An experimental investigation on enhancing the machinability of difficult to cut materials using ultrasonic assisted milling process

Abstract

Ti-6Al-4V, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, iyi korozyon direnci ve mükemmel kırılma tokluğu gibi eşsiz malzeme özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, işlemenin önemli bir süreç olduğu havacılık, tıp ve otomotiv endüstrilerinde yaygın olarak. Bununla birlikte, Ti-6Al-4V'nin işlenmesi aşınma direnci ve düşük ısı iletkenliği nedeniyle oldukça zordur. Ultrasonik destekli işleme, talaşlı imalat uygulamalarında oldukça yeni bir methoddur ve azaltılmış kesme kuvvetleri, arttırılmış yüzey kalitesi ve azaltılmış takım aşınması gibi geleneksel işleme proseslerine göre sayısız avantaja sahiptir. Ek olarak, minimum miktar yağlama (MMY) işlem verimliliğindeki birçok iyileştirme nedeniyle, geleneksel soğutma sistemlerinin yerine kullanılan alternatif bir soğutma türüdür. Kesme kuvvetleri, bir işleme prosesinin kesme performansını ölçen en önemli çıktılardan biridir. İşleme için bir başka önemli çıktı, iş parçasının kalitesi üzerindeki doğrudan etkisi nedeniyle yüzey pürüzlülüğüdür Bununla birlikte, ultrasonik destekli işlemede kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğündeki değişiklikleri minimum miktarda yağlama kullanımı ile karşılaştırmak için çok fazla çalışma yoktur.. Bu çalışmada, Ti-6AL-4V malzemesinin işlenmesi sırasında kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğündeki değişiklikler, MMY kullanılarak Z ekseninde kesici takıma uygulanan ultrasonik titreşimler ile ultrasonik destekli frezeleme kullanılarak araştırılmıştır. Bunun literatürde ilk kez yapıldığı düşünülmektedir. Tezde yapılan deneysel çalışma, MMY soğutmalı ultrasonik destekli frezelemenin, kesme koşulları uygun şekilde seçilirse kesme kuvvetleri ve yüzey kalitesi açısından kesme performansını önemli ölçüde artırabildiğini göstermiştir.

Ti-6Al-4V has unique material properties such as high strength-to-weight ratio, good corrosion resistance, and excellent fracture toughness. Therefore, it's widely used in aerospace, medical and automotive industries where machining is an essential process. However, machining of Ti-6Al-4V is highly challenging due to its wear resistance and low thermal conductivity. Ultrasonic assisted machining is quite recent a method in metal cutting applications and it has numerous advantages over conventional machining processes such as reduced cutting forces, increased surface quality and lowered tool wear. In addition, minimum quantity lubrication (MQL) is an alternative type of cooling that is being used instead of conventional cooling systems in machining because of its several improvements on process efficiency. Cutting forces are one of the most important outputs that measure cutting performance of a machining process. Another important output for machining is the surface roughness due to its direct impact on the quality of the workpart. However, there is not much work to compare the changes in cutting forces and surface roughness in ultrasonic assisted machining with the use of minimum quantity lubrication. In this study the changes in cutting forces and surface roughness during the machining of Ti-6AL-4V material were investigated by using ultrasonic assisted milling with ultrasonic vibrations applied to cutting tool on Z axis with the use of MQL. This is believed to be the first time done in literature. Experimental work conducted in the thesis showed that the ultrasonic assisted milling with MQL cooling is capable of significantly enhancing the cutting performance in terms of the cutting forces and the surface quality if the cutting conditions are properly selected.