GRİ İLİŞKİSEL ANALİZ YÖNTEMİNE GÖRE FARKLI SERTLİKLERDE OPTİMUM TAKIM TUTUCUSUNUN BELİRLENMESİ

Transkript

1 2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analz Kongres Kasım 21- Balıkesr GRİ İLİŞKİSEL ANALİZ YÖNTEMİNE GÖRE FARKLI SERTLİKLERDE OPTİMUM TAKIM TUTUCUSUNUN BELİRLENMESİ Esra YILMAZ*, Ferhat GÜNGÖR** Marmara Ünverstes, FBE Makne Eğtm Anablm Dalı, İstanbul Marmara Ünverstes Teknk Eğtm Fakültes, İstanbul ÖZET Modern endüstrde amaç, en kısa zamanda, düşük malyette, yüksek kaltede ve mktarda ürün mal etmektr. Bu nedenle, üretm sürelern ve ş parçası malyetlern azaltmak çn brçok çalışma yapılmıştır. Kesme parametreler (kesme hızı, lerleme mktarı ve kesme dernlğ) dkkate alınarak, brçok performans özellklernn değerlendrlmeler le kesme kuvvetler, yüzey pürüzlülüğü ve ttreşm optmze edlr. Bu çalışmada tornalama parametrelernn optmzasyonu çn Gr İlşksel Analz (GİA) Yöntem kullanılmıştır. Çok krterl karar verme yöntemlernden br olan GİA, her geçen gün kendne daha fazla yer bulan ve farklı alanlarda uygulamalarda kullanılan br yöntemdr. Az ya da keskl blg, çok ver ve belrszlk olan durumlarda başvurulablecek alternatf ve etkl br yaklaşımdır. Bu çalışmada, SAE/AISI 414 malzemesndek ş parçasını, 3 farklı malzemedek takım tutucularını, 3 farklı sertlklerde hazırladık. Amacımız, farklı sertlk ve malzemedek takım tutucularının şleme esnasındak kesme kuvvet ve ttreşm üzerndek etklern ncelemektr. Elde ettğmz verler, GİA Yöntemne göre değerlendrdk. Deneysel sonuçlar gösteryor k, takım tutucularının sertlkler ve farklı malzeme yapıları kesme kuvvet ve ttreşm üzernde etkl olmaktadır. Anahtar Sözcükler: Gr İlşksel Analz, SEA/AISI 414, Kesme Kuvvet, Ttreşm ABSTRACT The goal of modern ndustry s manufactured products as soon as possble at a lower cost, hgher qualty and quantty. Therefore, many studes have been done to reduce part of the producton tme and workpece costs. Cuttng forces, surface roughness and vbraton s optmzed to take nto account cuttng parameters (cuttng speed, feed rate and cuttng depth) wth the evaluaton of many performance characterstcs. In ths study, Grey Relatonal Analyss (GRA) Method s used for optmzaton of turnng parameters. GRA, whch s one of Mult-crtera decson makng methods, s a method used n dfferent areas and applcatons wth each passng day fnds tself more space. It s an alternatve and effectve approach that can be appled n case of more data and uncertanty or less or dscrete nformaton. In ths study, We prepared three dfferent 1

