TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesici Takım Malzemesi Seçimi

Transkript

1 Makne Teknolojler Elektronk Dergs Clt: 9, No: 3, 2012 (35-42) Electronc Journal of Machne Technologes Vol: 9, No: 3, 2012 (35-42) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Artcle) TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm Hall ÇALIŞKAN *, Blal KURŞUNCU *, Caht KURBANOĞLU **, Şevk Yılmaz GÜVEN *** * Bartın Ünverstes Müh. Fak. Mak. Müh. Böl., Bartın/TÜRKİYE ** İstanbul Medenyet Ünverstes Müh. Mm. Fak. Mak. Müh. Böl., İstanbul/TÜRKİYE *** Süleyman Demrel Ünverstes Müh. Fak. Mak. Müh. Böl., Isparta/TÜRKİYE hcalskan@bartn.edu.tr Özet Makne parçaları ve kalıpların talaşlı olarak şlenmesnde brçok kesc takım malzemes kullanılmaktadır. Konvansyonel şleme yöntemlernden farklı olarak yüksek hızda kesme, kuru kesme ve sert metal şleme gb talaşlı şleme yöntemlernn kullanımı yaygınlaşmaktadır ve bu yüzden, şleme yöntemne uygun özellklere sahp kesc takım malzemesnn seçlmes önem arz etmektedr. Ancak, her kesc takım malzemes her br özellk çn farklı performans göstermektedr ve uygulanan talaşlı şlemeye en uygun kesc takım malzemesnn seçlmes gerekmektedr. Bu htyaç doğrultusunda, bu çalışmada, 19 adet alternatf kesc takım malzemes ve 10 adet seçm krternden oluşan br karar matrs ele alınmıştır. Kesc takım malzemelernn yoğunluk, sertlk, akma dayanımı, elastste modülü, basma dayanımı, kayma dayanımı, Charpy darbe dayanımı, termal letkenlk, termal genleşme katsayısı ve malyet değerler seçm krterler olarak kullanılmıştır. Bu karar matrsndek verler kullanılarak, kesc takım malzemes seçm problemn çözmek amacıyla TOPSIS metodu uygulanmıştır. Sun tek krstall elmas ve sun çok krstall elmasın, en uygun kesc takım malzemes olduğu belrlenmştr. AISI O2, ASTM A2, AISI A11 ve ASTM A6, uygun olan dğer kesc takım malzemelerdr. Elde edlen sıralamanın, lteratürde dğer malzeme seçm metotları le elde edlenler le uyum çersnde olduğu görülmüştür. Anahtar Kelmeler: Kesc Takım, Malzeme Seçm, TOPSIS Metodu, Sıralama. Cuttng Tool Materal Selecton Usng TOPSIS Method Abstract In machnng of machne components and molds several cuttng tool materals are used. As dstnct from conventonal machnng methods, the usage of machnng methods such as hgh speed machnng, dry machnng and hard machnng becomes wdespread; and hence, the selecton of cuttng tool materal wth propertes sutable to used machnng method has mportance. However, each cuttng tool materal shows dfferent performance for each property and the most sutable cuttng tool materal for the machnng method appled must be selected. For ths purpose, n ths study, a decson matrx composed of 19 cuttng tool materals and 10 selecton crtera was utlzed. The densty, hardness, yeld tensle strength, modulus of elastcty, compressve strength, shear strength, Charpy mpact strength, thermal conductvty, coeffcent of thermal expanson and cost of cuttng tool materals were used as selecton crtera. Usng the data n the decson matrx, TOPSIS method was appled to solve the cuttng tool materal selecton