tİtanyum esasli alaŞimlarin (tİ6al4v, …tez.sdu.edu.tr/tezler/tf04095.pdfbu çalışmada,...

T.C.

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

TİTANYUM ESASLI ALAŞIMLARIN (Tİ6AL4V, Tİ5553) MİKRO ŞARTLARDA İŞLENEBİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Luqman Khaleel Hayder ALATRUSHI

Danışman Prof. Dr. Fevzi BEDİR

II. Danışman

Dr. Öğr. Üyesi Nihat YILMAZ

DOKTORA TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ISPARTA - 2018

TEZ ONAYI Luqman Khaleel Hayder ALATRUSHI tarafından hazırlanan " Titanyum Esaslı Alaşımların (Ti6al4v, Ti5553) Mikro Şartlarda İşlenebilirliğinin Araştırılması " adlı tez çalışması aşağıdaki jüri üyeleri önünde Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı’nda DOKTORA TEZİ olarak başarı ile savunulmuştur. Danışman Prof. Dr. Fevzi BEDİR .............................. Gebze Teknik Üniversitesi Jüri Üyesi Prof. Dr. Ertuğrul DURAK .............................. Süleyman Demirel Üniversitesi Jüri Üyesi Prof. Dr. Kubilay ASLANTAŞ .............................. Afyon Kocatepe Üniversitesi Jüri Üyesi Prof. Dr. Abdurrahman KARABULUT .............................. Afyon Kocatepe Üniversitesi Jüri Üyesi Dr. Öğr. Üyesi Kamil DELİKANLI .............................. Süleyman Demirel Üniversites Enstitü Müdürü Prof. Dr. Yasin TUNCER ..............................

TAAHHÜTNAME Bu tezin akademik ve etik kurallara uygun olarak yazıldığını ve kullanılan tüm literatür bilgilerinin referans gösterilerek tezde yer aldığını beyan ederim.


i

İÇİNDEKİLER

Sayfa

İÇİNDEKİLER………………………………………………………………………………………... i ÖZET…………………………………………………………………………………………………….. iii ABSTRACT……………………………………………………………………………………………. v TEŞEKKÜR……………………………………………………………………………………………. vii ŞEKİLLER DİZİNİ………………………………………………………………………………….. viii ÇİZELGELER DİZİNİ……………………………………………………………………………… xi SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ…………………………………………………….. xii 1. GİRİŞ………………………………………………………………………………………………… 1 1.1. Tezin Amacı…………………………………………………………………………………… 3 2. LİTERATÜR ……………………………………………………………………………………… 5 2.1. Mikro işlem tanımı……………………………………………………………………… 5 2.2. Mikro Frezeleme Konsepti…………………………………………………………… 7 2.2.1. Mikro frezeleme prosesinde boyut etkisi ve minimum talaş derinliği………………………………………………………………………………..

9

2.2.2. Mikro frezeleme prosesinde mikro yapısının etkisi………………… 11 2.2.3. Mikro frezeleme prosesinde kesme kuvveti oluşumu……………… 14 2.2.4. İş parçası yüzey pürüzlülüğü…………………………………………………. 17 2.2.5. Çapak oluşumu……………………………………………………………………… 22 2.3. Mikro Frezeleme Prosesinde Kullnılan Takım Tezgahları………………. 29 2.4. Mikro Frezeleme Prosesinde Kullanılan Kesici Takımı………………...... 33 2.5. Takım Aşınması…………………………………………………………………………… 36 2.6.Titanyum Alaşımları…………………………………………………………………….. 39 2.6.1. Ti5553 alaşımı ………………………………………………………………….. 39 2.6.2. Ti6Al4V alaşımı…………………………………………………………………. 40 3. MATERYAL VE YÖNTEM……………………………………………………………………. 43 3.1. Kullanılan İş Parçası Malzemesi ve Kesici Takım…………………………... 43 3.2. İş parçası boyutu ve hazırlanması…………………………………………….….. 46 3.3. Deney düzeneği ………………………………………………………………………….. 47 3.4. Kesme parametreler …………………………………............................................... 49 3.4.1. Mikro Frezeleme İşleminde Kesme Kuvvetlerinin Ölçümü………. 49 3.5 İş Parçası Yüzey Pürüzlülüğü Analizi…………………………………………….. 50 3.6. Çapak Oluşumunun Ölçülmesi……………………………………………………… 51 4. BULGULAR………………………………………………………………………………………... 53 4.1. Kesme Kuvvetlerinin Değişimi…………………………………………………….. 53 4.1.1. Kesme Hızının Kesme Kuvvetlerine etkisi……………………………… 54 4.1.2. İlerleme hızının kesme kuvvetlerine etkisi……………………………... 55 4.1.3. Talaş derinliğinin kesme kuvvetlerine etkisi………………………….. 57 4.2. Yüzey Pürüzlülüğünün Değişimi………………………………………………….. 59 4.2.1. İlerlemenin yüzey pürüzlülüğüne etkis………………………………….. 60 4.2.2. Kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi…………………………….. 66 4.2.3. Talaş derinliğinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi……………………….. 73 4.3. Çapak Oluşumu……………………………………………………………………………. 76 4.3.1. İlerlemenin çapak oluşumuna etkisi………………………………………. 76 4.3.2. Talaş derinliğinin çapak oluşumuna etkisi……………………………… 81 4.4. Takım Aşınması…………………………………………………………………………… 84 4.4.1. Kesici takımdaki aşınmanın değişimi………………………………..…... 84

ii

4.4.2. Takım aşınmasının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi……… 92 5. MODELEME ……………………………………………………………………………………… 101 5.1. Taguchi Deney Tasarımı…………………………………………………………….. 101 5.2. Ti6Al4V Malzemesi İçin Ortalama Yüzey Pürüzlülüğü Etki Analizi… 102 5.3. Ti5553 Malzemesi İçin Ortalama Yüzey Pürüzlülüğü Etki Analizi…… 105 5.4. Ti6Al4V Malzemesi için Çapak Genişliği Etki Analizi……………………. 108 5.5. Ti5553 Malzemesi için Çapak Genişliği Etki Analizi……………………... 112 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER.………………………………………………………………… 115 7. KAYNAKLARI…………………………………………………………………………………….. 117 7.1 İnternet Kaynakları………………………………………………………………………. 126 ÖZGEÇMİŞ……………………………………………………………………………………………. 127

iii

ÖZET

Doktora Tezi

TİTANYUM ESASLI ALAŞIMLARIN (Tİ6AL4V, Tİ5553) MİKRO ŞARTLARDA İŞLENEBİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI


Süleyman Demirel Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Prof. Dr. Fevzi BEDİR

II. Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Nihat YILMAZ

Bu çalışmada, biyomedikal sektöründe sıklıkla kullanılan Ti6Al4V alaşımının, Ti5553 alaşımı ile mikro şartlarda işlenebilirliği karşılaştırılmıştır. Her iki alaşım da aynı kesme koşullarında kesme işlemine tabi tutulmuş ve aynı kesme parametreleri kullanılmıştır. Çalışmada 0,6mm çapında, iki kesici ağıza sahip, TiCN kaplanmış karbür kesici takımlar kullanılmıştır. Çalışmada farklı kesme hızı, ilerleme değerleri ve talaş derinliği dikkate alınmak suretiyle kesme kuvvetlerindeki, yüzey pürüzlülüğündeki ve çapak genişliğindeki değişim araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre düşük kesme hızları her iki alaşım için de kesme kuvvetlerinin artmasına neden olmaktadır. Kesme kuvvetleri açısından değerlendirildiğinde, kritik bir ilerleme değeri tespit edilmiştir. Bu kritik ilerleme değeri kenar radyüsünün (Re) yaklaşık 0,3 katıdır ve alaşım türü ile değişmemektedir. Artan talaş derinliği ile kesme kuvvetleri de doğrusal olarak artmıştır. Ortalama ve maksimum yüzey pürüzlülüğü sonuçları da kritik bir ilerleme değerinin olduğunu doğrulamaktadır. Kesme kuvvetleri için elde edilen 0,3.Re değeri yüzey pürüzlülüğü sonuçları için de elde edilmiştir. Her iki Titanyum alaşımının mikro frezelenmesinde kesici takım, abrasif aşınma mekanizmasının etkisiyle aşındığı tespit edilmiştir. Artan kesme mesafesi ile birlikte, takım hem eksenel hem de çevresel olarak aşınmaktadır. Bu durum, takım çapının ve kenar radyüsünün anlık değişmesine neden olmaktadır. Özellikle kenar radyüsünün değişimi yüzey pürüzlülüğünün de ani değişimine neden olmaktadır. Her iki alaşım için de düşük kesme hızları (Vc < 25m/dak) yüzey kalitesinin bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle her iki alaşım için de, hem kesme kuvvetleri hem de yüzey kalitesi açısından kesme hızının 25m/dak.’ nın üzerinde seçilmelidir.

Mikro frezeleme deneyleri sonrasında, işlenen yüzey kenarlarındaki çapak genişliği malzemeye ve kesme parametrelerine bağlı olarak değişmektedir. Ti6Al4V alaşımının daha düşük sertliğe sahip olması nedeniyle, bu alaşımda elde edilen çapak genişliği daha büyüktür. Ayrıca kritik ilerleme değerlerinden daha küçük ilerleme değerlerinde çapak genişliği artmaktadır. Özellikle aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliklerinin daha büyük olduğu tespit

iv

edilmiştir. Artan talaş derinliği de çapak genişliğinin artmasına neden olmaktadır. Çapak genişliğinin önemli oranda artmasından dolayı 150µm’dan daha büyük talaş derinliklerinin önerilmemektedir.

Ayrıca, bu çalışmada ve iki Titanyum alaşımı için, Taguchi yöntemi kullanılarak, kesme parametrelerinin, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu üzerindeki etkisi optimize edilmiştir. Yapılan Taguchi analizi ile her iki alaşım için hem yüzey kalitesinin maksimum olduğu hem de çapak oluşumunun minimum olduğu kesme parametreleri tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Mikro frezeleme, Ti5553, Ti6Al4V , yüzey pürüzlülüğü, çapak oluşumu, kesme kuvveti, takım aşınması, Taguchi yöntemi

2018, 127 sayfa

v

ABSTRACT

Ph.D. Thesis

THE INVESTIGATION OF MACHINABILITY OF TITANIUM BASED ALLOYS (TI6AL4V, TI5553) IN MICRO CONDITIONS


Süleyman Demirel University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering

Supervisor: Prof. Dr. Fevzi BEDİR

Co-Supervisor: Asst. Prof. Dr. Nihat YILMAZ

In this study, Ti6Al4V alloy, which is frequently used in the biomedical industry, was compared with Ti5553 alloy under micro cutting conditions. The same cutting conditions and parameters were used for both alloys in the cutting process. TiCN coated carbide cutting tools with a diameter of 0.6 mm and with two flutes were used. In this study also, the variations in cutting forces, surface roughness and the burr width were investigated for different ; cutting speed, feed value and depth of cut. According to the results obtained; low cutting speeds cause the increasing in cutting forces for both alloys. When evaluating the cutting process in terms of cutting forces, a critical feed value has been determined. This critical feed value is about 0.3 times of the edge radius (Re) and it was not changed with the alloy type. It was found that with increasing the depth of cut, the cutting forces also increased linearly. A critical feed value also has been verified from the results of the average and maximum surface roughness. The obtained value of the 0.3Re of the cutting forces results, it has been also obtained of its from the surface roughness results.

In the micro milling of both Titanium alloys, the wear of micro cutting tool has been occured by the effect of abrasive wear mechanism, and when the cutting distance is increased, the tool was weared axially and peripherally. This causes an instantaneous change of tool radius and tool edge radius. Particularly, the variation of the edge radius also causes an instantaneous change of the surface roughness. For both alloys, low cutting speeds (Vc < 25m/min) cause a deterioration of surface quality. Therefore, for both alloys, the cutting speed must be selected above of 25 m/min for different cutting forces and beter surface quality

After micro milling experiments, the burr width that formed at machined surface edges is varying depending on the material and cutting parameters. The obtained burr width for the Ti6Al4V alloy is greater because it has a lower hardness. In addition, the burr width increases at smaller feed values than the

vi

critical feed values. It was found that the burr widths in the down milling are larger compared with that in up milling. Also the increasing of depth of cut leads to the increasing of the burr width. Due to the significant increasing in burr width, the depth of cut greater than 150μm are not recommended.

In addition, for the two studied Titanium alloys, the effect of cutting parameters on surface roughness and burr formation was optimized by using the Taguchi method. With the Taguchi analysis, the cutting parameters have been determined for both alloys in terms of both maximum surface quality and minimum burr formation.

Keywords: Micro end milling, Ti5553, Ti6Al4V, surface roghouness, burr formation, cutting force, tool wear, Taguchi method.

2018, 127 pages

vii

TEŞEKKÜR

Bu çalışma için beni yönlendiren karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile aşmamda yardımcı olan değerli Danınşman Prof. Dr. Fevzi BEDİR’e ve Dr. Öğr. Üyesi. Nihat YILMAZ’a teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca çalışmanın teorik ve deneysel aşamada yardımlarını esirgemeyen Prof. Dr. Kubilay ASLANTAŞ’a teşekkürlerimi sunarım. Sabır ve anlayışla yanımda olan sevgili eşime ve bugünlere gelmemde büyük emeği olan anne ve babam’a(Allah rahmet etsin) sonsuz sevgi teşekkürlerimi sunarım

Luqman Khaleel Hayder ALATRUSHI ISPARTA, 2018

viii

ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 1.1. a. Mikro takım tezgahı, b. Gelenksel takım tezgahı............................. 1 Şekil 1.2. Minyatür parça örnekleri………….................................................................. 2 Şekil 1.3. Mikro mekanik işlemenin diğer yöntemlerle kıyaslanması ............ 2 Şekil 2.1. Mikro frezeleme işlemindeki girdiler ve etkileri................................... 6 Şekil 2.2. Minimum talaş kalınlığı etkisinin şematik gösterimi.......................... 8 Şekil 2.3. Kesme konsepti makro ile mikro kesme işlemeinde farkı................ 9 Şekil 2.4. Mikro ile makro kesme işleminin arasındaki mikroyapısının etkisi....................................................................................................................... ...

11

Şekil 2.5. Bölgesel kesme..................................................................................................... 12 Şekil 2.6. İki farklı malzeme için UFG ve CG yüzey pürüzlülüğü ilerleme değerleri ve kesme hızına bağlı olarak değişimi....................................

13

Şekil 2.7. Mikro frezeleme işlemi sırasında talaş derinliği ve düzlemsel kuvvetler.................................................................................................................

15

Şekil 2.8. Kesilmemiş talaş geometrisi (a) elastik böglesi (b) elastik- palstik böglesi (c) tam talaş oluşumu........................................................

16

Şekil 2.9. Kesme kuvveti bağlama uzunluğuna bağlı olarak değişimi............ 17 Şekil 2.10. İki yarıçapının ve diş başına ilerlemenin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi..................................................................................................

19

Şekil 2.11. Ti6Al4V malzemede ortalama yüzey pürüzlülük değerlerinin grafiği a) 0,005mm kesme derinliğinde b) 0,015mm kesme derinliğinde............................................................................................................

20

Şekil 2.12 Yüzey Pürüzlülüğü Ra ve Rz değerleri kesme hızına bağlıdır......... 21 Şekil 2.13. Yüzey Pürüzlülüğü Ra ve Rz değerleri ilerleme hızına bağlıdır…... 21 Şekil 2.14. Ortalama üst çapak genişliği için ana efektler grafiği.......................... 23 Şekil 2.15. Ortalama yüzey pürüzlülüğ için ana efektler grafiği............................ 23 Şekil 2.16. Mikro frezelemede çapak oluşumu engelleme mekanizması a) Destekleyici malzemeyle ön işlemi b) Destekleyici malzemeyle çapak oluşum c) Destekleyici malzeme kaldırması.............................

24

Şekil 2.17. Kesme parametrelerinin çapak yüksekliği ve çapak genişliği üzerindeki etkisi..................................................................................................

25

Şekil 2.18. Mikro frezeleme işleminde karşılaşılan çapak tipleri.......................... 26 Şekil 2.19. Farklı kesme koşullarında mikro çapak oluşumu................................. 27 Şekil 2.20. Çapak genişliğinin kesme uzunluğuna bağlı olarak değişimi ve her kanaldaki çapak boyutu SEM görüntüleri........................................

28

Şekil 2.21. Çapak oluşumu bazı işlenen kanallarda SEM görüntüleri................. 29 Şekil 2.22. Ultra yüksek hızlı mikrofrezleme spindle................................................. 31 Şekil 2.23. Minaytür takım tezgahı..................................................................................... 31 Şekil 2.24. Mikro spinle a. Kesit görünüşü b. Spindle prototipi............................. 32 Şekil 2.25. Mikro frezeleme işlemi için tasarlanmış deney düzeneği ……........ 33 Şekil 2.26. İki ağızlı mikro freze takım geometrisi..................................................... 34 Şekil 2.27. Konvansiyonel frezelemede 6mm çaplı takım ve mikro frezlemede 200µm çaplı takım görüntüsü..............................................

35

Şekil 2.28. Kullanılan takım malzemeleri yüzdesi...................................................... 35 Şekil 2.29. Üç farklı takım kenar radyusü için takım aşınması takım dönüş açısına bağlı olarak değişimi..........................................................................

38

Şekil 2.30. Kesici takımda meydana gelen abrasif aşınma ve talaş yapışması 38 Şekil 3.1. Mikro freze takımın geometrik özellikleri................................................ 44

ix

Şekil 3.2. SEM analizi cihazı................................................................................................. 45 Şekil 3.3. Takımın SEM görüntüsüleri a) Mikro takım, b) Kaplanmış takımın köşe radyüsü.......................................................................................

46

Şekil 3.4. İş parçası hazırlanması ve boyutlarının ayarlanması........................ 47 Şekil 3.5. Kesme kuvveti data alma sisteminin şematik gösterimi................... 47 Şekil 3.6. Deneysel çalışmalarda kullanılan deney düzeneği............................... 48 Şekil 3.7. Mikro frezeleme işleminde kullanılan koordinat sistemi (a) İşlenen kanallar ile kesici takımın ve iş parçasının 3 boyutlu çizimi ve (b) Kesici takımın kesit düzlemine göre tam kanal işlemenin iki boyutlu ifadesi...........................................................................

48

Şekil 3.8. Kesme kuvvetleri ölçümünde kullanılan mini dinamometre....... 50 Şekil 3.9. Yüzey Analizlerinde kullanılan optik profilometre............................. 50 Şekil 3.10. Yapılan ölçüm sonrasında elde edilen, 3 boyutlu yüzey şekli....... 51 Şekil 3.11. Çapak genişliği ölçme yöntemi...................................................................... 52 Şekil 4.1. Ti6Al4V ve Ti5333 malzemeler için a)Fx b)Fy ve c)Fz için maksimum. kesme kuvveti bileşenlerinin devir sayısına bağlı olarak değişimi......................................................................................................

54

Şekil 4.2. Kesme kuvvetlerinin ilerleme değerlerine bağlı olarak değişimi.....................................................................................................................

56

Şekil 4.3. Ti5553 ve Ti6Al4V için max. Fx ve max. Fy Kesme kuvvetinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi…………………………………...….

58

Şekil 4.4. Ortalama yüz pürüzlülüğünün ilerlemeye bağlı olarak değişimi... 61 Şekil 4.5. Masimum yüz pürüzlülüğünün ilerlemeye bağlı olarak değişimi .. 62 Şekil 4.6. İlerleme değerine bağlı olarak işlenen yüzeylerin 3 boyutlu görüntüleri……………………………………………………………………………

63

Şekil 4.7. Ti6Al4V malzemesi için yüz pürüzlülüğü değerleri (Sa ve Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi...................................................

64

Şekil 4.8. Ti5553 malzemesi için yüz pürüzlülüğü değerleri (Sa ve Sz) kesme mesafesnie bağlı olarak değişimi...................................................

64

Şekil 4.9. Ti6Al4V ve Ti5553 için Sa değerlerinin devir sayısına bağlı olarak değşimi .....................................................................................................

67

Şekil 4.10. Ti6Al4V ve Ti5553 için Sz değerlerinin devir sayısına bağlı olarak değşimi .....................................................................................................

68

Şekil 4.11. Her iki alaşım için iki farklı devir sayısında yapılan kesme sonrasında elde edilen yüzey pofilleri……………………………………

69

Şekil 4.12. Ti6Al4V malzeme için iki farklı devir sayısıyla yüzey pürüzlülüğü (Sa ve Sz değerleri) kesme mesafesine bağlı olarak değşimi............................................................................................................. ........

71

Şekil 4.13. Ti5553 malzeme için iki farklı devir sayısıyla yüzey pürüzlülüğünün kesme mesafesine bağlı olarak değişimi................

72

Şekil 4.14. Ti5553 ve Ti6Al4V malzeme için alansal ortalama yüzey pürüzlülüğünün talaş derinliğine bağlı olarak değişimi……………..

73

Şekil 4.15. Ti5553 ve Ti6Al4V malzeme için alansal maksimum yüzey pürüzlülüğünün talaş derinliğine bağlı olarak değişimi…………....

74

Şekil 4.16. Farklı talaş derinliklerinde her iki alaşım için elde edilen yüzey profilleri………………………………………………………………………………..

75

Şekil 4.17. Aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin ilerleme değerlerine bağlı olarak değişimi…………………………………………...

77

x

Şekil 4.18. Zıt yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin ilerleme değerlerine bağlı olarak değişimi…………………………………………...

78

Şekil 4.19. Her iki alaşım için ilerleme değerine bağlı olarak mydana gelen çapağın SEM görüntüleri………………………………………………………..

79

Şekil 4.20. Aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi…………………………………………….

80

Şekil 4.21. Zıt yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi…………………………………………….

81

Şekil 4.22. Her iki alaşım için farklı talaş derinliklerinde elde edilen çapaklaın SEM görüntüleri……………………………………………….……

83

Şekil 4.23. Ti5553 için iki farklı ilerleme değerinde takım çapının kesme mesafesine bağlı değişimi……………………………………………………….

85

Şekil 4.24. Ti6Al4V için iki farklı ilerleme değerinde takım çapının kesme mesafesine bağlı değişimi……………………………………….………………

86

Şekil 4.25. Takım çapının mesafesine bağlı olarak değişimi…………..…………. 86 Şekil 4.26. Ti6Al4V alaşım için farklı kesme şartalarında takım aşınmasının SEM görüntüleri………………………………………………….

88

Şekil 4.27. Ti5553 alaşım için farklı kesme şartalarında takım aşınmasının SEM görüntüleri…………………………………………………………………….

89

Şekil 4.28. kaplanmış takımların EDX analiz sonuçları (fz= 2µm, n=20000 dev/dk., ap=0.1mm).........................................................................................

91

Şekil 4.29. kaplanmış takımların EDX analiz sonuçları (fz= 5µm, n=50000 dev/dk., ap=0.1mm).........................................................................................

91

Şekil 4.30. Yüzey pürüzlülüğü değerlerinin (Sa, Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi........................................................................................

94

Şekil 4.31. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak görüntüleri (fz=2µm/diş , ap=100µm, n=20000 dev/dk)

95

Şekil 4.32. Yüzey pürüzlülüğü değerlerinin (Sa,Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi...................................................................................................

96

Şekil 4.33. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak görüntüleri (fz=2µm/diş , ap=100µm, n=50000 dev/dk).

97

Şekil 4.34. Yüzey pürüzlülüğü değerleri (Sa, Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi...............................................................................................

98

Şekil 4.35. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak görüntüleri (fz=5µm/diş , ap=100µm, n=50000dev/dk)..

100

Şekil 5.1. Kesme parametrelerinin Sa üzerindeki etki diyagramları............... 105 Şekil 5.2. Ortalama ve S/N oranına göre etki diyagramları................................. 108 Şekil 5.3. Ti6Al4V alaşımında aynı yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki diyagramları………………………………………………………………….

110

Şekil 5.4. Ti6Al4V alaşımında zıt yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki diyagramları……………………………………………………………………

111

Şekil 5.5. Ti5553 alaşımında aynı yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki diyagramları……………………………………………………………………

113

Şekil 5.6. Zıt yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki diyagramları……. 114

xii

ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa

Çizelge 2.1. Kesme koşulları.......................................................... .................................. 13 Çizelge 2.2. Kesme parameterleri ................................................................................. 29 Çizelge 3.1. Ti5553 titanyum alaşımının kimyasal kompozisyonu (%)....... 43 Çizelge 3.2. Ti5553 titanyum alaşımına ait bazı mekanik özellikler............ 44 Çizelge 3.3. Ti6Al4V titanyum alaşımının kimyasal kompozisyonu (%)….. 44 Çizelge 3.4. Ti6Al4V titanyum alaşımına ait bazı mekanik özellikler............ 44 Çizelge 5.1. Ti6Al4V için elde edilen Sa değer.......................................................... 102 Çizelge 5.2. Ti6Al4V için Ortalamaya ve S/N oranına göre model Özeti...... 103 Çizelge 5.3. Ti6Al4V için S/N ranına göre varyans analizi……………………… 103 Çizelge 5.4. Ti6Al4V için ortalamaya göre varyans analizi……………………… 103 Çizelge 5.5. Ti6Al4V için ortalama ve S/N oranına göre yanıt çizelgesi (En düşük en iyi)...........................................................................................

104

Çizelge 5.6. Ti5553 için elde edilen Sa değerler……………………………………… 105 Çizelge 5.7. Ti5553 için ortalama ve S/N oranına göre model özeti……… 106 Çizelge 5.8. Ti5553 için S/N oranına göre varyans analizi.................................. 106 Çizelge 5.9. Ti5553 için ortalamaya göre varyans analizi.................................... 107 Çizelge 5.10. Ti5553 için Ortalama ve S/N Oranına göre yanıt çizelgesi... 107 Çizelge 5.11. Ti6Al4V alaşımında aynı yönlü frezelemede elde edilen çapak genişlikleri.......................................................................................................

109

Çizelge 5.12. Ti6Al4V Aynı yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti...........................................................................................

109

Çizelge 5.13. Ti6Al4V alaşımında zıt yönlü (up milling)frezelemede elde edilen çapak genişlikleri........................... ...............................................

110

Çizelge 5.14. Ti6Al4V zıt yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti......................................... .................................................

111

Çizelge 5.15. Ti5553 alaşımında aynı yönlü (down milling) frezelemede elde edilen çapak genişlikleri......................................... ........................

112

Çizelge 5.16. Ti5553 malzemesi için zıt yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti..............................................................

113

Çizelge 5.17. Ti5553 malzemesi için zıt yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti………………………………………….…

114

xiii

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ Al Alüminyum AlCrN Alüminyum Krom Nitrür AlTiN Alüminyum Titanyum Nitrür ap Kesme derinliği C Karbon C Santigrat derece CBN Kübik bor Nitrür CNC Computer Numerical Control Co Kobalt Cu Bakır Cr Krom EDX Enerji Saçılım x-ışınları D Takım çapı dev/dk Devir/dakika fz İlerleme hızı Fc Kesme kuvveti Fe Demir Ft Teğetsel kuvvet Fr Radyal kuvvet Fy Normal kuvvet Fx İlerleme kuvveti Fz Eksenel kuvveti g/cm3 Gram/santimetre küp GPa Gigapascal HRc Rockwell C HV Vickers sertlik Kg/cm3 Kilogram/ santimetre küp kHz Kilo Hertz m/dk Metre/dakika mm Milimetre mm2 Milimetre kare mm/dk Milimetre/dakika mm2/s Milimetre kare/saniye MQL Minimum Quantity Lubrication Mn Mangan Mo Molibden MPa Megapascal µ Mikron µm Mikron metre n devir sayısı N/mm2 Newton/milimetre kare N/µm Newton/mikron metre Nb Niyobyum Ni Nikel PCD Çok kirstalli elmas re Kenar radiusu SEM Scanner Electron Microscobe

xiv

Sa Alansal ortalama yüzey pürüzlülüğü Sz Alansal Maksimum yüzey pürüzlülüğü tc Talaş kalınlığı tc1 Kesilen talaş kalınlığı tcmin Minimum talaş kalınlığı Ti Titanyum TiN Titanyum nikel TiCN Titanyum karbonitrür Vc Kesme hızı W/mK Watt/metre kelvin WC Tüngsten karbür Zr Zirkonyum Takımın dönme açısı Sigma KISALTMA AKÜ Afyon Kocatepe Üniversitesi CNC Computer Numerical Controlled (Bilgisayarlı Sayısal Kontrol) SDÜ Süleyman Demirel Üniversitesi N Newton KN Kilonewton μm Mikrometre m Metre mm Milimetre dev Devir Fx X ekseninde oluşan kesme kuvvet Fy Y ekseninde oluşan kesme kuvvet Fz Z ekseninde oluşan kesme kuvvet

1

1. GİRİŞ

İmalat teknolojileri özellikle elektronik, havacılık, bilgisayar, biyomedikal ve

uzay sanayi endüstrisinin ürün ve parça boyutlarındaki azalma taleplerini

karşılamak için yüksek hassasiyette imalat teknolojilerini geliştirmek

zorundadır. Bu doğrultuda minyatür boyuttaki endüstriyel ürünlerin imalatı ise,

popüler bir mühendislik araştırma konusu olarak gün yüzüne çıkmaktadır.Yeni

konsept, prosedür ve tezgahlar bu artarak gelişen zorlayıcı istek ve beklentilere

cevap vermek için geliştirilmektedir. Mekanik mikro-işleme, mikro ölçekli

parçaların imalatında büyük imkânları ve yararları beraberinde getirerek ortaya

çıkmış bir teknolojidir. Mevcut mikro-işleme yöntemleri, mekanik, kimyasal-

mekanik, yüksek enerji ışın-esaslı ve tarama prob mikro-işlemleri olarak

sınıflandırılabilir (Ucun vd., 2011; Park, 2008).