2 materals of tool holder n three dfferent hardness at workpece of SAE/AISI 414 materal. Our am s that; dfferent hardness and materal tool holders mpact of cuttng forces and vbraton levels are examned durng process. Obtaned datas were evaluated va GIA Method. Expermental results have shown that the tool holder hardness and structure of dfferent materals have been effectve on cuttng forces and vbraton. Keyword: Grey Relatonal Analyss, SEA/AISI 414, Cuttng Force, Vbraton 1.GİRİŞ Talaşlı malat alanında en ekonomk malat ve en deal takım ömrü çn en uygun kesme parametrelernn belrlenmes amaçlanır [1]. Yatırım malyetlernn düşüklüğü, kullanılan makne ve tezgâhların uzun ömürlü oluşu, şleme parametrelernn optmzasyona uygunluğu ve en önemls de elde edlen ürünlern ölçü ve yüzey kaltesnn y olması talaşlı üretmn dğer üretm yöntemlerne göre terch sebeplernden bazılarıdır [2]. Tornalama; kesme şlem ve özellkle de parçanın şlenmş son hal çn kullanılan oldukça yaygın br metottur. Ayrıca kesme parametreler, şleme yöntemyle stenlen kaltede ürün üretmek çn, uygun br şeklde seçlmeldr [3]. Gr İlşksel Analz, Gr Teor ana başlığı altında lteratürde yern almış br karar verme ve analz aracıdır [4]. Gr teor lk defa 1982 yılında Tayland da k Hua Chung Blm ve Teknolo Ünverste s öğretm üyelernden olan Profesör Julong Deng tarafından ortaya atılmıştır. Gr teor gr lşksel analz, gr modelleme, gr tahmn ve gr karar verme gb alt başlıklar altında farklı alanlarda uygulanmaktadır [5]. GİA, her geçen gün karar verme yöntem olarak lteratürde daha fazla yer alan ve daha çok başvurulan br araç olmuştur. Farklı alanlarda GİA nın kullanıldığı uygulamalar, yöntemn uygulanablrlğne yönelk daha y fkr vermektedr [4]. Hsu ve Wen 2 yılında yaptıkları çalışmada [6], GİA yöntemnden yararlanarak belrszlk ortamında en az sayıda veryle havayolu trafğ konusunda tahmn ve buna dayalı olarak uçuş frekanslarının belrlenmes yoluyla havayolu ağ tasarımı gerçekleştrmştr. 22 yılında Ln ve Ln yaptıkları çalışmada [7], çoklu performans karakterstkler le tel erozyon şlemnn optmzasyonu çn GİA ve ortogonal dzy kullanmışlardır. 26 yılında Palankumar, Karunamoorty, Karthkeyan [8], çalışmalarında karbür(kio) takımını kullanarak GFRP (glass fber-renforced polymer) malzemesnn şlenmesnde, şleme parametrelernn çoklu performanslarını optmzasyonunu yapmışlardır. Bunun çn de GİA dan faydalanmışlardır. 29 yılında Lu, Chang, Hwang, Chung çalışmalarında [9], yüksek hızlı frezede kesme parametrelernn optmum dzaynı çn temel bleşenler analz le GİA br arada kullanılmıştır. Bugün benzer alanlarda brçok çalışmaya rastlamak mümkündür. Gr Sstem Teors az ya da keskl blg, çok ver ve belrszlk olan durumlarda başvurulablecek alternatf ve etkl br yaklaşımdır. Çok değşkenl statstklerle hçbr dağılıma uymayan, yeterl ver çermeyen ve belrszlk nedenyle modellenemeyen problemlerde gr teor çözüm önerlmektedr [5]. Bu çalışmada, farklı sertlk ve malzemelerden hazırlanan takım tutucularının kesme esnasında oluşan ttreşm ve kesme kuvvetler üzerne etks ncelenmş ve deney sonuçları 2

3 üçüncü bölümde verlmştr. Yapılan deneylerle, mnmum kesme kuvvet ve mnmum ttreşm çn optmum takım tutucu sertlğ belrlenmştr. Bu sayede malatçıların somut verlerle şleme kaltesn etkleyen takım tutucu malzemesnn sertlğ krterne blmsel br bakış açısı kazandırılmıştır. 2.GRİ İLİŞKİSEL ANALİZİ Gr İlşksel Analz nde; syah, blgye sahp olmadığını, beyaz, blgye tamamen sahp olduğunu gösterr. Gr sstem se, syah le beyaz arasındak blgnn sevyesn gösterr. Dğer br deyşle gr sstemde bazı blgler blnrken bazı blgler blnmez. Beyaz sstemde, sstem çersndek lşkler arası faktörler kesndr. Gr sstemde se sstem çersndek lşkler arası faktörler kesn değldr.[1]. Gr lşksel analz (GİA) gr modellemenn alt başlıklarından brdr. GİA gr br sstemdek her br faktör le kıyas yapılan faktör (referans sers) sers arasındak lşk derecesn belrlemeye yarayan br metottur. Her br faktör br dz (satır veya sütun) olarak tanımlanır. Faktörler arası etk dereces se gr lşksel derece olarak smlendrlr [5]. Gr lşksel analz metodunun hesaplama adımları aşağıdak gbdr [5]: 1. Adım: n uzunluğundak referans ser aşağıdak gb olsun (Eştlk 1). x ( x 1), x (2), x (3),..., x ( )) ( n (1) 2. Adım: Verlern normalze edlmes Faktörlern farklı kaynaklardan geldğ, farklı brmlerde ölçüldüğü düşünüldüğünde GİA nın lk adımı verlern aynı brme dönüştürülmesdr. Ayrıca sernn çok genş aralıklarda değerler aldığı durumlarda standartlaştırmayla verlern küçük br aralığa çeklmesnde de fayda vardır. Gr sstem teorsnde bu normalleştrme proesne gr lşksel oluşum (grey relatonal generatng) adı verlmektedr. Verlern normalzasyonunda en sık kullanılan yöntemlerden brs lneer ver önşleme metodudur. Faktör serlernn normalzasyonunda dkkat edlmes gereken daha yüksek daha y, daha düşük daha y ve en deal en y krterlernden hangsnn sernn özellğn yansıttıdır. Örneğn serdek noktaların küçük değerler olması stenen br özellk se lneer normalzasyonda küçük değer alan noktalar normalzasyonda 1 e yakın değerler alırken, büyük değer alan noktalar a yakın değerler alacaktır. Daha yüksek daha y durumunda normalzasyon Eştlk 2 dek gbdr. x x mn x k) x mn x ( (2) x, sers k. sıradak ornal değer, x (k) normalzasyon sonrası. ser k. sıradak değer, mn x sersndek mnmum değer, x sersndek maksmum değerdr. 3