problem. Synthetc sngle crystal damond and synthetc polycrystal damond, followed by AISI O2, ASTM A2, AISI A11 and ASTM A6, were determned to be the most sutable cuttng tool materals. It was seen that the rank was n good agreement wth those of obtaned by other selecton methods n lterature Keywords : Cuttng Tool, Materal Selecton, TOPSIS Method, Rankng. Bu makaleye atıf yapmak çn Çalışkan H. *, Kurşuncu B., Kurbanoğlu C., Güven Ş.Y., TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm Makne Teknolojler Elektronk Dergs 2012, (9)35-42 How to cte ths artcle Çalışkan H. *, Kurşuncu B., Kurbanoğlu C., Güven Ş.Y., Cuttng Tool Materal Selecton Usng TOPSIS Method Electronc Journal of Machne Technologes, 2012, (9)35-42

2 Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm 1. GİRİŞ Çoğu makne parçasının son şekl talaşlı şleme le elde edlmektedr. Tornalama, frezeleme ve delme gb kesme şlemlernde, kullanılan kesc takımlar sayesnde parçaların stenlen şekl, boyut ve yüzey kaltesnde elde edlmes sağlamaktadır [1]. Günümüzde kullanılmakta olan brçok kesc takım malzemes bulunmaktadır. Bu malzemeler, üretkenlğn ve kaltenn artırılması, y yüzey hassasyetnn elde edlmes ve şleme malyetnn azaltılmasında büyük etkye sahptrler [2]. Konvansyonel şleme yöntemlernden farklı olarak, yüksek hızda kesme [3], kuru kesme ve sert metal şleme [4] gb talaşlı şleme yöntemler, üretm mktarının artırılablmesn ve çevreye verlen zararın azaltılablmesn sağlamaktadır. Kullanılan şleme yöntem ve şlenen malzemeye göre kesc takım malzemesnn seçlmes gerekmektedr. Kesc takımların, keslen malzemeden daha sert br malzemeden yapılması ve metal kesme şlem sırasında oluşan sıcaklıklara dayanablmes gerekmektedr. İdeal br kesc takım malzemesnn; yüksek sertlk, yüksek sıcaklık stabltes, plastk ya da termal deformasyon drenc, ş parçası malzemesne ve kesme sıvısına karşı nertlk ve stabl takım geometrs gb karakterstklere sahp olması stenmektedr [5]. Ayrıca, malatçılar arasında rekabet sağlayablmek amacıyla ucuz olması da aranan özellkler arasındadır. Bu taleplern hepsn brden karşılayan br kesc takım malzemes bulunmamaktadır. Bu yüzden, kesc takım malzemelernn özellklern değerlendrerek en uygun kesc takım malzemesnn belrlenmes gerekmektedr. Bu amaçla, malzeme seçm çn çeştl çok krterl karar verme yöntemler gelştrlmştr. Bu yöntemlerde, karar verme şlemlernde, problem tanımlandıktan sonra alternatfler ve krterler belrlenmekte, değerlendrlmekte ve en y alternatf belrlenmektedr [6]. Chatterjee ve Chakraborty [7], EXPROM2, COPRAS-G, ORESTE ve OCRA yöntemlern kullanarak br dşl malzemes seçm problemn çözmüşlerdr. Maty v.d. [5], yaptıkları çalışmada, COPRAS-G metodunu kullanarak 19 kesc takım malzemes arasından en uygun olanları belrlemşlerdr. Jeya Grubha ve Vnodh [8], VIKOR metodunu kullanarak br otomobl parçasının malzeme seçmn yapmışlardır. Çalışkan v.d. [9], EXPROM2, TOPSIS ve VIKOR metotlarını kullanarak, sert malzemelern frezelenmesnde kullanılan br takım tutucu çn malzeme seçm yapmışlardır. Shanan ve Savadogo [10], ELECTRE metodunu kullanarak, termal yüke maruz br letken çn malzeme seçm yapmışlardır. Bu çalışmada, kesc takım malzemes seçm problem, TOPSIS metodu (Technque for Order Preference by Smlarty to Ideal Soluton) kullanılarak çözülmüştür. Metot hakkında detaylı blg lerleyen bölümlerde verlmektedr. 