Vidaların talaş kaldırma ile imalatında imal faktörlerinin yorulma dayanımına etkisi

Abstract

Bu doktora tezinde, talaşlı imalat ile vida açmada yüzey özelliklerini belirleyen imal faktörlerinin ve imalat ortamının yorulma dayanımına etkileri teorik ve deneysel yöntemlerle araştırılmıştır. Makine elemanlarında yorulmayı etkileyen en önemli faktörler, yüzey tabakanın fiziksel ve mekanik özellikleridir. Bu etkileri entegre eden bir dış gösterge olarak kesme kuvvetleri, tüm imalat faktörlerini ve takımın geometrisini kapsamakta ve vidada yüzeyden kaldırılan tabakanın talaşa dönüşmesine harcanan işi ve bu işin yüzey tabakasının mekanik özelliklerine etkisini değerlendirmekte en önemli olgudur. Vidalı ve çentikli yorulma deney numunelerin hassas yapımı için universal bir torna tezgâhı rijitleştirilmiştir. Tam değişken yorulma deneyleri için dört noktadan dönel eğmeli yorulma test makinesi tasarlanıp imal edilmiştir. Vidalı ve vida diş formunda açılmış çentikli numunelerin tornalama parametrelerinde ve ortamında yüzey tabakasının mekanik özelliklerinin farklı etkilenmesi nedeniyle, yorulma dayanımına yansıyan farklılık gösterilmiştir. Takım ömrü ve vidanın boyutsal hassaslığına göre optimum kesme şartlarında açılmış vidalı numunelerin yorulma çentik katsayısı, artan kesme hızı, radyal ilerleme ve serbest yüzey aşınması ile azalmakta, yaygın olan profil kesme şeması yerine radyal artırımlı profil kesme şeması kullanıldığında ise artmaktadır. Bu değişimin nedenini açıklayabilmek için, vida açmada oluşan kesme kuvvetleri, Zorev modeli üç boyutlu kesme şartlarına adapte edilerek, numunelerin farklı işleme durumları için hesaplanmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Buna bağlı olarak kesmede harcanan enerji hesaplandığında, yorulma dayanımındaki artışın yüzeyi şekillendirmeye harcanan enerji ile doğru orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar talaşlı imalat ile açılan vidaların yorulma dayanımını anlamak ve güvenilirliklerini artırmak açısından önemlidir.

In this dissertation, the effects of the machining parameters and conditions defining surface layer properties, on the fatigue life of the threaded parts were investigated theoretically and experimentally. Most significant factors affecting the fatigue behavior of machine elements are mechanical and physical properties of the surface layer. As an outer indicator of this effect, cutting forces acting on the threaded parts are considered. Cutting forces consist of the cutting conditions, parameters and tool geometry. They are used to calculate energy for the surface layer transformed chip and they are also definitive factors of the effect of the cutting parameters on the surface properties. To machine precise specimens, the rigidity of a universal lathe was improved by some design modifications. A R. R. Moore type four point rotary bending fatigue test machine was designed and manufactured. Various effects of the same machining parameters on the surface layers of the threaded and notched specimens were investigated. Fatigue notch factor of the threaded specimens machined in the optimum cutting parameters according to the tool life and thread geometrical precision was decreased with increasing cutting velocity, radial feed and tool wear; however, it increased with the radial incremental feed. To explain of the reasons of the difference in fatigue lives, the cutting forces during thread machining were calculated for different cutting conditions adapting Zorev's modified cutting force model to three dimensional cutting, and results were verified experimentally. Accordingly, it was shown that the fatigue life of the specimens with machined threads was linearly increased with increasing cutting energy. The results of this study have great significance in understanding fatigue life of machined threaded parts and to increase their reliability.