Bu teknolojiler arasında minyatür takım tezgâhları kullanılarak mekanik mikro-

işleme birçok avantajlarıyla birlikte önemli bir araştırma konusu haline

gelmiştir. Bu avantajlar; makina sürücüleri için daha küçük alan ve enerji

ihtiyacı, ısıl, statik ve dinamik stabilitesinin artmasından dolayı harici hata

kaynaklarına karşı tezgâh dinçliğinin artması, tezgah boyutlarının aşırı

azalmasından dolayı artan pozisyonlama hassasiyeti (Şekil 1.1), işparçası

malzemesi seçiminde daha büyük serbestlik, ürün geometrisinin karmaşıklığı ve

yatırım maliyetidir. Mekanik mikro-işleme, mikro ölçekli parçaların imalatında

büyük imkânları ve yararları beraberinde getirerek ortaya çıkmış bir

teknolojidir (Dornfeld vd., 2006; Jackson vd., 2006).

Şekil 1.1. a. Mikro takım tezgahı, b. Geleneksel takım tezgahı

2

Mikro mekanik işleme, 10 mikrometreden birkaç milimetreye kadar minyatür

ürünleri üretmek için kullanılan bir imalat yöntemidir (Şekil 1.2) (Malekian vd.,

2009).

Şekil 1.2. Minyatür parça örnekleri (https://www.maruho-htj.co.jp)

Mikro mekanik işleme, diğer imalat yöntemleriyle kıyaslandığında, imalat

sanayinde önemli bir yer tutmaktadır, çünkü yüksek hız ve yüksek talaş

kaldırma oranlarına sahiptir (Şekil 1.3) (Chae vd.,2006).

Şekil 1.3. Mikro mekanik işlemenin diğer yöntemlerle kıyaslanması (Chae vd., 2006)

Günümüzde mikro ekipmanlara olan ihtiyacın artmasına paralel olarak,

kullanılan yöntem ve teknikler de artmaktadır. Bu yöntemlerden bazıları;

fotolitografi, mikro lazer, ultrasonik, iyon demeti, mikro elektro erozyon

şeklindedir. Fakat bu yöntemlerinde imalat hızı yavaş olup, yalnızca düzgün

geometrili parçalar üretilmektedir (Masuzawa, 2000). Mikro işleme

yöntemlerinden birisi mikro frezeleme işlemidir, genellikle tercih edilen bir

yöntemdir. Çünkü, diğer mikro işlemlerine (tornalama ve delik delme gibi)

3

nazaran farklı geometrilerde parçaları işleyebilme yeteneğine sahiptir. Aynı

zamanda, imalat hızı ve maliyet konusunda da pek çok avantaj sağlamaktadır.

Dolayısıyla bu tür ürünlerin imalatında gerek maliyet, gerekse de zaman

açısından önemli bir katkı sağlamaktadır (Friedrich and Vasile 1996).

Mikro frezeleme işleminin yukarıda bahsedilen avantajlarının yanında bazı

dezavantajları da söz konusudur. İş parçasının ve takımın küçük olmasından

dolayı takımdaki aşınmalar kesme sürecini önemli ölçüde etkilemektedir

(Patrick vd., 2008). Takımda meydana gelen hasar durumu elde edilen ürünün

kalitesini doğrudan etkilemektedir. Özellikle mikro imalatta kritik bir

parametre olan kesici takımın kesme sırasındaki elastik deformasyonu, imalatı

gerçekleştirilen ürünün boyutlarında ve geometrisinde hatalara sebebiyet

vermektedir. Mikro işlemede takımın ve iş parçasının boyutlarından dolayı

ikinci bir işlemle yüzey kalitesini arttırmak ve çapak temizlemek oldukça zordur

(Zhaojun vd., 1998). Mikro işleme sırasında karşılaşılan bir diğer problem de

talaş yapışmasıdır. Takıma talaşın yapışması hem işlenen yüzey kalitesini hem

de takım ömrünü olumsuz etkilemektedir (Zhaojun vd., 1998).

1.1 Tezin Amacı

Yapılan bu tez çalışmasında, endüstride, havacılık, biomedikal, uzay, kimya vs.

gibi önemli sektörlerde kullanılan Ti5553 ve Ti6Al4V titanyum alaşımlarının

mikro şartlarda frezelenmesinde kaplanmış takımların performansı

incelenmiştir. Kullanılan takımlar için performans kriteri olarak kesme işlemi

sırasında takımdaki aşınma, kesme kuvveti oluşumu, elde edilen yüzey

pürüzlülüğü ve çapak oluşumu genel olarak dikkate alınmıştır. Çalışmada,

Ti5553 ve Ti6Al4V titanyum alaşımının iş parçası olarak seçilmesinin nedeni,

hem son yıllarda mikro imalatta çok kullanılan bir malzeme hem de talaşlı

imalatı oldukça zor olan bir malzeme olmasıdır. Ayrıca, her iki malzemedeki

işlenen yüzey kalitesi ve çapak oluşumu kıyaslanmıştır. Bunula birlikte,

kaplanmış takımın performansını ve aşınma ölçümü gerçekleştirilmiştir. Bu

sayede, Ti5553 ve Ti6Al4V alaşımının mikro boyutta işlenmesinde ideal olarak

4

yüzey pürüzlülüğü elde etmek için gereken kesme koşullarını belirlenmesi

hedeflenmiştir.

Bilindiği üzere, ve kesme konseptine göre mikro frezeleme işlemi geleneksel

kesme işlemlerinden daha karmaşıktır. Talaş kalınlığı, kritik talaş kalınlığını

aşmadığında kesme işlemi sğlıklı gerçekleşmemektedir. Bu çalışmada kullanan

malzeme için (Ti5553 ve Ti6Al4V) kiritik talaş kalınlığı tespit edilmeye

çalışılmıştır. Çalışmada optimum kesme koşullarını tespit etmek için Taguchi

analizi yapılmıştır. Böylece en iyi yüzey kalitesinin ve minimum çapak

oluşumuna neden olan kesme parametreleri tayin edilmiştir.

5

2. LİTERATÜR ÖZETLERİ

2.1. Mikro İşleme Tanımı

Mikro mekanik kesme işlemleri, mikro tornalama, mikro frezeleme, mikro

delme ve mikro taşlamayı içermektedir. Mikro kesme işlemleri, geleneksel

kesme işlemlerine kinematik olarak benzemektedir. Minyatür parçalarına olan

yüksek talep geleneksel üreitim tekniklerinin sınırlı olması nedeniyle, mikro

işleme proseslerine olan ilginin artmasına yol açmıştır (Cheng Ve Huo, 2013).

Bu çalışmada mikro frezeleme üstünde araştırılmıştır. Mikro frezeleme önemli

bir hassa imalat prosesidir. Konvansiyonel işlemi ile karşılaştırıldığında, mikro

frezeleme pek çok açısından farklıdır, yüksek hızlı spindle kullanımı, ince kesim

derinlikleri, üç boytulu parçalar üretimi…vb. kapsamaktadır.

Bu bölümde mikro kesme ile ilgili literatürde yer alan çalışmalardan örnekler

verilmişitir. Mikro mekanik kesme işleminde kullanılan tezgahlar, kesici

takımlar, takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu alt baslıklar

altında ele alınmıştır.

Masuzawa ve Tonshoff (1997), Mikro işleme, kesilmemiş talaş kalınlığı 0.1 ila

200 μm arasında olduğunu önermişlerdir. Masuzawa (2000), kesme işlemiyle

üretilen parçalar boyutu 1 ila 500 µm arası olursa, mikro işleme sayılmaktadır.

Liu vd. ( 2004). Mikro işleme, kesilmemiş talaş kalınlığı, takım ucunun yarıçapı

ile karşılaştırılmış olduğunu söylemişlerdir. Chae vd. (2006), Mikro işleme, bir

minyatür ürünleri ve cihazların özellikleri boyutlarına sahip olup onlarca

mikrometredan birkaç milimetreye kadar değiştiğini tanımlanmıştır. Dornfeld

vd. (2006), mikro işleme, mekanik kesme geometrik olarak tanımlanmış kesici

kenarıyla ve 1mm'den daha az ilerleme hızı olduğunu belirtmişlerdir.

Aramcharoen vd. (2008), kesme işleminde, kesici ucun yarıçapının 1 ile 999 μm

aralığında olduğu ya da kesilmemiş talaş kalınlığı takım ucuyla veya malzeme

tane boyutu ile karşılaştırılabilirse, mikro işleme denir. Zhan vd. (2014), kesme

işleminde, kesici takım çapı 1mm'den daha küçük ise, bu bir mikro kesme

6

işlemidir. Kuram (2017), Mikro frezeleme operasyonunda genellikle 100-999 µm

çapında mikro parmak frezeler kullanılmaktadır.

İncelenen çalışmalar ışığında genel bir değerlendirme yapıldığında; takım uç

yarıcapının, kaldırılan talaş kalınlığıyla kıyaslanması, en önemli bir faktör olarak

görülmektedir. Ayrıca keskin takım ucu varsayımının mikro işlemede geçerli

olmadığı görülmüştür. Kesme işlemi sırasında negatif talaş açısının da büyük bir

öneme sahip olduğu değerlendirilebilir. Mikro frezeleme işlemlerin'deki en

önemli işleme parametreleri, spindle hızı, ilerleme hızı ve diş başına ilerleme

şeklindedir. Literatür, bu parametrelerin işlenen parçaların kalitesini ve takım

üzerindeki sonuçlarını ne ölçüde etkilediğini incelemek için birçok çalışmanın

yapıldığını göstermektedir. Mikro frezeleme işlemindeki en önemli kriterleri,

takımlar (özellikler ve malzemeler), takım tezgahları (spindle tekniği, takım

tutucu, sabitliği), üstelik kesme parametreleri (kesme hızı, ilerleme hızı ve talaş

derinliği) olduğu söylenebilir. Şekil 2.1'de, mikro frezelemedeki girdiler ve

etkileyen faktörleri bir şeması gösterilmiştir. (Rodriguez vd., 2008; Cardoso ve

Davim , 2012; Kiswantoa vd., 2014).

Şekik 2.1. Mikro frezeleme işlemindeki girdiler ve etkileri (Cardoso ve Davim, 2012)

Hacim etkisi

Minimum talaş

kalınlığı

Takım aşınması

Kesme kuvveti

Çapak oluşumu

Yüzey

pürüzlülüğü

Takım

- karakterstikleri

- malzeme

Tezgahları

- takım tutucu

- sabitliği

Kesme

parametreleri

- kesme hızı

- ilerlme

Mikro

frezeleme

7

Öte yandan, mikro frezeleme prosesleri ile ele alınan konular, minimum talaş

kalınlığı ve hacim etkisi, takım aşınmasındaki etkileyen sıcaklık ve kesme

kuvvetleridir. Bu da sonuç olarak, çapak oluşumunu ve yüzey kalitesini

etkilemektedir (Cardoso ve Davim, 2012).

2.2. Mikro Frezeleme Konsepti

Mikro frezeleme işlemi, temel olarak geleneksel frezeleme işlemine oldukça

benzemektedir. Bir anlamda geleneksel frezelemenin minyatürleştirilmiş hali de

denebilir (Heamawatanachai ve Bamberg, 2009; Li vd., 2007). Mikro kesme

alanında, diş başına ilerleme kenar radyüsüne oranı, boyut etkisi, minimum

talaş kalınlığı, kesici takımın düşük sertliği, takım radyal sapması… vb., mikro

frezelemeyi geleneksel frezeleme işleminden ayıran faktörlerdir (Kumar vd.,

2017) . Mikro mekanik işleme, talaş kaldırma mekaniği açısından konvansiyonel

talaş kaldırma işlemiyle benzerlik gösterse de her iki işleme metodu arasında

önemli farklılıklar mevcuttur (Filiz vd., 2007). Aralarındaki fark genellikle takım

kenar radyüsü ile deforme olmamış talaş kalınlığı arasındaki ilişkiden

kaynaklanmaktadır. Talaş oluşumu genellikle doğrusal olmayan dinamik bir

prosestir.

Mikro frezelemede geleneksel frezelemeden farklı olarak kesme derinliği kritik

talaş oluşumunun altına indiğinde, kesme gerçekleşmeyebilir. Bunun yerine iş

parçası elastik olarak deformasyona uğrar (Kim ve Kim, 1995). Bu yüzden mikro

kesme işleminde, minimum talaş kalınlığı kavramı önemli bir faktördür. Bu

mekanizmayı anlamak için minimum talaş kalınlığı kavramı Şekil 2.2’de

açıklanmıştır. Mikro frezeleme işleminde minimum talaş kalınlığınından dolayı

temel olarak iki deformasyon mekanizması ile karşılaşılmaktadır. Bunlar unifom

bir talaş oluşumunun meydana geldiği (tc>tcmin) plastik deformasyon ve düzgün

bir talaş oluşumunun görülmediği daha ziyade ovalama/kazınma

mekanizmasının hakim olduğu (tc<tcmin) elastik-plastik deformasyondur (Chae

vd., 2006). İş parçasının ovalama/kazınma şeklinde deforme edilmesi,

beraberinde bazı problemlerin oluşmasını da sağlamaktadır. Bu şekilde bir

deformasyon sonucu, imalat boyunca kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve

8

tc

tc<tcmin tctcmin tc>tcmin

tc tc

çapak oluşumunda bir artışın görülmesi kaçınılmazdır (Yuan vd., 1996; Chae

vd., 2006; Filiz vd., 2007). Bunun için optimum kesme parametrelerinin

belirlenmesi önemlidir (Liu vd., 2006).

Şekil 2.2. Minimum talaş kalınlığı etkisinin şematik gösterimi (Chae vd. 2006)

Geleneksel frezeleme işleminde kesme derinliği, genellikle kesici takım kenar

radyüsünden çok büyük olduğu için kesici takım daha rahat kesme yaptığından

dolayı düzgün bir talaş akışı da sağlanır (Vogler vd., 2004; Chae vd., 2006). Bu

durum, mikro frezeleme için her zaman mümkün değildir. Çünkü mikro

frezelemede, kesme derinliği veya diş başına düşen ilerleme miktarının kesici

takım kenar radyüsüne oranı genellikle küçüktür (Bao vd., 2000; Kang vd.,

2007). Böyle bir durumda kesici takım kenar radyüsü etkisiyle kesici takım

kenarı, negatif bir talaş açısı karakteri sergilemekte, hatta talaş kaldırmak için

yeterli derinliğe ulaşamamaktadır. Bu durum, kesme işleminde kararsızlıklara

sebep olmaktadır (Shimada vd., 1993; Yuan vd., 1996; Kim vd., 2002; Chae vd.,

2006; Sun ve Cheng, 2010). Konvansiyonel frezelemede ihmal edilen bazı

koşulları, küçük titreşim, kesin kenar radyüsü ve iş parçasının mikroyapı gibi

ise, mikro frezelemede bu koşulları önemli etkileyen faktörler sayılmaktadır.

(Alting vd., 2003; Chae vd., 2006). Çünkü mikro frezelemede oluşan

titreşimlerin ve takıma etki eden kuvvetlerin, çok ince bir kesite sahip olan

takımın çoğunlukla kırılmasına sebep olduğu ifade edilmektedir (Tansel vd.,

1998; Tansel vd., 2000; Tansel vd., 2000; Alting vd., 2003). Bu sebeble

araştırmacılar takım-iş parçasının arasındaki yapılan kesme işlemi ve daha

yüksek kalitede işlenmiş parçalar üretme amaçlı kritik talaş kalınlığı üzerine

yoğunlaşmışlardır.

9

2.2.1. Mikro frezeleme prosesinde boyut etkisi ve kritik talaş kalınlığı

Geleneksel frezeleme işlemlerinde ilerlemenin düşürülmesi ile elde edilen

yüzeyin ve geometrinin kalitesinin iyileşmesi durumu beklenirken, mikro

frezelemede minimum talaş kalınlığı etkisinden dolayı aksi durumlar

oluşmaktadır. Mikro frezeleme işleminde deforme olmamış talaş kalınlığı, kesici

takım kenar radyüsüyle karşılaştırılacak olursa ‘’boyut etkisi’’ denir. Öte yandan,

deforme olmamış talaş kalınlığının kesici takım kenar radyüsüne oranı ‘’boyut

etkisi’’ denir (Şekil 2.3) (Aramcharoen ve Mativenga, 2009; UCUN vd., 2010).

Boyut ekisi mikro kesme işleminde önemli bir rol oynamakta ve kesme

kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve talaş oluşumu gibi kesme işleminin araştırma

parametrelerini etkilemektedir. Mikro frezeleme işleminde de küçük çaplı

takımların kullanılmasında dolayı, kesilmemiş talaş kalınlığı da çok küçük

olmakta, hatta bu değer kesici takımın kenar yuvarlama yarıçapı ile yakın

değerlerde olmaktadır (Şekil 2.3).

Şekil 2.3. Kesme konsepti makro ile mikro kesme işlemeinde farkı (Cheng ve Huo, 2013)

Bu durum negatif talaş açısı oluşturmakta ve mikro kesme mekaniğinde ciddi

etki oluşturmaktadır. Kesilmemiş talaş kalınlığının kesici takımın kenar radyüsü

ile küçük olduğu durumda, negatif talaş açısı kesme sürecinde ciddi etki

oluşturmakta ve malzeme elastik-plastik şekil değişimine uğrayarak, talaş

oluşumu ve düzgün bir kesme gerçekleştirmemektedir. Bu durum, kazınma

10

(ploughing) olarak ifade edilmektedir. Daha küçük talaş kalınlıklarını

kesebilmek için, çok keskin kesme kenarlı takım gerekmektedir (Cheng Ve Huo,

2013; Afazov vd., 2013; Hatipoğlu ve Budak, 2014).

Mikro frezeleme işlemlerinde minimum talaş kalınlığının değeri direkt olarak

belilrlemesi oldukça zordur. Bunun yerine araştırmacılar, gerek deneysel

gerekse de nümerik metotlarla, minimum talaş kalınlığının tanımlamaya

çalışmışlardır. Bunlardan bazıları şu şekildedir.

Weule vd. (2001), Kenar yarıçapı yaklaşık 5 μm olan tungstenli karbür takımlar

kullanarak, bir çeliğin mikro kesme işlemini gerçekleştirmişlerdir. Bunlar mikro

işleme için minimum talaş kalınlığının takım kenar yarıçapına oranını 0.293

olarak belirlemişlerdir.

Hou ve Komveuri (2003), mikro taşlamada, abrazif tanenin kesici kenarının

yarıçapı değişken olurken, ancak yarıçapının ortalama değeri belirlenebilir.

Deneysel olarak kritik kesme derinliğinin ~ 0.05 re olduğunu belirtmişlerdir

(re, kesici takımın kenar yarıçapıdır).

Liu ve vd. (2004), minimum kesme kalınlığının, kesici kenar yarıçapının 1 / 10'u

civarında olabileceğini belirtmişlerdir.

Vogler ve vd. (2004), sonlu elemanlar simülasyon yöntemi kullanarak, çelik için

minimum talaş kalınlığını, perlit ve ferrit için kenar yarıçapının 0,2 ve 0,3 katı

sırayla olduğunu rapor etmişler.

Lai vd. (2008), Bu çalışmada, mikro frezeleme işleminde bakır iş parçasının

üzerinde çeşitli kesme parametreleri incelenmiştir. Kullanılan kesici takımın

çapı 0.1mm’dir. İşlenen iş parçası için minimum talaş kalınlığının belirlenmesi

sonlu elemanların modeli kullanılmışıtır. Sonuçta, takımın kenar radyüsü 2µm

ve talaş açısı 10 durumda, minimum talaş kalınlığı kenar radyüsüne oranı 0.25

olduğunu tespit edilmiştir.

11

Rezaei vd. (2017), mikro frezeleme işleminde Ti6Al4V malzeme işlenen iş

parçası olarak minimum kesilmemiş talaş kalınlığı belirlemek için farklı kesme

parametreleri kullanılmıştır. Bu çalışmada da, hem kuru kesme işlemi hem de

minimal miktar yağlama (MQL) sistemi kullanılmıştır. Sonuç olarak, Ti6Al4V

olan malzeme için mikro frezeleme işlemi sırasında ve farklı parametrelerine

bağlı olarak, minimum kesilmemiş talaş kalınlığı takım kenarı yarıçapının 0,15

ila 0,49'u arasında değiştiğini ortaya koymuştur.

2.2.2. Mikro frezeleme prosesinde mikro yapısının etkisi

Mikro frezeleme işleminde, iş parçası malzemesinin mikro yapısı, kritik bir rol

oynamaktadır. Mikro frezelemede, ,iş parçası malzemesinin mikro yapısının,

tane boyutu gibi, kullanılan kesici takımın kenar yarıçapı ve kesme derinliği ile

karşılaştırılabilir olması durumunda, mikroyapısının etkisi dikkate alınmalıdır

(Şekil 2.4). Makro ölçekte, iş parçası materyali izotropik ve homojen olarak

sayılmaktadır. Ancak, mikro ölçekte, takım boyutu veya kesme işlemi

sırasındaki değiştirilecek takım özellikleri, tane boyutu ile aynı mertebede

olmakta, bu durum, malzemenin anizotropik ve homojen olmayan bir davranış

sergilemesine neden olmaktadır. Genelikle, mühendislik malzemelerinin tane

boyutu 100nm ila 100µm arasında değişmekte, ve kesilmemiş talaş kalınlığı

birkaç µm olduğunda talaş oluşumu tek tanede gerçekleşmektedir.

Şekil 2.4. Mikro ile makro kesme işleminin arasındaki mikroyapısının etkisi (Cheng Ve Hu, 2013)

12

Kristalografik oryentasyonu (yönlenmesi) ve malzeme fazı elastik geri esneme

nedeniyle yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu malzemenin tanecikleri

arasında farklılık göstermektedir (Dornfeld vd., 2006; Cheng ve Huo, 2013; Elisa,

2014)

Vogler vd. (2002), takım kenarı iş parçası malzeme taneler boyutu ile

karşılaştırılabileceğini söylemişler. Ayrıca Vogler vd. (2004a); Vogler vd.

(2004b), mikro frezeleme işleminde, tek ve çok fazlı malzemelerin, yüzey

oluşumu ve kesme kuvveti üzerindeki mikroyapı etkisi incelemişler. Bununla

birlikte, takım kenar radyüsünün etkisi, özellikle tek fazlı malzemeler için

minimum talaş kalınlığı nedeniyle yüzey oluşumuna önemli ölçüde katkı

sağladığını ifade etmişlerdi.

Wang vd. (2007), malzeme tane yapısının mikro kesmeye olan etkilerini

araştırmışlar ve malzemenin anizotropik ve homojen olmayan etkisiyle mikro

frezeleme işleminde, talaş oluşumu ve yüzey oluşumunun mekanizmasını

incelenmiştir. Sonuç olarak malzemenin tane yapısının talaşın oluşumunu

doğrudan etkilediğini tespit etmiştir. Büyük ve kompleks tane yapılı

malzemelerde kesmenin zorlaştığını ifade etmişlerdir. Şekil 2.5’te kesme işlemi

ve mikro yapıdaki etkileri gösterilmiştir.

Şekil 2.5. Bölgesel kesme (Wang vd., 2007)

13

Elkaseer vd. (2016), çalışmasında, mikro frezeleme işleminde yüzey

pürüzlülüğü üzerinde mikroyapı etkisini araştırlılmıştır. Yapılan deneyde

Cu999.9E malzemenin, ince dokulu 200nm ortalama tane boyutuna sahip

[Ultra fine grained (UFG)] ve kaba dokulu 30 µm ortalama tane boyutuna sahip

[coarse grained (CG)] olmak üzere incelenmiştir. Deneylerde kullandığı kesme

kouşulları Çizelge 2.1’de görüldüğü gibidir.

Çizelge 2.1. Kesme koşulları

Kesme parametreleri Değerleri Talaş derinliği (µm) 7 Kesme hızı (m/dak) 25 15 5 İlerleme (µm/diş) 8 4 2 1 0.75 0.25

Sonuç olarak, her iki malzeme için CG ve UFG Cu99.9E, yüksek kesme hızlarında

ve 1 ila 2 arasındaki diş başına ilerleme ile daha iyi bir yüzey kalitesini elde

edilmiştir. Bununla birlikte, ince dokulu UFG Cu99.9E'nin kaba dokulu CG

Cu99.9E malzemesine kıyasla, tüm kesme hızlarında önemli ölçüde daha düşük

bir yüzey pürüzlülüğünü tespit edilmiştir Şekil 2.6’da görüldüğü gibi. UFG

materyali için en iyi yüzey kalitesi Ra = 0.037 iken, CG malzeme için Ra = 0.057

idi. Bu UFG yapısı nedeniyle yüzey pürüzlülüğünde% 35'lik bir düşüş

oluşturmuştur.

Şekil 2.6. İki farklı malzeme için UFG ve CG yüzey pürüzlülüğü ilerleme değerleri ve kesme hızına bağlı olarak değişimi.(Elkaseer vd., 2016)

14

2.2.3. Mikro frezeleme prosesinde kesme kuvveti oluşumu

Talaşlı imalat prosesinin niteliğini belirleyen önemli parametrelerden bir tanesi

de kesme işlemi boyunca oluşan kesme kuvvetleridir. Gerek konvansiyonel

frezeleme işleminde, gerekse de mikro frezeleme işleminde kesme kuvvetleri,

kesici takımın efektif olarak kullanım ömrünü önemli ölçüde etkilemektedir.

Mikro frezeleme işlemlerinde, kesici takım kolayca kırılmasının nedeniyle

kesme kuvvetlerinin kontrolü çok önemlidir. Kesme kuvvetinin kontrolü, ayrıca

daha iyi bir takım ömrü ve iyi bir yüzey kalitesini göstermektedir. Kesme

kuvvetinin üzerindeki en önemli etkileyen faktörler, kesici kenar radyüsüdür.

Çünkü artan kenar radyüsü takımın iş parçasına dalmasını zorlaştırmakla

beraber kesme kuvvetlerinin de artmasına neden olur, ayrıca, minimum talaş

kalınlığı, kesme hızı, iş parçası malzemesi ve takım aşnması, kesme

kuvvetlerinin etkileyen diğer faktörlerdir (Afazov vd., 2013; Bulgurcu, 2017).

Mikro frezeleme işleminde de kesme sıcaklıkları ve takım aşınması kesme

kuvvetinin değişmesine neden olmaktadır. Aynı zamanda, yüksek kesme

sıcaklıkları takım aşınma oranını hızlandırır, ardından kesme kuvvetlerinin

artışına neden olur. Bu yüzden kesme kuvvetlerinin minimumda tutulması

gerekmektedir. Mikro frezelemede, daha iyi kesme performans kesme işlemi

gerçekleştirmek, ve daha iyi bir yüzey kalitesi elde etmek için, kesme kuvveti

kritik bir değerinin altında tutulması gerekmektedir (Rahman vd., 2001;

Cardoso ve Davim, 2012).

Mikro frezelemede, kesme kuvvetinin oluşumu, konvansiyonel frezelemeyle

genel anlamda benzer bir karaktere sahiptir. Fakat, her iki işlem arasındaki,

talaş oluşum mekanizmasındaki farklılıklar, kesme kuvveti karakteristiklerinin

de değişmesine neden olmaktadır. Çünkü mikro frezelemede kesme kuvvetleri,

talaş oluşumuyla doğrudan ilişkilidir (Chae vd., 2006). Yani boyut etkisinden

dolayı, kesici kenarda negatif bir talaş açısı söz konusudur. Böyle bir durumda

da talaş oluşumunda farklılıklar görülmektedir. Bunun bir sonucu olarak, kesme

kuvvetlerinde kararsızlıklar meydana gelebilmektedir (Vogler vd., 2004; Chae

vd., 2006; Bulgurcu, 2017).

15

Mikro frezeleme işlemi sırasında, kesme kuvvetlerinin belirlemesi takım

aşınmasının açısından daha doğru bir kesme sağlamaktadır. Kesme

kuvvetlerinin doğru modellemesi için, titreşim, yüzey kalitesi, talaşlı imalat

kararlılığının doğru tahmin edilmesi gereklidir. Kesme kuvvetlerini tahmin

edebilmek için birçok farklı yöntemler geliştirilmiştir. Bu modeller üç ana

kategoride olmak üzere; ampirik (deneye dayalı), analitik ve mekanik

yöntemler şeklinde sınıflandırılabilir (Newby, 2005).

Özel vd. (2007), sonlu elemanlar yönteminde kullanmak üzere kesmeyi

oluşturan parametreleri analiz etmişlerdir şekil (2.7). Talaşın oluşum açısı ve

oluşan kesme kuvvetleri modelleyerek deney öncesinde kesme işlemi sanal

ortamda simüle edilmiştir. Sanal ortamda yapılan deney neticesinde frezeleme

işlemi öncesinde referans alınacak bilgilere ulaşılmıştır.

Şekil 2.7. Mikro frezeleme işlemi sırasında talaş derinliği ve düzlemsel kuvvetler (Özel vd. 2007)

Mamedov ve Lazoğlu (2012), mikro frezeleme işleminde bir mühendislik

malzemesi olan Al7050 ve 1,5 mm’lik kaplamasız Tungsten karbür (WC) kesici

takım kullanılarak kesme yapılmıştır. Kesme kuvvetlerinin, takım aşınması ve

nihai parça kalitesi üzerindeki belirgin etkisinin araştırmışlardır. Kesme

kuvvetlerinin incelenmesi, kesme sürecinin mekanik ve dinamiğinin

incelenmesi açısından bir kuvvet modeli sunulmuştur. Sonuç olarak, sunulan

16

kuvvet modelinin doğruluğu çeşitli kesme koşullarında ispatlanarak, mikro

boyutlarda frezeleme işlemi için konvansiyonel kuvvet modelinden daha iyi

sonuçlar verdiği görülmüştür.

