Kesici takımlara uygulanan kriyojenik işlemin işlenebilirliğe etkisinin taguchı yöntemiyle optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, AISI O2 (DIN 1.2842) soğuk iş takım çeliğinin işlenmesinde kesici takımlara uygulanan derin kriyojenik işlemin (DCT) yüzey pürüzlülüğü (Ra), kesme kuvveti (Fc), takım aşınması ve mikrosertlik üzerine etkileri araştırılmıştır. Bununla birlikte, optimum Ra ve Fc sonucunu veren kesme parametreleri Taguchi optimizasyon metodu ile belirlenmiştir. Tornalama deneyleri, Taguchi L16 (43) ortogonal (dikey) dizinine göre yapılmış, deney sonuçlarının değerlendirilmesinde sinyal/gürültü (S/G) oranı esas alınmıştır. Deneylerde kaplamalı (MT-TiCN+Al2O3+TiN) ve kaplamasız karbür (WC+Co+TiC+TaC) takımlar kullanılmıştır. Rieltveld analizi ile takım mikroyapısındaki karbürlerin oransal değişimi tespit edilmiştir. Son olarak mikrosertlik ölçümleri ile kriyojenik işlemin sertlik üzerindeki etkisi ortaya koyulmuştur. Taguchi analizi sonucu, yüzey pürüzlülüğü için optimum sonuçlar kriyojenik işlemli kaplamasız takım ile 250 m/dak kesme hızında ve 0,08 mm/dev ilerleme hızında elde edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre, yüzey pürüzlülüğü üzerindeki en etkili parametrenin ilerleme hızı (% 80,20), daha sonra sırasıyla kesici takım tipi (% 12,98) ve kesme hızı (% 5,86) olduğu görülmüştür. Kesme kuvveti için en düşük değerleri veren parametreler sırasıyla kesici takım türü, kesme hızı ve ilerleme hızı için kriyojenik işlemli kaplamalı takım, 250 m/dak ve 0,08 mm/dev olarak bulunmuştur. Fc değerleri için gerçekleştirilen ANOVA sonuçlarına göre kesme kuvveti üzerinde en etkili parametrenin % 85,70 oranıyla ilerleme hızı olduğu görülmüştür. Daha sonra kesici takım türü % 7,94 ve kesme hızı % 4,60 ile en az etkiye sahip parametreler olarak sıralanmıştır. Takım ömrü açısından kriyojenik işlem hem kaplamasız hem de kaplamalı karbür kesici takımlarda olumlu sonuçlar sergilemiştir. Bu bağlamda kaplamasız ve kaplamalı karbür kesici takımlarda sırasıyla % 15 ve % 11 oranlarında iyileşme sağlanmıştır. Rieltveld analizi sonucu, kriyojenik işlemin takımlarda karbür yüzdelerini arttırdığı belirlenmiştir. Mikrosertlik ölçümleri sonucunda, kriyojenik işlem sonrasında kaplamasız ve kaplamalı karbür takımların sertlikleri sırasıyla % 4,6 ve % 5,15 oranlarında arttığı görülmüştür.

In this study, the effects on the surface roughness (Ra), cutting force (Fc), tool wear and microhardness of the deep cryogenic treatment (DCT) applied to carbide cutting tools in the machining of the AISI O2 (DIN 1.2842) cold work tool steel were investigated. However, the cutting parameters giving the optimum Ra and Fc are determined by the Taguchi optimization method (L16-43). Coated (MT-TiCN+Al2O3+TiN) and uncoated (WC+Co+TiC+TaC) carbide tools were used in the experiments. Finally, microhardness measurements have shown the effect of cryogenic process on hardness. The optimum results for surface roughness were obtained with a cryogenically-treated uncoated carbide cutting tool at a cutting speed of 250 m/min and a feed rate of 0.08 mm/rev. According to ANOVA results, the most effective parameter on the surface roughness was found to be the feed rate (80.20 %), followed by the cutting tool type (12.98 %) and the cutting speed (5.86 %). The parameters giving the lowest cutting forces were found to be cryogenically treated coated carbide cutting tool, 250 m/min and 0.08 mm/rev for cutting tool type, cutting speed and feed rate, respectively. According to the ANOVA results for Fc values, the most effective parameter on cutting force was found to be the feed rate of 85.70 %. Then, the cutting tool type is listed as 7.94 % and the cutting speed with 4.60 % as the least effective parameters. In terms of tool life, the cryogenic process has shown positive results both in uncoated and coated carbide cutting tools. In this context, 15 % and 11 % improvement was achieved in uncoated and coated-carbide cutting tools, respectively. According to the results of the Rieltveld analysis, it was determined that the carbide percentages increased in both tool groups after the deep cryogenic treatment. As a result of microhardness measurements, the hardness of uncoated and coated carbide sets after cryogenic treatment increased by 4.6 % and 5.15 %, respectively.