Nano gümüş katkılı bitkisel esaslı kesme sıvısının frezeleme işlemindeki performansının incelenmesi

Abstract

Metal kesme işlemlerinde kullanılan kesme sıvılarının tribolojik performansı ve sürdürülebilirlik niteliği uzun ve kısa vadede elde edilecek işleme verimini doğrudan etkilemektedir. Yağlama ve soğutma kabiliyeti yüksek sıvıların kullanılması ile kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması ve kesme sıcaklığı azaltılarak takım ucu ve iş parçasında meydana gelen mekanik hasarların önüne geçilebilir. Ayrıca bu sıvıların toksik madde içermemeleri, geri dönüşebilir olmaları ve minimum miktarda kullanılmaları sürdürülebilir bir üretim sağlamak açısından oldukça önemlidir. Bu doğrultuda bu çalışmada nano partikül katkılı bitkisel kesme sıvılarının tribolojik performansı incelenmektedir. Bitkisel esaslı yağlayıcı olarak kanola yağı, nano partikül katkısı olarak nano gümüş seçilmiştir. Çalışma kapsamında AA7075-T6 malzemesi kuru işleme, bor yağı, bitkisel yağlayıcı ve nano gümüş katkılı bitkisel yağlayıcı şartları altında frezeleme deneylerine tabi tutulmuştur. Deneyler öncesinde sıvıların fiziksel özellikleri incelenmiştir. İşleme parametreleri olarak farklı ilerleme ve talaş derinliği belirlenmiş, kesme hızı sabit kabul edilmiştir. Deneyler sonucunda yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri, kesme sıcaklığı, talaş morfolojileri ve takım aşınması incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre Fx kesme kuvvetinin oluşumunda ilerleme oranı, talaş derinliği ve yağlama parametrelerinin etki oranları sırasıyla %3,91, %8,06 ve %79,0 şeklindedir. Fy kuvvetinin oluşumunda ise ilerleme oranı, talaş derinliği ve yağlama parametrelerinin etki oranları sırasıyla %0,26, %4,42 ve %87,3 şeklindedir. Kesme sıvılarından bor yağı ve kanola yağı kesme kuvvetlerini azaltmada birbirine yakın sonuçlar vermiştir. Nano partikül katkısı ise kesme kuvvetlerinin bir miktar artmasına sebep olmuştur. Yüzey pürüzlülüğünün oluşumunda etkili parametreler sırasıyla yağlama, ilerleme oranı ve talaş derinliği şeklinde, etki oranları ise sırasıyla %91,60, %0,21% ve %0,01 şeklindedir. Kesme sıcaklığının oluşumunda ise etkili parametreler sırasıyla yağlama, ilerleme oranı ve talaş derinliği şeklinde, etki oranları ise sırasıyla %79,56, %1,79 ve %0,48 şeklindedir. Nano gümüş katkısı yüzey pürüzlülüğü, talaş morfolojisi, takım aşınması ve kesme sıcaklığı açısından diğer sıvılara oranla yüksek performans sağlamıştır. Deneysel parametrelerin optimum seviyelerini belirlemek amacıyla S/N ve Yanıt Yüzey analizine göre optimizasyon gerçekleştirilmiştir. İlerleme oranı ve kesme derinliği açısından düşük işleme şartları optimum olarak belirlenmiştir. nAg katkısı ile elde edilen kesme sıvısı, kesme kuvvetleri dışında diğer çıkış parametrelerinde optimum yağlama koşulu olarak belirlenmiştir.

Tribological performance and sustainability of cutting fluids used in metal cutting processes directly affect the processing efficiency to be obtained in the long and short term. By using cutting fluids with high lubrication and cooling capabilities, cutting forces, surface roughness, tool wear and cutting temperature can be reduced, and mechanical damage to the tool tip and workpiece can be prevented. It is also important that these fluids do not contain toxic substances, they are recyclable and used in minimum amounts in order to ensure sustainable production. Accordingly, in this study, the tribological performance of nano particle-added vegetable cutting fluids was examined. Canola oil was chosen as a vegetable-based lubricant, and nano silver was chosen as a nanoparticle additive. Within the scope of the study, milling experiments of AA7075-T6 material were carried out under the conditions of dry machining, boron oil, vegetable based lubricant and nano-silver added vegetable based lubricant. Physical properties of liquids were examined before experiments. Different feed and depth of cut were determined as machining parameters, cutting speed was accepted as constant. As a result of the experiments, surface roughness, cutting forces, cutting temperature, chip morphologies and tool wear were examined. According to the results obtained, the effect rate of feed rate, depth of cut and lubrication parameters in the formation of the Fx cutting force were 3.91%, 8.06% and 79.0%, respectively. The effect rate of feed rate, depth of cut and lubrication parameters in the formation of the Fy cutting force were 0.26%, 4.42% and 87.3%, respectively. Boron oil and canola oil gave close results in reducing cutting forces. On the other hand, nano particle additive caused some increase in cutting forces. The effective parameters in the formation of surface roughness were lubrication, feed rate and depth of cut, respectively, and the effect rates were 91.60%, 0.21% and 0.01%, respectively. The effective parameters in the formation of the cutting temperature were lubrication, feed rate and depth of cut, respectively, and the effect rates were 79.56%, 1.79% and 0.48%, respectively. Nano silver additive provided high performance compared to other liquids in terms of surface roughness, chip morphology, tool wear and cutting temperature. In order to determine the optimum levels of experimental parameters, optimization was performed according to S/N and Response Surface analysis. Low machining conditions were optimally determined in terms of feed rate and depth of cut. The cutting fluid obtained by nAg additive was determined as the optimum lubrication condition in the other output parameters except the cutting forces.