4 Daha düşük daha y çn Eştlk 3 dek gbdr; x x k) x mn x ( (3) İdeal değer daha y çn Eştlk 4 dek gbdr ; x x( k) 1 x (4) Burada x stenlen deal değer göstermektedr. 3. Adım: x sers le karşılaştırılacak m tane ser Eştlk 5 te tanımlanmış olsun. ( x ( 1), x (2), x (3),..., x ( n) ) x 1,2,..., m (5) 4. Adım: k, n uzunluğundak serdek k. Sırayı göstersn. ε ( x, x ( )) lşksel katsayı olup eştlk 6, 7, 8 ve 9 a göre hesaplanır. k, k. noktadak gr ε ( x, x ) mn + ξ + ξ x (6) (7) mn mn mn k x (8) k x (9) Ve ξ (,1 ) arasındak br katsayıdır. 1,2, m; k1,2,...,n. ξ şlev, le arasındak farkı ayarlamaktır. Çalışmalar ξ değernn gr lşksel derece sonrası oluşacak sıralamayı etklemedğn göstermektedr. 5. Adım: Son olarak gr lşksel derece se eştlk 1 le hesaplanır: γ 1 n ( x, x ) ε ( x, x ( k ) ) n k 1 (1) ( x, ) γ x gr br sstemdek br ölçüsüdür. Gr lşksel derecesnn büyüklüğü x sers le x referans sers arasındak geometrk benzerlğn x le x arasında kuvvetl br lşk olduğunun göstergesdr. Eğer karşılaştırılan k ser brbrnn aynı se gr lşksel derece değer 1 olarak bulunur. Gr lşksel derece karşılaştırılan sernn referans serye ne kadar benzer olduğunu gösterr. 4

5 Eğer her br krtern ağırlıkları verldyse, krtern gr lşk katsayısı le krtern önem derecesne lşkn ağırlık değer çarpılarak gr lşk dereces bulunablr. Bu Eştlk 11 e göre hesaplanır. γ 1 n ( x, x ) ε ( x, x. ( W ( k )) ) n k 1 (11) Karar verme problemnde referans ser, krterlern alması stenen en büyük, en küçük ve en deal değerler olarak seçlrse, karşılaştırması yapılacak faktör sernn referans serye göre hesaplanacak gr lşksel dereces krterler yakalama sevyesnn br gösterges olacaktır. Dğer br deyşle gr lşksel dereces en yüksek olan faktör sers (alternatf) karar verme problemnde en y karar verme alternatfn gösterecektr [5]. 3.DENEYSEL ÇALIŞMA Deneysel çalışma, JOHNFORD TC 35 CNC Fanuc T x-z eksenl CNC Torna Tezgâhında gerçekleştrlmştr. İş parçası olarak dış çapı 68,5mm e getrlmş olan AISI 414 (42CrMo4) özellkl ıslah çelğ malzemes kullanılmıştır. Kullanılan bu ş parçasını şlemek çn; 42HRC, 45HRC ve 47HRC sertlklerne getrlen ve malzeme özellkler AISI 2344, AISI 414 ve AISI 434 olan takım tutucular TAKIMSAŞ a özel mal ettrlmştr. SVJCR tp olan bu 9 farklı çeşt takım tutucularla deneyler gerçekleştrlmştr. İş parçası VBMT 1134 SUMITOMO marka kaplamalı elmas uçlar kullanılarak şlenmştr. İşlenen malzemelern kuvvet ve ttreşm ölçümler çn sırası le KISTLER 9121 Dnamometre ve Vbrotest-6 Ölçüm Chazı kullanılmıştır. İşleme esnasında lerlemeler değştrlmş ve kesme hızı le talaş dernlkler sabt tutulmuştur. Sertlk, lerleme ve malzeme cnsne göre oluşturulmuş olan deney düzeneğ Tablo1 de verlmştr. Deney No Sertlk (HRC) İlerleme (mm/mn) Tablo 1. Deney düzeneğ Malzeme Cns Sertlk (HRC) İlerleme (mm/mn) Malzeme Cns , , , , , , , , , DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA Şekl 1 de gösterldğ gb yapılan ölçümlerden elde edlen kesme kuvvet, ttreşm değerler Tablo 2 de toplu halde verlmştr. 5