2. TOPSIS METODU TOPSIS metodu, deal çözüme en yakın, negatf deal çözümden se en uzak olan br çözüm elde etmek çn kullanılmaktadır. Bu metot, br parça çn malzeme seçm şlemnde çok etkn ve verml br teknktr. Metodun uygulanablmes çn, seçm şlemnde düşünülen özellklern brbrlerne göre zaf önem hakkında blgye htyaç duyulmaktadır [11]. TOPSIS metodu aşağıdak adımlardan oluşmaktadır [12]: (a) Alternatfler ve bunların her br krter çn performanslarından oluşan karar matrs normalze edlr: xj n j = j=1,2,,n; =1,2,,m (1) 2 x m = 1 j (b) Normalze edlmş karar matrsnn sütunları, Entrop metodu [13] veya tecrübeye dayalı olarak belrlenen w j ağırlıkları le çarpılır. Ağırlıklandırılmış ve normalze edlmş karar matrs, 36

3 Çalışkan H., Kurşuncu B., Kurbanoğlu C., Güven Ş.Y. Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) V = n w j=1,2,,n; =1,2,,m j j j (2) olarak bulunmaktadır. (c) İdeal ve negatf deal çözümler sırasıyla Eştlk (3) ve (4) kullanılarak belrlenmektedr: { V1,V2,,Vn } = {( MaxVj j K ), ( MnVj j K' ) = { V1,V2,,Vn } = {( MnVj j K ), ( MaxVj j K' ) = 1,2,...,m} K (3) K (4) Burada, K, faydalı krterlern ndeks kümesn ve K faydalı olmayan krterlern ndeks kümesn göstermektedr. (d) İdeal ve negatf deal çözümlerden olan sapmalar ölçülmektedr. Her br alternatf çn k Eucldean mesafes sırasıyla Eştlk (5) ve (6) dan hesaplanmaktadır: S S + n = j= 1 n = j= 1 + ( V V ) j j 2 ( V V ) j j j=1,2,,n; =1,2,,m (5) j=1,2,,n; =1,2,,m (6) (e) İdeal çözüme zaf yakınlık, + S C = =1,2, m; 0 C 1 S + S (7) olarak hesaplanmaktadır. Alternatfler C değerlerne göre büyükten küçüğe doğru sıralanır. En büyük C değerne sahp olan alternatf, en uygun alternatf olarak belrlenr. 3. KESİCİ TAKIM MALZEMESİ SEÇİMİ Kesc takım malzemelernn, takımların kesme performansı üzernde büyük etks bulunmaktadır. Uygun malzeme seçm le kesc takımın aşınma mktarı azaltılablmekte, yüksek kesme hızlarında çalışılablmekte ve tezgâh durma süreler azaltılablmektedr [5]. Bu yüzden, en y performansın elde edldğ kesc takımın seçlmes gerekmektedr. Bu çalışmada, kesc takım malzeme seçm problemn çözmek amacıyla TOPSIS metodu kullanılmıştır. Alternatf kesc takım malzemelernn lstes Tablo 1 de gösterlmektedr. Bu malzemeler arasında seçm yapablmek çn malzemelern sahp oldukları bazı özellkler seçm krter olarak belrlenmştr (Tablo 2). Yoğunluk, sertlk, akma dayanımı, elastste modülü, basma dayanımı, kayma dayanımı, Charpy darbe dayanımı ve termal letkenlk değerlernn yüksek olması stenmektedr. Lneer termal genleşme katsayısı ve takım malzemes malyet se faydalı olmayan özellklerdr ve bu özellk değerlernn düşük olması talep edlmektedr. Tablo 3 de, alternatf kesc takım malzemeler ve özellk değerlernden oluşan karar matrs verlmektedr. Alternatf kesc takım malzemelernn hçbrnn, bu talepler tam olarak karşılamadığı görülmektedr. Dolayısıyla, bütün bu özellkler çn en yüksek tatmn derecesne sahp en y alternatf belrlemek amaçlanmaktadır. 37