Zhang vd. (2016), mikro frezeleme işleminde, Al6061 iş parçaları ve iki ağız bir

karbür kesici takım kullanarak, kesme kuvvetini incelenmiştir. Genel üç boyutlu

kesme kuvveti bileşenlerini tahmin etmek için, boyut etkisi, takım radyal

sapması ve kenar radyüsüne etkileyen faktörler dikkate alınarak, analitik model

geliştirmişlerdir. Kesme kuvvetinin tahmin modelinde, gerçek anlık kesilmemiş

talaş kalınlığını, teorik anlık kesilmemiş talaş kalınlığına bağlı olarak

değerlendirilmiştir. Elastik , elastik-plastik deformasyon bölgesi ve tam talaş

oluşumu bölgesinde sırasıyla, üç tür talaş kaldırma mekanizmasıyla minimum

ve kritik kesilmemiş talaş kalınlığının değeri hesaplanmıştır (Şekil 2.8).

Şekil 2.8. Kesilmemiş talaş geometrisi (a) elastik böglesi (b) elastik-palstik böglesi (c) tam talaş oluşumu (Zhang vd., 2016)

Kuram (2017), Inconel 718 süperalaşımının mikro frezelenmesinde kesici takım

bağlama uzunluğunun takım aşınması, kesme kuvvetleri ve çapak oluşumu

üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kanal işleme deneyleri sabit devir sayısı,

ilerleme ve talaş derinliği değerlerindirmeyi yapılmıştır. Kesici takım bağlama

uzunluğu ise 10, 15 ve 20 mm olarak üç farklı değerde seçilmiştir. Kuvvet olarak

x ve y yönlerindeki ortalama kuvvetler kaydedilmiştir. Sonuçta, Fx kuvvetinin

tüm kesici takım bağlama yüksekliklerinde Fy kuvvetinden daha büyük olduğu

bulunmuştur. Fx kuvvetinin tüm kesici takım bağlama yüksekliklerinde Fy

17

kuvvetinden daha büyük olduğu bulunmuştur. Hem Fx hem de Fy kuvveti artan

kesici takım bağlama uzunluğu ile artmıştır Şekil 2.9’da görüldüğü gibidir.

Şekil 2.9. Kesme kuvveti bağlama uzunluğuna bağlı olarak değişimi (Kuram, 2017)

Campos vd. (2017), homojen tane özellikleri ve takım sapması göz önüne

alınmadan, bir alüminyum alaşımın mikro frezeleme işleminde adapte edilen bir

mekanik kesme kuvveti modeli uygulanmıştır. Deneyler, farklı ilerleme hızlarını

ve kesme hızlarını dikkate alarak deneysel kesme kuvvetini analiz edilmiştir. Bu

model, spesifik kesme kuvvetinin hesaplanması için elde edilen deneysel

verilere bağlı olarak bir kalibrasyon yöntemini kullanılmıştır. Sonuçta, kesme

hızı, diş başına düşen ilerleme değerine nazaran spesifik kesme kuvvetinin

üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Bu sonucçu mekanik model ile de

doğrulanmıştır. Spesifik kesim kuvvetinin tahmini, iyi bir tahmin ve % 15'in

altındaki hatalar nedeniyle gelecekteki deneyler için kullanılabilir.

2.2.4. İş parçası yüzey pürüzlülüğü

Mikro frezeleme işlemi sonunda, oluşan yüzey pürüzlülüğü ve doğruluğu, ürün

kalitesini belirleyen en önemli parametrelerdendir. Konvansiyonel imalat

proseslerinde, imalat sonrası ilave işlemlerle, üretilen parçanın yüzey kalitesi

artırılabilmektedir. Fakat mikro frezelemede bu durum biraz farklıdır ve makro

18

frezelemeden daha karmaşıktır (Wu vd., 2017). Çünkü çok küçük bir geometrik

yapıya sahip olan minyatür ürünler, ilave bir yüzey düzeltme işlemi için uygun

olmayabilir. Bu yüzden mikro frezelemede, yüzey oluşumu ve bu oluşum

üzerindeki etkin parametrelerin tanımlanması önemlidir. Mikro frezelemede,

yüzey kalitesini belirleyen en önemli unsur minimum talaş kalınlığıdır. Bu

parametrenin oluşan yüzey karakteristiği üzerindeki etkisi yapılan çalışmalarda

açıkça ortaya konmuştur. (Yuan vd., 1996; Vogler vd., 2004; Bisacco vd., 2006;

Shreyes ve Melkote, 2006; Li vd., 2008). Bunun yanı sıra, kesici takımın dönmesi

sırasında meydana gelen eksantrikliğin de, düşük bir yüzey kalitesine neden

olduğu ifade edilmektedir (Lee ve Cheung; 2001; Schmitz vd., 2007; Makki vd.,

2009;)

Minimum talaş derinliğinin altındaki talaş derinliklerinde ve ağız başına

ilerleme değerlerinde, pürüzlülük değerinin arttığı ifade edilmiştir. (Weule vd.,

2001; Vogler vd., 2004; Chae vd., 2006;; Aramcharoen ve Mativenga, 2008). Bu

konu üzerine yapılan bazı çalışmalarda aşağıda ifade edilmiştir.

Lee ve Dornfeld, (2004), mikro frezelemede yüzey pürüzlülüğünü etkileyen

faktörler ve bunlar arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Makro ölçekte

düşünüldüğünde, MEMS üretim tekniklerine göre daha zor olduğu, fakat

birbirini tamamlayıcı teknikler olduğu ifade edilmiştir. Mikro frezelemenin yeri,

yüksek yüzey kalitesinde son frezeleme olarak gösterilmiştir. Yapılan deneyler

sonucunda, yüzey pürüzlülüğü, kesme hızı ve talaş derinliğine bağlı olarak

değiştiği görülmüştür. Talaş derinliğinin artması ile yüzey pürüzlülük değerleri

önemli ölçüde artar, kesme hızının artışında ise yüzey pürüzlülük değerleri

önemli ölçüde azalmıştır (Lee ve Dornfeld, 2004).

Vogler vd. (2004), mikro frezeleme işlemi sürecinde oluşan yüzey pürüzlülüğü

üzerinde yaptıkları araştırmada, pürüzlülüğü etkileyen en önemli parametrenin

kesici kenar yarıçapı olduğunu ifade etmişlerdir (Şekil 2.10)

19

Şekil 2.10. İki yarıçapının ve diş başına ilerlemenin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi (Vogle vd., 2004)

Vivek ve Sunil ( 2012), mikro frezeleme işleminde HcHcr çelik iş parçasının

üzerinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlüluğü üzerindeki etkisini

incelenmiştir. Bu çalışmada da hem deneysel hem de sonlu eleman metodu

kullanılmıştır. Elde edilen sonuçları karşılaştırılarak yüzey pürüzlüğünün

değerleri birbirine yakın olduğu ifade edilmiştir. Ölçülen ve tahmin edilen

yüzey pürüzlüğünün değerlerinin arasında ±5% fark olduğu ortaya çıkılmıştır.

Taguchi analizde, kesme parametreleri mertebesine göre, yüzey pürüzlüğünün

üzerindeki en büyük etki kesme derinliğidir. Öte yandan, diş başına ilerleme

etkisi az olduğu ifade edilmiştir.

Hatipoğlu ve Budak (2014), bu çalışmada Ti6Al4V titanyum alaşımı ve 15-5 PH

paslanmaz çelik malzemenin mikro frezelemesinde, kesme parametrelerinin

yüzey ve talaş oluşumuna etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Farklı diş başına

ilerleme, kesme hızı ve kesme derinliği parametrelerinde, iş parçası yüzeyine

kanal frezeleme işlemi gerçekleştirilmiş ve kanal taban yüzey pürüzlülükleri ve

kenar çapak oluşumları incelenmiştir. Sonuç olarak, ilerlemenin arttırılması ile,

kazınma (ploughing) mekanizmasının etkinliğini yitirmesi sonucu daha iyi bir

talaş kaldırma prosesi gerçekleşmekte ve yüzey kalitesinde iyileşme, çapak

oluşumunda da azalma görülmüştür. Sünek karakterde ve yüksek kopma

20

uzamasına sahip malzemelerde kazınma (ploughing) mekanizmasının yüzey ve

çapak oluşumunda etkinliği fazla olduğu ifade edilmiştir.

Şekil 2.11. Ti6Al4V malzemede ortalama yüzey pürüzlülük değerlerinin grafiği a) 0,005mm kesme derinliğinde b) 0,015mm kesm derinliğinde (Hatipoğlu ve Budak, 2014)

Kesme hızının artması ile yüzey kalitesinde iyileşme ve çapak oluşumunda

azalma olduğu göstermişlerdir. Kesme derinliğinin artması ile yüzey kalitesinde

kötüleşme eğilimi olmakta, çapak oluşumunda da belirgin bir artış

gerçekleşmiştir. Sünek karakterde ve yüksek kopma uzamasına sahip

malzemelerde kesme hızının yüzey ve çapak oluşumunda etkinliği fazla olduğu

ortaya çıkılmıştır şekil 2.11’de a ,b görüldüğü gibi (Hatipoğlu ve Budak, 2014)

b

a

21

Baldo vd. (2015), titanyum alaşımı Ti6Al4V’nın iş parçası mikro frezeleme

prosesinde incelemiş ve yüzey pürüzlülüğünün üzerindeki takım aşınmasının

etkisi analiz etmişler. Yeni ve aşınmış takımlar kullanılarak, kanallar boyutları

0,5 mm genişliğinde ve 0.025 mm yükseklikte işlenmiştir. Kesme esnasında

yüzey kalitesi incelemek için farklı kesme parametreleri, talaş derinliği, kesme

hızı ve ilerleme hızı kullanılmıştır. Bununla birlikte, yüzey pürüzlülüğünün

rastgele davranışlarına sahip olmaktadır. Sonuçta, takımın durumu ve kesme

derinliğine dikkate almayınca, Ra ve Rz değerlerine çok etkilenmemiştir. Ancak,

her iki takım durumunda hem yeni takım hem de aşınmış takım için, en düşük

yüzey pürüzlülüğü yüksek kesme hızıyla elde edilmiştir (Şekil 2.12). Öte yandan,

en kötü yüzey pürüzlülüğü yüksek ilerlerme hızıyla ifade edilmiştir (Şekil 2.13).

Şekil 2.12’de ve şekil 2.13’te ilginç olan sonuç ise, düşük yüzey pürüzlülük

değerleri aşınmış takım durumunda ortaya çıkmıştır.

Şekil 2.12. Yüzey Pürüzlülüğü Ra ve Rz değerleri kesme hızına bağlıdır (Baldo vd., 2015)

Şekil 2.13. Yüzey Pürüzlülüğü Ra ve Rz değerleri ilerleme hızına bağlıdır ( Baldo

vd., 2015)

22

Vipindas vd. (2017), Ti6Al4V iş parçasının mikro frezelemesinde yüzey

pürüzlülüğünün üzerindeki etkliyen faktörleri devir sayışı, ilerlerme, ve kesme

derinliği gibi incelenmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumunda kesme

parametrelerinin önem derecesini belirlemek için (ANOVA) anlizi kullanılmıştır.

Sonuçta, mikro frezeleme işlemi esansında kesme derinliği ve ilerleme değerleri

arttıkça yüzey pürüzlülüğü de artmış olur, oysa devir sayısı arttıkça elde edilen

yüzey kalitesi daha iyi ifade edilmiştir.

2.2.5. Çapak oluşumu

Talaşlı imalat sonrasında oluşan çapak oluşumu, ilave proseslerle temizliğinin

yapılması ve yüksek maliyetler içermesi bakımından istenmeyen bir durumdur.

Geleneksel frezelemede imalat sonrası oluşan çapaklar, son paso alma veya

lebleme ile temizlenir. Mikro frezelemedeki çapaklar, geleneksel frezeleme ile

karşılaştırıldığında boyutları daha küçük olmasına rağmen çapak temizliği

geleneksel frezeleme işleminden daha zor olmaktadır (Lee ve Dornfeld, 2005;

Chae vd., 2006; Filiz vd., 2007; Venkatesh vd., 2016). Dolayısıyla mikro

frezeleme işleminde çapak oluşumunda oldukça dikkatli olmak ve çapak

oluşumunu en az seviyeye indirmek gereklidir (Lee and Dornfeld, 2005; Wan

vd., 2013). Bunun için de özellikle takım aşınmasını tetikleyici faktörlerin ve

artık gerilmelerin önlenmeye çalışılması gerekmektedir (Venkatesh vd., 2016).

Bunun üzerine çapak oluşumu ve çapak oluşumunu önleyici faktörler üzerinde

çalışmalar yapılmıştır.

Thepsonthi ve Özel. (2012), mikro frezeleme işleminde Ti6Al4V malzemesinin

üzerinde yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu üzerindeki etkileyen kesme

parametreleri araştırılmıştır. Optimum işlem parametrelerini tanımlamak için

deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Kullanılan model çok – amaçlı partikül

swarm optimizasyoundakine göre (multi-objective particle swarm

optimization), çapak oluşumu açısından kesme derinliği en etkili faktördür

(Şekil 2.14), oysa ilerleme en etkili faktör yüzey pürüzlüğündedir.(Şekil 2.15).

23

Şekil 2.14. Ortalama üst çapak genişliği için ana efektler grafiği (Thepsonthi ve Özel 2012)

Şekil 2.15. Ortalama yüzey pürüzlülüğ için ana efektler grafiği (Thepsonthi ve Özel. 2012)

Wan vd. (2013), mikro frezeleme işleminde, çapak oluşum ciddi bir

problemlerden birisidir ve kesme işleminden kaçınılmaz bir gerçeğidir. Çapak

oluşumu engellemesi veya kesme işleminden sonra oluşan çapak kaldırılması

çok zor bir işlem haline gelmektedir. Mikro frezelemede boyut etkisi nedeniyle,

oluşan çapak konvansiyonel frezelemeden daha kolay meydana gelmektedir.

Bunun yanında, mikro frezelemede çapak hacmi iş parçasının boyutuna oranı

konvansiyonel frezelemeden daha büyüktür. Bu çalışmada, oluşan çapak mikro

frezeleme işleminde azaltmak için yeni bir yöntem ortaya koymuştur. Bu

yöntemde, iş parçasının sınırı genişletmek için ve yardımcı destek olarak düşük

24

erime noktasına sahip bir alaşım kullanılmıştır Şekil (2.16). Sonuçta, kesme

prosesinden sonra bu yöntemle çok çapak oluşumu engellenmiştir.

Şekil 2.16. Mikro frezelemede çapak oluşumu engelleme mekanizması

a) Destekleyici malzemeyle ön işlemi b) Destekleyici malzemeyle çapak oluşum c) Destekleyici malzeme kaldırması (Wan vd., 2013)

Bajpai vd. (2013) tarafından bir çalışmada, kesme parametrelerinin çapak

oluşumu üzerindeki etkisini ortaya koymak adına, artan devir sayısının ve

ilerleme değerinin çapak boyutunda azalmaya neden olduğu ifade edilmiştir.

Buna karşın, artan talaş derinliği de çapak boyutunu arttırmaktadır (Şekil 2.17).

Bu çalışmada Ti6Al4V malzemesi kullanılmış olup, bazı kesme koşullarında

maksimum çapak aynı yönlü frezelemede ve bazı koşullarda da zıt yönlü

frezeleme yönünde gerçekleşmiştir. Şekil 2.17’de görüldüğü üzere çapak

yükseklikleri çapak genişliklerinden daima daha büyük olarak elde edilmişti

25

Şekil 2.17. Kesme parametrelerinin çapak yüksekliği ve çapak genişliği üzerindeki etkisi (Bajpai vd., 2013)

Kou vd. (2015), mikro frezeleme işleminde, çapağın şekli ve boyutu, kesme

yönüne, takımın giriş ve çıkış noktalarına bağlı olarak değişebilmektedir.

Genellikle takımda meydana gelen aşınmaya bağlı olarak çapak boyutu ve şekli

değişkenlik gösterse de en çok çapak genişliği ve yüksekliği çalışmalarda

dikkate alınmıştır. Çapak yükseklik ve genişliği ise işlenen kanal kenarında

meydana gelen bir çapak şekillenmesidir. Bunun dışında kanalın giriş ve çıkış

noktalarında da çapak oluşumu meydana gelebilmektedir (Şekil 2.18). Özellikle

de takımın çıkış noktasında meydana gelen çapak boyutlarının daha büyük

olduğu ifade edilmektedir.

26

Şekil 2.18. Mikro frezeleme işleminde karşılaşılan çapak tipleri (Kou vd., 2015)

Perçin vd. (2015), çalışmada, Ti6Al4V alaşınmın mikro frezelemesinde soğutma

ve yağlama sistemlerinin takım performansına etkileri araştırılmıştır. Minmal

miktar yağlama (MQL-Minimal Quantity Lubrication), bor yağı ve kriyojenik

soğutma olmak üzere üç farklı kesme koşulunun yanı sıra kuru kesme

şartlarında deneyler yapılmışıtır. Elde edilen sonuçlara göre; çapak oluşumu,

yüzey kalitesi ve kesme kuvvetleri açısından değerlendirildiğinde bor yağının

mikro kesme işleminde kullanılması önerilmemiştir. Minimum çapak oluşumu

ve daha iyi yüzey kalitesi için MQL önerilmiştir. Kriyojenlik işlemede yüzey

kalitesi, kuru kesmeye benzer olmasına karşın takım aşınmasının daha fazla

olduğu gözlemlenmiştir (Şekil 2.19)

27

Şekil 2.19. Farklı kesme koşullarında mikro çapak oluşumu (Perçin vd. ,2015)

Aslantaş vd. (2016a) tarafından yapılan bir çalışmada Inconel 718 malzemesi

kullanılmış ve kesme uzunluğuna bağlı olarak da çapak genişliğinin dalgalı bir

değişim gösterdiği ifade edilmiştir (Şekil 2.20). Bunun da nedeni; takımın

çevresel olduğu kadar eksenel aşınmaya da maruz kalması şeklinde

yorumlanmıştır. Eksenel aşınma, takım kenar radüsünün azalmasına ve

dolayısıyla çapak boyutunun da azalmasına sebep olmaktadır Ayrıca yapılan

çalışmada maksimum çapak boyutunun zıt yönlü frezeleme bölgesinde

meydana geldiği ifade edilmiştir.

28

Şekil 2.20. Çapak genişliğinin kesme uzunluğuna bağlı olarak değişimi ve her kanaldaki çapak boyutu SEM görüntüleri (Aslantaş vd., 2016a)

Aslantas vd. (2016), Nano-Kristalin Elmas (NCD) kaplamalı kesicı takımlarının

performansı Ti6Al4V alaşımının mikro frezelemesinde, TiN kaplı, AlCrN kaplı

ve kaplamasız karbür takımlarla karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuç

olarak, maksimum çapak genişliği aynı yönlü frezeleme bölgesinde kaplamasız

takımla elde edilmiştir. Kesici takım TiN- ve AlCrN kaplı ile elde edilen çapak

genişliği minimum olduğu ifade edilmiştir (Şekil 2.21).

29

Şekil 2.21. Çapak oluşumu bazı işlenen kanallarda SEM görüntüleri (Aslantas

vd., 2016)

Vipindas vd. (2016), Ti6Al4V iş parçası alaşımının mikro frezelemesinde, çapak

oluşumu üzerindeki etkilyen faktörleri araştırmıştır. Kesme işleminde iki farklı

karbür takım (0.5mm ve 1.0 mm çap) kullanılmıştır. Farklı kesme parametreleri

(devir sayısı, ilerleme ve kesme derinliği gibi) iki farklı takım ile yüzey kalitesi

ve çapak oluşumunun üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kesme parametrelerinin

öneminin derecesi belirlemek için varyans analizi (ANOVA) kullanılmıştır.

Sonuçta, elde edilen minimum çapak oluşumu en iyi optimizasyon faktörleriyle

Çizelge 2.2 gösterilmiştir.

Çizelge 2.2. Kesme parameterleri

Kesici takım Kesme parametreleri

Devir sayısı İlerleme Kesme derinliği 0.5mm’lik çapı 3147 dev/dk 2 mm/dak 0.05 mm 1mm’lik çapı 1462 dev/dk 2 mm/dak 0.1 mm

2.3. Mikro Frezeleme Prosesinde Kullanılan Takım Tezgahı

İmalat sanayisinde iş parçası boyutlarının küçülterek minyatürleşmeye doğru

bir gelişim görülmektedir. Dolayısı ile mikro kesicilerin kullanımı da yaygın hale

gelmektedir. Ancak düşük maliyetli ve verimli bir ekipman kullanımı için

standart işleme uygulamalarının dışına çıkmak gerekmektedir. Mevcut

30

konvansiyonel CNC ekipmanları ile küçük çaplı mikro freze uçlarının gerek

duyduğu parametreleri sağlayamamaktadır (Dhanorker ve Özel, 2006; Kim vd.

2014 ).

Konvansiyonel frezeye benzemesine rağmen, boyutlardaki önemli küçülme

(yaklaşık olarak 1/40) hiç karşılaşılmamış durumların ortaya çıkmasına neden

olmuştur. Bu ölçeğin küçülmesi mikro frezelemenin bazı parametrelerinde de

keskin değişikliklere neden olmuştur. Örnek olarak diş başına 10 μm’den daha

az ilerleme, 1–20 μm arası kesme derinliği, 30.000 dev/dk’dan fazla iş mili devri

ve 0,25 mm’den daha küçük takım çapı gösterilebilir. Bu yüzden frezelerin

kendisi, bu uygulamalar için yüksek hassasiyet gereksinimleri (0,1 μm

civarında) göz önüne alınarak tasarlanmalıdır (Venkatesh ve Izman, 2007).

Mikro ürünlerin boyutu ve kalitesi takım tezgahlarının özelliklerine bağlı olup

genel hassasiyetleri ve dinamik performansı da kapsamaktadır. Hassas takım

tezgahlarında boyut, doğruluk, yüzey pürüzlülüğü ve ürünlerin verimliliğini

korumak için spindle dönme hızı çok yüksek olmalıdır (havalı yatak spindle

20.000 dev/dk.’yı aşar), küçük takımın çapı da talaş kaldırma oranını

azaltmaktadır (Chae vd., 2006).

Spindle, hassas takım tezgahının önemli bir parçasıdır. Çünkü spindle hareket

hatası, işlenmiş bileşenlerdeki yüzey kalitesi ve doğruluğu üzerinde önemli

etkilere sahip olacaktır. Hassas takım tezgahlarında en çok kullanılan spindler,

aerostatik ve hidrostatik spindlerdir. Aerostatik spindle, orta ve küçük yükleme

kapasitesine sahip ve takım tezgahlarında yaygın olarak kullanılır, ancak

hidrostatik spindle genellikle büyük yük ve hassas takım tezgahlarında

uygulanmaktadır. Spindle, takım tezgahlarında besleme sürücüsünde yer

almaktadır. Spindle sürücü, yeterli açısal hızı, tork ve güç sağlar ve onun

yuvasında yataklarıyla tutmuş olur ( Luo ve vd., 2005). Mikro işlmelerindeki

takım tezgahına ait olanlar, Spindle mili, motoru ve entegre tek birimi, sertlik ve

hareket hatalarını azaltmak için sağlamaktadır. Doğru ve güvenli spindle,

yüksek kaliteli ürünler ve yüzey pürüzlülüğünün doğruluğunu sağlamak için

31

gereklidir (Venkatesh ve Izman, 2007). Mikro frezelemede, kullanılan ve gelişen

takım tezgahları spindle üzerinde bazı çalışmalar yapılmıştır.

Jokiel vd. (2004), yeni ultra yüksek hızlı mikrofrezleme spindle gelişimini

araştırmışlar (Şekil 2.22). Bu çalışmada, hava-yatak yeni spindle tasarımı

tartışılmıştı. Spindle çok yüksek hızda (90.000 dev/dk) çalışmaktadır ve takımın

çok düşük radyal sapması imkan sağlamaktadır.

Şekil 2.22. Ultra yüksek hızlı mikrofrezleme spindle(Jokiel ve vd., 2004)

Lai vd. (2008), mikro frezeleme işleminde, minimum talaş kalınlığı ve kesici

kenara etkisini inceleyerek minyatür takım tezgahı kullnmışlardır (Şekil 2.23).

Şekil 2.23. Minyatür takım tezgahı (Lai vd., 2008)

Motor

Motor takozu

Hava yatağı

Temel yapı

3-eksenel kuvvet Mikro takım

Sürtüne

çarkı

Motor mili

Küresel conta

32

Takım tezgahı genel boyutları 270×190× 220 mm’dir, ancak çalışma boyutları

30,30 ve 30 mm‘dir. Bu tezgahı 80,000 dev/dk ve 3 eksenli harekete sahiptir.

Delhaes ve vd. (2009), mikro frezlemenin uygulamaları için yeni viskoz sürücü

mekanizmalarını sunulmuştur. Bu sistemde viskoz sürücü hem spindle sürmek

hem de destek için kullanmaktadır. Spindle, viskoz çekim kuvvetleri dayanarak

sürüyor. Türbin vasıtasıyla üretilen çekiş, mikro frezeleme uygulamak için

yeterlidir. Hava-sürülmüş spindle 24,000 dev/dk dönme hızına sahiptir.

Li ve vd. (2015), yüksek hızlı ve hassas mikro spindle tasarımı ve

değerlendirmesini sunulmuştır. Mikro-mekanik işlemede, kullanılan mikro

Spindle 2.79 μm'lik takım salgı ile gerçekleştirebilmiştir. Takım tezgahı, 240.000

dev/dk ve 6.3N.mm’nin üstünde statik tork ile, mikromekanik işlemede 0.2mm

çaplı kesici takım kullanmak için yeterlidir. Takım sapı, aerostatik yataklar

tarafından doğrudan yerleştirilmiş ki yüksek hızlarda takım radyal sapması

küçültmektedir (Şekil 2.24).

Şekil 2.24. Mikro spinle a) Kesit görünüşü b) Spindle prototipi (Li ve vd., 2015)

Singh ve Singh (2018), Ti6Al4V iş parçasının üzerinde mikro kesme işleminin

kararlılığı ve sonlu elemanlar kullanılarak incelenmiştir. Mikro frezeleme işlemi

gerçekleştirmek için, üç eksenli ultra yüksek hızlı bir mikro tezgahı

geliştirilmiştir. Kullanılan takım tezgahında, yüksek hızlı spindle bir seramik

yatağına sahip olmak ve maksimum 140.000 dev / dak'ya ve 4,3 N.cm'lik bir

ortalama torkla dönebilimektedir. Takım tezgahı ± 1 µm hassasiyete sahiptir.

33

Mikro takım tezgahı bir titreşim izolasyon tablosuna yerleştirilmiştir (Şekil

2.25).

Şekil 2.25. Mikro frezeleme işlemi için tasarlanmış deney düzeneği (Singh ve Singh 2018)

2.4. Mikro Frezeleme Prosesinde Kullanılan Kesici Takımları

Mikro frezelemede kullanılan kesici takımların boyutları, mikro parçalardan

talaş kaldırma hacmini ve hassasiyetlerinin sınırlarını belirler. Daha küçük

takımlar, boyutlarına göre daha az ısıl genleşmeye maruz kaldıkları için birçok

avantajı beraberinde getirmektedir. Takımlar kısa olması nedeniyle daha

yüksek statik rijitliğe, daha yüksek dinamik kararlılığa ve üretimde daha az

miktarda malzeme ile kullanıldığı için daha düşük maliyete sahiptirler (Cox vd.,

2004).

Kesici takım geometrisi ve takım malzemesi özellikleri talaş oluşumu, ısı

üretimi, takım aşınması, yüzey kalitesi üzerinde önemli etkiye sahiptir. Bu

nedenle mikro ölçekli ürünlerin istenilen geometrik boyut ve yüzey kalitesinde

üretilmesi, mikro kesici takımların işleme performansına bağlıdır. İşleme

performansı ve takım ömrü, kesici takımın rijitliğine, kesici takımı oluşturan

malzemenin cinsine, kaplama malzemesi gibi faktörlere göre değişmektedir

(Chae vd. 2006; Dornfeld vd., 2006). Mikro takımlar, yüksek devirlerde kesme

34

işlemi yapması nedeniyle, aşınma hızı yüksektir. Bu nedenle, kesme sırasında

meydana gelen sıcaklığa ve sürtünme kuvvetlerine dayanabilecek rijitliğe sahip

olması istenir. Takım rijitliğini ve sıcak sertliğini etkileyen en önemli unsurlar

ise, takım malzemesi içeriği, bağlayıcı oranı ve kaplama malzemesinin türü

gelmektedir. Kaplama; kesme kuvvetini, oluşan ısıyı ve aşınmayı büyük oranda

azaltarak geçici bir yağlayıcı görevi yapmaktadır. Bu, özellikle daha kaliteli

yüzey elde edilmek istenildiğinde daha yüksek hızların kullanılmasına imkân

sağlar. Kesici takım malzemelerindeki en önemli gelişme, takımların

yüzeylerinin birkaç mikron kalınlığındaki tabaka ile kaplanmasıdır (UCUN vd.,

2011; UCUN vd., 2013) . Elmas takımlar ise daha çok demir dışı metallerin

işlenmesinde ve hassas işlemlerde kullanılırlar. Ancak bu elmas takımlar, demir

esaslı malzemelerle kimyasal reaksiyona girme yatkınlıklarının fazla olması

nedeniyle pek tercih edilmezler. Bu yüzden mikro kesici takımlar genellikle

tungsten karbür, elmas, kübik bor nitrür (CBN), çok kristalli elmas (PCD) gibi

malzemelerden üretilirler (Chae vd. 2006). Mikro frezeleme uygulamalarında iki

ağızlı ve helis kanallı WC freze uçları (Şek il 2.26) yaygın olarak kullanılmaktadır

(Heaney vd., 2008).

