Invastigation of the Effect Surface Roughness of Cutting Parameters on the Ms 58 Brass Materials by Using Turn-Milling Process

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 6, No: 4, 2009 (65-70) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 6, No: 4, 2009 (65-70) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Teğetsel Tornalama-Frezeleme Yöntemi Kullanılarak Ms 58 Pirinç Malzemesinin İşlenmesinde Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Araştırılması Vedat SAVAŞ, Çetin ÖZAY Fırat Üniversitesi Tek. Eğt. Fak. Makine Eğt. Böl., Elazığ/TÜRKİYE Özet Bu çalışmada yeni bir yöntem olan teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi kullanılarak MS58 pirinç malzemesinin işlenmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda kesici takım devri, iş parçası devri, eksenel ilerleme hızı, kesme derinliği ve kesici takım helis açısı gibi kesme parametrelerinin üç farklı seviyeleri göz önüne alınarak deneyler yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda MS 58 pirinç malzemesinin teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi ile işlenmesinde taşlama kalitesine yakın bir yüzey elde edildiği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Teğetsel tornalama-frezeleme, Helis açısı, Yüzey Pürüzlülüğü, Kesme parametreleri Invastigation of the Effect Surface Roughness of Cutting Parameters on the Ms 58 Brass Materials by Using Turn-Milling Process Abstract In this study, using tangential Turn-Milling process which is a new machining method, the effects on the surface roughness of cutting parameters of MS58 Brass material were investigated. The experiments have been done considering three different levels as revolution of cutting tool and workpiece, feed rate and depth of cut, helix anles of the end milling. The results of these experiments have been indicated that the surface roughness quality of the workpiece is close to grinding process, in machining MS58 Brass material using tangential Turn-Milling process. Keywords: Tangential Turn-Milling, Helix Angle, Surface roughness, Cutting Parameters 1.GİRİŞ Üretimde maliyet, zaman ve yüzey kalitesi en önemli faktörlerdir. Geleneksel olan tornalama, taşlama yöntemleri ile silindirik parçaların işlenmesi yukarıda belirtilen faktörleri olumsuz yönde etkilemektedir. Çünkü silindirik parçaların imalatında öncelikle parçalar tornalanmakta sonrada ölçü tamlığına ve gerekli yüzey hassasiyetine getirmek için taşlama işlemine tabi tutulmaktadır. Bu da zaman kaybı ve maliyetin artması anlamına gelmektedir. Bunların giderilmesi için son zamanlarda tornalama-frezeleme yöntemi geliştirilmiştir. Genellikle düzlem yüzeylerden talaş kaldırma işleminde kullanılan çok ağızlı takımlar, işlenen yüzey kalitesinin ve işleme verimliliğinin arttırılması açısından büyük önem sahiptir[1]. Bu takımlar tornalama işleminde kullanılarak benzer avantajlar elde edilebilir. Tornalama işleminde talaş kaldırmak için Bu makaleye atıf yapmak için Savaş V.,Özay Ç., Teğetsel Tornalama-Frezeleme Yöntemi Kullanılarak Ms 58 Pirinç Malzemesinin İşlenmesinde Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Araştırılması Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2009,(6) How to cite this article Savaş V., Özay Ç., Invastigation of the Effect Surface Roughness of Cutting Parameters on the Ms 58 Brass Materials by Using Turn-Milling Process Electronic Journal of Machine Technologies 2009, (6) 65-70

