Kalıp unsurlarının imalatında DIN1.2344 (ISO4957)) çeliğinin işlenebilirliğinin belirlenmesi

Abstract

Eğimli ve serbest formlu yüzeylerin işlenmesi, kalıp, hassas makine imalat endüstrileri, uzay ve uçak endüstrisi, otomotiv endüstrisi, biyomedikal cihazların üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. İmalat maliyetlerinin yüksek olması ve imalatta tolerans aralıklarının çok dar olması işlem planlamasını çok karmaşık hale getirmektedir. Bu geometrilerin imalatında yüksek verimlilik ve daha kaliteli yüzeylere ulaşılması için; kesme kuvvetlerinin, takım sehim değerlerinin ve form hatalarının artmasına sebebiyet veren kesme parametre değerlerinin belirlenmesi, oluşabilecek hataları minumum seviyeye indirmek için çok önemlidir.Bu tezde, DIN 1.2344 sıcak takım iş çeliğinin, içbükey ve dışbükey yüzeyler için, TiC, TiN ve TiAlN kaplamalı küresel kesiciler ile belirlenen parametrelerde, L16 dikey dizininin kullanıldığı Taguchi deney tasarımıyla frezelenmesini içermektedir. Tezde hedeflen amaçlar; belirlenen kesme parametreleri arasından kesme kuvvetlerinin sebebiyet verdiği minimum takım sehim değerlerinin tespiti; akustik ses basıncı (ASB) değişimi ile ortalama yüzey pürüzlülüğünün tespiti; takım sehim değerlerinin sebebiyet verdiği form hatalarının belirlenmesidir.Kesme kuvvetlerinin sebebiyet verdiği takım sehim değerlerinin belirlenmesi için, aynı ve zıt yönlü frezeleme teknikleri üzerinde farklı takım yolu tarzları (kontur ve tırmanma) kullanılmıştır. Kontrol edilebilen kesme parametreleri kesme hızı (Vc), ilerleme hızı (Vf), yanal adım miktarı (fp) ile ilgili parametre seviye aralıklarında deneyler gerçekleştirilmiştir.Akustik ses basıncı (ASB) değişimi ile ortalama yüzey pürüzlülüğünün tespiti için, ilgili yüzeylerin belirlenen takım yolu tarzları ile farklı kesme parametreleri kullanılarak işlenmesinde ASB değişimi ölçülmüştür. Ölçümler, işleme sonrası elde edilen ilgili yüzey pürüzlülük (Ra) değerleri ile karşılaştırılmış ve aralarındaki ilişki doğrusal regresyon yöntemi ile modellenmiştir.Takım sehim değerlerinin sebebiyet verdiği form hatalarının belirlenmesinde, işlenen numunelerde oluşan form hataları, üç boyutlu (3B) optik tarama metoduyla tespit edilmiş ve ölçülen takım sehim değerleri ile karşılaştırılmıştır.Belirlenen kısıtlar çerçevesinde ve elde edilen verilere göre, yanal adım ve ilerleme değeri arttıkça kesme kuvveti ve takım sehim değerleri artmıştır. Kesme hızı arttıkça kesme kuvvetleri ve takım sehim değerleri azalmıştır. İçbükey ve dışbükey yüzey tiplerinde kullanılan tüm kesiciler için, aynı yönlü frezeleme stratejisinde ve kontur takım yolu tarzında, kesme kuvvetleri ve takım sehim değerleri küçük çıkmıştır. Kullanılan kesiciler içerisinde, TiAlN kaplamalı kesiciye ait kesme kuvvetleri ve takım sehim değerleri daha küçük çıkmıştır. ASB ? Ra aralarındaki ilişkiyi gösteren regresyon modeli istatiksel olarak pozitif, doğrusal ve önemli olarak belirlenmiştir. Elde edilen ses basınç seviyesi ile yüzey pürüzlülüğü tahmininin yapılabileceği gösterilmiştir. Dinamik sehim ölçümlerinde, dışbükey yüzey tipi için takım sehim değerleri, içbükey yüzey tiplerindekilere göre küçük çıkmıştır. Buna paralel olarak, form hata değerleri de dışbükey yüzey tipinde küçük çıkmıştır. Sehimin yüksek çıktığı bölgeler ile 3B optik tarama sonuçlarından elde edilen en büyük form hata değerlerinin bölgeleri, 45º-60º frezeleme pozisyon açılarında meydana geldiği tespit edilmiştir.Anahtar Sözcükler : ?çbükey ve dı?bükey yüzey, küresel parmak frezeleme, kesme kuvveti, takım sehimi, form hatası, akustik ses basınç seviyesi, taguchi metodu, üç boyutlu optik tarama.

Machining of inclined and free-form surfaces are often used in dies/moulds, precision machine design industry, aerospace and automotive industries, and production of bio-medical devices. High manufacturing costs and very small manufacturing tolerances result in process planning to be very complex. In order to obtain high productivity and achieving higher quality surfaces in machining of the geometries, determination of cutting parameter values that cause increases in cutting forces, tool deflection values and form errors is significantly important to minimize the errors that can be occurred.In this thesis, concave and convex surfaces in DIN 1.2344 hot work tool steel were subjected to ball end milling with TiC, TiN and TiAlN-coated cutters according to L16 orthogonal array of Taguchi experimental design. The objectives of the thesis are, among the specified cutting parameters, determination of minimum tool deflection values caused by cutting forces, determination of average surface roughness by the changes of acoustic sound pressure (ASP), and determination of form errors caused by tool deflection values.For the objective of determination of tool deflection values caused by cutting forces, different tool path styles (contouring and ramping) built on down and up milling strategies were used. The experiments were carried out with controllable cutting parameters: cutting speed (Vc), feedrate (Vf), and step over (fp) with the related parameter levels.For the objective of determination of average surface roughness by ASP, the changes in ASP were measured in machining of aforementioned surfaces with the related tool path styles and cutting parameters. The measurements were compared to surface roughness values (Ra), and the relationships between them was modeled by using linear regression method.For the objective of determination of form errors caused by tool deflection values, the form errors on the specimens machined were measured by 3D optic scanning method and the measurements were compared to tool deflection values.According to specified constraints and obtained data, the increases in step over and feedrate values have raised cutting force and tool deflection values. As a consequence, increasing cutting velocities have decreased cutting force and tool deflection values. In down milling cutting strategy and contour tool path style, cutting force and tool deflection values were found smaller for the cutting tools used in convex and concave surface types. Among the cutting tools used, the cutting force and tool deflection values belong to TiAlN coated cutting tool were detected smaller. The regression model showing the relation between ASP and Ra were statistically decided as positive, linear, and significant. Then, the model has shown that surface roughness would be estimated by the sound pressure level obtained. In dynamic deflection measurements, the tool deflection values for convex surfaces were found smaller than of concave surfaces. In parallel to this, the values of form errors were found smaller in convex surface types. The regions displaying greater tool deflections values and the regions that the form errors obtained by 3D optic scanner were discovered at the milling position angles of 45-60º.Key Words : Concave and convex surface, ball end milling, cutting force, tool deflection, form error, acoustic sound pressure level, taguchi method, optical scanner