Şekil 2.26. İki ağızlı mikro freze takım geometrisi (Heaney vd., 2008)

Mikro frezelemede kullanılan 1 mm veya daha küçük çaptaki takımlar, mikro

takımlar olarak kabul edilmiş ve son yıllarda 0,05 mm (50 μm) veya daha küçük

35

çapta mikro takımlar ticari olarak üretilmeye başlanmıştır. Şekil 2.27’te 0,2mm

(200 μm) çapında imal edilmiş bir mikro takım gösterilmiştir (Yücel ve Çiçek,

2011).

Şekil 2.27. Konvansiyonel frezelemede 6mm çaplı takım ve mikro frezlemede 200µm çaplı takım görüntüsü.(Yücel ve Çiçek, 2011)

Mikro frezelemede, yüzey kailtesi üzerindeki en önemli faktör kesici takım

özelliğidir, takım çapı, takımın kenar radyüsü, takım malzemesi ve takım

kaplamasıdır. Takım malzemesinin açısından en çok kullanılan malzeme

tungsten karbürüdür (Şekil 2.28). Çünkü Tungsten Karbür kesici takımlar

genellikle geniş bir sıcaklık aralığında sertlikleri ve mukavemetlerinden dolayı

kullanılımaktadır. (Piljek vd., 2014)

Şekil 2.28. Kullanılan takım malzemeleri yüzdesi (Piljek vd., 2004)

36

2.5. Takım Aşınması

Genel olarak ürün imalatında kullanılan kesici takımlar, ürün kalitesini ve

maliyetini direkt etkiledikleri için takım ömrü oldukça önemli bir konudur.

Kesici takımların kullanım ömürlerinin uzun olması, yüksek sıcaklıklarda

sertliğini ve kimyasal kararlılığını koruyarak iyi bir aşınma direnci

göstermelerine bağlıdır (Wu, 2012). Mikro frezeleme işleminde kesici takım

ömrü, geleneksel frezeleme ve diğer imalat yöntemlerinden oldukça farklı

özellikler gösterir. Mikro frezelemede kullanılan mikro kesici takımlar,

ebatlarının küçük olması ve kesme sırasında yüksek kesme kuvvetlerine maruz

kalması nedeniyle kolayca aşınırlar. Sonuç itibari ile mikro parçada hassasiyet

bozulur ve yüzey pürüzlülüğü zarar görür. Müteakiben kesme kuvvetleri ve

titreşim artar ve çapak oluşumu başlar. Özellikle işlenebilirliği zor olan sert

malzemelerin işlenmesinde mikro kesici takımlara gelen kesme kuvvetleri çok

yüksek olacağı için kesici takım aşınmaları kaçınılmaz olur (Vogler vd., 2004;

Filiz vd., 2007).

Konvensiyonel frezelemede, takım aşınması ve ömrü konuları yoğun bir şekilde

araştırılıyorken, literatürde mikro frezeleme işlemiyle ilgili çalışmalar kısıtlıdır.

İşlenebilirliği oldukça zor olan malzemelerin (sertleştirilmiş çelikler, süper

alaşımlar, Titaniyum alaşımlar gibi) mikro frezeleme ile imalatı konusu ise daha

karmaşık bir süreçtir. Çünkü tahmin edilemeyen takım ömrü, mikro takımların

aniden hasara (kırılma veya aşınma ) uğraması ve yüksek kesme kuvvetleri bu

konunun önündeki en büyük engellerdir. Mikro frezeleme işleminde, kesici

takımın kenar radyüsü hızlı bir şekilde aşınması kritik bir süreçtir. Çünkü bu

durum özellikle yüzey pürüzlülüğünü, kesme kuvvetlerini ve çapak oluşumunu

doğrudan etkilemektedir. Özellikle, mikro frezelemede çapak oluşumu

takımdaki aşınmayla birlikte artmaktadır (Hatipoğlu ve Budak, 2014; Perçin vd.,

2015).

Mikro frezeleme de genellikle en çok karşılaşılan hasar tipleri; abrasif aşınma,

adhesiv aşınma ve kırılmadır. (Aramcharoen and Mativenga 2009). Takımda

meydana gelen bu hasar tipleri, kesici takımın geometrik özelliklerine, takım

37

malzemesine, takım rijitliğine ve iş parçasının mekanik özelliklerine bağlıdır.

Ayrıca kesme hızı, kesme derinliği, ilerleme hızı, kesme kuvvetleri, kesme

zamanı gibi kesme parametreleri de kesici takım aşınmasında büyük ölçüde

önemli rol oynarlar(Toenshoff ve Denkena, 2013; Ucun 2013).

Mikro frezeleme işleminde meydana gelen aşınmanın en önemli etkisi, kesici

takım çapı ve kenar radyüsündeki değişimdir. Kesici takımda meydana gelen

çevresel ve eksenel aşınmalar sonucunda kesici takım geometrisinde değişimler

gözlenir. Takım çevresinde meydana gelen çevresel aşınma, kenar radüsünde

bir artış ve takım çapında ise azalma meydana getirmektedir (Özel vd. 2017; Liu

vd., 2006; Filiz vd., 2007; Aslantaş vd. 2016a). Çevresel aşınma, takım çapının

azalıp kenar radüsünün artmasına neden olur. Çevresel aşınmanın yanı sıra

takımda meydana gelen eksenel aşınma, kenar radüsünün zamanla değişmesine

neden olmaktadır. Özellikle çevresel aşınma sonucu kenar radüsünün artması

nedeniyle talaş oluşum mekanizmasını etkileyen minimum talaş kalınlığı

değerinin de değişmesine neden olacaktır. Özellikle talaş kalınlığının kesici

takım kenar radüysüne oranla çok küçük olması durumunda kesici takım,

negatif talaş açısı etkisi göstererek kesici takımın talaşa dalması zorlaşmakta ve

kesme işleminde kararsızlıklar meydana getirmektedir (Aramcharoen ve

Mativenga 2009). Bu durum beraberinde kayma mekanizması yerine

ovalama/kazınma mekanizmasının baskın olduğu kesme işlemine yol

açmaktadır. Takım adeta iş parçasını ovalama/kazıma hareketine benzer

şekilde işlemektedir. Sonuç olarak takım çapındaki azalma ve kesici takım kenar

radüsündeki değişime bağlı olarak kesici takım aşınması artmaktadır (Wu,

2012; Thepsonthi vd., 2015).

Özel vd (2017), Ti6Al4V iş parçasının üzerinde mikro frezelemede, takım

aşınmanın açısından kenar radyusü etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada da, üç

boytlu sonlu elemanlar modeli ve mikro frezeleme işleminin simülasyonu

kullanılmıştır. Sonuçta, aşınılmış takım kenar radyusünün artışı, kesme kuvveti,

kesme sıcaklığı, çapak oluşum ve takım aşınma oranına mühim bir rol

oynamaktadır (Şekil 2.29).

38

Şekil 2.29. Üç farklı takım kenar radyusü için takım aşınması takım dönüş

açısına bağlı olarak değişimi (Özel vd 2017)

Kesme işleminde en zayıf noktaların kesme kenarlarında olduğu ve bu

bölgelerde meydana gelen aşınmanın daha hızlı gerçekleştiği belirtilmektedir

(Ucun 2013). Abrasif aşınmanın etkisiyle kesici takımdaki eksenel ve radyal

boşluk açılarının azalması, takım-iş parçası temas uzunluğunun artışına

dolayısıyla kesici takımın sürtünme kazıma etkisi oluşturmasına neden

olacaktır. Ayrıca kesici takıma yapışan talaşın da kesme kuvvetlerinin artmasına

neden olduğu tespit edilmiştir (Şekil 2.30) (Aslantaş vd., 2016a).

Şekil 2.30. Kesici takımda meydana gelen abrasif aşınma ve talaş yapışması (Aslantaş vd., 2016a).

39

2.6. Titanyum Alaşımları

Titanyum ve alaşımları, mükemmel ısı direnci, korozyon direnci, tokluk,

mukavemet, yüksek çalışma sıcaklığı ve düşük ağırlık oranına sahip oldukları

için uzay-havacılık, otomotiv, kimya-petrokimya ve biyomedikal gibi çeşitli

endüstrilerde yüksek mühendislik alaşımları olarak kullanılmaktadırlar.

Dolayısıyla, titanyum alaşımları genellikle “işlenmesi zor malzeme” grubunda

yer almaktadır. Titanyum ve alaşımlarının işlenmesinde yüzey bütünlüğü ve

kesici takım aşınması gibi problemlerle karşılaşılmaktadır. Bu alaşımların

kullanıldıkları yerler de dikkate alındığında, işleme sonrasında gerekli yüzey

kalitesi ve toleranslarının oldukça yüksek olması gerekmektedir.Titanyum

alaşımlarının işlenebilirliklerinin düşük olmasından dolayı, çalışma şartları ve

kesme parametreleri çok önemlidir(Mavi, 2013; Çelik ve Kılıçkap, 2018)

Bu çalışmada, titanyum ve alaşımlarının frezelenmesinde kesici takım

malzemeleri, aşınma mekanizmaları, kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülükleri

çapak oluşumu gibi hususlar araştırılmıştır. Ayrıca, bu alaşımların işlenmesinde

karşılaşılan zorluklar değerlendirilmiş olup yapılmış literatür çalışmaları

ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bu çalışmada da iki titanyum alaşımı (Ti5553 ve

Ti6Al4V) iş parçası olarak mikro frezelemesinde incelenmiştir.

2.6.1. Ti5553 alaşımı

Bu malzeme düşük termal iletkenlik katsayısına sahip olmasından kaynaklı

talaşlı imalatı sırasında kesici takım-talaş arayüzeyinde ısı transferi sınırlanır ve

yüksek ısı oluşumu takım ömrünü azaltmakta buna ilaveten düşük elastikiyet

modülüne sahip olması, yüksek sıcaklıklarda dayanımını koruması ve talaşlı

imalat sürecinde pekleşme kabiliyeti sergilemesi, talaşlı imalat açısından diğer

olumsuz özellikler olarak göze çarpmaktadır (Arrazola vd. 2009b;Ugarte vd.

2012). Ti 5553 alaşım malzemesi bahsi geçen özelliklerinden dolayı “kesilmesi

zor malzeme” grubunda yer alıp, talaşlı imalatında karşılaşılan en büyük

zorluklar yüksek kesme hızlarında çalışmaması, hızlı takım aşınması, kısa takım

ömrü, yüksek kesme kuvvetleri oluşumu, yüksek dinamik yüklerin ve yüksek

40

kesme sıcaklığının oluşması ve bütün bu tesirlerin sonucu yüksek talaş

segmentasyon frekansı ve adyabatik kayma bandı oluşumu, iş parçasından

kesici takıma adezyon eğiliminin artması olarak göze çarpmaktadır (Arrazola

vd. 2009a;Ugarte vd. 2012).

Yapılan deneysel çalışmalarda Ti5553 alaşımın işlenebilirliği Ti6Al4V alaşıma

göre yaklaşık %56 daha zor olduğu görülmüştür. Ti5553 alaşımlar konusunda

ise literatürde yüzey bütünlüğü çalışmaları sınırlıdır(Arrazola vd. 2009b).

Nouari ve Makich (2014), bu çalışmada, Ti6Al4V ve Ti5553 malzemesinin

üzerinde talaşlı imalatta takım aşınması açısından incelenmiştir. Sonuçta,

Ti5553 için meydana gelen takım aşınması abrasif tipi olduğu ifade edilmiştir.

Öte yanında, Ti6Al4V malzeme için meydana gelen takım aşınma adhesiv olduğu

söylemişlerdir.

Sun ve arkadaşları (2015), ise yaptıkları çalışmada yüzey pürüzlüğünün kesme

koşullarına ve parametrelerine bağlı olarak değişim gösterdiğini rapor

etmişlerdir. Yan ve arkadaşları (2011), yaptıkları çalışmada talaş kaldırma

sonucunda Ti5553 alaşımda faz dönüşümü olduğunu ifade etmişlerdir ve faz

dönüşümü ile ilgili kapsamlı bilgiye ulaşmak için XRD analizinin yapılması

gerektiğini vurgulamışlardır. Braham-Bouchnak vd. (2013b); Braham-Bouchnak

vd. (2015) tarafından talaş kaldırmanın Ti5553 alaşımda kalıntı gerilmeler

etkisi konusunda çalışmalar yapmışlardır. Bu alaşımlarda işleme esnasında

malzemenin ısıtılması ve farklı soğutucuların kullanılması dikkate almışlardır.

2.6.2. Ti6Al4V alaşımı

Mikro frezelemede en çok kullanılan iş parçası olarak ve incelenen malzeme

Ti6Al4V titanyum alaşımıdır. Ti6Al4V titanyum alaşımı farklı özelliklere sahip

olduğu için, endüstriyel uygulamalardaki yaklaşık %60’lık kullanım alanıyla, en

büyük payı Ti6Al4V titanyum alaşımı almaktadır. Çelik ve dökme demirlere

nazaran bu alaşımların sahip olduğu düşük termal iletkenlik (yaklaşık 15

W/m˚C) de, kesici takım ve iş parçasında oluşan yüksek sıcaklığın önemli bir

41

nedenidir (Ensarioğlu ve Çakır, 2005; Nabhani, 2001). Yapılan çalışmalarda

Ti6Al4V malzemenin üzerine özellikle mikro frezeleme işlemle önemli bir yere

alınmıştır. Bunlardan bazı çalışmalar aşağıda işaret edilecektir.

Zareena ve Veldhuis (2012), saf titanyum (Cp-Ti) ve Ti6Al4V alaşımlarını farklı

burun uç yarıçapına (0.3, 0.5 ve 1.5mm) sahip kaplamalı ve kaplamasız konik ve

silindirik kristal elmas takımlar kullanarak işlemişlerdir. Kaplamalı kristal

elmas takım ve iş parçası arasındaki sürtünme katsayısını düşürdüğünü, takım

ömrünün uzamasına ve işlenen yüzey kalitesinin iyileşmesine katkı sağladığını

belirtmişlerdir.

Nouari ve Makich (2013), Ti6Al4V ve Ti5553 alaşımlarının farklı kesme

parametrelerinde işlenmesinde kesme parametrelerinin sıcaklık oluşumu,

takım aşınması ve iş parçası mikroyapısı üzerine etkilerini deneysel olarak

incelemişlerdir. Kesme hızı arttıkça sıcaklığın arttığını gözlemlemişlerdir. Ayrıca

kesme hızı arttıkça kesme kuvvetlerinin ve aşınma davranışlarının Ti6Al4V ve

Ti5553 alaşımları için farklı davranışlar gösterdiğini bildirmişlerdir.

Thepsonthi ve Özel (2013), Ti6Al4V alaşımını kübik bor nitrür (CBN) kaplı

tungsten karbür takım ve kaplamasız tungsten karbür takımla mikro

frezelenmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması ve

çapak oluşumu üzerine etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir. CBN kaplı

takımlardaki kesme kuvvetlerini kaplamasız takımlara göre daha yüksek elde

etmelerine rağmen, CBN kaplı takımlarda daha düşük kesme sıcaklıkları elde

etmişlerdir. Ayrıca CBN takımlardan elde edilen aşınmanın daha düşük

olduğunu, takımlarda oluşan ısının ve aşınmanın kesme hızının ve diş başına

ilerlemenin artmasıyla arttığını, kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve çapak

oluşumunu etkileyen en önemli parametrenin diş başına ilerleme olduğunu

gözlemlemişlerdir.

Cheng vd (2016), bu çalışmada, Ti6Al4V iş parçası malzemesinin mikro

frezelemesinde çapak oluşumu mekanizmasının ve kesme esnasında çapak

oluşumu azaltmasının üzerine incelenmiştir. Ayrıca bu çalışmada, yeni bir

42

metodu çapak engellenmek için kullanılmıştır. İş parçasının üzerinde reçine

kaplamasıyla bazı deneyler araştırılmıştır. Sonuç olarak, kesme kuvveti ve

minimum talaş kalınlığı çapak oluşumu azaltmasına büyük bir rol oynadığı ifade

edilmiştir.

Benzer çalışmalar Ti6Al4V iş parçası malezemesinin üzerine mikro ölçekte Mia

ve Dhar (2018), Ti6Al4V alaşımının işlenebilirliliği ve işleme sıcaklığı üzerine

yüksek basınçlı soğutucuların etkisi araştırmışlardır.

Dargusch vd. (2018), Ti6Al4V alaşımının işlenmesinde talaş oluşumu üzerine

takım aşınmasının etkisi incelemişlerdir.

Ahmadi vd. (2018), ısıl işlem görmüş Ti6Al4V titanyum alaşımlarının mikro

frezelenmesinde işleme çıktıları üzerine mikro yapının etkisi incelemişlerdir.

.

43

3. MATERYAL VE YÖNTEM

3.1. Kullanılan İş Parçası Malzemesi ve Kesici Takım

Ti5553 ve Ti6Al4V alaşımı piyasada kullanılan titanyum alaşımları arasında en

yaygın bulunanıdır. Son yıllarda Ti6Al4V alaşımının yoğunluğunun ve

özelliklerinin geliştirilmesi için çok fazla araştırma yapılmıştır. Ancak Ti5553

alaşımı araştırma alanlarda yeni olduğu için bu çalışmada seçilmiştir. Vanadyum

(V), Molibden (Mo), Niobiyum (Nb) gibi elementlerin titanyum ile karıştırılması

ile elde edilen matriks titanyum alaşımı olarak bilinir. Titanyum vücuda uyumlu

bir malzemedir. Titanyumun kapsamlı ve tercih edilmesini sağlayan güçlü

özellikleri vardır. Bu özelliklerden bazıları: yoğunluğunun düşük olması (4,5

g/cm3), spesifik dayanımının yüksek olması, kırılma tokluğu, yorulma dayanımı,

çatlak yayılımına karşı direnç, düşük sıcaklıkta yüksek tokluk ve mükemmel

korozyon direncidir. Titanyum alaşımlarının birçoğunun maksimum çalışma

sıcaklığı yaklaşık 550°C ile 700°C arasındadır (Chunxiang vd., 2011).

Yapılan çalışmada, endüstrinin çeşitli alanlarında (uçak ve uzay sanayi, tıp

endüstrisi, biyomedikal, v.s.) kullanılan ve üstün mekanik özellikleri ile dikkat

çeken Ti5553 ve Ti6Al4V titanyum esaslı alaşımının mikro şartlarda

işlenebilirliği araştırılmıştır. Ti5553 ve Ti6Al4V titanyum alaşımı, üstün

mekanik özelliklerinden dolayı işlenebilirliği oldukça zor olan bir

malzemelerdir. Bu kapsamda Ti5553 ve Ti6Al4V titanyum alaşımı, iş parçası

malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu malzemeye ait kimyasal kompozisyon ve

bazı mekanik özellikleri Çizelge 3.1, 3.2, 3.3 ve 3.4’ de verilmiştir.

Çizelge 3.1. Ti5553 titanyum alaşımının kimyasal kompozisyonu (%) (Nouari,

2014)

İş parçası Al V Fe Mo Cr Nb Zr Ti Ti5553 5 5 0.3 5 3 0.5-1.5 0.5-1.5 Geri kalan

44

Çizelge 3.2. Ti5553 titanyum alaşımına ait bazı mekanik özellikler (Nouari, 2014)

İş parçası Sertlik (HV)

Çekme Mukavemeti

(MPa)

Akma Mukavemeti

(MPa)

Uzama %

Termal İletkenlik

W/mK

Ti5553 379 1236 1174 6 6.2

Çizelge 3.3. Ti6Al4V titanyum alaşımının kimyasal kompozisyonu (%) (Nouari, 2014)

İş parçası Al V Mo Cr Fe Ti Ti6Al4V 5,5 3.8 0 0 Max. 0.3 Geri kalan

Çizelge 3.4. Ti6Al4V titanyum alaşımına ait bazı mekanik özellikler(Nouari,

2014)

İş parçası Sertlik (HV)

Çekme Mukavemeti

(MPa)

Akma Mukavemeti

(MPa)

Uzama %

Termal İletkenlik

W/mK

Ti6Al4V 317 931 862 14 7.3

Bu çalışmada, ticari amaçla kullanılan, 600 μm çapında, 2 kesici ağızlı mikro

takımlar kullanılmıştır. Kesici takımlar kennametel fırmasından tedarik

edilmiştir. Şekil 3.1’de takımın geometrik özelikleri görülmektedir.

Mil çapı, d1 (mm) 3 Takım çapı, d2(mm) 0.6 Uzunluk, L1 (mm) 39 Helis uzunluğu, L2 (mm) 2.4 Kesici köşe yarıçapı (µm) 4.75 Kesici köşe sayısı, z 2 Helis açısı, θ (o) 30 Talaş açısı, α (o) 17.5 Serbest açısı, γ (o) 11.5

Şekil 3.1. Mikro freze takımın geometrik özellikleri

45

Mikro frezeleme işleminde kesici kenar radyüsü hem kesme kuvvetlerini hem

de yüzey pürüzlülüğünü etkileyen önemli bir unsurdur. Bu nedenle kesme

deneyleri öncesinde takıma ait köşe radyüsünü tespit etmek amacıyla (Scanning

Electron Microscope) (SEM) analizi gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.2).

Şekil 3.2. SEM analizi cihazı

Bu çalışmada, kullanılan kesici takımın çapı ve kesici kenar radyüsü deneyler

yapmadan ölçümleri tespit edilmiştir. Şekil 3.3 takıma ait SEM resimleri

verilmiştir. Mikro takıma ait kesici kenar radyüsünün ve ağız çapısını

göstermektedir.

46

Şekil 3.3. Takımın SEM görüntüsüleri a) Mikro takım b) Kaplanmış takımın köşe radyüsü

3.2. İş Parçası Boyutu Ve Hazırlanması

Yapılan deneysel çalışmanın şematik görüntüsü ile kullanılan iş parçası Şekil 3.4

te verilmiştir. Bu çalışmada kullanılan iş parçası malzemesi, 60×40×4 mm

ebatlarındadır. Deneyler öncesinde iş paçalarının yüzeyi temizlenmiştir.

Taşlama işlemiyle iş parçası üzerindeki pas ve bazı istenmeyen lekeleri iş

parçasından kaldırılmıştır. İş parçası dört farklı noktadan dinamometreye

sabitlenmiştir.. Ardından, iş parçası tezgahına tespit edip mikro frezeleme

prosesi ile belli bir tabaka iş parçası yüzeyinden kaldırılarak ayarlanmıştır.

D= 600µm

(a)

R= 4.75µm

(b)

47

Şekil 3.4. İş parçası hazırlanması ve boyutlarının ayarlanması

3.3. Deney Düzeneği

Bu çalışmada, deneyler, Afyon Kocatepe Üniversitesi Merkezi Araştırma

Laboratuvarı bünyesindeki mikro işleme laboratuvarından gerçekleştirilmiştir.

CNC tezgâh, 3 eksenli olup, 1,4 kW motor gücüne, 60000 dev/dk. iş mili hızına

sahiptir. Dinamometrenin ölçtüğü kuvvet verileri dinamometre üzerinden

amplifikatörde bulunan sinyal işleme kartına gönderilir. Bu veriler sinyal işleme

kartından bilgisayar ekranına grafiksel olarak elde edilir (Şekil 3.5).

Şekil 3.5. Kesme kuvveti data alma sisteminin şematik gösterimi

Hazırlanan İş

parçası

48

Mikro frezeleme esnasında takım üzerinde oluşan kuvvetlerin ölçümünde

Kistler mini dinamometre kullanılmıştır. Kullanılan dinamometre çok hassas

olması nedeniyle, kesme deneyleri aynı ortam sıcaklığında yapılmaya özen

gösterilmiştir. Kullanılan deney düzeneği Şekil 3.6’ da ayrıntılı olarak verilmiş

olup kullanılan koordinat sistemi de Şekil 3.7’ de gösterilmiştir.

Şekil 3.6. Deneysel çalışmalarda kullanılan deney düzeneği

Şekil 3.7. Mikro frezeleme işleminde kullanılan koordinat sistemi (a) İşlenen

kanallar ile kesici takımın ve iş parçasının 3 boyutlu çizimi ve (b) Kesici takımın kesit düzlemine göre tam kanal işlemenin iki boyutlu ifadesi

Dinamometre Dinamometre

tutucu

USB

Mikroskop

Spindle

Kesici

takım

İş

parçası

49

3.4. Kesme Parametreler

Bu çalışmada öncelikli olarak, kesme derinliği, kesme hızı ve ilerlemenin

işlenebilme performansına etkisinin araştırıldığı deneyler iki alaşım için

(Ti5553 ve Ti6Al4V ) gerçekleştirilmiştir. İlgili literatür de dikkate alınarak,

devir sayısı bu deneylerde 10000 ile 55000 dev/dk aralığında seçilmiştir.

Böylece hem düşük hızların hem de yüksek kesme hızlarının etkisini

izlenebilme imkanı olmuştur. Bu testlerde ilerleme 0.1 ile 30 µm/diş aralığında

seçilmiştir. Kesme derinliği ise 5 ile 250 µm aralığında seçilmiştir. Kesme

kuvvetinin değerleri diş başına ilerleme ile değişimi ölçüm yapılmıştır. Ayrıca

kesme kuvvetinin değerleri talaş derinliği ile değişimi de ölçüm yapılmıştır . İş

parçası yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasının deneyleri yapılmıştır. Ayrıca iş

parçası üzerindeki çapak oluşumunda ölçülmüştür. Sonunda her farklı durumu

iki alaşım (Ti5553 ve Ti6Al4V ) arası elde eden kesme kuvvetinin değerleri,

yüzey pürüzlülüğü, çapak oluşumu ve takım aşınmasının açısından kıyaslama

yapılmıştır.

3.4.1. Mikro frezeleme işleminde kesme kuvvetlerinin ölçümü

Kesme kuvvetlerinin ölçümünde Kistler 9119AA1 mini dinamometre

kullanılmıştır. Kullanılan dinamometre, max 250 N kuvvet ölçme kapasitesine

sahip ve 5 µs de örnekleme yapmaktadır. Çalışmada kullanılan dinamometre

Şekil 3.8’ de verilmiştir. Yapılan deneysel çalışma boyunca her bir kesici

takımın, ilerleme ve talaş derinliği kesme kuvveti açısından performansı test

edilmiştir. Yapılan deneysel çalışma MİKRO İŞLEME LABORATUVARI minyatür

işleme merkezinde gerçekleştirilmiştir. Kullanılan CNC işleme merkezi, mikro

frezeleme, mikro tornalama, mikro delik delme gibi işlemleri yapabilme

kapasitesine sahip bir tezgahdır.

50

Şekil 3.8 Kesme kuvvetleri ölçümünde kullanılan mini dinamometre.

3.5. İş Parçası Yüzey Pürüzlülüğü Analizi

Ti5553 ve Ti6Al4V alaşımının mikro frezelenmesinde yüzey kalitesine etkisini

araştırmak için işlenen kanallara ait ortalama (Ra) ve maximum (Rz) yüzey

pürüzlülüğü ölçümleri, Afyon Kocatepe Üniversitesi Merkezi Araştırma

Laboratuvarı bünyesindeki Nanovea 3D ST400 marka optik yüzey

profilometresi kullanılarak yapılmıştır (Şekil 3.9). Kullanılan profilometre

nanometre hassasiyetinde, olup temassız, ve üç boyutta ölçüm yapabilen bir

yapıya sahiptir. Yapılan bir ölçüm sonucunda elde edilen yüzeye ait 3-boyutlu

topografik görüntü Şekil 3.10’ da verilmiştir. Kesme işlemi sonrasında, her bir

kanalın giriş ve çıkış noktalarında kanal genişliği, kanal derinliği ve kesme

mesafesi boyunca ortalama ve maximum yüzey pürüzlülüğü (Ra,Rz) ölçümleri

gerçekleştirilmiştir.

Şekil 3.9. Yüzey Analizlerinde kullanılan optik profilometre

Mini

dinamometre

İş parçası Kesici takım

51

Şekil 3.10. Yapılan ölçüm sonrasında elde edilen, 3- boyutlu yüzey şekli

3.6. Çapak Oluşumunun Ölçülmesi

Üretimin kalitesini belirleyen bir diğer parametre ise, işlenen kanallardaki

çapak oluşumudur. Yapılan deneysel çalışmalar boyunca, meydana gelen çapak

oluşumları SEM kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen çapak oluşumu Şekil

3.11’ de verilmiştir. Yapılan görüntüleme işlemi, işlenen kanala ait çapağın

genişliği ortalaması meydana geldiği noktadan alınmıştır. Ölçümler, Screen

Caliper yazılımı kullanılarak tespit edilmiştir. İşlenen her bir kanalın giriş ve

çıkış noktalarındaki üst yüzeylerindeki üç farklı noktadan aynı ve zıt yönlü

frezeleme bölgesi için tek tek çapak genişliği ölçümleri yapılmıştır.

52

Şekil 3.11. Çapak genişliği ölçme yöntemi

53

4. BULGULAR

Ti6Al4V ve Ti5553 malzemelerinin mikro frezelemesinde kesme kuvvetleri,

takım aşınması yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu üzerine kesme

parametrelerinin (kesme hızı, ilerleme, talaş derinliği) etkisinin incelendiği bu

tez çalışmasında , 600µm çapında 2 kesici ağazlı tungsten karbür mikro kesici

takım kullanılmışıtır. Kesme parametrelerinden kesme hızı, mikro işleminde

genellikle devir sayısı olarak kullanıldığından bu çalışmada da devir olarak

belirtilmiştir. Devir sayısı 10000 dev/dk ile 55000 dev/dk arasında, ilerleme

0.1µm/diş ile 30 µm/diş arasında, talaş derinliği ise 5 µm ile 250 µm arasında

değerler seçilmiştir. Bu kesme parametreleri ile yapılan mikro işlemeden sonra

elde edilen sonuçlar aşağıda ayrı ayrı başlıklar altında verilecektir.

