Murat ÖZSOY, Yunus Zübeyir TURGUT, Neslihan ÖZSOY, Seçil EKŞİ

AISI 1050 çeliğinin delinmesinde itme kuvveti optimizasyonu

İmalat sektörü içinde delik delme işleminin büyük bir payı bulunmaktadır. Bu nedenle en düşük maliyet ve en yüksek delik kalitesi için optimum kesme parametrelerinin elde edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada AISI 1050 çeliği kullanılarak Taguchi L9(3^2) deney tasarıma göre delik delme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde delik delme esnasında oluşan itme kuvvetleri (Fz) ölçülmüştür. Deney parametreleri olarak kesme hızı (110-120-130 m/dk) ve diş başı ilerleme miktarı (0.1-0.12-0.14 mm/diş) ele alınmıştır. Deneylerden elde edilen maksimum itme kuvveti sonuçları referans alınarak Taguchi optimizasyonu, varyans (ANOVA) ve regresyon analizleri Minitab 19 programı yardımıyla yapılmıştır. İstatiksel analizlerle itme kuvvetini minimize eden kesme parametrelerinin optimum seviyeleri ve kesme parametrelerinin itme kuvveti üzerindeki etki oranları incelenmiştir. Optimum kesme hızı seviyesi 110 m/dk, optimum diş başı ilerleme miktarı seviyesi ise 0.10 mm/diş olarak tespit edilmiştir. Ayrıca ölçülen itme kuvveti sonuçlarının ANOVA sonuçlarına göre, itme kuvveti üzerinde kesme hızının etki oranı %2.73 diş başı ilerleme miktarının etki oranı ise %96.54 olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Talaşlı imalat, Delik delme, AISI 1050, İtme kuvveti, Optimizasyon

Thrust force optimization of AISI 1050 steel in drilling process

Drilling has a large share in the manufacturing sector. For this reason, optimum cutting parameters must be obtained for the lowest cost and highest hole quality. In this study, hole drilling tests were carried out according to Taguchi L9(3^2) experimental design using AISI 1050 steel. The experiments measured the thrust forces (Fz) formed during drilling. Cutting speed (110-120-130 m/min) and feed rate per tooth (0.1-0.12-0.14 mm/tooth) were considered test parameters. Taguchi optimization, variance (ANOVA) and regression analyses were performed with the help of the Minitab 19 program concerning the maximum thrust force results obtained from the experiments. The statistical analysis investigated the optimum levels of cutting parameters that minimize the thrust force and the effect ratios of cutting parameters on the thrust force. The optimum cutting speed level was 110 m/min, and the optimum feed rate per tooth was 0.10 mm/tooth. In addition, according to the ANOVA results of the measured thrust force results, the effective rate of the cutting speed on the thrust force was calculated as 2.73%, and the effective ratio of the feed rate per tooth was calculated as 96.54%.

Keywords:

Machining, Drilling, AISI 1050, Thrust force, Optimization,

PDF

___

M. Gavas, M. Yaşar, M. Aydın ve Y. Altunpak, Üretim Yöntemleri ve İmalat Teknolojileri, Seçkin Yayıncılık, 2015.
A. Yıldız, Delik delme işleminin sümülasyonu ve delik delme işlemlerinde kesme parametrelerine bağlı mekanik gerilmelerin incelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2021.
M. B. H. Hussein, Modelling of drilling operation for superalloys with finite element method, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Universitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2020.
A. Yıldız, A. Kurt and S. Yağmur, Finite element simulation of drilling operation and theorical analysis of drill stress with the deform-3d, Simulation Modelling Practice and Theory, 104, Article 102153, 2020. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2020.102153.
S. Yağmur, R. Çakıroğlu, A. Acır ve U. Şeker, AISI 1050 çeliğinin delinmesinde itme kuvvetinin taguchi metodu ile optimizasyonu, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5(2), 241-246, 2017.
H. Gökçe, İ. Çiftçi ve H. Gökçe, Frezeleme operasyonlarında kesme kuvvetlerinin deneysel ve sonlu elemanlar analizi ile incelenmesi: saf molibdenin işlenmesi üzerine bir çalışma, Politeknik Dergisi, 22(4), 947-954, 2019. https://doi.org/10.2339/politeknik.482604.
Z. Demir and R. Yakut, An investigation of the effect of parameters and chip slenderness ratio on drilling process quality of AISI 1050 steel, Hindawi Advances Materials Science and Engineering, Article ID 9753464, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/9753464.
A. K. Sahoo, S. Jeet, D. K. Bagal, A. Barua, A. K. Pattaaik and N. Behera, Parametric optimization of CNC-drilling of inconel 718 with cryogenically treated Drill-Bit using Taguchi-Whale optimization algorithm, Material Today: Proceedings, 50, 1591-1598, 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.121.
A. Saravanakumar, P. Sreenivas, S. V. Kumar, U. P. Kumar and L. Rajeshkumar, Optimization of drilling process parameters for self-lubricants reinforced aluminium metal matrix composites, Material Today: Proceedings, 52, 1461-1465, 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.196.
A. S. Sidhu, S. Singh and R. Kumar, Optimization and modelling of active power consumption of St52.3 alloy steel during a drilling operation, Material Today: Proceedings, 50, 1999-2006, 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.340.
S. Bratan and P. Novikov, Theoretical determination of cutting forces during machining holes in parts made of alloy iron-carbon alloys, Material Today: Proceedings, 38, 2009-2012, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.030.
V. Vignesh, S. Satish, V. Gopi, J. Jishnoop and G. A. Menon, Comparison of coated and uncoated HSS drill bit on surface roughness, material removal rate and dimensional accuracy of SS410 stainless steel, Material Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.307.
L. Sterle, P. Krajnik and F. Pusavec, The effects of liquid-CO2 cooling, MQL and cutting parameters on drilling performance, CIRP Annals -Manufacturing Technology, 70, 79-82, 2021. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2021.04.007.
G. Meral, M. Sarıkaya, H. Dilipak and U. Şeker, Multi-response optimization of cutting parameters for hole quality in drilling of AISI 1050 steel, Arab. J. Sci. Engineering, 40, 3709-3722, 2015. https://doi.org/10.1007/s13369-015-1854-z.
N. Yaşar, Thrust force modelling and surface roughness optimization in drilling of AA-7075: FEM and GRA, Journal of Mechanical Science and Technology, 33, 4771-4781, 2019. https://doi.org/10.1007/s12206-019-0918-5.
M. Koyunbakan, A. Ünüvar, V. Eskizeybek ve A. Avcı, CETP kompozitlerin ağaç matkabıyla delinme performanslarının deneysel incelenmesi, NÖHÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(2), 770-776, 2021. https://doi.org/10.28948/ngumuh.830262.
İ. Cebeci, B. Özlü ve H. Demir, AISI 304 paslanmaz sac malzemenin lazerle işlenmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, kerf genişliği ve çapak yüksekliğine etkisinin araştırılması, NÖHÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, 11(2), 410-415, 2022. https://doi.org/10.28948/ngumuh.764983.
İmalat çelikleri kullanım alanı. https://kocacelik.com/urun-detay/imalat-celikleri/, Accessed 04 April 2023.
MatWeb: Online Materials Information Resource. https://www.matweb.com, Accessed 04 April 2023.
F. Kafkas, H. Gürbüz, U. ŞEKER, Analysis of the effect of tool geometry and machining parameters on surface ıntegrity properties in turning of AISI 316L stainless steel by Taguchi Method, Gazi University Journal of Science Part C: Desıgn And Technology, 10(3), 391-407, 2022. https://doi.org/10.29109/gujsc.1149757.
N.R. Dhar, M.T. Ahmed, S. Islam, An experimental investigation on effect of minimum quantity lubrication in machining AISI 1040 steel, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47, 748–753, 2007. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.09.017.
A. Şahinoğlu, M. Rafighi, Optimization of cutting parameters with respect to roughness for machining of hardened AISI 1040 steel, Materials Testing, 62(1), 85-95, 2020. https://doi.org/10.3139/120.111458.
E. Bagcı, B. Ozcelik, Influence of cutting parameters on drill bit temperature in dry drilling of AISI 1040 steel material using statistical analysis, Industrial Lubrication and Tribology,.Industrial Lubrication and Tribology, 59(4),186–193,2007. https://doi.org/10.1108/00368790710753581.
S. Liu, K. Gong, J. Zhao, D. Wu, X. Hong & W. Wang, Multi-objective optimisation of cutting parameters for drilling-induced damages and thrust force in AFRP drilling. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 44(11), 562, 2022. https://doi.org/10.1007/s40430-022-03868-2.