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2009 (6) Teğetsel Tornalama-Frezeleme Yöntemi Kullanılarak kullanılan kesici takım iş parçasına yalnızca bir bölgeden temas etmektedir. Bu sebepten dolayı kesici takım ile iş parçası temas yüzeyinde aşırı bir ısınma olmakta ve kesici takım kısa bir sürede körelerek kesicilik özelliğini kaybetmektedir; buna bağlı olarak da yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. Yüzey kalitesinin artırılması için kesici takımın değiştirilmesi gerekir, bu da maliyeti artırır. Ayrıca kesici takımın teması boyunca ilerleme devam ettiğinden bütün yüzeye temas etmemekte ve yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. Tornalama-frezeleme tekniğinde ise kullanılan kesici takımda talaş kaldırma işlemini birden fazla ağız yapmakta ve kesici takım da döndüğünden dolayı iş parçası ile her bir kesici takım ağzı arasındaki temas alanı azaltmaktadır. Temas alanı azaldığından kesici takım ağzının körelmesi gecikmektedir; buna bağlı olarak da yüzey pürüzlülüğü azalmaktadır, ayrıca kesici takım döner olduğundan talaş kaldırma esnasında oluşan ısı da azaltmaktadır. Son zamanlarda bu konu hakkında bazı araştırmalar yapılmıştır. Ramaswamy ve Koeningsberg ilk olarak döner takım kullanarak talaş kaldırma işlemini gerçekleştirmişlerdir. Yapmış oldukları çalışmalarda döner takımların sabit kesici takımlara göre 20 kat daha uzun bir ömrüne sahip olduğunu belirtmişlerdir[2]. Armargo ve diğ. döner kesici takım kullanarak yapılan talaş kaldırma işleminde kesme kuvvetleri, talaş akış açısı ve kesici takım hızının sayısal modelini belirleyerek analiz etmişlerdir[3].chen ve Hoshi kompozit malzemelerin işlenmesi için tornalama işleminde döner takım kullanmışlardır[4]. Kishawy ve Wilcox, sertleştirilmiş çeliklerin tornalanmasında döner kesici takım kullanmışlardır. Bu çalışmada kesici takımın aşınmasını ve talaş şeklini incelemişlerdir. Döner ve sabit olan kesici takımların aşınması ve ısı dağılımını incelemişlerdir. Deneyler sonucunda döner kesici takımların daha az aşındığını ve oluşan ısının azaldığını gözlemlemişlerdir[5]. Dessoly ve diğ. sertleştirilmiş çeliklerin döner kesici takımlarla tornalanmasında kesici takımın sıcaklığını modellemişlerdir. Sabit ve döner olan kesici takımları mukayese etmişlerdir [6]. Kishawy ve diğ. Titanyum alaşımlarının işlenmesinde döner takım kullanarak yüzey kalitesini ve verimliğini araştırmışlardır[7]. Joshi ve diğ. Al/SiC p kompozitlerinin işlenmesinde karbürlü döner kesici takımların aşınmasını araştırmışlardır[8]. Lei ve Liu titanyum alaşımlı malzemelerin işlenmesinde sabit ve döner kesici takım kullanarak tornalama yapmışlardır. Kesici takımların işlemedeki ömürlerini incelemişlerdir. Döner kesici takımların sabit kesici takımlara göre 60 kez daha ömürlü olduğunu tespit etmişlerdir[9]. Kopac ve Pogacnik tornalama- frezeleme işleminde yüzey kalitesini teorik ve deneysel olarak araştırmışlardır. Yapmış oldukları çalışmalarda iş parçası ve kesici takım konumlarının ve titreşimlerin yüzey kalitesine çok büyük etkisinin olduğunu belirlemişlerdir[10]. Choudhury ve Mangrulkar silindirik iş parçaların işlenmesinde tornalama ile ortagonal tornalama-frezeleme yöntemlerinin farklı devir ve eksensel ilerleme hızlarındaki avantajları kıyaslamışlardır[11]. Savaş ve Özay yapmış oldukları çalışmada silindirik iş parçalarının teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi ile işlenmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisini araştırmışlardır. Teğetsel tornalamafrezeleme yöntemi ile talaş kaldırma işleminde taşlama kalitesine yakın bir yüzey kalitesi elde ettiklerini belirtmişlerdir[12]. Bu çalışmanın amacı, otomat tezgâhlarda imal edilen her türlü döner parçaların ( cıvata, somun, valf, vana ve flanş) ve birçok dekoratif parçaların imalatında kullanılan korozyon direnci yüksek olan MS58 pirinç malzemesinin yeni bir yöntem olan teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi ile işlenmesinde kesme parametrelerinin ortalama yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri incelenmiştir. 2. MATERYAL VE METOT Deneysel çalışmalar Şekil 2,1 de görülen CNC JHONFORD dikey işleme merkezli freze tezgâhında yapılmıştır. Deneylerin yapılabilmesi için CNC Freze tezgâhının tablası üzerine farklı devirlerde dönebilen bir ayna ve diğer tarafına iş parçasını desteklemek amacı ile punta yerleştirilmiştir. Bu deney düzeneğinde bir taraftan iş parçası kendi ekseni etrafında döndürülürken diğer taraftan da freze çakısının kendi ekseni etrafında döndürülmesi ve tablanın X ekseninde ilerlemesi sağlanmıştır. 66