4.1. Kesme Kuvvetlerinin Değişimi

Talaşlı imalatta kesme parametresi denildiğinde, devir sayısı veya kesme hızı,

ilerleme oranı ve talaş derinliği akla gelmektedir. Ayrıca, bu çalışmada, bu her

üç parametrenin kesme kuvvetine nasıl etki ettiği deneysel olarak

araştırılmıştır.

Mikro frezeleme işleminde çoğunlukla devir sayısı dikkate alındığından, kesme

hızı yerine takım çapına karşılık gelen devir sayısı ifadesi kullanılmıştır. Bu

çalışmada incelenen Ti6Al4V ve Ti5553 işparçası malzemelerinin her biri için,

beş farklı devir sayısına bağlı olarak X,Y ve Z yönlerindeki maksimum

kuvvetlerin değişimi elde edilmiştir. Akabinde Bölüm 4.1.2 de ilerleme hızının

değişimine bağlı olarak özellikle Fx ve Fy yönlerindeki kesme kuvvetlerinin

değişimi elde edilmiştir. İlerleme hızı özellikle kritik talaş derinliğinin

belirlemesi noktasında önem arz ettiği için burada değişken olarak kullanılan

ilerleme değerlerinin sayısı biraz yüksek tutulmuştır. Bölüm 4.1.3’te ise artan

talaş derinliğine bağlı olarak yine her iki malzeme de X ve Y yönlerindeki

meydana gelen kuvvetlerinin değişimi elde edilmiştir.

54

4.1.1. Kesme hızının kesme kuvvetlerine etkisi

Şekil 4.1’ de artan devir sayısına bağlı olarak her yönde meydana gelen

kuvvetlerin değişimi verilmiştir. Bilindiği üzere talaşlı imalatta artan kesme

hızına bağlı olarak kesme bölgesinde kesme sıcaklığı artacak, bununla birlikte iş

parçasında bir termal olarak yumuşama meydana gelecektir. Bu da kesme

kuvvetlerinin düşmesine neden olacaktır. Bununla birlikte daha yüksek devir

sayısında takımın dönmesi bir anlamda kesme için depoladığı enerjinin yüksek

olması anlamına gelmektedir.Bu sebepten dolayı artan kesme hızı veya artan

devir sayısına bağlı olarak kesme kuvvetlerinin de düşmesi beklenmektedir.

Şekil 4.1’de X, Y ve Z yönlerindeki Fx, Fy ve Fz kesme kuvvetlerinin değişimi

birbirine oldukça benzemektedir.

Şekil 4.1. Ti6Al4V ve Ti5333 malzemeler için maksimum kesme kuvveti

bileşenlerinin (Fx, Fy ve Fz) devir sayısına bağlı olarak değişimi

55

X ve Y yönlerindeki kesme kuvveti değerlerinin verildiği Şekil 4.1’de dikkati

çeken unsur iki farklı malzemenin göstermiş olduğunu eğilimdir. Şekil 4.1

incelendiğinde, Fx ve Fy kesme kuvvetlerinin her ikisi de, artan devir sayısına

bağlı olarak Ti5553 malzeme için daha büyük olduğu görülmektedir. Bunun

nedeni Ti5553 malzemenin gerek mukavemet değeri, gerekse sertlik değerinin

Ti6Al4V’a göre daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Fz kuvvetlerindeki

değişimi de yine Şekil 4.1’de verilmektedir. Artan devir sayısına bağlı olarak Fz

kuvvetleri belirli bir oranda azalmaktadır. Fz ‘deki bu azalma Fx ve Fy kuvvetleri

kadar olmadığı açıkça görülmektedir. Genel itibariyle artan devir sayısına bağlı

olarak Fz yönündeki kesme kuvvetleri 1N civarında sabit kaldığı söylenebiliriz.

Şekil 4.1 özellikle Fz kuvvetinin değişiminin daha net görmek adına farklı bir

ölçekte yine küçük grafik olarak verilmiştir. Görüldüğü üzere maksimum Fz

kuvveti en düşük olan devir sayısı 5000 dev/dk elde edilmiştir. Burada elde

edilen Fz kesme kuvveti yaklaşık 1-1.2N civarındadır ve dolayısıyla artan kesme

hızına bağlı olarak bu değer 0.4 – 0.5N’a kadar düşmektedir. Şekil 4.1’den

çıkartılacak diğer bir sonuç ise; takım aşınması dikkate alınmadan

kullanılabilecek devir sayısının 40000 dev/dk olduğunu söylemek mümkündür.

Çünkü 40000 dev/dk’nın üstündeki devir sayılarında tüm kesme kuvveti

bileşenlerinin sabit kaldığını söylemek mümkündür. Bu sebepten dolayı, takım

aşınması ihmal edildiğinde veya takımın aşınmadığı kabul ile, her iki malzeme

için de mikro frezeme işleminde 40000 dev/dk’nın uygun bir devir aralığı

olduğunu söylemek mümkündür. Bununla birlikte özellikle 10000 dev/dk’nın

altındaki değerlerde kesme kuvvetlerinin ani bir artış gösterdiği de dikkat

çekmektedir. Bu nedenle mümkün olduğu kadar, her iki malzeme için özellikle

10000 dev/dk’nın altında kesme yapılmaması kesme kuvvetleri açısından önem

arz etmektedir.

4.1.2. İlerleme hızının kesme kuvvetlerine etkisi

Mikro frezeleme işleminde ilerleme hızı önemli bir unsurdur. Özellikle belirli bir

ilerleme değerinin üzerinde hem yüzey pürüzlülüğü hem de kesme kuvvetleri

konvansiyonel kesme işlemine benzer bir seyir izlemektedir. Fakat kritik olarak

56

kabul edilen bu ilerleme değerinin altındaki değerlerde hem yüzey kalitesi

bozulmakta hem de kesme kuvvetleri ani bir artış gösterilebilmektedir. Bu

sebep’te, bu çalışmada, bu kritik noktayı yakalabilmek adına ilerleme hızı

0.1µm/diş ile 30µm/diş arasında geniş bir aralıkta değiştirilerek, oluşan kesme

kuvvetlerinin ölçümleri yapılmıştır. Şekil 4.2’de her iki malzeme için farklı

ilerleme değerlerine bağlı olarak, Fx ve Fy kesme kuvvetlerinin değişimi

verilmektedir.

Şekil 4.2. Kesme kuvvetlerinin ilerleme değerlerine bağlı olarak değişimi

Şekil 4.2’de talaş derinliği ve devir sayısı sabit olarak alınmıştır. Şekil

incelendiğinde, 0.1µm/diş en düşük ilerleme değerlerinde her iki kesme kuvveti

57

bileşeninin de her iki malzeme için oldukça düşük olduğu gözlenmekte iken,

daha yüksek ilerleme 0.2µm/diş ve 0.5µm/diş değerlerinde ise kesme

kuvvetlerinin ani bir artış gösterdiği bariz olarak görülmektedir. Şekil 4.2’de

dikkat çeken diğer bir sonuç ta; Ti5553 malzemesinin sertlik değerinin

Ti6Al4V’dan daha yüksek olmasına rağmen, özellikle Fx kuvveti için yaklaşık 8

µm/diş’ten daha düşük olan ilerleme değerlerinde elde edilen kesme

kuvvetlerinin daha düşük çıkmasıdır. Benzer bir durumu Fy’de görmek

mümkündür. Özellikle belirli bir ilerleme değerinin altındaki kesme işleminde,

ilerleme oranının, takım kesici ucuna ait radyüsünden düşük olduğu durumda,

kesici takım iş parçasına veya talaşa rahat dalma işlemi gerçekleştiremediği için

elastik geri esneme (elastic recovery) durumu ortaya çıkmaktadır (Mathai vd.;

Liu ve vd., 2004). Bu da daha yumuşak olan Ti6Al4V malzemesinde elastik geri

esnemenin daha fazla olduğunu göstermektedir.

Bu durum tam elastik bir malzemenin kesilmesi esnasında kesme kuvvetleri

ortadan kalktıktan sonra malzemenin elastik davranışla eski halini olmasına

benzetilebilir. Örneğin bir süngere belirli bir yük uygulandıktan sonra, yük

kalktığında süngerin tekrar eski şeklini alması gibi. Burada da Ti6Al4V malzeme

daha düşük bir sertliğine sahip olduğu için elastik geri esnemenin etkisiyle 8

µm/diş’in altındaki ilerleme değerlerinde kesme kuvvetlerinin artmasına neden

olmuştur. 8 µm/diş’in üstündeki kesme kuvvetlerinde ise durum tersine

dönmekle birlikte, Ti5553’te elde edilen kesme kuvvetlerinin arttığı yada daha

büyük olduğu görülmektedir. Benzer bir durumu Fy kesme kuvveti bileşeninde

görmek mümkündür. Yaklaşık 10 µm/diş’in altındaki değerlerde hemen hemen

Ti5553’te elde edilen kesme kuvvetlerinin daha küçük çıktığı, buna karşın 10

µm/diş’ten sonra maksimum olan kesme kuvvetinin Ti5553’te meydana geldiği

görülmektedir.

4.1.3. Talaş derinliğinin kesme kuvvetlerine etkisi

Şekil 4.3’te artan talaş derinliğine bağlı olarak her iki malzeme de meydan gelen

X ve Y yönlerindeki kesme kuvvetlerinin değişimi verilmektedir. Buradaki

değişime dikkat edilecek olursa, konvansiyonel kesme işlemine benzer bir seyir

58

izlenmektedir. Şöyle ki konvansiyonel frezeleme işleminde de artan talaş

derinliği talaş kesitinin artması anlamına gelir. Bu sebepten dolayı, artan talaş

derinliği talaş kestinin artmasına neden olmakta, dolayısıyla bu talaş kesitini

koparabilmek için daha fazla kesme kuvvetine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu

yüzden Şekil 4.3’te her iki malzeme için artan talaş derinliğine bağlı olarak

kesme kuvveti de lineer denebilecek bir seviyede artmaktadır.

Şekil 4.3. Ti5553 ve Ti6Al4V için max. Fx ve max. Fy Kesme kuvvetinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi

Şekil 4.3’te 2 µm/diş ve 20 µm/diş ilerleme değeri için iki farklı duruma ait Fx

ve Fy kuvvetlerinin değişim grafikleri verilmektedir. İlerleme değeri 2 µm/diş

olduğu durumda, Ti5553 malzeme için elde edilen kesme kuvvetlerinin daha

düşük olduğu görülmektedir. Bu hem Fx hem de Fy kuvvetleri için benzer bir

sonuçtur. Bununla birlikte ilerleme değeri 20µm/diş olduğu durumda ise durum

tersine dönmekte, Ti5553’te elde edilen kesme kuvvetlerinin Ti6Al4V için elde

edilen kesme kuvvetlerinden daha büyük olduğu görülmektedir. Böylece Şekil

59

4.3’te elde edilen sonuçlar aslında bir anlamda Şekil 4.2’de elde edilen sonucları

kısmen doğrulamaktadır. Şöyleki; kritik olan talaş derinliğinin altındaki ilerleme

değerlerinde daha yumuşak olan veya sertliği daha düşük olan bir malzemenin

kesilmesi, sert olan malzemenin kesilmesine nazaran daha fazla kuvvetlerin

oluşmasına neden olmaktadır.

Bunun da temel nedeni, daha yumuşak olan malzemenin elastik geri esneme

özeliğinin daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Kritik olan ilerleme

değerlerinin üstündeki kesme değerlerinde (Şekil 4.2) bu değeri yaklaşık 8-10

µm/diş aralığında olduğunu söylenmiştir. Dolayısıyla 20 µm/diş ilerleme

değerinde yapılan kesme işleminde iş parçasındaki elastik geri esnemeden

meydana gelebilecek olan kesme kuvvetlerindeki artma etkisi ortadan

kaldırılmış olacaktır. Diğer bir ifadeyle, kritik olan ilerleme değerinin altında,

kesici takım üzerindeki ilave geri esnemenin etkisiyle kesme kuvvetlerinde artış

ortaya çıkmasına neden olur. Ayrıca işlenen malzeme sertliğinin azalmasıyla,

elastik geri esneme artacağından, bunun da kuvvetlerde artışa sebep olması

beklenir. Nitekim Şekil 4.3’te Ti6Al4V’un sertlik değeri daha düşük ve kesme

işlemi kritik olan ilerleme değerinin altında yapıldığında, Ti6Al4V

malzemesindeki kesme kuvvetleri daha büyük çıkmıştır. Yani Ti6Al4V

malzemesindeki elastik geri esnemenin daha büyük olması kesme kuvvetlerinin

de daha büyük olarak elde edilmesine neden teşkil etmiştir.

4.2. Yüzey Pürüzlülüğünün Değişimi

Talaşlı imalat yöntemlerinde yüzey pürüzlülüğünü etkileyen birçok faktör

vardır. Bunlar; iş parçası malzeme türü, kesici takım türü, kesme hızı, ilerleme

hızı, talaş derinliği, oluşan ısı, soğutma sıvısı ve tezgahın konstrüksiyonu gibi

faktörlerdir. Bu faktörlerden birinin değişmesi ile yüzey pürüzlülüğü de

değişmektedir. Mikro işlemede özellikle işlenen yüzey kalitesi ve meydana gelen

çapak, en önemli iki problem olarak ifade edilmektedir. Bu amaçla kesme işlemi

sonrasında kanal yüzeylerinden hem giriş hem de çıkış noktalarından ortalama

yüzey pürüzlülüğü ölçümü yapılmıştır. Bu kapsamda da Ti5553 ve Ti6Al4V

60

alaşımlarının mikro frezeleme işleme sırasında yüzey pürüzlülüğünü etkileyen

temel faktörler aşağıda detaylı olarak tartışılmıştır.

4.2.1 İlerlemenin yüzey pürüzlülüğüne etkisi

Talaşlı imalatta işleminde, genelikle yüzey pürüzlülüğü temel olarak ilerleme

hızı ve kesici kenara ait radyüsü ile takım geometrisine bağlıdır. Teorik olarak

ileri sürülen bu yaklaşımın ötesinde, yüzey pürüzlülüğü genellikle imalat

sırasında takımda meydana gelen aşınma, işlenen iş parçasının mekanik

özelikleri, kesme esnasında takımda meydana gelen veya iş parçasına meydana

gelen tirteşimler, tezgahın rijitliği gibi unsurlardır. Yine yüzey pürüzlülüğü

etkileyen parametreler arasında sayılabilir. Bunun birlikte özelikle mikro

frezeleme işleminde, kesici kenar radyüsü ile birlikte takıma yapışan talaşta

yani (Built-Up Edge, BUE) yüzey pürüzlülüğünü etkileyen temel faktörlerinin

arasında sayılmaktadır.

Yapılan bu çalışmada, ilerleme değerlerinin özellikle işlenen kanalların ortalama

ve maksimum yüzey pürüzlülüğünün değerlerini tespit etmek için yapılmıştır.

Bu amaçla, 0.1 µm/diş’ten 30 µm/diş’e kadar oldukça geniş bir yelpazede farklı

ilerleme değerleri kullanılmış, her bir deneyde mümkün olduğunca yeni veya

aşınmamış kesici takım kullanılmıştır. Şekil 4.4’te diş başına düşen ilerleme

değerlerine bağlı olarak işelenen yüzeyde meydana gelen alansal ortalama

yüzey pürüzlülüğünün değeri (Sa) değişimi verilmiştir. Şekilde de dikkat

edilecek olursa, her iki malzeme de Sa değerleri, benzer bir seyri izlemekle

beraber, kiritik bir değer öncesinde yüzey pürüzlülükleri ani bir artış gösterdiği

dikkati çekmektedir. Özellikle 2µm ve altındaki ilerleme değerlerinde alan

yüzey pürürzlülük değerleri ciddi bir şekilde artmaktadır. Buna dikkat çekmek

adına Şekil 4.4’te verilen grafik özellikle 2 µm’un altındaki ilerleme

değerlerindeki, Sa değerlerinin artığını göstermek adına, bu bölge

renklendirilmiştir. Bunun nedeni; belirli bir ilerleme değerinin altında, kesici

takım sağlıklı bir kesme işlemi gerçekleştiremediğinden kazınmaya neden

olduğunu, bu sebeple de işlenen yüzeyin yüzey kalitesinin bozulmalıdır. Bu

çalışmada 2µm olarak tespit edilen, kritik ilerleme değerinin üzerindeki

61

ilerleme değerlerinde ortalama yüzey pürüzlülüğü linear olarak bir artış

sergilenmektedir.

Şekil 4.4. Ortalama yüz pürüzlülüğünün ilerlemeye bağlı olarak değişimi

Böylece Şekil 4.4’te ortaya çıkan bir sonuçta, kritik olan ilerleme değerinin

üzerinde kesme işlemi daha çok kayma mekanizmasının bir sonucu olarak

ortaya çıkmaktadır. Konvansiyonel frezeleme işlemine benzemektedir. 2 µm’un

altındaki ilerleme değerlerinde kesme işlemi daha çok kazınma ağırlıklı bir

kesme olarak gerçekleşmektedir. Bunun neticesinde de ortalama yüzey

pürüzlülüğü önemli oranda artmaktadır. Konvensiyonel işlemede, iş parçası

sertliğinin artmasıyla, işlenen yüzey kalitesi de artmaktadır. Ti5553 alaşımının

sertliği daha yüksek olduğundan, aynı kesme parametreleri için daha iyi bir

yüzey kalitesi beklenir.

Şekil 4.5’te ise işlenen kanallardan alınan maksimum alansal yüzey

pürüzlülüğünü değerlerinin diş başına düşen ilerleme değerlerine bağlı olarak

değişimine verilmiştir. Burada da Sa değerlerinde olduğu gibi, benzer bir

eğiliminin olduğu gözlemlenmektedir. Yaklaşık 2 µm’un ve altındaki değerlerde

Sz değerlerinin ciddi şekilde arttığı ve minimum Sz değerinin 2 - 5 µm aralığında

62

geçekleşttiğini ve 5 µm’un üzerindeki ilerleme değerlerinde Sz değerlerinin

lineer olarak arttığı gözlemlenmektedir.

Şekil 4.5. Masimum yüz pürüzlülüğünün ilerlemeye bağlı olarak değişimi

Şekil 4.4 ve 4.5 te hem kiritik olan ilerleme değerlerinin altında, yani 2 µm’un

altındaki ilerleme değerlerinde, hem de 2 µm üstündeki ilerleme değerlerinde

Ti5553 olan malzeme de Sa değerlerinin, Ti6Al4V malzemesine nazaran daha iyi

olduğunu söylemek mümkün. Fakat aradaki farkın çok ciddi boyutlar olmadığını

görülmektedir.

Şekil 4.4 ve 4.5’te beraber değerlendirilecek olursa, hem Ti5553 hem de TiAl4V

malzemesi için kritik olan ilerleme değerinin 2µm olduğu rahatlıkla söylenebilir.

Dolayısıyla sağlıklı bir kesme işlemi yapabilmek ve daha iyi bir yüzey kalitesi

elde edebilmek adına ilerleme değerlerinin mümkün olduğunca 2 µm veya

üzerinde seçilmesi, ve bu 2 µm’dan daha büyük değerlerinin seçilmesi yine

yüzey kalitesini bozacağını ifade etmek mükün. Dolayısıyla en iyi yüzey

kalitesinin elde edebileceği aralık 2 - 5 µm aralık olduğu rahatlıkla söylenebilir.

Şekil 4.6’da her iki malzeme için 3 farklı diş başına düşen ilerleme değeri ki

bunlar biris kritik olan 2 µm değeri, bir değeri ve 2 µm’un altındaki 0.1 µm, bir

diğeri de 2 µm’un çok üzerinde 20 µm’luk ilerleme gdeğerlerine karşılık gelen 3-

63

boyutlu işlenen yüzeyin profilemetre gürüntüleri verilmiştir. Dikkat edilecek

olursa, hem Ti5553 hem de Ti6Al4V olan malzeme için 2 µm’un altındaki 0.1µm

ilerleme değerlerinde yüzeyin daha pürüzlü olduğu net olarak görülmektedir.

Bu aynı zamanda verilen üç boyutlu profinin yanındaki skaladan çok rahatlıkla

okunmaktadır. 0.1µm olan ilerleme değerlerinde skalanın 7µm’un üzerinde bir

miktar üzerinde olduğu oysa, kritik ilerleme değeri olarak tespit edilen 2 µm’da,

bu skalanın 4 µm civarında olduğu gözlemlenmektedir.

Ti5553, Fz=0.1 µm/diş, ap=100 µm, n=20000

Ti5553, Fz=2 µm/diş ap=100 µm, n=20000

Ti5553, Fz=20 µm/diş, ap=100 µm, n=20000

Ti6Al4V, Fz=0.1 µm/diş, ap=100 µm, n=20000

Ti6Al4V, Fz=2 µm/diş, ap=100 µm, n=20000

Ti6Al4V, Fz=20µm/diş, ap=100 µm, n=20000

Şekil 4.6. İlerleme değerine bağlı olarak işlenen yüzeylerin 3 boyutlu görüntüleri

Yine ilerleme değerinin 20 µm olduğu durumda işleme izleri çok daha net olarak

görülmekle beraber daha stabil bir kesmenin olduğunda söylenebilir. Burada,

elde edilen 3-boyutlu yüzey profinin skalası yine 3.7- 4 µm aralığında

değişmektedir. Dolayısıyla her iki malzeme için de iyi bir yüzey kalitesine elde

edebilmek adına mümkün olduğu kadarıyla 2 µm kritik bir değerinin olduğu,

hatta bu değerin işleme hızını artırabilmek adına 20 µm’lara kadar

arttırılabileceği rahatlıkla söylenebilir.

64

Şekil 4.7 ve 4.8’de kesme mesafesine bağlı olarak hem Ti5553 hem de Ti6Al4V

malzeme için sabit devir sayısı ve talaş derinliğinde yüzey pürüzülülüğü

ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Öncelikli olarak Şekil 4.7’de incelenecek olursa,

kesme işleminin ilk başlandığında hem Sa değerleri hem de Sz değerlerinde bir

azalmanın olduğu gözlemlenmektedir. Akabinde yaklaşık 250mm’lik kesme

mesafesine kadar fz=5µm/diş’in olduğu durumda yüzey pürüzlülüğü

artmaktadır. 250mm’lik kesme mesafesinden sonra 2 ve 5µm/diş olan ilerleme

değerlerinin yön değişterdiği görülmektedir. Burada özellikle ilk kesme

başlandığını anda 2µm ilerleme değerlerinde yüzey pürüzlülüğü daha büyük

çıkması, kiritik değerinin 2µm olmasından kaynaklanmaktadır.

Şekil 4.7. Ti6Al4V malzemesi için yüz pürüzlülüğü değerlerinin (Sa ve Sz) kesme

mesafesine bağlı olarak değişimi

Şekil 4.8. Ti5553 malzemesi için yüz pürüzlülüğü değerlerinin (Sa ve Sz) kesme

mesafesine bağlı olarak değişimi

65

Burada fz’nin 5 µm olduğu durumda, Sa değerleri daha büyük çıkmasının nedeni

kiritik olan ilerleme değerinin üstündeki bir ilerleme değerlerinin seçilmiş

olması, yani 2µm’dan daha büyük bir ilerleme değerlerinin seçilmesi, bu bölgede

yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olmaktadır.

Fakat ilginç olan yaklaşık 250mm’nin sonrasından fz 2 µm/diş’nin ve fz 5

µm/diş’in yön değiştirimesi, yani 250mm’lik kesme işleminin sonrasından

takımda kenar radyüsü meydana gelen artışına bağlı olarak, kesme esnasında

2µm’luk ilerleme değerinin kullanıldığı durumda, kesici takım iş parçasında bir

nevi kazınma işlemi yaparak talaş kaldırmaya çalışmaktadır.

Çünkü kesmeye ilk başlandığı anda, kenar radyüsü aşınmanın etkisiyle bir

miktar büyümüştüt. Büyüyen kenar radyüsünün etkisiyle de yaklaşık 250mm’lik

kesme mesafesine tekabül etmektedir. Kenar radyüsü büyüdüğü için kesme

işleminda kesici takım iş parçasına bir nevi kazınma işlemi yaparak kesme

zorlamaktadır ve yüzey pürüzlülüğünü artmasına neden olmaktadır.

Benzer durum Şekil 4.7’de Sz değerlerinde de gözlemlenmektedir. Buna karşın

5µm olan ilerleme değeri 5µm seçildiği durumdaysa Sa ve Sz değerlerinin

250mm’den sonra daha küçük olduğu gözlemlenmektedir. Dolayısıyla, buradan

çıkarılacak sonuç şudurki, Ti6Al4V malzemesinin işlemesinin sırasında belirli

bir kesme mesafesi sonrasında kirtik olan ilerleme değerinde yapılan kesme

işleminde kenar radyüsündeki meydana gelen artışa bağlı olarak, yüzey

pürüzlülüğü artış göstermiştir. Yani fz değeri 2µm olmasına karşı Sa değerleri

250mm’den sonra daha büyümüştür, fz değeri 5µm ilerleme artmasına karşı ve

250mm’den sonra daha bir iyi yüzey kalitesi elde edilmiştir. Dolayısıyla, 2µm

olan yapılan kesme işleminde kenar radyüsündeki meydana gelen bu aşınma

kazınma etkisinin arttırdığı için yüzey kalitesini bozulmuştır. Elbetteki fz=5µm

ile yapılan kesme işleminde de takımda aşınma meydana gelmektedir ve bu

aşınma yüzey kalitesinin değişmesine neden olmaktadır. Fakat takımda hem

çeversel hem de eksenel bir aşınma meydana geldiği için fz’nin 5 µm/diş olarak

seçildiği durumdaki kesme işleminde kirtik olan ilerleme değerinin üstündeki

bir ilerleme değerinin olduğu için burada kazınma esaslı bir kesme yok denecek

66

kadar azdır. Ağırlıklı olarak kayma mekanizmasıyla meydana gelen bir kesme

vardır. Dolayısıyla, fz=2µm/diş değerine göre daha iyi bir yüzey kalitesi elde

edilmiştir.

Şekil 4.8’de, böyle bir geçişin olduğu söylemek mümkün, ama Ti6Al4V’daki

kadar net omadığı görülmektedir. Ti5553 olan malzeme daha sert bir yapıya

sahip hasebiyle, 250mm’nin altındaki bir kesme mesafesinde bir değişimin

olduğu görülmektedir. İlk hitapta fz=2µm/diş’te elde edilen Sa değerlerinin

daha büyük olduğu ki bu bir anlamada, fz=5µm/diş için elde edilen Sa değerleri

aslında oldukça yakın, fakat yine de fz=5µm/diş için elde edilen Sa değerleri

250mm’nin kesme mesafesinin önceki durumda daha düşük görülmektedir.

Fakat, artan kesme mesafesiyle birlikte, fz 5µm’luk ilerlemenin kullanılan kesme

işleminde takım aşınması daha hızlı bir seyir izlediğinden Ti5553 olan malzeme

için daha serttir. İlerlemenin yüksek olması hasebiyle yüzey pürüzlülüğü Sa

değerleri 2µm’a nazaran daha büyük olarak elde edilmiştir. Bunula birlikte

fz=2µm/diş olan ilerleme değeri nispeten 5µm olan ilerleme değerine nazaran

daha küçüktür. Ancak, 2 µm/diş olan ilerleme değerininde dikkat edilecek

olursa, dalgalı bir seyrin olduğu gözlemlenmektedir. Bununa nedeni, iki faktöre

dayanabilir, bunlardan bir tanesi takıma yapışan talaşın zamanla takım

yüzeyinden kopmasıyla yüzey pürüzlülüğü artıp azalmasıdır. Bir diğeri takım

kenar radyüsünde meydana gelen aşınmasının bir sonucu olabilir.

4.2.2. Kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi

Şekil 4.9 ve 4.10’da farklı devir sayısı değerleri için alan bazanda yüzey

pürüzlülüğü değerlerinin değişimi verilmiştir. Çalışmada 5 farklı devir sayısı

kullanılmış, ve her iki malzeme için sabit ilerleme fz değerlerinde ve ap

değerlerinde kesme deneyleri yapılmıştır. Kesme deneyleri sonrasında işlenen

kanalların yüzey pürüzlülükleri Sa ve Sz değeri olarak tespit edilmiştir. Sa

değerleri Şekil 4.9’da ve Sz değerleri ise Şekil 4.10’da verilmektedir. Bu her iki

şekilde dikkat çeken ilk unsur, artan devir sayısayla birlikte yüzey

pürüzlülüğünde öncelikli olarak bir azalma eğilimi göstermesidir. Özellikle

yaklaşık 15000dev/dk’ya kadar olan ki kesme işlemlerinde Sa ve Sz değerlerinin

67

ciddi bir azalma eğilimi sergilediğini söylemek mümkün. Özellikle, sertliği daha

düşük olan Ti6Al4V malzemesi için bu düşüş çok daha net olarak görülmektedir.

Öyleki Ti6Al4V alaşım için Sa değeri 0.5 µm’lardan yaklaşık 0.2 µm’lara kadar

düşmektedir. Benzer bir düşüş Ti5553 olan malzemede de görmek mümkün.

Fakat buradaki düşüş, Ti6Al4V kadar belirgin değildir. Şöyle ki Ti5553’te elde

edilen maksimum 5000 dev/dk için elde edilen Sa değeri yaklaşık 0.4µm

civarındayken 15000 devirden sonra bu değerin yaklaşık sabit kaldığını

söylmek mümkündür. Her nekadar tam olarak sabit kalmasa da yaklaşık 0.3’e

civarında bir Sa değeri meydana gelmektedir. Devir sayısını arttırsak bile bu

değerini yaklaşık olarak hiç değişmediğini söylemek mümkündür.