6 Şekl 1. Kuvvet ve ttreşm ölçüm standı Tablo 2. Ttreşm ve kesme kuvvet deney sonuçları Sertlk İlerleme Ttreşm Deney No (HRC) (mm/mn) Malzeme Cns Kesme Kuvvet ,2648, ,3648, ,848, ,4383, ,641, ,6561, ,845, ,8891, ,2175,929 Tornalama şlem esnasında kuvvetn ve ttreşmn az olması daha y performansı göstermektedr. Böylece GİA yöntemne göre referans sers oluşturulurken mnmum değerler göz önüne alınır ve normalzasyon şlem esnasında daha düşük daha y şeklnde değerlendrlr. 1. deneydek ttreşm değer çn normalzasyon şlem yapacak olursak aşağıdak değer elde edlr. xt (1) t (1),1959,198 xt ( 1),496 x (1) mn x (1),1959,223 t t Bütün ölçüm sonuçların normalze edlmş hal Tablo 3 de verlmştr. Normalze edlen sonuçlar referans sersnden çıkarılarak katsayı matrs çn gerekl olan uzaklık matrs elde edlmş olur. Katsayı matrs hesabı çn ξ, 5 orta değer alınır. 1. Deneyn ttreşm sonuçları çn katsayı matrsn hesaplayacak olursak; ( 1) x 1,496,54 ε t + ξ +,5.1,54 +,5.1 mn t1 + ξ,498 Bütün deneyler çn hesaplanan katsayı matrs sonuçları Tablo 4 de sunulmuştur. 6

7 Tablo 3. Normalzasyon Deney No Ttreşm Kesme Kuvvet Tablo 4. Katsayı Matrs Deney No Ttreşm Kesme Kuvvet Referans Sers 1 1 1,498,6262 1,496,715 2,6734,816 2,7575,8872 3,521,4356 3,5386,3523 4,3333,9893 4,, ,, ,,7526 6,5666,3333 6,6175, 7,5518,7187 7,5939,843 8,5442 1, 8,5812 1, 9,5515,497 9,5933,2794 Katsayı matrsler hesaplandıktan sonra, Eştlk 1 a göre Gr İlşksel Dereceler bulunur. Uygulanan deneye göre, Tablo 5 de ve Şekl 2 de de açıkça görüldüğü gb Gr İlşksel Derecelernde en yüksek (optmum) değer 5 numaralı deneyden elde edlmştr. Çıkan sonuçlar göre en yüksek olan değer en deal değer olarak tanımlanır. Böylece mnmum kesme kuvvet ve mnmum ttreşm değerler elde etmek çn kullanılacak en deal takım tutucu özellkler 5 numaralı deneyde kullanılan şleme şartlarında görülmektedr. Deney No Sertlk İlerleme Mktarı mm/dev Tablo 5. Gr lşksel derece Malzeme Ttreşm Kesme Cns Kuvvet Gr Derece GİA ya göre en y Sıralama 1 42,1 2344,198 3,2648, ,2 414, ,3648, ,3 434, ,848, ,1 434, ,4383, ,2 2344, ,641, ,3 414, ,6561, ,1 414, ,845, ,2 434,95 269,8891, ,3 2344, ,2175,

