Experimental and analytical investigation on mechanics of metal cutting including edge forces

Abstract

Almost every field of industry requires machining in their processes. Products are mass manufactured from a sequence of machining operations in certain amount of time. In this material removal processes metal cutting is the most common one. The main purpose is to shape metals and alloys by using chip formation operations and any improvement in the cycle time will reduce the total cost significantly. Therefore, modeling of the machining operations such as turning and milling is very important in terms of process effectiveness.In accordance with the technological developments and computer integration, the modeling of the metal cutting processes becomes easier. Depending on the application, machining type may differ; however the basic principles remain the same. In this respect, mechanics and the dynamics of the orthogonal cutting model provide invaluable insight regarding the selection of process parameters. In this thesis, the mechanics of orthogonal and oblique cutting is reviewed using analytical and experimental methods for different materials and process conditions. The results are used in mechanistic modeling of the cutting forces and predicted cutting forces are compared with the experimental results. As an important part of the experimental work, edge forces are also analyzed empirically. The effect of hone radius on the cutting process is investigated, and taken into account in force predictions using an analytical model proposed by Ozlu, and promising results are obtained and verified by experiments.

Hemen her sektör imalat süreçlerinde talaşlı imalat tekniklerini kullanmaktadır. Üretilen ürünler bir dizi üretim aşamasından geçerek belli bir sürede üretilmektedir. Bu üretim aşamalarının içerisinde talaşlı imalat en yaygınıdır ve ürün kalitesi göz önüne alındığında önemli bir yere sahiptir. Dolayısıyla, bu süreçte üretim zamanını kısaltmaya yönelik yapılacak modelleme ve eniyileme çalışmaları toplam üretim zamanı, maliyeti ve süreç etkinliği açısından kritik bir rol oynayacaktır.Teknolojik gelişmelerin süreçlere bilgisayar entegrasyonu ile eş zamanlı olarak ilerlemesi metal kesme süreçlerinin modellenmesini de kolaylaştırmıştır. Operasyon çeşidine bağlı olarak metal kesme teknikleri değişebilse de mekanik olarak dayandığı temeller aynı kalmaktadır. Bu bağlamda dikey kesme yönteminin mekanik ve dinamik incelenmesi karmaşık süreçlerin modellemesinde ve en iyi süreç değişkenlerin belirlenmesinde çok önemli bir bakış açısı sağlayacaktır. Bu tez çalışmasında, dikey ve eğik metal kesme teknikleri farklı malzemeler ve kesme koşullarında deneysel ve analitik olarak incelenmiştir. Deneysel olarak elde edilen sonuçlar, analitik modellemede kullanılmıştır. Bu model sayesinde tahmin edilen kuvvetler deneysel olarak ölçülen kuvvetler ile karşılaştırılmış ve genel olarak hesap edilen değerlerin deney sonuçlarıyla uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir. Bu deneysel çalışmanın bir diğer önemli sonucu da kenar kesme kuvvetlerinin deneysel ve analitik olarak incelenmesidir. Özlü?nün çalışmasında geliştirdiği model aracılığıyla elde edilen kuvvetler deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmış böylelikle kesici takımlar üzerindeki köşe yuvarlama değerlerinin kesme süreçlerine etkileri de incelenmiştir.