Şekil 4.9. Ti6Al4V ve Ti5553 için Sa değerlerinin devir sayısına bağlı olarak değşimi

Fakat buna karşın sertliği daha düşük olan Ti6Al4V malzeme için 15000

devirden sonra ki 40000dev/dk’ya kadar olan aralıkta yüzey pürüzlülüğü bir

miktar daha artmakta fakat bu artış çok önemli bir seviye de değil, akabindeki

40000 dev/dk’dan sonraki 60000dev/dk’ya kadar Sa değerlerinin sabit kaldığı

söylemek mümkündür.

68

Şekil 4.10. Ti6Al4V ve Ti5553 için Sz değerlerinin devir sayısına bağlı olarak

değşimi

Şekil 4.10’da Sz değerlerine bakılacak olursa yine burada da Sa değerilerine

benzer bir seyir izlediği söylenebilir. Dolayısıla Şekil 4.9 ve şekil 4.10 beraber

değerlendirilecek olursa, her iki malzeme için de 10000dev/dk’nın üzernde bir

devirle kesme yapmak yüzey pürüzlülüğü açısından avantaj sağlayacağını

söylemek mümkündür. Dolayısıyla, takım ömrünü de dikkate alarak, devir

sayısının 15000 – 20000dev/dk’nın aralığından bir devirle kesme yapmak, hem

daha iyi bir yüzey kalitesinin elde edilmesini sağlayarak hem de takım ömrünün

daha da uzun olmasına imkan verilecektir.

Şekil 4.10’da özellikle 5000 dev/dk’da Ti6Al6V malzeme için elde edilen

değerlerinin daha büyük olmasının altındaki neden, bu malzemenin sertliğinin

düşük olmasıdır. Bilindiği üzere konvansiyonel kesme işleminde daha yumuşak

olan veya sertliği daha düşük olan malzemelerin işlenmesi sırasında yüzey

kalitesi biraz daha düşüktür. Yani aynı şartlarda kesme işlemine tabi tutulmuş,

sertliği daha düşük malzeme ile daha yüksek olan malzeme kıyaslanacak olursa

sertliği daha düşük olan malzeme de ortalama yüzey pürüzlülüğü genellikle

daha büyük olduğu literatürlerdeki çalışmalar gözlemlenmektedir. Burada da

5000 dev/dk’da elde edilen sonuç konvansiyonel kesmeye benzemektedir.

69

Şekil 4.11’deyse her iki malzemenin aynı ilerleme ve talaş derinliği için farklı iki

devir sayısı aralığında elde edilen yüzey profili görüntüleri verilmektedir.

Görüntülerin sağ tarafındaki skalalar bizim için önem arz etmektedir. Çünkü bu

aynı zamanda elde edilen yüzeyin maksimumla minimum arasındaki mesafeyi

göstermektedir. Öncelikli olarak Ti5553 olan malzeme için bakıldığında

5000dev/dk’da elde edilen yüzey profilinde özellike, kırmızı olan bölgelerde

kesme işleminin, yani takımın talaşa girdiği ve çıktığı noktalarda sağlıklı bir

kesme işleminin meydana gelmemesi hasebiyle, kazınmanın etkili olduğu

bölgeler olarak isimlendirilebilir.

Şekil 4.11. Her iki alaşım için iki farklı devir sayısında yapılan kesme sonrasında

elde edilen yüzey pofilleri

Dolayısıyla, bu noktalardaki yüksekliğin 6 µm’lara kadar ulaştığını skaladan da

görülebilir. Devir sayısının arttırıldığında profil görüntünün sağ tarafında

verilen skalanın 2.5-2.75 µm civarında olduğu görülmektedir. Buradan da şu

anlaşılmaktadır ki, işlenen yüzeyin minimum derinliğiyle maksimum

Ti5553, fz=10 µm/diş, ap=100 µm, n=5000 dev/dk

Ti5553, fz=10 µm/diş, ap=100 µm, n=20000 dev/dk

Ti6Al4V, fz=10 µm/diş, ap=100 µm, n=5000 dev/dk

Ti6Al4V, fz=10 µm/diş, ap=100 µm, n=20000 dev/dk

70

yükseklığının arasındaki mesafenin yaklaşık 2.5 -2.75 µm arasında olduğu

anlaşılmaktadır. Bu da şunu ifade etmektedir ki yüzeyin pürüzlülük değerlerinin

daha düşük olduğu, yani bir anlamda yüzeyin daha kaliteli olduğu ifade

edilebilir. Aynı zamanda 5000’le 20000dev/dk’yı kıyas edildiğinde

5000dev/dk’da bazı noktalarda derinliğin ciddi şekilde düştüğü görülebilir. Yani

0.5’le 1µm aralığındaki bir dernilikte kesmenin meydana geldiği yani yüzeyin

ortalama profilin aşağısında kaldığı görülmektedir. Bu da kesme işleminin

özellikle belirli aralıklarda kazınma etkisi neticesinden sağlıklı kesme

gerçekleşmediğini ve takım belirli noktalarda daha derin kesme yaparak, belirli

noktalarda da daha sığ kesme yapmak suretiyle, yüzeyin minumum derinliğine

maksimum yüksekliğinin arasındaki farkın da artmasına neden teşkil etmiştir.

Şekil 4.11’de Ti6Al4V malzemesi için yüzey pürüzlülük değerleri verilmiş,

burada dikkat edilecak olursa 5000 ve 20000dev/dk için iki pürüzlülük

değerinin 3-boyutlu profil görüntüsü sunulmuştur. Yine burada dikkat edilecek

unsur, sağ tarfta verilen skalaya bakılacak olursa düşük devirler ve yapılan

kesme işlemi skalanın 6 µmun üzerine kadar çıkabildiği söylenebilir. Aynı

zamanda 5000 dev/dk’da yapılan kesme işleminde, takımın girdiği ve çıktığı

noktalarda yani aynı yönlü frezeleme veya zıt yönlü frezeleme olarak tabi edilen

noktalarda, yüksekliğin fazla olduğunu, dolayısıyla bu noktalarda kesme

işleminin sağlıklı gerçekleşmediğini ve daha yüksekte bir talaş veya iş parçası

malzemesinin kaldığın rahatlıkla söylenebilir. Oyse 20000dev/dk’da elde edilen

profil için bakıldığında, takımın talaşa girdiği ve çıktığı noktalardaki yükseklik

hemen hemen kanalın orta kısmında elde edilen yükseklikle benzer bir seyir

izlenmektedir.

Şekil 4.11’den çıkacak genel sonuç ise, düşük devirlerde kesme işlemi, aynı

zamanda takımın (burada dikkate alınmamış olsa bile) radyal sapmasının

neticesinde ortaya çıkabilecek olan problemleri de daha belirgin bir hala

getirilmektedir. Takımdaki radyal sapma takımın daha düşük devirlerde

dönmesi neticesinde daha belirgin olarak iş parçasının üzerine yansımıştır. Bu

da işlenen yüzeyin daha pürüzlü olarak çıkmasına neden olmuş olabilir. Sa

değerleriyle birlikte takımın ömrü de dikkate alındığında aslında hem Ti6Al4V

71

hem de Ti5553 olan malzeme için uygun devir sayısının 20000 ve üzeri olduğu

rahatlıkla söylenebilir.

Şekil 4.12’de Ti6Al4V olan malzeme için kesme mesafesine bağlı olarak yüzey

pürüzlülüğünün değişimi verilmiştir. Burada kesme işlemi sırasında iki farklı

devir sayısı 20000 ve 50000 dev/dk kullanılmıştır. İlerleme değeri 2µm/diş ve

talaş derinliği değeri 100µm sabit tutulmuştur. Şekil 4.12’de dikkat edilecek

olursa, yaklaşık 200mm’lik kesme mesafesine kadar Sa değerleri ve Sz

değerlerinde bir azalmanın olduğu görülmüştür. 300mm’lik kesme mesafesine

kadar 50000 dev/dk da devir sayısı 20000 elde edilen Sa ve Sz değerleri daha

düşüktür.

Şekil 4.12. Ti6Al4V malzeme için iki farklı devir sayısıyla yüzey pürüzlülüğü (Sa ve Sz değerleri) kesme mesafesine bağlı olarak değşimi

Ancak aynı şeklide ve yaklaşık 300mm’lik kesme mesafesinden sonra 20000 ve

50000 olan devir sayısı için hem Sa değerleri hem de Sz değerlerini yön

değiştirdiği net olarak görülmüştür. Burada ilginç olan unsur ise 50000

dev/dk’da yapılan kesme işleminde Sa ve Sz değerlerinin artmasıdır.

Bilindiği üzere konvansiyonel frezelemede artan devir sayısı yüzey kalitesinin

artmasına neden olmaktadır. Ancak mikro frezelemede boyut etkisi sebebiyle

konvansiyonel işlemedeki durum bazen mümkün değildir. Şekil 4.12’de 50000

olan devir sayısındaki durum için iki sebep söylenebilir. Onlardan birisi takımda

hem eksenel hem de çevresel olarak meydana gelen aşınmasıdır. Bu aşınma

72

takım kenar radyüsünün değişmesine neden olmaktadır. İkinci sebep ise, artan

devir sayısına bağlı olarak, kesme bölgesindeki sıcaklık artar. Artan sıcaklık,

hem takım aşınmasını hızlandırır hem de talaş yapışmasını arttırır. Talaşın

takıma yapışması da işlenen yüzey kalitesini olumsuz etkileyecektir. Sonuç

olarak, kesme işlemi sırasında 300mm’lik kesme mesafesine aşmamaya

tavsiyenebilir.

Şekil 4.13’te de Ti5553 olan malzeme için kesme mesafesine bağlı olarak yüzey

pürüzlülüğü değişimi verilmiştir. İki farklı devir sayısı için Ti6Al4V gözlemlenen

durum burada hemen hemen yok gibi. Çünkü başlangıçta 20000dev/dk’da elde

edilen yüzey pürüzlülük değeleri hemen hemen ilk kanaldan sonra küçük

değişimler göster se de sabit kaldığını söylenebilir. Fakat 50000 dev/dk’da

yapılan kesme işleminde Sa değerleri sabit bir seyir izlememiştir. Kimi zaman

kesme mesafesiyle artmış kimi zamanda küçük de olsa azalama gösterilmiştir.

Bunun nedeni, takımın hem eksenel hem de çevresel olarak meydan gelen

aşınması gösterebilir. Çünkü takımın çevresel aşınmasıyla kenar radyüsü

büyükmektedir. Dolayısıyla, Sa değerleri buna mukabil artmaktadır. Bununla

birlikte takımda meydana gelen eksenel aşınmada kenar radyüsünün

küçülmesine neden olmaktadır. Bu da yüzey pürüzlülüğü Sa ve Sz değerlerinin

azalmasına neden teşkil edecektir. Bu sebepten dolayı dalgalı bir seyir izlemiş

olabilir.

Şekil 4.13. Ti5553 malzeme için iki farklı devir sayısıyla yüzey pürüzlülüğünün

kesme mesafesine bağlı olarak değişimi

73

4.2.3. Talaş derinliğinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi

Yapılan tez çalışmasında, talaş derinliğinin de alansal bazda yüzey

pürüzlülüğünü üzerindeki etkisi tespit edilmiştir. Bu sebeple sekiz farklı talaş

derinliği için kesme deneyi gerçekleştirilmiştir. Kesme deneylerinde talaş etkisi

gözlemlenen ilerleme değeri 2 µm/diş ve devir sayısı 20000dev/dk sabit

alnımış. Her iki malzeme için Sa ve Sz değerleri Şekil 4.14 ve 4.15’te talaş

derinliğinin değişimine bağlı olarak yüzey pürüzlülüğü verilmiştir. Burada Şekil

4.14’te dikkat çeken ilk unsur Ti6Al4V malzeme için elde edilen yüzey

pürüzlülük değerleri Ti5553 olan malzemeye nazaran bir miktar daha büyük

olmasıdır. Bununla birlikte her iki malzeme için talaş derinliğinin değişimine

bağlı olarak elde edilen Sa değerleri de benzer bir seyir izlediği söylenebilir.

Özellikle, 100 µm talaş derinliğinden sonraki talaş derinliklerinde yüzey

pürüzlülüğü önemli oranda artığı görülmektedir.

Şekil 4.14 Ti5553 ve Ti6Al4V malzeme için alansal ortalama yüzey pürüzlülüğünün talaş derinliğine bağlı olarak değişimi

74

Şekil 4.15. Ti5553 ve Ti6Al4V malzeme için alansal maksimum yüzey pürüzlülüğünün talaş derinliğine bağlı olarak değişimi

Bunula birlikte Sz değerlerinin değişimi de Sa değerlerine benzerlik

göstermektedir. Yine Ti6Al4V olan malzeme de Sz değerleri daha büyüktür. Elde

edilen bu bulgular ışığında hangi talaş değerlerinin Sa ve Sz değerleri minimum

olduğuna bakılacak olursa, belki yüzey pürüzlülüğü açısından uygun bir talaş

derinliği tespit edilebilir. 100 µm talaş derinliği hem Sa değerleri hem de Sz

değerleri her iki malzeme için minimum yüzey pürüzlülüğü elde edildiği

değerleri olarak söylenebilir. Ama buna karşı Ti5553 olan malzeme de talaş

derinliği 25 µm olduğu durumda hem Sa ve Sz değerleri daha küçük olarak elde

edilmiştir. Buna mukabil Ti6Al4V malzeme de minimum elde edilen Sa ve Sz

değerleri yaklaşık 0.22 µm’lar civarında ve artan talaş derinliğine bağlı olarak

da bu belirli bir eğimli ile artmaktadır. Özellikle 250 µmdan sonra ciddi bir

artma eğilimi sergilediğini söylemek mümkün.

Şekil 4.16’daysa farklı talaş derinlikleri için hem Ti5553 hem de Ti6Al4V

malzemelerinde işlenen yüzeylere ait 3-boyutlu profil değerleri verilmiştir.

öncelikli olarak minimum talaş derinliklerine bakılacak olursa, Ti5553 malzeme

için profilin görüntüleri yanındaki verilen skalanın değerlerine bakıldığında,

75

yaklaşık 0-2.5 µm’lar aralığında göstermektedir. Ancak, Ti6Al4V malzeme için

ve aynı talaş derinliğinde de skalanın değerlerine bakıldığında yaklaşık 0-4

µm’ların aralığında değişmektedir. Bunun nedeni, minimum derinlikleri

maksimum yüksekliği arasındaki fark artması, yani bir anlamda yüzey kalitesi

bozulması ifade etmektedir.

Her iki malzeme kendi içerisinde aynı talaş derinliği için kıyaslandığında, dikkat

edilecek olursa 25µm için bakıldığında Ti6Al4V elde edilen yüzeyin daha

pürüzlülüğü olduğu skalanında 3.7µm’lara kadar çıktığını görülmektedir.

Bununla birlikte talaş derinliği 100 µm olduğunda da benzer bir durum söz

konusudur. Ti5553’te 100 µm için elde edile 3-boyutlu profilde skala 2.5

µm’ların civarındayken Ti6Al4V’da bu değer 4 µm’lara kadar çıkmaktadır.

Ti5553, ap=25 µm Fz=2 µm/diş,, n=20000

Ti5553, ap=100 µm Fz=2 µm/diş, n=20000

Ti5553, ap=150 µm Fz=2 µm/diş,, n=20000

Ti6Al4V, ap=25 µm Fz=2 µm/diş,, n=20000



Şekil 4.16. Farklı talaş derinliklerinde her iki alaşım için elde edilen yüzey

profilleri

76

4.3. Çapak Oluşumu

Mikro frezeleme işleminde telefisi çok ta kolay olmayan önemli bir çıktı

parametresi de işlenen yüzey kanallarında oluşan çapaktır. Bu çapak ikinci bir

operasyonla temizlenebilmesi için geometrinin yeterince büyük olması

gerekmektedir. Oysaki mikro frezeleme işleminde veya genel itibariyle mikro

imalatta geometrinin çok küçük olması hasebiyle, ikinci bir operasyonla

özellikle taşlamayla bu çapaklarının temizlenmesi bir hayli güç ve maliyetli bir

operasyondur. Bu sebeple, mikro frezeleme işleminde mümkün olduğu kadaryla

kesme parametrelerinin optimize edilmesi suretiyle bu çapak oluşumu en az

indirmek mümkündür. Bu çalışmada, özellikle kesme parametreleri içerisinde

çapak oluşumunun önemli derecede etkileyen parmetreler arasında görülen

ilerlemenin nasıl bir etkiye sahip olduğu değerlendirilmiş ve Bölüm 4.3.1’de bu

değerlendirmeye geniş bir şekilde yer verilmiştir.

4.3.1. İlerlemenin çapak oluşumuna etkisi

Yapılan çalışma sonrasında, Ti6Al4V ve Ti5333 alaşımlar için farklı ilerleme

değerleri sonrasında yapılan kesme işleminin neticesinde işlenen kenar

kanallarında meydana gelen çapak boyutları SEM analizleri yöntemiyle çekilmiş

fotoğrafalardan ölçülmüştür. Ölçme işlemi için ‘’screen caliper’’ programı bir

ekran kumpas programı kullanılmıştır. Bununla birlikte kesme işleminin aynı

yönlü ve zıt yönlü frezeleme olması durumuna bağlı olarak, çapak genişliği

değiştiği daha önce litratürlerde bazı çalışmalarda da gözlemlenmiştir

Thepsonthi ve Özel., 2012; Venkatesh vd., 2016). Bu sebepten dolay, hem iki

farklı malzeme için hem de zıt yönlü ve aynı yönlü kesme durumlarında çapak

genişliği ayrı ayrı ölçülerek farklı ilerleme değerleri için elde edilmiştir. Şekil

4.17’de aynı yönlü frezeleme için talaş derinliği ve devir sayısını sabit alındığı ve

farklı diş başına düşen ilerlerme değerleri için yapılan kesmede çapak

genişliğinin değişimi verilmiştir. Özellikle 2 µm altında kesme işleminde çapak

boyutları önemli oranda arttığı bariz olarak görülmektedir. Zaten dikkat çekmek

adına grafikte 2 µm ve altındaki kısım renklendirilmiştir.

77

Şekil 4.17. Aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin ilerleme

değerlerine bağlı olarak değişimi

Dikkat edilecek olursa, 20µm’luk ilerleme değerinden sonraki durumda elde

edilen çapak genişliği yaklaşık 50 µm civarındadır. İlerleme değerinin on kat

küçülemesiyle, çapak genişliği yaklaşık beş kat civarında artış

gösterilebilmektedir. Bununla birlikte, Şekil 4.17’de dikkat çeken diğer bir unsur

ise sertliği daha düşük olan Ti6Al4V malzemenin kesilmesi sırasında elde edilen

çapak genişliğinin bariz bir şekilde daha büyük olduğudur. Özellikle de kesme

işleminde minimum değer olan 0.1µm değerinde Ti6A4V ve Ti5333 arasında

yaklaşık üç katlık çapak genişliği ortaya çıkmıştır. Ayrıca her iki malzeme için de

0.1’den 2µm’a kadar olan ilerleme değerlerinde çapak genişliği artış

göstermektedir. Akabinde her iki malzeme için de artan ilerlerme değerilerine

bağlı olarak çapak genişliği azalmaktadır.

Şekil 4.18’deyse zıt yönlü frezeleme için elde edile çapak genişliğinin ilerleme

değerlerine bağlı olarak değişimi verilmiştir. Şekil 4.17 ile Şekil 4.18 da

değerlendirilecek olursa, aynı yönlü frezeleme için elde edile çapak genişliğini

daha büyük olduğunu, bununla birlikte 20 µm ilerleme değerinden sonra hem

aynı yönlü hem de zıt yönlü frezeleme için elde edile çapak genişliğinin birbirine

çok yakın olduğunu söylmek mümkündür.

78

Şekil 4.18. Zıt yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin ilerleme değerlerine bağlı olarak değişimi

Dolayısıla her iki malzeme için de ortak bir değerlendirine yapılcak olursa,

çapak genişliği azaltabilmek adına ilerleme değerinin 20 µm tercih edilmesi

önerilebilir.

Şekil 4.18’de olduğu gibi 2 µm civarında kadar ki kısımda çapak genişliği

nispeten daha yüksek olduğu barizdir. Fakat elde edilen maksimum çapak

genişliği aynı yönlü frezelemeye nazaran daha küçük olduğunu belirtmek

gerekir. Bununla birlikte her iki malzeme için hem zıt yönlü hem de aynı yönlü

frezelemede artan diş başına düşen ilerleme değerlerine bağlı olarak benzer bir

seyir izlendiğini söylemek mümkündür. Burada dikkate alınması gereken

önemli diğer bir unsur ise, daha önce yüzey pürüzlülüğü ile dış başına düşen

ilerleme değerlerinin değişiminin verildiğini Şekil 4.4 ve 4.5 ile çapak

genişlikleri beraber değerlendirildiğinde ortak bir nokta çıkmaktadır. O da

şudur ki 2 µm olan ilerleme değerinin altındaki değerlerde işlenen kanala ait

yüzey pürüzlülüğü değerleri ciddi oranda artmaktadır. Yani yüzey kalitesi

bozulmaktadır. Bununla birlikte yine 2 µm olan ilerleme değerinin altındaki

değerlerde çapak genişlikleri de arttığı bariz olarak görülmektedir. Bu sebeple

her iki malzeme için ortak bir değerlendirme yapılacak olursa, hem yüzey

kalitesini arttırmak hem de çapak genişliğini minimum seviyede tutmak adına

fz=20µm seçilmesi yerine olacaktır.

79

Şekil 4.19’da her iki malzeme için üç farklı ilerleme değerlerinde yüzeylerde

alınan çapak görüntülerinin SEM görüntüleri verilmiştir. 2 µm olan nokta kirtik

olduğu için özellikle seçilmiştir. Bununla birlikte 10 ve 20 µm ilerleme değerleri

de çapağın azaldığı bu ilerleme değerlerinde bir azalma seyirini göstermek

amacıyla tercih edilmiştir. Öncellikli olarak Şekil 4.19’da Ti5553 ve Ti6Al4V

malzeme için elde edilen çapak boyutlarının bakıldığında Ti6Al4V elde edilen

çapak boyutlarına nispeten daha büyük olduğunu söylemek mümkün. Aynı

şekilde özellikle de şekilde verilen SEM görüntüleri 2 µm ilerleme değerlerinde

Ti6Al4V’da özellikle aynı yönlü frezelemede çapak genişliğinin çok daha geniş

olduğu bariz olarak görülmekte. Bunula birlikte 10 µm ilerleme değerlerinde

Ti6Al4V ile Ti5553 kıaslandığında Ti6Al4V’daki çapak boyutunun bariz bir

şekilde daha büyük olduğu ve her iki yönlü hem aynı yönlü hem de zıt yönlü

frezeleme bu değeri Ti5553’e göre çok daha büyük olarak gerçekleştiği net

olarak görülmektedir. 20 µm ilerleme değerlerinde her iki malzeme için elde

edilen hem aynı yönlü hem de zıt yönlü frezelemede değerlerine çapak genişliği

birbirlerine çok yakın olduğunu SEM görüntülerinden anlaşılmaktadır.

Şekil 4.19. Her iki alaşım için ilerleme değerine bağlı olarak mydana gelen çapağın SEM görüntüleri

Ti5553,fz=2µm/diş ap=100µm, n=20000

Ti5553,fz=10µm/diş ap=100µm, n=20000

Ti5553,fz=20µm/diş ap=100µm, n=20000

Ti6Al4V,fz=2µm/diş ap=100µm, n=20000



80

Dolayısıyla, hem yukarıda verilen Şekil 4.17 ve 4.18 hem de Şekil 4.19 beraber

değerlendirilecek olursa, çapağı minimum seviye çekebilmek adına, mümkün

olduğu kadarıyla ilerleme değerlerine yüksek seçilmesi ve bu değerlerin

mümkün ise her iki malzeme için ortak olan 20 µm ve üzeri bir değer alınması

faydalı olacaktır.

4.3.2. Talaş derinliğinin çapak oluşumuna etkisi

Bu çalışmada aynı zamanda kesme işlemi sırasında kullanılan talaş derinliğinin

de çapak genişliği üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Bunun için farklı talaş

derinliğinde sabit ilerleme ve devir sayısı için kesme işlemi yapılmıştır. Bu

deneylerinde her iki malzeme için de hem aynı yönlü hem de zıt yönlü frezeleme

bölğelerinde meydan gelen çapak genişliği elde edilmiştir. Şekil 4.20’de aynı

yönlü frezelemede elde edilen çapak genişliğinin talaş derinliği değişimi

verilmektedir. Burada öncelikli olarak dikkat çeken ilk unsur, Ti5333’te elde

edilen çapak genişliğinin Ti6Al4V’a nazaran ciddi seviyede düşük olduğudur.

söylenebilir. Özellikle de artan talaş derinliği ile birlikte, Ti5333’te meydana

gelen çapak genişliği artış eğilimi daha düşük talaş derinliklerinde,

düzeylerdedir. Oysa özellikle Ti6Al4V malzeme için 150 µm üzerindek ilerleme

değerlerinde çapak genişliği çiddi bir şekilde artmaktadır.

Şekil 4.20. Aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi

81

Ayrıca, Ti5333’te elde edilen çapak genişliğinin 250 µm talaş derinliğine

bakılırsa elde edilen çapak genişliklerine kıyaslandığında yaklaşık üç kat bir fark

olduğu söylenebilir. Bununla birlikte, Ti6Al4V’da ilk üç talaş derinliğindeki

çapak genişliği artış eğilimi gösterdiği fakat onda sonraki değerlerde bu artış

eğilimin azaldığı görülmektedir. Talaş derinliğinin artmasıyla çapak genişliği

artmasının altındaki neden ise; talaş artmasıyla kesme esnasına birim zamanda

kaldırılan talaş kesiti artmaktadır. Dolayısıyla artan bu talaş kesitiyle birlikte

kesici takımla talaşın temasının başladığı ve bittiği noktalarda kenarlarda

kesmediği ve kenara yığmaya çalıştığı talaşın miktarı da artacaktır. Bunun

neticesinde de çapak genişliğinin artması beklenir. Şekil 4.21’deyse zıt yönlü

frezelemede elde edilen çapak genişliğinin değişimi verilmiştir. Burada ilginç

olan bir noktaysa şudur ki, yine Ti6Al4V malzemede elde edilen çapak genişliğin

Ti5553’e nazaran daha büyüktür. Fakat 200 µm değerlerinden sonra Ti5553’te

elde edilen çapak genişliklerinin daha büyük olduğudur. Özellikle burada da

elde edilen ilginç bir sonuç ise 100 – 200 arasındaki talaş derinlikleri her iki

malzeme için elde edilen çapak genişlikleri oldukça yakın olmasıdır.

Şekil 4.21. Zıt yönlü frezeleme bölgesindeki çapak genişliğinin talaş derinliğine bağlı olarak değişimi

Şekil 4.20’de ve 4.21’de verilen her iki grafik beraber değerlendirilecek olursa,

talaş derinliğinin mümkünse 50 – 150 µm aralığında olması önerebilir. Çünkü

82

bu aralıkta çapak genişliği minimum düzeyde kalmaktadır. Bununla birlikte

talaş derinliğinin çok düşük olduğu durumlarda, yine Ti6Al4V’da çapak genişliği

artış bir eğilimi gösterdiği ve artan talaş derinliği ile bu eğilimin azaldığı

gözlenmektedir. Özellikle talaş derinliğinin çok küçük olduğu durumlarda,

sadece çevresel olarak değil aynı zamanda eksenel olarak yeterli derinlik

olmadığı zaman kazınma etkisi yani ‘’ploghing’’ dediğimiz olay ortaya çıkabilir.

Bu nedenle kazınma dediğimiz olayın iki farklı yüzü vardır. Eksenel olarak

yeterli bir talaş derinliğinin verilmemesi durumda ortaya çıkabilir İkincisi

radyal olarak yani yeterli bir ilerleme değeri ki bu da dış başına düşen

ilerlemeye karşı gelemektedir. Yeterli bir ilerleme verilmemesi de kazınma

etkisine neden olabilir. Dolayısıyla her iki malzeme için beraber bir

değerlendirme yapılacak olursa, 2µm üzerinde ilerlerme değerlerinin

kullanılması ve talaş derinliğinin de 50-150 µm alınması tavsiye edilebilir. Fakat

burada eğer çapak genişliği birinci dercede önemli ise ilerleme değerinin 20

µm’a kadar çıkartılması tavsiye edilebilir.

Şekil 4.22’de farklı talaş derinlikleri için elde edilen çapak genişliklerinin SEM

görüntüleri verilmiştir. İlk SEM görüntüsü talaş derinliği 25 µm’a sahip olan

kesme işleminde elde edilen SEM görüntüsüdür. Dikkat edilecek olursa

Ti5553’te hem zıt yönlü hem de aynı yönlü frezelemede elde edilen çapak

genişlikleri ciddi oranda düşüktür. Bunun en önemli nedenlerden bir tanesi

Ti5553 olan malzemenin hem sertlik değeri hem de mukavvemet değerinin

daha yüksek olmasıdır.

Ti6Al4V bakılacak olursa, 25 µm talaş değerinde çapak genişlikleri her iki yönde

ciddi şekilde yüksek olduğu görülmektedir. Talaş derinliği 150 µm seçildiğinde

her iki malzeme için de elde edilen çapak genişlikleri artığı net olarak

görülmektedir. Bu artış özellikle Ti5553’te daha barizdir. Bununla birlikte

Ti6Al4V’da elde edilen çapak genişliği özellikle de aynı yönlü frezelemede daha

büyüktür. Yapılan SEM analizesi neticesinden elde edilen diğer bir sonuç ise

maksimum talaş derinliği (250 µm) için elde edilen çapak genişliğidir. Dikkat

edilecek olursa, her iki malzemede özellikle zıt yönlü frezeleme tarafında hemen

kenarında ciddi bir yığılmayaın meydana geldiği ve bu yığılmanın nasıl

83

gerçekleştiğine dair daha önce literatürlerde bir örneğine karşılaşılmadığı için

nedeni çok ta anlaşılmamıştır.