8 Şekl 2. Mnmum ttreşm ve kesme kuvvet çn gr lşksel derece 5.SONUÇLAR Bu çalışmada, Tornalama şlemnde çoklu performans karakterstkler ( kesme kuvvet ve ttreşm) çn, optmum takım tutucusu Gr İlşksel Analz Yöntem kullanılarak belrlenmştr. Kesme kuvvet ve ttreşm, tornalama şlem esnasında yüzey kaltesnn etklenmes nedenyle seçlmştr. Elde edlen Gr İlşksel Derecelernn sonuç tablosundan, tornalama şlem çn Gr İlşksel Derecenn en yüksek değer bulundu. Bu değerler,,2 mm/dev lerleme mktarı, 45 HRc sertlk ve SAE/AISI 2344 malzemesndek takım tutucu çn uygun sonuç olarak değerlendrlmştr. Bu uygulamalarda, her br deneyn 5-6 kez tekrarlanarak sonuçların ortalamaları üzernden daha uygun sonuç elde edleceğ br gerçektr. Ancak, malyet ve zaman oluşturması nedenyle brer kez tekrarlanmıştır. GİA nn bu tür deneylerdek performansını farklı yöntemlerle karşılaştırarak, tutarlılık ve güvenrllk testleryle de sınanması görüşünü de savunmaktayız. 6.TEŞEKKÜR 1- Marmara Ünverstes CNC Laboratuarında başta Prof. Dr. Mustafa KURT ve Arş. Gör. Barkın BAKIR Hocalarımıza desteklernden ve yardımlarından dolayı teşekkür ederz. 2-Takım tutucularını mal edp çalışmalarımızı destekleyen TAKIMSAŞ A.Ş. yönetclernden Tekn SEÇKİN ve Turgay YAPICI Beyefendlerne teşekkür ederz. 3-Uçlarımızı tedark ettğmz NİKKEN TÜRKİYE yönetcs Dr. Ayhan ETYEMEZ Beyefendye teşekkür ederz. 8

9 7.KAYNAKLAR [1] IŞIK, Y., ÇAKIR, M.C., Hız Çelğ Takımlar çn Kesme Parametrelernn Yüzey Pürüzlülüğüne Etklernn Deneysel Olarak İncelenmes, Teknolo, Sayı 1-2, p.p , (21). [2] NEŞELİ, S., Tornalamada Takım Geometrs ve Tırlama Ttreşmlernn Yüzey Pürüzlülüğüne Etkler, Yüksek Lsans Tez, Selçuk Ünverstes, Fen Blmler Ensttüsü (26). [3] TZENG, C.J., LIN, Y.H., YANG, Y.K., JENG, M.C., Optmzaton of Turnng Operatons wth Multple Performance Characterstcs Usng The Taguch Method and Grey Relatonal Analyss, Journal of Materals Processng Technology, 29, p.p , (29). [4] DEMİRAY, A., Makne Seçm Problemnn Çok Krterl Karar Verme Yöntemyle Çözümü, Yüksek Lsans Tez, Gaz Ünverstes Fen Blmler Ensttüsü, Ankara (27). [5] ÜSTÜNIŞIK, N.Z., Türkye'dek ller ve Bölgeler Bazında Sosyo-Ekonomk Gelşmşlk Sıralaması Araştırması: Gr lşksel Analz Yöntem ve Uygulaması, Yüksek Lsans Tez, Gaz Ünverstes Fen Blmler Ensttüsü, Ankara, (Hazran 27). [6] HSU, C.I. and WEN, Y.H., Applcaton of Grey Theory and Multobectve Programmng Towards Arlne Network Desgn, European Journal of Operatonal Research, 127(1), p.p , (2). [7] LIN, J.L., LIN, C.L., The Use of The Orthogonal Array Wth Grey Relatonal Analyss to Optmze The Electrcal Dscharge Machnng Process Wth Multple Performance Characterstcs, Internatonal Journal of Machne Tools & Manufacture 42, p.p , (22). [8] PALANIKUMAR, K., KARUNAMOORTHY, L., KARTHIKEYAN, R., Multple Performance Optmzaton of Machnng Parameters on the Machnng of GFRP Compostes Usng Carbde (K1) Tool, Materals and Manufacturng Processes, 21, p.p , (26). [9] LU, H.S., CHANG, C.K., HWANG, N.C., CHUNG, C.T., Grey Relatonal Analyss Coupled Wth Prncpal Component Analyss for Optmzaton Desgn of The Cuttng Parameters n Hgh-Speed End Mllng, Journal of Materals Processng Technology 29, p.p , (29 ). [1] TOSUN N., Determnaton of Optmum Parameters for Mult-Performance Characterstcs n Drllng by Usng Grey Relatonal Analyss, The Internatonal Journal of Advanced Manufacturng Technology, 28, p.p , (26). 9