Abrasive flow machining of edmed surfaces

Abstract

Aşındırıcı macun ile işleme (AMİ) ulaşılması güç, karmaşık şekilli, sert, mukavemeti yüksek, ısıya dirençli alaşımların ve kalıp çeliklerinin ekonomik ve yüksek hassasiyetli işlenmesinde kullanılan yeni bir yüzey bitirme metodudur. AMİ metodu elektriksel erozyon (EDM) ile işlenmiş parçaların yüzey kalitesinin iyileştirilmesinde kullanılmaktadır. EDM işlemi esnasında, yüksek ısı ve hızlı soğumanın etkisi ile parça yüzeyinde beyaz katman tabakası oluşmaktadır. AMİ metodu sonunda, mikro çatlakların sebep olduğu düşük mekanik özelliklere sahip bu katman yüzeyden kaldırılarak yüzey kalitesi iyileştirilmektedir. Bu çalışmada, AMİ işlem parametrelerinin (döngü sayısı, aşındırıcı tipi, aşındırıcı tane büyüklüğü ve oranı, iş parçası malzemesi ve sertliği) tel erozyon yüzeyine etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmaların gerçekleştirilmesi için bir tek-yönlü ve bir de iki-yönlü AMİ makinası tasarlanmış ve imal edilmiştir. Yüksek kalite özelliklerini elde etmek için esnek taşlama takımı gibi davranan polimer esaslı aşındırıcı bir macun geliştirilmiştir. Soğuk takım iş çeliği DIN 1.2379 ve titanyum (Grade 1) malzemeleri kullanılarak deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneylerde SiC, Al2O3, B4C ve Garnet, aşındırıcı olarak değişik tane büyüklüklerinde ve oranlarında kullanılmıştır. Deney sonuçları, tel erozyon esnasında oluşan beyaz katman tabakasının AMİ yöntemiyle birkaç döngüde tamamen kaldırıldığını ve kaba-kesim yüzey pürüzlülük değerinin bitirme seviyesine ulaştığını göstermiştir. AMİ işleminin son bitirme işlemi olarak kullanılması halinde, tel erozyonda bitirme işlemini ortadan kalkmasıyla ön işleme zamanı ve maliyeti azaltılabilir. Yüzey pürüzlülük değeri döngü sayısının ve aşındırıcı oranının artmasıyla azalmaktadır. Elde edilen Ra değeri lepleme ve süper-bitirme metotlarıyla mukayese edilecek düzeydedir. Malzeme kaldırma, aşındırıcı tane büyüklüğü ve sertliğinin artmasıyla artmaktadır. Ayrıca deneysel çalışmalarda, sert iş parçasının yumuşak olanlara göre daha iyi yüzey kalitesine ulaştığı görülmüştür.

Abrasive flow machining (AFM) is a novel technique having potential to provide high precision and economical means of finishing inaccessible areas and complex internal passages of hard, high strength, heat resistant alloys and die steels. The AFM process has been applied to improve the surface integrity of the parts processed by electro-discharge machining (EDM). During EDM process, rapid heating and cooling occur and they cause re-cast (white) layer which has micro-cracks, poor mechanical properties and irregular features on the workpiece surface. The effects of AFM process parameters (number of cycles, abrasive type, mesh size and concentration, workpiece material and hardness) on wire EDMed surfaces have been investigated in this study. A one-way and two-way machines were designed and constructed to carry out the experimental work. A polymer based abrasive media which acts as a deformable grinding tool for obtaining enhanced quality characteristics has been developed. A series of experimental studies were carried out on DIN 1.2379 cold work tool steel and titanium (grade 1) using SiC, Al2O3, B4C and garnet as abrasives with different mesh sizes and concentrations. The experimental results showed that the white layer formed during WEDM is successfully removed by AFM in a few cycles and the surface roughness of the rough-cut samples reaches to the finish-cut ones. Therefore, the pre-machining time and the cost may be reduced by eliminating finish cut in WEDM, if AFM is used as the post-finishing process. The surface roughness decreases with increasing number of cycles and the abrasive concentration. The resulting Ra values are comparable to the surface quality of those obtained from lapping and super-finishing. The material removal increases with increasing abrasive mesh size and the abrasive hardness. The experimental results also showed that the harder workpiece material has more surface improvement than the softer ones.