Şekil 4.22. Her iki alaşım için farklı talaş derinliklerinde elde edilen çapaklaın SEM görüntüleri

Fakat burada ortak olan nokta şuki, her iki malzeme de 250 µm talaş

derinliğinde kesme esnasında takım, zıt yönlü kesme böglesinde çapağı kenara

yığmak yerine, çapağı işlenen kanal yüzeyinin etrafına yığmaya

zorlanamaktadır. Literatürde bu da yüksek talaş derinlikleri çalışılmadığı için bu

her iki malzemenin açısından bunun oluşum nedeni çok da izah edilememiştir.

Ancak şu da belirtilemelidir ki, çapak ister kanal dışında meydana gelsin, isterse

işlenen kanal yüzeyinde biriksin her halükarda istenmeyen bir çapak

durumudur. Bunu da telafisi pek mümkün gözükmemektedir. Dolayısıyla bu

çalışmada özellikle 250µm bir talaş derinliğinin alınması kesinlikle uygun

olmayacaktır. Bu her iki malzeme için de ciddi bir sorun teşkil edeceğini açıktır.

Ti5553,ap=25µm fz=2µm/diş, n=20000



Ti6Al4V,ap=25µm fz=2µm/diş, n=20000



84

4.4. Takım Aşınması

Mikro frezeleme işleminde takımın çok yüksek devirlerde dönmesi takım

aşınmasını hızlandırmaktadır. Bu nedenle, maksimum takım ömrü için, takımın

dönme hızının optimizasyon yapmak önem arz etmektedir. Mikro frezelemede

takım aşınması en önemli sorunlarından biri de, takıma ait olan kenar

radyüsünün büyümesidir. Özellikle, takımın yüksek devirlerde dönmesiyle

kesiciye ait kenar radyüsü abrasif aşınma mekanizmesiyle birlikte aşınmaya

mazru kalır. Bunun dışında küçük kırılmalar şeklinde kırılmaların meydana

gelmesiyle takım geometresi bozulabilir. Bu çalışmada da hem devir sayısının

etkisini hem de ilerleme değerlerinin etkisini her iki malzeme için gözlemlemek

adına sabit bir kesme mesafesi dikkate alınmak suretiyle takım çapındaki

değişim ölçülmüştür. Mikro frezeleme işleminde genelikle, en çok dikkat edilen,

takımdaki aşınma ölçütü genelikle çapıdır (Thepsonthi vd., 2015; Wang vd.,

2016; özel vd., 2017).

4.4.1. Kesici takımdaki aşınmanın değişimi

Yapılan takım aşınma testlerinde, sabit bir kesme mesafesi dikkate alınmış ve

her iki malzemede aynı kesme koşulları altında yeni bir kesici takım kullanmak

suretiyle deneye tabi tutulmuştur. Şekil 4.23’te iki farklı ilerleme değeri için

yapılan takım aşınma sonuçları görülmektedir. Ti5553 olan malzeme için

verilen değerlerde sabit talaş derinliği ve sabit devir sayısı kullanılmıştır.

Dikkat edilecek olursa, kesme zamanın artmasıyla birlikte takım çapıda belirli

oranda azalmaktadır. Özellikle, ilerleme değerinin düşük olduğu 2 µm’da takım

çapı yaklaşık 40µm civarında bir azalma göstermiştir. Deney öncesinden

yapılan ölçümlerden, takım çapının 590 – 600 µm aralığında değiştiği tespit

edilmiştir.

85

Şekil 4.23. Ti5553 için iki farklı ilerleme değerinde takım çapının kesme mesafesine bağlı değişimi

Dolayısıyla, buradaki grafikler takım çapının 600 µm dikkate alınmak süretiyle

değerleri grafiğe aktarılmıştır. İlerleme değerlerinin 2 µm’dan 5 µm’a çıktığı

durumdaysa, takım çapı abrasif aşınma mekanizma etkisiyle daha da artmıştır.

Ayrıca takım çapı yaklaşık 80µm’luk bir küçülmeye maruz kalmıştır. Burada

dikkat çeken bir unsur ise, yaklaşık 600 mm’lik bir kesme mesafesinden sonra

takım çapındaki alzalmanın hızının yavaşlamasıdır.

Şekile 4.24 de Ti6Al4V malzeme için 2 ve 5 µm ilerleme değerlerinde takımın

aşınma sonuçları karşılaştırılmıştır. Maksimum olan ilerleme değerinde takımda

meydana gelen çap azalması yaklaşık 20 µm civarındadır, ve ilerleme değerinin

azalmasıyla bu azalma daha da küçük olduğu söylenebilir.

86

Şekil 4.24. Ti6Al4V için iki farklı ilerleme değerinde takım çapının kesme

mesafesine bağlı değişimi

Şekil 4.23 ile Şekil 4.24 kıyaslandığında, elbetteki Ti5553 olan malzemenin

sertliğinin yüksek olmasının nedeniyle buradaki takım çapındaki azalmanın

maksimum olması beklenir. Bununla birlikte Şekil 4.25’te her iki malzemeyi

aynı devir sayısının kıyaslama için bir sonuç verilmiştir.

Şekil 4.25. Takım çapının mesafesine bağlı olarak değişimi

87

Burada ilerleme değeri 5µm olarak alınmıştır. Ayrıca sabit talaş derinliği ve

devir sayısı 50000 dev/dk dikkate alınmıştır. İş parçasının malzemesi gerek

mukavemet değeri ve gerek sertlik değeri artmasıyla takım aşınmaya

zorlanmıştır. Bunun neticesinde Ti5553 için takım çapındaki azalma daha

büyük olarak karşımıza çıkmaktadır.

Şekil 4.26’da Ti6AL4V alaşım için takımın hem alın yüzeyinde hem de çevresel

bölgesinde meydan gelen aşınmaların SEM görüntüsü verilmiştir. Burada hem

ilerleme değerlerinin etkisi hem de devir sayısının etkisi görmek adına iki farklı

sütunda SEM görüntüleri verilmiştir. Şekil 4.26’ dikkati çeken ilk unsur, özellikle

takımın hem alın yüzeyinde hem de çevresel olarak aşındığı bariz olarak

görülmektedir. Aşınmanın etkisiyle takım yüzeyinde var olan TiCN kaplama

abrasif aşnımanın etkisiyle kalkmaktadır. Bununla birlikte hemen hemen bütün

kesme işlemlerinde özellikle de çevresel olarak kesici takımının kenarında bir

talaş yapışmasına rastlanmıştır.

Bu talaş yapışması özellikle de fz’nin 2 µm ve devir sayasının 50000 dev/dk

olduğu kesme şartında daha net olarak gözlemlemekte. Ayrıca, ilerleme

değerinin 5 µm ve devir sayasının 50000 dev/dk olduğu kesme işleminde takım

ucunda kırılmanın gözlemlendiği bununla birlikte takım yapışmasını aynı

zamanda takımın hem eksenal alın yüzeinde hem de çevresel yüzeyinde

kaplamanın kalktığı çok net olarak gözlemlenmektedir.

88

Şekil 4.26. Ti6Al4V alaşım için farklı kesme şartalarında takım aşınmasının SEM

görüntüleri

Şekil 4.27’deyse Ti5553 için yine farklı ilerleme değeri ve devir sayısı için

takımın aşınmasına ait olan SEM görüntüleri verilmiştir. Ti6AL4V oduğu gibi

burada da takımda bir talaş yapışmasına rastlamak mümkün. Fakat buradaki

talaş yapışmasını bir miktar daha az olduğunu söylemek yanlış olmaz. Bununla

birlikte artan devir sayısına bağlı olarak, takımın hem alın yüzeyinde hem de

çevresel yüzeyinde takım kaplamasının ciddi oranda kalktığı görülmektedir.

kaplamanın yüzeyden kalkmasıyla talaş yapışmasının da daha yoğun

Ti6Al4V

fz =

2 ,

n=

20

00

0d

ev

/d

k

fz =

2 ,

n=

50

00

0d

ev

/d

k

fz =

5 ,

n=

50

00

0d

ev

/d

k

89

gerçekleştiği söylenebilir. Bununla birlikte Ti6AL4V oduğu gibi Ti5553’te de

maksimum olan ilerleme değeri ve devir sayısında takım yüzeyinde sadece

kaplamanın kalkması değil aynı zamanda küçük çaplı bir kırılmaya da

rastlanmıştır.

Ti5553

Şekil 4.27. Ti5553 alaşım için farklı kesme şartalarında takım aşınmasının SEM

görüntüleri

Dolayısıyla, genel itibarıyla bir değerlendirme yapıldığında, hem Şekil 4.26 hem

de Şekil 4.27 için Ti6AL4V ve Ti5553 olan malzemenin her ikisinin de

fz =

2 ,

n=

20

00

0d

ev

/d

k

fz =

2 ,

n=

50

00

0d

ev

/d

k

fz =

5 ,

n=

50

00

0d

ev

/d

k

90

işlenmesinde baskın olan hasar mekanizmasının abrasif aşınma olduğu

rahatlıkla söylenebilir. Bununla birlikte, ikinci baskın olan aşınma mekanizması

adhesif aşınma mekanizmasıdır. Talaş, gerek sürtünmenin ve gerekse

sıcaklığında etkisiyle takıma yapışmaktadır. Kesici kenarındaki kaplamanın da

kalkmasıyla birlikte talaşın takıma yapışması daha da kolaylaşmaktadır. Bu da

göstermektedir ki özellikle Ti6Al4V olan malzemenin işlenmesinde kaplamanın

kalkamasıyla birlikte, talaş takım yüzeyine yapışmaktadır. Bu aynı zamanda,

hem yüzey kalitesini hem de kesme esnasında meydana gelen kesme

kuvvvetlerinin değişkinlik göstermesine neden olacaktır.

Mikro frezeleme işleminde özellikle abrasif aşınma mekanizmasının bir sonucu

olarak takım aşınması kaçınılmazdır. Takımda meydan gelen aşınma başlangıçta

çok küçük düzeyde olduğu için gözle görmek mümkün değildir. Fakat artan

kesme mesafesine veya artan kesme zamanına bağlıl olarak meydan gelen

aşınma artar. Mikro frezeleme işleminde kullanılan kesici takım geometrisi

zaten çok küçük olması hasebiyle, kaldırılan talaş kesiti de çok küçüktür. Bu

nedenle takım aşınmasını gözle görme zordur. Bu sebeple hem Elektron

Mikroskop Analizi (SEM analizi) hem de EDX analizi yapmak süretiyle takımın

aşınma mekanizması hakında bilgi edinilir.

Şekil 4.28’de ve Şekil 4.29’da TiCN kaplanmış karbür kesici takım abrasif aşınma

mekanizmasının bir sonuç olarak aşındığı çok net olarak görülmektedir. Ayrıca

Şekil 4.28’de ve Şekil 4.29’da kaplamanın kalktığı bölgelerde EDX analizi

yapılmıştır. Bu sarı çizgiler yapılan EDX analizinin doğrultusu göstermektedir.

Kaplamanın kalktığı ve alt yüzeyde kesici takımın kendi ana yapısı olan tungsten

karbür malzemenin ortaya çıktığı görülmektedir. Ek olarak talaş

yapışmasınında net olarak meydana geldiği gözlemlenmektedir. Burada ifade

edilmesi gereken bir diğer unsur ise özellikle kaplamanın kalkmasıyla talaş

yapışmasının bu bölgede gerçekleştiğidir.

91

Şekil 4.28. Kaplanmış takımların EDX analiz görüntü (fz= 2µm, n=20000

dev/dk., ap=0.1mm)

Şekil 4.29. Kaplanmış takımların EDX analiz göürntü (fz= 5µm, n=50000 dev/dk., ap=0.1mm)

Yine Şekil 4.28’de ve Şekil 4.29’da özellikle kaplamanın kalkmasıyla takımla

talaş ara yüzeyinde adhesif yapışma aşınması mekanizmasının ortaya çıktığını

söylenebililr. Adhesif aşınma mekanizması özellikle takımla talaş malzemesinin

birbirini olan eğilminin artmasıyla ortya çıkar. Talaş takıma adete kaynak

92

olmaktadır. Bunun nedeni; hem kesme bölgesindeki meydana gelen sıcaklık,

aynı zamanda yüksek gerilmeler buna zemin hazırlamaktadır. Bu sebeple

kaplamanın kalkmasıyla ara yüzeydeki sürtünme katsayısı artmakta ve basıncı

etkisiyle talaş takıma adeta kaynak olur. Bu yapışan talaş, kesme işlemine deva

etmesiyle zamanla kopmaktadır. Bunun sonunda da kopan talaş paçacıkları,

takım talaş ara yüzeyinde işlenen yüzeyine sıvana bilmekte bu da zamanla

yüzey kalitesinin değişmesine neden olmaktadır. Kesme zamanına bağlı olarak

yüzey pürüzlülüğü incelendiğinde, özellikle belirli arlıklarla yüzey

pürüzlülüğünün ani değişimler gösterdiği tespit edilmiştir. Bu sebeple hem

Ti5553 olan malzemeye hem de Ti6Al4V olan malzemeye ait kesme zamanına

bağlı olarak elde edilen yüzy profilleri ve yüzey pürüzlülüğü değişimi Bölüm

4.4.2’de sunulmuştur.

4.4.2. Takım aşınmasının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi

Belirli bir kesme mesafesi sonrasında, gerek takımda meydana gelen aşınma ve

gerekse takıma talaş yapışması sonucunda, yüzey pürürzlülüğü anlık olarak

değişebilmektedir. Bunu tesbit edebilmek adına her iki alaşım için eşit bir

kesme uzunluğu belirlemek suretiyle aynı kesme parametreleri kullanılarak,

deneyler yapılmıştır. Ayrıca her bir işlenen kanal için yüzey profillerine ait

görüntüleri elde edilmiştir. Bununla birlikte ortalama alan yüzey pürüzlülüğü ve

maksimum olan yüzey pürüzlülüğü değerleri elde edilmiştir.

Şekil 4.30’da, ilerlemenin 2 µm, talaş derinliğinin 100 µm ve devir sayısının

20000 dev/dk olduğu kesme şartlarında, kesme mesafesine bağlı olarak her iki

malzemenin yüzeylerinde elde edilen Sa ve Sz değerleri verilmektedir. Her iki

grafikte ortak olan bir nokta vardır ki, o da kesmeye başladığında ilk kanalda

yanı kesme mesafesinin sıfıra yakına olduğunu anda, hem Sa hem de Sz

değrelerinin maksimum olduğu ve artan kesme mesafesine bağlı olarak bir

azalma eğilmini gösterdiği, ve tekrar belirli bir kesme mesafesi sonrasından her

iki değerin artış eğilimi gösterdiği söylenebilir. Bu durum hem Ti5553 için hem

de Ti6Al4V için geçerlidir. Bunun temel nedeni şu durki, ilk kesmeye başlandığı

anda kesici kenar radyüsü aşınmadığı için oldukça küçüktür. Bunun neticesi

93

olarak kenar radyüsü küçük olması Sa ve Sz değerlerinin daha büyük çıkmasına

neden olmuştur.

Şekil 4.30. Yüzey pürüzlülüğü değerlerinin (Sa, Sz) kesme mesafesine bağlı

olarak değişimi

Artan kesme mesafesine bağlı olarak değeri, Sa ve Sz değerlerinin azalmasının

temel nedeni kenar radyüsü büyümesiyle birlikte daha bir yüzey kalitesi ile elde

edilmesine zemin hazırlanmışıtır. Bilindiği üzere yüzey pürüzlülüğü ile kenar

radyüsü arasındaki ampirik ilişki vardır.

94

(4.1)

Burada, Ra yüzey pürüzlülüğü, f ilerleme değeri, re kenar radyüsü temsil

etmektedir.

Yukarıdaki denkleme göre, kenar radyüsü ( re ) artmasına bağlı olarak yüzey

pürüzlülüğü de bir miktar azalma eğilimi göstermiştir. Bu durum özellikle Sz

değerlerinde bariz olarak görülmektedir. Fakat belirli bir kesme mesafesi

sonrasında, özellikle 400 mm mesafesi sonrasında ve özellikle Ti5553’te Sa ve

Sz değerlerinin bir artış eğilimi gösterdiği söylenebilir. Burada, kesme

mesafesinin başlangıcında bitimine kadar olan süreç içerisinde Ti5553 ile

Ti6Al4V arasında bir değişimin olduğunu görülmektedir. Özellikle Sz’nin

değişimine bakıldığında ilk etapta, Ti6Al4V elde eden yüzey pürüzlülüğünün

daha büyük olduğu ve 400 mm’lik kesme mesafesi sonrasında Ti5553 elde

edilen maksimum yüzey pürüzlülüğünün artış eğilimi gösterdiği görülmektedir.

Bunun nedeni, Ti5553 olan malzemenin daha sert olmasıyla kesici kenar

geometrisinin ve kenar radyüsünün aşınmanın etkisiyle cidi şekilde değişmiş

olması, bu da yüzey kalitesinin aşınmanın etkisiyle bozulmasına zemin

hazırlamış olduğu düşünülmektedir.

Şekil 4.31’de, aynı kesme şartları için her iki malzeme de üçüncü ve altıncı

kanalda elde edilen üç-boytlu yüzey profilleri görüntüleri verilmektedir. Burada

dikkat edecek ilk unsur her iki malzemenin aynı kesme şartlarında üçüncü

kanalda ve altıncı kanalda yüzey profilleri yüzey kalitesi açısından daha somut

bilgiler sunmasıdır. Üçünü kanal geometriğine bakıldığında, Ti5553 için profile

ait olan skalanın 0-1.7 µm arasında değiştiğini ve Ti6Al4V için 0-3.75 µm

arasında değiştiğini söylenebilir. Burada elde edilen sonuç ise Ti6Al4V’da yüzey

kalitesinin özellikle maksimum yüzey pürüzlülüğünün (Sz değerlerinin) daha

büyük olduğu net olarak gözlemlenmektedir. Yani Şekil 4.30 ile verilen Sz

değerlerini bir anlamda doğrulamaktadır. Benzer durum altıncı kanalda

göstermektedirki, yine altıncı kanalda da Ti6Al4V’da skala değerlerinin yüzey

kalitesinin daha kötü olduğu ifade etmektedir.

95

Fz

= 2

µm

/d

iş ,

ap

=1

00

µm

n

= 2

00

00

de

v/

dk

Ti5553 Ti6Al4V 3. kanal (kesme mesafesi 250mm) 3.kanal(kesme mesafesi 240mm)

6. kanal (kesme mesafesi 700mm) 6. kanal (kesme mesafesi 600mm)

Şekil 4.31. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak görüntüleri (fz=2µm/diş , ap=100µm, n=20000dev/dk)

Şekil 4.32’de, yüzey pürüzlülüğü Sa ve Sz değerlerinin kesme mesafesine bağlı

olarak değişimi verilmektedir. Fakat, burada devir sayısı Şekil 4.30’daki alınan

değeri yaklaşık 2.5 katıdır. Yani devir sayısı 50000 dev/dk alınmıştır ve daha

yüksek bir devirde kesme işlemi yapılmıştır. Burada dikkati çeken ilk unsur ise

kesmeye başlanıldığı ilk esnada yine Sa ve Sz değerleri bir azalma eğilimi

göstermesidir. Ayrıca kenar radyüsünün zamanla abrasif aşınma etkisiyle

büyümesinden kaynaklandığı ifade edilmelidir. Fakat belirli bir mesafesi

sonrasındaki yaklaşık (200mm tekabül etmekte), Sa ve Sz değerleri her iki

malzeme için artış eğilimini göstermektedir. Bununla birlikte 200mm’e kadar

Ti6Al4V için elde edilen Sa ve Sz değerleri minimum seviyede iken 200mm’den

sonra Ti6Al4V için elde edilen yüzey kalitesinin daha kötü olduğunu söylemek

mümkün.

96

Şekil 4.32. Yüzey pürüzlülüğü değerlerinin (Sa, Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi

Yine Şekil 4.32’de, belirli bir kesme mesafesi sonrasında, takımdaki aşınmaya

bağlı olarak ve aynı zamanda talaşın takıma yapışma eğilimi olduğu dikkate

alındığında (özellikle Ti6Al4V malzemesi) Sa ve Sz değerlerinin neden daha

büyük çıktığı görülmektedir.

97

Şekil 4.33’te, yine 50000 dev/dk için her iki malzeme de elde edilen üçüncü ve

altıncı kanala ait olan profil değerleri verilmektedir. Üçüncü kanal yaklaşık

200mm’lik mesafeye karaşılık gelmektedir ki, burada iki malzeme için,

Ti5553’te ve Ti6Al4V’da Sa ve Sz değerlerinin birbirine yakın olduğu

görülmektedir. Ayrıca, her iki malzeme için skalaya bakılacak olursa, Ti5553’te

0 ile yaklaşık 2.5 µm’a yakın ve Ti6Al4V’da 0 ile 3 µm aralığında değiştiği

söylenebilir.

Fakat altıncı kanalda durum tersine dönmektedir. Burada kesme mesafesi zaten

200mm’lik üzerindedir. Ti5553’te, elde edilen yüzey profilinde skalaya

bakılacak olursa 0-1.6 arasında değerlerini değişmektedir. Oysa, Ti6Al4V’da bu

değeri 0-3.5 olduğunu görülmektedir. Bir anlamda, Şekil 4.33 Şekil 4.32’de elde

edilen sonuçları doğrulamaktadır.

fz=

2µ

m/

diş

, a

p=

10

0µ

m

n=

50

00

0 d

ev

/d

k

Ti5553 Ti6Al4V 3. kanal (kesme mesafesi 300mm) 3.kanal (kesme mesafesi 240mm)


Şekil 4.33. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak görüntüleri (fz=2µm/diş , ap=100µm, n=50000dev/dk)

98

Şekil 4.34’te, Sa ve Sz değerlerinin kesme mesafesine bağlı olarak değişimi

verilmektedir. Fakat, burada ilerleme değeri 5µm alınmıştır, dolayısıyla

ilerleme bir önceki Şekil 4.32’de ve 4.34’te verilen değeri 2.5 katıdır. Burada

özlellikle, Ti5553 malzemenin daha yüksek sertliğine sahip olması hasebiyle

kesmeye ilk başlanıldığı anda Sa ve Sz değerlerinin bir artış eğilimi gösterdiğini

söylemek mümkün.

Şekil 4.34. Yüzey pürüzlülüğü değerleri (Sa, Sz) kesme mesafesine bağlı olarak değişimi

99

Bu da, hem devir sayısının yüksek olması hem de ilerleme değerinin yüksek

olması hasebiyle takımda meydana gelen aşınma yüzey pürüzlüğünün olumsuz

etkilemiştir. Bununla birlikte Ti6Al4V malzemenin sünek olması takıma

yapışma eğilimini arttırdığından dolayı başlangıçta bir azalma eğilimi tekrar bir

artış eğilimi ve belirli bir kesme mesafesi sonrasında tekrar azalma eğilimini

göstermesi talaş yapışmasına işaret etmektedir. Aynı zamanda, yüksek devir

sayısı ve yüksek ilerleme değerinde kesme esnasında, özellikle Sz değerlerine

bakıldığında, Ti5553’te elde edilen yüzey kalitesinin (Sz değerlerinin) daha

büyük olduğunu söylenebilri. Bu da, bir anlamda Ti5553’te yüzey kalitesinin

daha kötü çıktığını işaret etmektedir.

Şekil 4.35’te, Ti5553 ve Ti6Al4V için elde edilen yüzey profil görüntüleri

verilmektedir. Yine, elde edilen değerler, özellikle, üçüncü kanal karşılık gelen

kesme mesafesinde, Ti6Al4V'de elde edilen yüzey kalitesinin daha büyük

olduğunu, özellikle Şekil 4.34’te Sa sonuçlarından görebilmektedir. Burada

Ti6Al4V için skala değerlerine bakılcak olursa 0-2 µm arasında değişmektedir.

Fakat, Ti5553 için bu değer 0-1.4 µm arasını değişmektedir. Altıncı kanaldaysa,

yani 200mm’lik üstündeki kesme mesafesi sonrasında her iki malzemedeki

skala birbirine oldukça yakındır. Fakat Ti6Al4V'de elde edilen skala bir miktar

daha büyük olduğu görülmektedir.

100

fz=

5µ

m/

diş

, a

p=

10

0µ

m

n=

50

00

0 d

ev

/d

k

Ti5553 Ti6Al4V 3. kanal (kesme mesafesi 300mm) 3.kanal (kesme mesafesi 240mm)


Şekil 4.35. Üç boyutlu profilinin yüz pürüzlülüğü kesme mesafesine bağlı oalrak

görüntüleri (fz=5µm/diş , ap=100µm, n=50000dev/dk)

101

5. MODELEME

5.1. Taguchi Deney Tasarımı

Taguchi, kayıp fonksiyonu olarak bilinen ve aynı zamanda gürültü oranı (S/N -

Signal/Noise) fonksiyonu olarak da ifade edilen üç farklı amaca uygun fonksiyon

vardır. Bunlar; Performans karakteristiği adı verilen sonucun en düşük en iyi

olduğu durumda:

⁄ {

∑

}

5.1

En yüksek (büyük) en iyi olduğu durumda :

⁄ {

∑

}

5.2

Nominal en iyi olduğunda

⁄ {

} 5.3

∑

5.4

∑

5.5

Burada yi = performans karakteristiğinin i. Gözlem değeri n=1 denemedeki test

sayısı, ȳ = Gözlem değerlerinin ortalaması, S2 = Gözlem değerlerinin varıyansı

olup S/N oranı büyüdükçe hedef etrafında ürün varyansı küçüktür.

102

5.2. Ti6Al4V Malzemesi İçin Ortalama Yüzey Pürüzlülüğü Etki Analizi

Çalışmada Ti6Al4V ve Ti5553 alaşımları için ayrı ayrı Taguchi analizi

gerçekleştirlmiştir. Çizelge 5.1 de Ti6Al4V için işlenen kanal yüzeylerinin farklı

noktalarından alınan üç farklı Sa değerleri ve bu değerlere ait S/N oranları

verilmiştir. Çizelge 5.1 den den görüldüğü üzere her bir kesme parametresinden

4 farklı değer için toplamda 16 kesme deneyi gerçekleştirilmiştir. Çizelge 5.2 de

ise yapılan Taguchi analizi sonrasında elde edilen R2 hata oranlar verilmektedir.

Hem S/N oranına hem de ortalamaya göre elde edilen R2 değeri %90’ nın

üzerindedir. Bu da oluşturulan etki analizinin güvenilir bir seviyede olduğunun

göstergesidir.

Çizelge 5.1. Ti6Al4V için elde edilen Sa değerler

Ilerleme Derinlik Dev/dk Sa1 Sa2 Sa3 S/N

Oranı STD Hata

Ortalama

0,5 50 10000 0,196 0,164 0,413 11,04428 0,13547 0,25767

0,5 100 25000 0,187 0,215 0,181 14,20388 0,01815 0,19433

0,5 150 40000 0,257 0,228 0,235 12,38428 0,01513 0,24000

0,5 200 55000 0,207 0,218 0,192 13,72508 0,01305 0,20567

1 50 40000 0,216 0,253 0,227 12,67086 0,01900 0,23200

1 100 55000 0,233 0,26 0,272 11,85147 0,01997 0,25500

1 150 10000 0,532 0,568 0,597 4,93920 0,03256 0,56567

1 200 25000 0,423 0,351 0,415 8,01018 0,03946 0,39633

1,5 50 55000 0,214 0,195 0,205 13,77282 0,00950 0,20467

1,5 100 40000 0,224 0,226 0,237 12,80059 0,00700 0,22900

1,5 150 25000 0,342 0,445 0,373 8,19953 0,05284 0,38667

1,5 200 10000 0,272 0,26 0,301 11,11287 0,02108 0,27767

4,5 50 25000 0,249 0,239 0,224 12,48469 0,01258 0,23733

4,5 100 10000 0,283 0,243 0,333 10,79134 0,04509 0,28633

4,5 150 55000 0,313 0,298 0,264 10,68086 0,02511 0,29167

4,5 200 40000 0,24 0,1955 0,191 13,55557 0,02708 0,20883

Çizelge 5.2. Ti6Al4V için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti

S/N Oranına Göre Ortalamaya Göre

S R-Sq R-Sq(adj) S R-Sq R-Sq(adj)

1,0920 92,39% 80,98% 0,0445 91,51% 78,77%

103

Çizelge 5.3 ve 5. 4 te ise hem S/N oranına hemde ortalamaya göre varyans analiz

sonuçları verilmektedir. Bu çizelgede P değeri ne kadar küçük ise hata oranının

o denli az olduğunu gösterir. Ayrıca S/N için elde edilen analiz sonuçları,

ortalamaya göre elde edilen sonuçların her zaman tam tersidir. Yani Çizelge 5.3

te verilen toplam değerin maksimum Çizelge 5.4 de verilen toplam değerinde

minimum olması analizin güvenirliğinin bir göstergesidir. Çizelge 5.3 te verilen

toplam hata %7 civarında olduğu görülmektedir.

Çizelge 5.3. Ti6Al4V için S/N ranına göre varyans analizi

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P

Ilerleme 3 25,737 25,737 8,579 7,19 0,021

Derinlik 3 31,107 31,107 10,369 8,70 0,013

Dev/dk 3 30,042 30,042 10,014 8,40 0,014

Residual Error 6 7,155 7,155 1,192

Total 15 94,041

Çizelge 5.4. Ti6Al4V için ortalamaya göre varyans analizi


Ilerleme 3 0,04183 0,04183 0,013942 7,05 0,022

Derinlik 3 0,04826 0,04826 0,016088 8,13 0,016

Dev/dk 3 0,03778 0,03778 0,012595 6,37 0,027

Residual Error 6 0,01187 0,01187 0,001978

Total 15 0,13974

Çizelge 5.5 te ise hem S/N oranına hem de ortalamaya göre kesme

parametrelerinin etki sıralaması gösterilmiştir. Bu Çizelgeda verilen S/N

oranına göre değerlendirme yapılacak olursa, Ti6Al4V malzemesinin mikro

frezelenmesinde, yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen parametre ilerleme

daha sonra kesme derinliği ve son olarak ta talaş derinliği gelmektedir. Fakat

ortalamaya göre elde edilen değerlerde bu sıralamanın değiştiği görülmektedir.