3 Savaş V., Özay Ç. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2009 (6) Şekil 2.1 Deney düzeneğinin sistematik diyagramı[13] Deneysel çalışmalarda kullanılan MS58 pirinç malzemenin kimyasal analizi ve bazı mekanik özellikleri Tablo 2.1 ve Tablo 2.2 verilmiştir. MS58 Pirinç malzeme Ø40 x60 mm ölçülerinde kesilmiş ve iş parçasının bir taraftan desteklenmesi için punta deliği açılmıştır. Deneysel çalışmalarda kesici takım olarak Ø 20 mm çapında 4 kesici ağızlı farklı helis açılara sahip HSS parmak freze çakıları kullanılmıştır. Tablo2.1Pirinç malzemenin kimyasal analizi Cu Zn Pb Sn Fe Ni Al Diğ Tablo 2.2 Pirinç malzemenin mekanik özellikleri Çekme mukavemeti Akma mukavemeti % Uzama Sertlik HB (MPa) (MPa) Deneysel çalışmaların yapılmasında kullanılanın parametreler ve seviyeleri Tablo 2.3 de verilmiştir. Tablo 2.3 de belirtilen şartlarda işlenen iş parçaları, 0.01 µm hassasiyetindeki MITUTOYO 211 marka yüzey pürüzlülüğü ölçüm cihazında ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri ölçülmüştür. Tablo 2.3 Pirinç malzemesinin işlenmesinde kullanılan parametreler ve seviyeleri Parametreler Seviyeleri Seviye 1 Seviye 2 Seviye 3 Kesici Takım Devri ( dev/dak ) İş Parçası Devri ( dev/dak) Eksenel İlerleme Hızı ( mm/dak ) 3.2 7, Kesme Derinliği ( mm ) Kesici Takımın Helis Açısı ( º ) DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMALAR MS58 pirinç malzemesinin teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi ile işlenmesinde kesme parametrelerine bağlı olarak elde edilen yüzey pürüzlülüğü değerleri Şekil te verilmektedir. Şekil 3.1 ve 3.2 deki grafikler incelendiğinde kesici takım devri ve iş parçası devri değerinin kesme hızı formülünden elde edilen değere kadar artması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin azaldığı fakat bu değerler aşıldığında ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin artığı görülmektedir. Frezeleme ve tornalama talaş 67

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2009 (6) Teğetsel Tornalama-Frezeleme Yöntemi Kullanılarak kaldırma yöntemlerinde de kesici veya iş parçası devirlerinin ideal olan değeri kesme hızı formülüne göre belirlenmektedir. Teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi tornalama ve frezeleme yöntemlerinin bir birleşimi olduğundan kesici takım devri ve iş parçası devri parametrelerinin ideal olan devir seviyeleri ikinci seviyelerdir. Bu seviyelerde de ortalama yüzey pürüzlülüğü en düşük değerde çıkmıştır. Kesici takım helis açısının 30 ye kadar artması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin azaldığı bu değerden sonra arttığı görülmektedir. Nee de yapmış olduğu çalışmada 25, 35 ve 55 helis açısına sahip kesici takımlar kullanmıştır. En iyi ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin 35 helis açısına sahip kesici takımların kullanılması ile elde edildiğini belirtmiştir[13]. Şekil 3.1 Kesici Takım Devrinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi Şekil 3.2 İş Parçası Devrinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi Şekil 3.3 ve 3.4 deki grafikler incelendiğinde işleme parametrelerinden eksenel ilerleme hızı ve kesme derinliği değerlerinin artması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin arttığı görülmektedir. Kesme derinliği ve eksenel ilerleme hızının artması ile kesici takımı birim zamanda kaldıracağı talaş miktarı artmaktadır. Buna bağlı olarak artan kesme kuvvetleri, titreşim değerini artırarak ortalama yüzey pürüzlülüğü değerlerinin artmasına sebep olmaktadır. 68