4 Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm Tablo 1. Alternatf kesc takım malzemeler [5] Kesc takım malzemes Sembol Toz metal takım çelğ (AISI A11) A 1 Yağda suverlmş takım çelğ (AISI O2) A 2 Kobalt çermeyen süper yüksek hız çelğ A 3 Havada sertleştrlmş takım çelğ (ASTM A2) A 4 Takım çelğ (ASTM A6) A 5 Darbe drençl takım çelğ (ASTM S7) A 6 Tungsten-molbden yüksek hız çelğ (W-Mo HSS) A 7 Snterlenmş slsyum ntrür A 8 Ttanyum karbür A 9 Sermet A 10 Tungsten karbür A 11 Mono-tungsten karbür A 12 Stellt (döküm kobalt alaşımı) A 13 Salon A 14 Kübk bor ntrür (CBN) A 15 Alümna (%99.9 saflıkta) A 16 Sun çok krstall elmas A 17 Sun tek krstall elmas A 18 Sıcak preslenmş slsyum ntrür A 19 Tablo 2. Kesc takım malzemes seçm krter [5] Kesc takım malzemes seçm krter Sembol Yoğunluk (gm/cc) Y Sertlk (HK) S Akma dayanımı (MPa) AD Elastste modülü (GPa) EM Basma dayanımı (MPa) BD Kayma dayanımı (MPa) KD Charpy darbe dayanımı (J) CDD Termal letkenlk (W/mK) Tİ Lneer termal genleşme katsayısı (µm/m- C) TGK Takım malzemes malyet (USD/kg) M TOPSIS metodunu uygulayablmek çn, lk olarak, her br alternatf kesc takım malzemes çn farklı değerlendrme krterlernn zaf ağırlıklarının belrlenmes gerekmektedr. Bu amaçla, Maty v.d. [5] tarafından Entropy metodu [14] le belrlenen ağırlık değerler kullanılmıştır. Böylece, bu yazarların farklı metotlar le aynı problemn çözümü çn elde ettğ sonuçların, TOPSIS metodu le elde edlen sonuçlar le karşılaştırılması mümkün olmaktadır. Kullanılan ağırlık değerler şunlardır [5]: w Y =0.0232, w S =0.0766, w AD =0.0549, w EM =0.0380, w BD =0.0248, w KD =0.0424, w CDD =0.2227, w Tİ =0.2939, w TGK =0.0212, w M = Bu ağırlık değerlernden, en öneml krterlern Charpy darbe dayanımı, termal letkenlk ve takım malzemes malyet olduğu anlaşılmaktadır. En az öneml krter se termal genleşme katsayısıdır (w TGK =0.0212). Ağırlıklar belrlendkten sonra, Tablo 3 de verlen karar matrs, Eştlk (1) kullanılarak normalze edlmştr. Normalzasyon şlemnden sonra, karar matrs, yukarıda belrtlen ağırlıklar le çarpılmıştır. Ağırlıklandırılmış ve normalze edlmş karar matrs V j Tablo 4 de verlmektedr. 38

5 Çalışkan H., Kurşuncu B., Kurbanoğlu C., Güven Ş.Y. Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) Tablo 3. Kesc takım malzeme seçm problem çn karar matrs [5] Malzeme Y S AD EM BD KD CDD Tİ TGK M A A A A A A A A A A A A A A A A A A A Tablo 4. Ağırlıklandırılmış ve normalze edlmş karar matrs, V j Malzeme Y S AD EM BD KD CDD Tİ TGK M A A A A A A A A A A A A A A A A A A A

