AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Sert Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün Deneysel Optimizasyonu

Bu çalışmada, AISI D2 soğuk iş takım çeliğinin sert tornalanmasında kesme parametrelerinin performansları araştırılmış ve optimum işleme şartları tespit edilmiştir. Tornalama deneyleri Taguchi L9 orthogonal (dikey) dizinine göre yapılmış, deney sonuçlarının değerlendirilmesinde sinyal/gürültü (S/N) oranı esas alınmıştır. Taguchi metodu kullanılarak optimum yüzey pürüzlülüğü (Ra) değerlerini veren kontrol faktörleri belirlenmiştir. Kontrol faktörleri olarak üç farklı kesme hızı (50, 100, 150 m/dak), üç farklı ilerleme hızı (0,08, 0,16, 0,24 mm/dev) ve üç farklı kesme derinliği (0,25, 0,50, 0,75 mm) seçilmiştir. Deneysel sonuçlar kullanılarak yapılan Varyans analizi (ANOVA) ile kontrol faktörlerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etki seviyeleri belirlenmiştir. Son olarak doğrulama deneyleri yapılmış ve optimizasyonun başarıyla uygulandığı görülmüştür. Taguchi analizi sonucu, 100 m/dak kesme hızı, 0,08 mm/dev ilerleme hızı ve 0,25 mm kesme derinliği değerlerinde yüzey pürüzlülüğünün en iyi sonucu verdiği görülmüştür. Bu kesme şartları için hesaplamalar ve doğrulama deneyleri sonucu Ra değerleri sırasıyla 0,280 µm ve 0,245 µm olarak bulunmuştur.

Experimental Optimization of Surface Roughness in Hard Turning of AISI D2 Cold Work Tool Steel

In this study, performance of the cutting parameters that used in hard turning process of AISI D2 cold work tool steel have been researched and the optimum machining conditions have been identified. Experiments have been made according to Taguchi L9 orthogonal array. The evaluation of the experimental results was based on the signal/noise (S/N) ratio. Control factors that given optimum surface roughness values were determined by using the Taguchi method. Three different cutting speeds (50, 100, 150 m/min), feed rates (0.08, 0.16, 0.24 mm/rev) and depth of cuts (0.25, 0.50, 0.75 mm) as control factors have been selected. The effect levels on the surface roughness of the control factors with analysis of variance (ANOVA) performed using the experimental results were determined. Finally, the confirmation tests were performed and showed that the optimization is successfully implemented. As a result Taguchi analysis, it was found the optimum results for surface roughness in cutting speed of 100 m/min, feed rate of 0.08 mm/rev and depth of cut 0.25 mm. The results of calculations and confirmation tests, the Ra values were found as 0.280 µm and 0.245 µm, respectively.

