing Technology, Volume 209, Number 5, p [13]Kishawy, H.A., Dumitrescu, M., Ng, E.G., Elbestawi M.A Effect of coolant strategy on tool performance, chip morphology and surface quality during high-speed machining of A356 aluminum alloy, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 45, Number 2, p [14]Davim, J.P., Maranhao, C., Jackson, M.J., Cabral, G., Gracio J FEM analysis in high speed machining of aluminium alloy (Al7075-0) using polycrystalline diamond (PCD) and cemented carbide (K10) cutting tools, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 39, Number 11-12, p [15].Taguchi, G., Chowdhury, S., Wu Y Taguchi's Quality Engineering Handbook, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, USA. [16]Göloğlu, C., Sakarya N The effects of cutter path strategies on surface roughness of pocket milling of steel based on Taguchi method, Journal of Materials Processing Technology, Volume 206, Number 1-3, p [17]Günay, M., Yücel E Application of Taguchi method for determining optimum surface roughness in turning of high-alloy white cast iron, Measurement, Volume 46, Numbe 2, p [18]ISO Geometrical Product Specifications (GPS)-Surface texture: profile method-terms, definitions and surface texture parameters, international organisation for standardisation, Geneva. [19]Taşlıyan, A., Acarer, M., Şeker, U., Gökkaya, H., Demir B Inconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kesme Parameterelerinin Kesme Kuvveti Üzerindeki Etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 22, Sayı 1, s.1-5. [20]Ulaş, H.B., Mihmat, F., Demir H DIN sıcak iş takım çeliğinin testere freze çakılarıyla işlenebilirliğinin araştırılması, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Cilt 26, Sayı 2, s [21]Dvivedi, A., Kumar P Surface quality evaluation in ultrasonic drilling through the Taguchi technique, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 34, Number 1, p

11 [22]Davidson, M.J., Balasubramanian, K., Tagore, G.R.N Surface roughness prediction of flowformed AA 6061 alloy by design of experiments, Journal of Materials Processing Technology, Volume 202, Number 1-3, p [23]Bansal, A Comprehensive approach to Burr Prediction, LMA. Annual Reports, UC Berkeley, p [24]Lee, K Micro-Burr Formation and Minimization Through Process Control, Precision Engineering Volume 29, Number 2, p [25]Çakır C., Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Ceylan Matbaacılık, Bursa. [26]Jones, S., Furness R An Experimental Study of Burr Formation for Face Milling 356 Aluminium, Transactions of NAMRI/SME Volume 25, p