6 Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm Eştlk (3) ve (4) kullanılarak elde edlen deal ve negatf deal çözümler Tablo 5 de verlmektedr. Tablo 5. İdeal ve negatf deal çözümler Y S AD EM BD KD CDD Tİ TGK M V V İdeal (S + ) ve negatf deal (S - ) çözümlere olan mesafeler ve deal çözüme zaf yakınlık (C ) değerler sırasıyla Eştlk (5), (6) ve (7) kullanılarak elde edlmştr ve bunlar Tablo 6 da gösterlmektedr. Kesc takım malzemeler, zaf yaklaştırma derecesne göre sıralanmıştır. Buna göre, en y alternatf malzemeler sun tek krstall elmas ve sun çok krstall elmas, en kötü alternatf se CBN olarak belrlenmştr. Malzeme S + Tablo 6. S +, S - ve C - S C Sıra A A A A A A A A A A A A A A A A A A A TARTIŞMA Şekl 1 de, TOPSIS metodu le dğer çok krterl karar verme metotlarının karşılaştırması gösterlmektedr. Kesc takım malzemes seçm çn TOPSIS metodu le elde edlen sıralama sonuçlarının Maty v.d tarafından PROMETHEE, GRA, COPRAS-G ve VIKOR metotları kullanılarak elde edlen sonuçlar le uyum çersnde olduğu görülmüştür. Sun tek krstall elmas ve sun çok krstall elmas bütün metotlarda en y kesc takım malzemeler olarak seçlmşlerdr. Bunun sebeb, bu malzemelern mekank ve fzksel özellklernn, dğer alternatf malzemelerden çok daha y olmasıdır. Ancak, malyetlernn yüksek olmasından dolayı kullanım mkânları kısıtlıdır. Ayrıca, elmas malzemeler, boyutları küçük olduğundan ve çelk malzemeler şlerken graft oluşumu problemne sahp olduklarından dolayı çoğu talaşlı malat şlem çn uygun değldr [5]. AISI O2, ASTM A2, AISI A11 ve ASTM A6, sahp oldukları yüksek Charpy darbe dayanımı ve düşük malyetlernden dolayı, elmas malzemelerden sonrak en y kesc takım malzemelerdr. Eğer bu malzemelern kullanılması, herhang br teknk nedenden dolayı mümkün olmadığı durumlarda, Tablo 6 dak sıralama takp edlerek, dğer malzemeler 40

7 Çalışkan H., Kurşuncu B., Kurbanoğlu C., Güven Ş.Y. Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) kullanılablr. TOPSIS metodunda en kötü malzeme CBN olarak seçlmesne rağmen, dğer çok krterl karar verme metotlarında Salon seçlmştr. Çalışmada, kesc takım malzemes seçm çn TOPSIS metodu kullanılarak elde edlen sıralama, bu malzemelern mekank, fzksel özellkler le malyetler dkkate alınarak yapılmıştır. Ancak, kesme şlem esnasında, kesc takım performansını etkleyen en öneml faktörlerden ks, kesc takım malzemes le ş parçası arasındak kmyasal etkleşm ve kesc takım malzemelernn kızıl sertlğdr. Kmyasal etkleşmden dolayı, dfüzyon ve adezyon gb aşınma mekanzmaları meydana gelerek, takımlar daha erken ömürlern tamamlayablmektedrler [1]. Kesc takım malzemelernn yüksek sıcaklıklarda sertlklernde meydana gelen azalma da, bu takımların performansları üzernde büyük etkye sahptr [15]. Bu yüzden, TOPSIS metodu le elde edlen sıralamaya göre kesc takım seçm yapılırken, kmyasal etkleşm ve kızıl sertlk faktörlernn de dkkate alınması gerekmektedr. Sıra TOPSIS PROMETHEE [5] GRA [5] COPRAS-G [5] VIKOR [5] Alternatf Şekl 1. TOPSIS metodu le dğer çok krterl karar verme metotlarının karşılaştırması Sıralamalar arasında Spearman ın sıra korelasyon katsayısı [13] hesaplanmıştır. Tablo 7 den görüldüğü gb, TOPSIS metodu le dğer metotlar arasında yüksek br lşk bulunmaktadır. En yüksek benzerlk se TOPSIS metodu le COPRAS-G metodu arasındadır (R s =0.95). Tablo 7. Spearman ın sıra korelasyon katsayısı değerler, R s Metot PROMETHEE GRA COPRAS-G VIKOR TOPSIS SONUÇ VE ÖNERİLER Çalışmada, kesc takım malzemes seçm problem, TOPSIS metodu kullanılarak çözülmüş ve bu metodun uygulanablrlğ, kullanışlılığı ve doğruluğu gösterlmştr. Bu metot kullanarak kesc takım malzemeler arasında yapılan sıralama, lteratürde elde edlenler le çok y derecede uyuşmaktadır. Sun tek krstall elmas ve sun çok krstall elmas, en uygun kesc takım malzemeler olarak belrlenmştr. Ancak, elmas malzemelern yüksek malyetler ve çelkler şlerken graft oluşumu problem, bu 41