PDF

___

1. Çiçek A., Ekici E., Uygur İ., Akıncıoğlu S. ve Kıvak T., “AISI D2 soğuk iş takım çeliğinin delinmesinde derin kriyojenik işlemin takım ömrü üzerindeki etkilerinin araştırılması”, SDU International Journal of Technologic Sciences, 4(1): 1-9, (2012).
2. Şirin E., Turgut Y. ve Korkut İ., “Farklı sertlikteki AISI D2 soğuk iş takım çeliğinin frezeleme işleminde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına etkisi”, Politeknik Dergisi, 15(1): 9-14, (2012).
3. Töenshoff H. K., Arendt C. and Ben Amor R., “Cutting of Hardened Steel”, CIRP Annals – Manufacturing Technology, 49(2): 547-566, (2000).
4. Lima J. G., Avila R. F., Abrao A. M., Faustino M. and Davim J.P., “Hard turning: AISI 4340 high strength low alloy steel and AISI D2 cold work tool steel”, Journal of Materials Processing Technology, 169: 388-395, (2005).
5. Agrawal A., Goel S., Rashid W. B. and Price M., “Prediction of surface roughness during hard turning of AISI 4340 steel (69 HRC)”, Applied Soft Computing, 30: 279-286, (2015).
6. Dosbaeva G. K., El Hakim M. A., Shalaby M. A., Krzanowski J. E. and Veldhuis S. C., “Cutting temperature effect on PCBN and CVD coated carbide tools in hard turning of D2 tool steel”, Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 50: 1–8, (2015).
7. Özel T., Karpat Y., Figueira L., and Paulo Davim J., “Modelling of surface finish and tool flank wear in turning of AISI D2 steel with ceramic wiper inserts”, Journal of Materials Processing Technology, 189: 192-198, (2007).
8. Göloglu C. and Arslan Y., “Zig zag machining surface roughness modelling using evolutionary approach”, Journal of Intelligent Manufacturing, 20: 203-210, (2009).
9. Çiçek A., Kıvak T. and Ekici E., “Optimization of drilling parameters using Taguchi technique and response surface methodology (RSM) in drilling of AISI 304 steel with cryogenically treated HSS drills”, Journal of Intelligent Manufacturing, 26: 295-305, (2015).
10. Taguchi G., Chowdhury S. and Wu Y., “Taguchi's Quality Engineering Handbook”, John Wiley&Sons Inc., New Jersey, USA, (2005).
11. Palanikumar K., “Experimental investigation and optimisation in drilling of GFRP composites”, Measurement, 44: 2138-2148, (2011).
12. Yücel E. ve Günay, M., “Yüksek alaşımlı beyaz dökme demirlerin (Ni-Hard) tornalanmasında kesme kuvvetinin modellenmesi”, 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 489-495, (2012).
13. Kasman Ş., “Lazerle derin oyma tekniğinde EN 7075 alüminyum alaşımı için işlem parametrelerinin etkilerinin Taguchi methodu kullanılarak incelenmesi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 8(2): 41-54, (2011).
14. Pınar A. M., Fırat K., Pınar A. F. ve Filiz S., “Kanal torna kaleminin yüzey pürüzlülük performansının optimizasyonu”, 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 240-250, (2012).
15. Günay M. and Yücel E., “Application of Taguchi method for determining optimum surface roughness in turning of high-alloy white cast iron”, Measurement, 46: 913-919, (2013).
16. Pınar A. M., Filiz S. and Ünlü B. K., “A comparison of cooling methods in the pocket milling of AA5083-H36 alloy via Taguchi method”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, doi:10.1007/s00170- 015-7666-1.
17. Yücel E. and Günay M., “Modelling and optimization of the cutting conditions in hard turning of high-alloy white cast iron (Ni-Hard), Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 227(10): 2280-2290, (2013).
18. Şirin E., Şirin Ş., Turgut Y. ve Korkut İ., “AISI D2 soğuk iş takım çeliğinin frezelenmesinde yüzey pürüzlülüğünün Taguchi metodu ile optimizasyonu”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 3: 132-144, (2015).
19. Sahoo, A. K., “Application of Taguchi and regression analysis on surface roughness in machining hardened AISI D2 steel”, International Journal of Industrial Engineering Computations, 5: 295–304, (2014).
20. Sharma, P., Singh Sidhu, B. and Sharma, J., “Investigation of effects of nanofluids on turning of AISI D2 steel using minimum quantity lubrication”, Journal of Cleaner Production, 108: 72–79, (2015).
21. Turgut E. and Dikici A., “Optimization of design parameters of Co-axial heat exchanger with Taguchi method”, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), Elazığ, Turkey, 278-281, (2011).
22. Masmiati N. and Sarhan Ahmed A. D., “Optimizing cutting parameters in inclined end milling for minimum surface residual stress – Taguchi approach, Measurement, 60: 267–275, (2015).
23. Yücel E. and Saruhan H., “Design optimization of rotor-bearing system considering critical speed using Taguchi method”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, doi:10.1177/095440891557858.