5 Savaş V., Özay Ç. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2009 (6) Şekil 3.3 Kesme Derinliğinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi 4.SONUÇLAR Şekil 3.4 Eksenel İlerleme Hızının Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi Ms58 pirinç malzemesinin teğetsel tornalama-frezeleme yöntemi ile işlenmesinde elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. Kesici takım ve iş parçası devrinin kesme hızı formülünden elde edilen devir değerine kadar artması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin azaldığı bu değerin aşılması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin arttığı belirlenmiştir. Kesme derinliği değerinin arttırılması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değeri artmıştır. Eksenel ilerleme hızının artması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü artmıştır. Kesici takım helis açısının 30 kadar arttırılması ile ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin azaldığı; bu değerin üstündeki helis açısı değerlerinde ise ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin arttığı tespit edilmiştir. TEŞEKKÜR Yazarlar, 1395 no lu proje kapsamında bu çalışmayı destekleyen Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri ( FÜBAP ) birimine ve Fırat Üniversitesi Rektörlüğüne teşekkürlerini sunar. 69

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2009 (6) Teğetsel Tornalama-Frezeleme Yöntemi Kullanılarak KAYNAKLAR [1] Schulz H., Lehmann T.,,Krafte und antriebsleistungen beim orthogonalen drehfrasen (Forces and drive powers in orthogonal turn-milling), Werkstatt und Betrieb, v123, n12, p , 1990 [2] Ramaswamy N., Koeningsberger, Experiments with Self-propelled rotary cutting tools, Proc. Of 9th IMTDR Conference, Part 2, p , [3] Armerago E.J.A., Karri V., Smith A.J.R., Fundemental studies of driven and self-propelled rotary tool cutting process-i theorical investigation, International Journal of Machine Tools & Manufacture v.34(6), p ,1994 [4] Chen P., Hoshi T., High performance machining of SiC whisker-reinforced aluminium composite by self-propelled rotary tools, Annals of CIRP v.41 p ,1992. [5] Kishawy H.A., Wilcox J., Tool wear and chip formation during hard turning with self-propelled rotary tools, International Journal of Machine Tools & Manufacture v.43 p ,2003. [6] Dessoly V., N. Melkote S., Lescalier C., Modelling and verification of cutting tool temperatures in rotary tool turning of hardened stell, International Journal of Machine Tools & Manufacture v.44 p ,2004. [7] Kishawy H.A., Becze C.E., McIntosh D.G., Tool performance and attainable surface quality during the machining of aerospace alloys using self-propelled rotary tools, Journal of Materials Processing Tecnology v.152 p ,2004. [8] Joshi S.S., Ramakrishnan N., Nagarwalla H.E., Ramakrishnan P., Wear of rotary carbide tools in machining of Al/SiCp composites, Wear v.230 p ,1999. [9] Lei S., Liu W., High- speed machining of titanium alloys using the driven rotary tool,, International Journal of Machine Tools & Manufacture v.42 p ,2002 [10] Kopac J., Pogacnik M., Theory and Practice of Achieving Quality Surface in Turn Milling, Int.J.Mach.Tools Manufact. vol37, n5, p , 1997 [11] Choudhury S.K., Mangrulkar K.S., Investigation of Orthogonal Turn-Milling for the Machining of Rotationally Symmetrical Work Pieces, Journal of Materials Processing Technology, v99, p , 2000 [12] Savas V., Ozay C., Analysis of the Surface Roughness of Tangential Turn-Milling for Machining with End Milling Cutter, Journal of Materials Processing Technology, v186, p , [13] Nee, A.Y.C., and others, Surface Finish in Milling Technical Report, SME, pp.38,