8 Teknolojk Araştırmalar: MTED 2012, (9) TOPSIS Metodu Kullanılarak Kesc Takım Malzemes Seçm malzemelern kullanımını kısıtlamaktadır. AISI O2, ASTM A2, AISI A11 ve ASTM A6, sahp oldukları yüksek Charpy darbe dayanımı ve düşük malyetlernden dolayı, elmas malzemelerden sonrak en y kesc takım malzemelerdr. TOPSIS çok krterl karar verme metodu, alternatf malzemelern belrlenmes durumunda, dğer malzeme seçm problemlerne de uygulanablr. 6. KAYNAKLAR 1. Altıntaş, Y., 2000, "Manufacturng Automaton", Cambrdge Unversty Press, Vancouver, Davs, J.R., 1995, "ASM specalty handbook: tool materals", ASM Internatonal Handbook Commttee. 3. Aslan, E., 2005, "Expermental nvestgaton of cuttng tool performance n hgh speed cuttng of hardened X210 Cr12 cold-work tool steel (62 HRC)", Materals & Desgn, 26, 1, Çalışkan, H., Kurbanoğlu, C., Panjan, P., Kramar, D., 2012, "Investgaton of the performance of carbde cuttng tools wth hard coatngs n hard mllng based on the response surface methodology", The Internatonal Journal of Advanced Manufacturng Technology. DOI: /s y. 5. Maty, S.R., Chatterjee, P., Chakraborty, S., 2012, "Cuttng tool materal selecton usng grey complex proportonal assessment method", Materals & Desgn, 36, 0, Tzeng, G.-H., Huang, J.-J., 2011, "Multple attrbute decson makng: Methods and applcatons", CRC Press, USA, 335 sayfa. 7. Chatterjee, P., Chakraborty, S., 2012, "Materal selecton usng preferental rankng methods", Materals & Desgn, 35, 0, Jeya Grubha, R., Vnodh, S., 2012, "Applcaton of fuzzy VIKOR and envronmental mpact analyss for materal selecton of an automotve component", Materals & Desgn, 37, 0, Çalışkan, H., Kurşuncu, B., Kurbanoğlu, C., Güven, Ş.Y., 2012, "Materal selecton for the tool holder workng under hard mllng condtons usng dfferent mult crtera decson makng methods", Materals & Desgn. DOI: Shanan, A., Savadogo, O., 2006, "A materal selecton model based on the concept of multple attrbute decson makng", Materals & Desgn, 27, 4, Sharma, P.K., Aggarwal, A., Gupta, R., Suryanarayan, 1993, "A expert system for ad n materal selecton process", Engneerng Management Conference, Shanan, A., Savadogo, O., 2006, "TOPSIS multple-crtera decson support analyss for materal selecton of metallc bpolar plates for polymer electrolyte fuel cell", Journal of Power Sources, 159, 2, Raju, K.S., Kumar, D.N., 1999, "Multcrteron decson makng n rrgaton plannng", Agrcultural Systems, 62, 2, Rao, R.V., 2007, "Decson Makng n the Manufacturng Envronment: Usng Graph Theory and Fuzzy Multple Attrbute Decson Makng Methods", Sprnger-Verlag London Lmted, 373 sayfa. 15. Davm, J.P., 2008, "Machnng: fundamentals and recent advances", Sprnger-Verlag London Lmted, London. 42