Tool wear under dynamic cutting conditions

Abstract

Talaşlı imalat, üretim teknolojisinde çok sık kullanılan bir yöntemdir. Bu işlemler imalat sırasında neredeyse tüm mekanik parçalara uygulanır. Çok yaygın kullanımlarından dolayı; talaş kaldırma işleminin verimli ve ekonomik olması gerekmektedir. Üretim mühendislerinin daha düşük imalat maliyetleri için göz önünde bulundurması gereken birçok parametre vardır. Takım aşınması, yüzey kalitesine ve doğruluğuna, verimliliğe ve maliyete olan etkisinden dolayı; talaşlı imalatta göz önünde bulundurulması gereken en önemli kriterlerden birisidir. Takım ömrü analizlerinde en sık kullanılan modelleme, yaklaşık bir yüzyıl önce F.W. Taylor tarafından önerilmiştir. Bu denklemin geliştirilmiş şekli, takım aşınmasına etki eden birçok parametreyi içermesine rağmen; takım ömrü üzerine yapılan çalışmalar daima kararlı (titreşimsiz) kesme koşulları altında gerçekleştirilmiş ve tırlamanın etkileri göz önünde bulundurulmamıştır. Bu çalışmada, takım ömrünü titreşimli kesme koşulları altında anlamak için yapılan ilk girişim anlatılmıştır. Takım aşınması verileri, yumuşak çeliğin ve titanyum alaşımının tornalanması ve frezelenmesi işlemlerinde birçok farklı kesme ve tırlama koşullan altında toplanmıştır. Sonuçlar beklendiği gibi, tırlamadan dolayı takım ömründe belirgin bir düşüşü göstermektedir. Tırlama tornalamada, takım ömründe; birçok durumda %50 ve bazı yüksek kesme hızlarında %80 gibi ciddi düşüşlere neden olmuştur. Takım ömründe tırlamadan dolayı oluşan azalma, frezeleme için %30 civarındadır. Bu sonuçlar, takım ömründeki azalmadan dolayı tırlamanın gerçek maliyetini değerlendirmede ve tırlama azaltılmasının maliyeti hesabında faydalı olabilir.

Machining processes are very common in manufacturing technology. These operations are applied in manufacturing of almost every mechanical part. Because of their frequent use, these processes have to be efficient and economical. On the way to lower manufacturing costs, there are many parameters that engineers need to consider. Tool wear is one of the most important considerations in machining operations as it affects surface quality and integrity, productivity, cost etc. The most commonly used model for tool life analysis is the one proposed by F.W. Taylor about a century ago. Although the extended form of this equation includes the effects of the important cutting conditions on tool wear, tool life studies have always been performed under stable cutting conditions, and the effects of chatter vibrations have never been considered. This study presents an initial attempt to understand the tool life under vibratory cutting conditions. The wear data have been collected in turning and milling operations of mild steel and titanium alloy under many different cutting and chatter conditions. The results indicate significant reduction in tool life due to chatter as expected. Chatter results in serious reduction in tool life about 50% for most of the cases and more than 80% in some higher cutting speeds in turning. The same reduction in tool life due to chatter is about 30% in milling tests. These results can be useful in evaluating the real cost of chatter including the reduced tool life. They can also be useful in justifying the cost of chatter suppression and more rigid machining systems.