104

Bu değişim ilerleme ile talaş derinliği arasında olmaktadır. Devir sayısı yine

yüzey kalitesini en az etkileyen kesme parametresi olarak karşımıza

çıkmaktadır.

Çizelge 5.5. Ti6Al4V için ortalama ve S/N oranına göre yanıt çizelgesi (En düşük en iyi)

S/N Oranına Göre Yanıt Çizelgesi Ortalamaya Göre Yanıt Çizelgesi

Level Ilerleme Derinlik Dev/dk Level Ilerleme Derinlik Dev/dk

1 12,839 12,493 9,472 1 0,2244 0,2329 0,3468

2 9,368 12,412 10,725 2 0,3623 0,2412 0,3037

3 11,471 9,051 12,853 3 0,2745 0,3710 0,2275

4 11,878 11,601 12,508 4 0,2560 0,2721 0,2393

Delta 3,471 3,442 3,381 Delta 0,1378 0,1381 0,1194

Rank 1 2 3 Rank 2 1 3

Şekil 5.1 de ise Çizelge 5.5 te elde edilen değerlerin grafiksel gösterimi

verilmektedir. Burada özellikle S/N oranına bağlı olarak elde edilen grafik analiz

sonuçları bakımından önem arz etmektedir.

Şekil 5.1. Kesme parametrelerinin Sa üzerindeki etki diyagramları

105

Grafikte verilen minimum değerler en iyi yüzey kalitesinin elde edilemesine

imkan tanıyan kesme parametreleridir. Şöyle ki, Ti6Al4V alaşımın mikro

ferzelenmesinde en iyi yüzey kalitesinin elde edilebilmesi için ilerlemenin fz =

1m, talaş derinliğinin ap = 150m ve devir sayısının da 10000dev/dk olması

gerekmektedir.

5.3. Ti5553 Malzemesi İçin Ortalama Yüzey Pürüzlülüğü Etki Analizi

Çizelge 5.6 da Ti5553 için işlenen kanal yüzeylerinin farklı noktalarından alınan

üç farklı sa değerleri ve bu değerlere ait S/N oranları verilmiştir. Çizelgedan da

görüldüğü üzere her bir kesme parametresinden 4 farklı değer için toplamda 16

kesme deneyi gerçekleştirilmiştir. Çizelge 5.7 de Taguchi analizi sonrasında elde

edilen R2 hata oranlar verilmektedir. Hem S/N oranına hem de ortalamaya göre

elde edilen R2 değeri %93’ ün üzerindedir. Bu da oluşturulan etki analizinin

güvenilir bir seviyede olduğunun göstergesidir.

Çizelge 5.6. Ti5553 için elde edilen Sa değerleri

Ilerleme Derinlik Dev/dk Sa1 Sa2 Sa3 S/N

Oranı STD Hata Ortalama

0,5 50 10000 0,398 0,386 0,463 7,59643 0,04143 0,41567

0,5 100 25000 0,29 0,265 0,284 11,06089 0,01305 0,27967

0,5 150 40000 0,354 0,327 0,298 9,70550 0,02801 0,32633

0,5 200 55000 0,195 0,192 0,227 13,75312 0,01940 0,20467

1 50 40000 0,187 0,246 0,221 13,17777 0,02961 0,21800

1 100 55000 0,235 0,201 0,226 13,10685 0,01762 0,22067

1 150 10000 0,505 0,546 0,45 5,98806 0,04817 0,50033

1 200 25000 0,31 0,302 0,336 9,99711 0,01778 0,31600

1,5 50 55000 0,174 0,15 0,172 15,61405 0,01332 0,16533

1,5 100 40000 0,211 0,142 0,206 14,47247 0,03848 0,18633

1,5 150 25000 0,321 0,332 0,326 9,72595 0,00551 0,32633

1,5 200 10000 0,254 0,235 0,234 12,35333 0,01127 0,24100

4,5 50 25000 0,238 0,187 0,186 13,76031 0,02974 0,20367

4,5 100 10000 0,198 0,277 0,281 11,87323 0,04681 0,25200

4,5 150 55000 0,256 0,246 0,268 11,80728 0,01102 0,25667

4,5 200 40000 0,189 0,149 0,157 15,60294 0,02117 0,16500

106

Çizelge 5.7 de hem S/N oranına hem de ortalamaya göre oluşturulan Taguchi

model özeti verilmektedir. Çizelgedanda görüldüğü üzere R2 hata oranı %95.5

tir. Bu da analizin ne denli güvenilir olduğunun en önemli göstergesidir.

Çizelge 5.7. Ti5553 için ortalama ve S/N oranına göre model özeti



0,9137 95,51% 88,78% 0,0371 93,47% 83,69%

Çizelge 5.8 ve 5. 9 da hem S/N oranına hemde ortalamaya göre varyans analiz

sonuçları verilmektedir Bu çizelgeda P değerlerinin Ti6Al4V alaşımında elde

edilen değerlere nazaran daha küçük olduğu görülmektedir. Bu da Ti5553

alaşımında elde edilen Sa sonuçlarının daha güvenilir olduğunu ifade

etmektedir. Ti5553 alaşımının takıma sıvanma riski daha azdır. Bunun

sonucunda kontrol edilemeyen talaş yapışması ve talaş sıvanması riski bu

alaşım için daha azdır. Bunun sonucunda da Ti6Al4V alaşımına nazaran elde

edilen sonuçlar daha güvenilir olarak çıkması normal bir durum olarak

karşılanabilir.

Çizelge 5.8. Ti5553 için S/N oranına göre varyans analizi

Parametreler DF Seq SS Adj SS Adj MS F P

Ilerleme 3 27,201 27,201 9,0671 10,86 0,008

Derinlik 3 34,822 34,822 11,6074 13,90 0,004

Dev/dk 3 44,589 44,589 14,8629 17,80 0,002

Residual Error 6 5,009 5,009 0,8348

Total 15 111,621

107

Çizelge 5.9. Ti5553 için ortalamaya göre varyans analizi


Ilerleme 3 0,029646 0,029646 0,009882 7,16 0,021

Derinlik 3 0,039425 0,039425 0,013142 9,53 0,011

Dev/dk 3 0,049498 0,049498 0,016499 11,96 0,006

Residual Error 6 0,008277 0,008277 0,001380

Total 15 0,126846

Çizelge 5.10 da hem S/N oranına hem de ortalamaya göre kesme

parametrelerinin etki sıralaması gösterilmiştir. Bu Çizelgeda verilen S/N

oranına göre değerlendirme yapılacak olursa, Ti5553 malzemesinin mikro

frezelenmesinde, yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen parametre sırasıyla

devir, kesme derinliği ve ilerlemedir. Ortalamaya göre elde edilen değerlerde de

bu sıralamanın değişmediği görülmektedir.

Çizelge 5.10. Ti5553 için ortalama ve S/N oranına göre yanıt çizelgesi

S/N Oranına Göre Yanıt Çizelgesi

(En Küçük En İyi)

Ortalamaya Göre Yanıt Çizelgesi

(En Küçük En İyi)

Level Ilerleme Derinlik Dev/dk Level Ilerleme Derinlik Dev/dk

1 10,529 12,537 9,453 1 0,3066 0,2507 0,3523

2 10,567 12,628 11,136 2 0,3138 0,2347 0,2814

3 13,041 9,307 13,240 3 0,2297 0,3524 0,2239

4 13,261 12,927 13,570 4 0,2193 0,2317 0,2118

Delta 2,732 3,620 4,118 Delta 0,0944 0,1208 0,1404

Rank 3 2 1 Rank 3 2 1

Şekil 5.2 de verilen grafik S/N oranına bağlı olarak elde edilen grafik, analiz

sonuçları bakımından önem arz etmektedir. Grafikte verilen minimum değerler

en iyi yüzey kalitesinin elde edilemesine imkan tanıyan kesme parametreleridir.

Şöyle ki, Ti5553 alaşımın mikro frezelemesinde en iyi yüzey kalitesinin elde

108

edilebilmesi için ilerlemenin fz = 0,5 veya 1m, talaş derinliğinin ap = 150m ve

devir sayısının da 10000 dev/dk olması gerekmektedir

Şekil 5.2. Ortalama ve S/N oranına göre etki diyagramları

5.4. Ti6Al4V Malzemesi için Çapak Genişliği Etki Analizi

Mikro frezeleme işleminde çapak pek kontrol edilemayen bir unsurdur. Her

nekadar bazı matemetiksel ve istatistiksel modeller geliştirilmiş olsa da,

oluşacak çapağın boyutlarını önceden tahmin etmek oldukça güçtür. Kabul

edilebilir bir sonuç elde edebilmek için çok sayıda deney ve ölçüm yapıp,

istatiksel bir yaklaşım kullanmak daha mantıklıdır. Bu çalışmada da Taguchi

metodu kullanılarak hem aynı hem de zıt yönlü frezeleme yönündeki çapak

boyutları için kesme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Her bir kanalın üç farklı

noktasından çapak genişliği ölçümleri alınmıştır. Çizelge 5.11 de Ti6Al4V

alaşımı için elde edilen çapak genişliği değerleri verilmiştir. Çizelge 5.12 de ise

aynı yönlü frezeleme bölgesindeki çapak boyutları için yapılan Taguchi

analizine yönelik modelin ortalamaya ve S/N oranına göre özeti verilmektedir.

Çizelge 5.12 den de görüleceği üzere R2 oranı %80 civarında olup, %20 lik bir

hatanın varlığı göze çarpmaktadır.

4 , 5 1 , 5 1 , 0 0 , 5

1 4

1 3

1 2

1 1

1 0

9

109

Çizelge 5.11. Ti6Al4V alaşımında aynı yönlü (down milling) frezelemede elde edilen çapak genişlikleri

Ile

rle

me

De

rin

lik

De

v/

dk

Do

wn

M

illi

ng

1

Do

wn

M

illi

ng

2

Do

wn

M

illi

ng

3

S/

N

Ora

nı

ST

D H

ata

Ort

ala

ma

0,5 50 10000 155 145 172,5 -43,96817 13,91941 157,50000

0,5 100 25000 221 304 255 -48,37340 41,72529 260,00000

0,5 150 40000 233 159 195 -45,93268 37,00450 195,66667

0,5 200 55000 345 325 270 -49,96439 38,83727 313,33333

1 50 40000 200 207 205 -46,19351 3,60555 204,00000

1 100 55000 123 123 110 -41,49814 7,50555 118,66667

1 150 10000 175 148 151 -43,99847 14,79865 158,00000

1 200 25000 157 175 195 -44,92756 19,00877 175,66667

1,5 50 55000 90 92,5 110 -39,81611 10,89725 97,50000

1,5 100 40000 133 152,5 122 -42,69741 15,44614 135,83333

1,5 150 25000 138 152,5 117,5 -42,71892 17,58551 136,00000

1,5 200 10000 120 145 127,5 -42,36212 12,82900 130,83333

4,5 50 25000 95 97,5 92,5 -39,55648 2,50000 95,00000

4,5 100 10000 85 95 86 -38,96636 5,50757 88,66667

4,5 150 55000 67,5 77,5 75 -37,32059 5,20416 73,33333

4,5 200 40000 125 117,5 115 -41,52861 5,20416 119,16667

Çizelge 5.12. Ti6Al4V için aynı yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti



1,8886 87,92% 69,80% 44,7805 80,74% 51,84%

Şekil 5.3’te. verilen grafikte S/N oranına bağlı olarak, kesme parametelerinin

çapak genişliği üzerindeki etki diyagramları verilmektedir. Grafikte verilen

minimum değerler minimum çapak genişliğinin elde edilemesine imkan tanıyan

kesme parametreleridir. Buna göre Ti6Al4V malzemesi için, mikro frezeleme

işleminde, aynı yönlü frezeleme yönündeki çapak boyutunun minimum olması

için fz = 0,5 m, talaş derinliğinin ap = 200m ve devir sayısının da

40000dev/dk olması gerekmektedir.

110

Şekil 5.3. Ti6Al4V alaşımında aynı yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki

diyagramları

Çizelge 5.13’te zıt yönlü frezeleme işlemi için elde edilen çapak genişliklerinin

değerleri ve hata oranları verilmektedir.

Çizelge 5.13. Ti6Al4V alaşımında zıt yönlü (up milling) frezelemede elde edilen çapak genişlikleri

Ile

rle

me

De

rin

lik

De

v/

dk

Up

M

illi

ng

1

Up

M

illi

ng

2

Up

M

illi

ng

3

S/

N

Ora

nı

ST

D H

ata

Ort

ala

ma

0,5 50 10000 120 133 126 -42,03803 6,50641 126,33333

0,5 100 25000 73 97 147 -40,83347 37,75359 105,66667

0,5 150 40000 121 123 119 -41,65650 2,00000 121,00000

0,5 200 55000 77 68 61 -36,77424 8,02081 68,66667

1 50 40000 60 50 75 -35,91992 12,58306 61,66667

1 100 55000 165 155 151 -43,92410 7,21110 157,00000

1 150 10000 126 96 124 -41,29990 16,77299 115,33333

1 200 25000 110 130 121 -41,62773 10,01665 120,33333

1,5 50 55000 220 200 152,5 -45,70762 34,67107 190,83333

1,5 100 40000 71 71,5 94 -38,01387 13,13710 78,83333

1,5 150 25000 114 122 86 -40,70358 18,90326 107,33333

1,5 200 10000 106 101 115 -40,62732 7,09460 107,33333

4,5 50 25000 167,5 172,5 172,5 -44,65228 2,88675 170,83333

4,5 100 10000 95 82,5 102,5 -39,43453 10,10363 93,33333

4,5 150 55000 79 80 59 -37,30298 11,84624 72,66667

4,5 200 40000 100 123 100 -40,68545 13,27906 107,66667

111

Yapılan Taguchi analizi sonrasında zıt yönlü fezeleme bölgesinde çapağın çok

değişken olduğu gözlemlenmiştir. Yani artan veya azalan kesme parametresine

çok bağlı olmadığını söylemek mümkündür. Çizelge 5.14 de verilen model

özetinde de elde edilen modelleme sonucunda da R2 oranı %26 lar civarındadır.

Bu da bu analiz sonucunun çok güvenilir olmadığını göstermektedir. Bu nedenle

zıt yönlü frezeleme işlemi için elde edilen S/N etki diyagramına burada yer

verilmemiştir.

Çizelge 5.14. Ti6Al4V alaşımında zıt yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti



3,7315 26,50% 0,00% 46,4494 33,84% 0,00%

Şekil 5.4’te verilen grafikte S/N oranına bağlı olarak, kesme parametelerinin

çapak genişliği üzerindeki etki diyagramları verilmektedir.

Şekil 5.4. Ti6Al4V alaşımında zıt yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki diyagramları

112

Grafikte verilen minimum değerler minimum çapak genişliğinin elde

edilemesine imkan tanıyan kesme parametreleridir. Buna göre Ti6Al4V

malzemesi için, mikro frezeleme işleminde, zıt yönlü frezeleme yönündeki çapak

boyutunun minimum olması için fz = 1,5 m, talaş derinliğinin ap = 50m ve

devir sayısının da 25000dev/dk olması gerekmektedir.

5.5. Ti5553 Malzemesi için Çapak Genişliği Etki Analizi

Çizelge 5.15’te Ti5553 alaşımı için elde edilen çapak genişliği aynı yönlü (down

milling) değerleri ve hata oranları verilmiştir. Çizelge 5.16’da ise aynı yönlü

frezeleme bölgesindeki çapak boyutları için yapılan Taguchi analizine yönelik

modelin ortalamaya ve S/N oranına göre özeti verilmektedir. Çizelge 5.16 dan

da görüleceği üzere R2 oranı %90 civarında olup, %10 bir hatanın varlığı göze

çarpmaktadır

Çizelge 5.15. Ti5553 alaşımında aynı yönlü (down milling) frezelemede elde edilen çapak genişlikleri

Ile

rle

me

De

rin

lik

De

v/

dk

Do

wn

M

illi

ng

1

Do

wn

M

illi

ng

2

Do

wn

M

illi

ng

3

S/

N

Ora

nı

ST

D H

ata

Ort

ala

ma

0,5 50 10000 102 155 157 -42,94305 31,19295 138,00000

0,5 100 25000 93,5 93 93,5 -39,40076 0,28868 93,33333

0,5 150 40000 102 93 106 -40,04164 6,65833 100,33333

0,5 200 55000 100 115 116 -40,87320 8,96289 110,33333

1 50 40000 47,5 56,5 57 -34,62273 5,34634 53,66667

1 100 55000 67 73,5 69,5 -36,90831 3,27872 70,00000

1 150 10000 82 60 71,5 -37,11421 11,00379 71,16667

1 200 25000 76 95 110 -39,52647 17,03917 93,66667

1,5 50 55000 73,5 63 74 -36,94525 6,21155 70,16667

1,5 100 40000 41 36,5 50 -32,64286 6,87386 42,50000

1,5 150 25000 54 63 63 -35,58469 5,19615 60,00000

1,5 200 10000 41 45,5 54,5 -33,50345 6,87386 47,00000

4,5 50 25000 76 79 69 -37,47619 5,13160 74,66667

4,5 100 10000 58 35 57 -34,17084 13,00000 50,00000

4,5 150 55000 65 67 60 -36,13278 3,60555 64,00000

4,5 200 40000 55 36 38 -32,83678 10,44031 43,00000

113

Çizelge 5.16. Ti5553 malzemesi için aynı yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti



1,3890 91,54% 78,85% 13,8713 89,39% 73,46%

Şekil 5.5 ‘te verilen grafikte S/N oranına bağlı olarak, kesme parametelerinin

çapak genişliği üzerindeki etki diyagramları verilmektedir.

Şekil 5.5. Ti5553 alaşımında aynı yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki

diyagramları


edilemesine imkan tanıyan kesme parametreleridir. Buna göre Ti5553

malzemesi için, mikro frezeleme işleminde, aynı yönlü frezeleme yönündeki

çapak boyutunun minimum olması için fz = 0,5 m, talaş derinliğinin ap = 50m

ve devir sayısının da 25000 veya 50000 dev/dk olması gerekmektedir.

Çizelge 5.17’de ise, zıt yönlü frezeleme bölgesindeki çapak boyutları için yapılan

Taguchi analizine yönelik modelin ortalamaya ve S/N oranına göre özeti

114

verilmektedir. Çizelge 5.17 den da görüleceği üzere R2 oranı yaklaşık %80

civarındadır. Bu değer Ti6Al4V malzemesine oranla oldukça yüksektir. Çizelge

5.14 ve 5.17 beraber değerlendirildiğinde çapak oluşumunun malzemeye de

bağlı olduğu rahatlıkla söylenebilir. Ti6Al4V malzemesi daha sünek ve kesme

esnasında takıma daha fazla sıvanma eğilimi göstermektedir. Bu da çapak

oluşumunu kararsız/kontrol edilemez bir sürece sokmaktadır.

Çizelge 5.17. Ti5553 alaşımında zıt yönlü çapak için ortalamaya ve S/N oranına göre model özeti



2,0581 79,77% 49,43% 15,7807 85,23% 63,07%

Şekil 5.5 te verilen grafikte S/N oranına bağlı olarak, kesme parametelerinin zıt

yönlü bölgedeki çapak genişliği üzerindeki etki diyagramları verilmektedir.


edilemesine imkan tanıyan kesme parametreleridir. Buna göre Ti5553

malzemesi için, mikro frezeleme işleminde, zıt yönlü frezeleme yönündeki çapak

boyutunun minimum olması için fz = 0,5 m, talaş derinliğinin ap = 50m ve

devir sayısının da 25000 dev/dk olması gerekmektedir.

Şekil 5.6. Ti5553 alaşımında aynı yönlü frezeleme için S/N oranına göre etki

diyagramları

115

6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Ti6Al4V ve Ti5553 alaşımı ile ilgili mikro frezeleme çalışmasında yapılan

araştırmalar incelendiğinde, her iki malzeme için Ti6Al4V ve Ti5553 alaşımının

zor işlenen alaşımlar arasında yer aldığı görülmüştür. Kesme kuvvetleri, yüzey

pürüzlülüğü, çapak oluşumu ve takım aşınmasının üzerine farklı kesme

parametreler (ilerleme, talaş derinliği ve devir sayısı) uygulanmıştır. Zor

işlenebilirlik takımın hızlı aşınmasına ve işlenen yüzey kalitesinin kötü olmasına

neden olmaktadır. Bu kapsamda Ti6Al4V ve Ti5553 alaşımların mikro

frezlenmesi ile ilgili olarak literatüre katkı sağlamak üzere aşağıdaki sonuçlar

elde edilmiştir;

i. Her iki alaşım için hem Ti5553 hem de Ti6Al4V, düşük devir (< 10000

dev/dk) sayısı kesme kuvvetlerinin artmasına neden olmaktadır. Kesme

kuvvetleri açısından değerlendirildiğinde, kritik bir ilerleme değeri

(fz=2µm/diş) elde edilmiştir. Yine her iki alaşım için bu kritik ilerleme

değeri kenar radyüsünün (Re) yaklaşık 0,3 katıdır. Artan talaş derinliği

ile kesme kuvvetleri de doğrusal olarak artmıştır.

ii. Mikro frezeleme işleminde, düşük ilerleme değerlerinde kazınma

(ploughing) mekanizmasının etkin olmasından ötürü kötü yüzey kalitesi

oluşumu ve aşırı çapaklanma görülmektedir.

iii. İlerlemenin arttırılması ile, kazınma (ploughing) mekanizmasının

etkinliğini yitirmesi sonucu daha iyi bir talaş kaldırma prosesi

gerçekleşmekte ve yüzey kalitesinde iyileşme, çapak oluşumunda da

azalma görülmektedir.

iv. Sünek karakterde ve yüksek kopma uzamasına sahip malzemelerde

(Ti6Al4V), kazınma (ploughing) mekanizmasının yüzey ve çapak

oluşumunda etkinliği fazla olmaktadır.

116

v. Düşük ilerleme değerlerinde kazınma (ploughing) mekanizmasının yanı

sıra takımın yüzeye sürtünmesi ve yüzeyi ezmesi sonucu yüzey

kalitesinde iyileşmeler görülebilmektedir. Kesme hızının artması ile

yüzey kalitesinde iyileşme ve çapak oluşumunda azalma olmaktadır.

vi. Sünek karakterde ve yüksek kopma uzamasına sahip malzemelerde

(Ti6Al4V), kesme hızının yüzey ve çapak oluşumunda etkinliği fazla

olmaktadır.

vii. Sünek karakterde ve yüksek kopma uzamasına sahip malzemelerde

(Ti6Al4V), kesme işlemi sonrası çapak oluşumu daha fazla

gerçekleşmektedir.

viii. Kesme derinliğinin artması ile yüzey kalitesinde kötüleşme eğilimi

olmakta, çapak oluşumunda da belirgin bir artış gerçekleşmektedir.

ix. Yüzey pürüzlülüğünün ve çapak genişliğinin etkileyen bir diğer faktör,

takımın aşınmasıdır. Takım kesme köşesinin geometrisinin bozulması,

yüzey pürüzlülüğünün ve çpak genişliğinin değişmesine neden olmuştur.

x. Taguchi analizine göre, yüzey pürüzlülüğünün açısından, elde edilen en

iyi kesme parametreler şöyle ki: Ti6Al4V alaşımı için, fz=1 µm, ap=150

µm, n=10000 dev/dk’dir. Ancak Ti5553 alaşımı için, fz=0.5 veya 1 µm,

ap=150 µm, n=10000 dev/dk’dır.

xi. Yine taguchi analizine göre, lakin çapak genişliği açısından, elde edilen en

iyi kesme parametreleri şöyledir: Ti6Al4V alaşımı ve aynı yönlü

frezeleme için, fz=0.5 µm, ap=200 µm, n=40000 dev/dk’dır. Ancak zıt

frezelemedeyse, fz=1.5 µm, ap=50 µm, n=25000 dev/dk’dır. Ayrıca

Ti5553 alaşımı ve aynı yölü frezelemede elde edilen sonuç şöyle ki:

fz=0.5 µm, ap=50 µm, n=25000 veya 50000dev/dk’dir. Ama zıt yönlü

frezelemede ise, fz=0.5 µm, ap=50 µm, n=250000 veya 50000 dev/dk’dır

117

KAYNAKLAR

Afazov, S.M. , Zdebski, D., Ratchev, S.M., Segal, J., Liu, S., 2013, Effects of micromilling conditions on the cutting forces and process stability, Journal of Materials Processing Technology 213 ,671– 684,UK Ahmadi, M., Karpat, Y., Acar, O., Kalay, Y.,E., 2018, Microstructure effects on process outputs in micro scale milling of heat treated Ti6Al4V titanium alloys, Journal of Materials Processing Technology, 252, 333– 347. Alting, L., Kimura, F., Hansen, H.N., Bissacco, G., 2003. Micro Engineering. Annals of CIRP, 52(2), 635-657.Japan Aramcharoen, A. , Mativenga, P.,T., 2009, Size effect and tool geometry in micromilling of tool steel, Precision Engineering 33, 402–407. Aramcharoen, A., Mativenga, P. T., Yang, S., Cooke, K. E., and Teer, D. G., 2008, Evaluation and selection of hard coatings for micro milling of hardened tool steel, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48 (14) 1578–1584.UK. Aslantas, K., Hopa, H.,E., Percin, M., Ucun, I., Çiçek , A., 2016, Cutting performance of nano-crystalline diamond (NCD) coating inmicro-milling of Ti6Al4V alloy, Precision Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/j.precisioneng.2016.01.009 Bajpai V, Kushwaha A.K., Singh R.K. 2013. Burr Formation and Surface Quality in High Speed Micro milling of Titanium Alloy (Ti6Al4V). ASME .International Manufacturing Science and Engineering Conference, 2: Systems; Micro and Nano Technologies, Sustainable Manufacturing, V002T03A017, Doi:10.1115/MSEC201-1216. Baldo, D., Filho, S.ergio L., M., R., Lauro, C., H., Delfino, A., C., S., Brandao, L., C., 2015, Analysis of Surface Roughness in Micro Milling of Ti6Al4V Titanium Alloy, Advanced Materials Research Vols. 1079-1080, pp 3- 6. Bao, W.Y., Tansel, I.N., 2000. Modeling Micro-End-Milling Operations. Part I: Analytical Cutting Force Model. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 40, 2155–2173. Bissacco, G., Hansen, H.N. and De Chiffre, L., 2006. Size Effects on Surface Generation in Micro Milling of Hardened Tool Steel. Annals of the CIRP, 55(1), 593-596. Bulgurcu, G., 2017. Seleciıon of Micromilling conditions for improved productivity and part quality. Graduate School of Engineering and Natural Sciences Sabancı University, M.Sc Thesis, 95p, Türkiye.

118

Campos, F.O., Mougo, A. L., Araujo, A. C., 2017. Study of the cutting forces on micromilling of an aluminum alloy, J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 39:1289–1296. Cardoso .P ve Davim J.P.,2012, A BRIEF REVIEW ON MICROMACHINING OF MATERIALS, Rev.Adv.Mater. Sci. 30 ,98-102. Portugal. Chae, J., Park, S.S., Freiheit, T. 2006. Investigation of micro-cutting operations, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 46 , 313–332, Canada. Cheng, J., Jin., Y., Wu., J., Wen, X., Gong, Y., Shi, J., Cai, G., 2016, Experimental study on a novel minimization method of top burr formation in micro-end milling of Ti-6Al-4V, Int J Adv Manuf Technol, 86:2197–2217. Cheng, K., Huo, D., 2013. Micro cutting Fundamentals and Applications, Wiley ,368p, United Kingdom Cheng, K., Huo, D., 2013. Micro cutting Fundamentals and Applications, Wiley ,27p, United Kingdom Çelik, Y., H., Kılıçkap, E., 2018, Titanyum Alaşımlarından Ti-6Al-4V’nın İşlenmesinde Karşılaşılan Zorluklar: Derleme, GU J Sci, Part C, 6(1): 163- 175 Dargusch, M.,S., Sun, S., Kim, J.,W., Tong, L., Trimby,P., Cairney, J., 2018, Effect of tool wear evolution on chip formation during dry machining of Ti-6Al- 4V alloy, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 126, 13- 17. Delhaes,G.M.J., Beek,A., vanOstayen, R.A.J., Munnig Schmidt, R.H., 2009. The viscous driven aerostatic supported high-speed spindle. Tribol. Int. 42(11/12), pp 1550–1557, Netherlves. Dhanorker,A., Özel,T., 2006. An Experimental And Modeling Study On Meso/Micro End Milling Process, ASME International Conference on Manufacturing Science and Engineering Paper No. MSEC2006-21127, pp. 1071-1079 Dornfeld, D., Min, S., Takeuchi, Y., 2006, Recent Advances in Mechanical Micromachining , CIRP Annals – Manufacturing Technology, 55,745-768. Elisa Virginia l., 2014, Contribution to micro-milling process parameters selection for process planning operations, doktora tezi, p208, Spanish.

119

Elkaseer, AM and Dimov, SS and Pham, DT and Popov, KP and Olejnik, L and Rosochowski, 2016, Material microstructure effects in microendmilling of Cu99.9E , Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. ISSN 2041-2975 , http://dx.doi.org/10.1177/0954405416666898 Ensarioğlu, C., Çakır, M.C., 2005 , Titanyum ve alaşımlarının işlenebilirlik etüdü, Mühendis ve Makina, Cilt:46, Sayı: 546 Filiz, S., Conley, C.M., Wasserman, M.B., Özdoganlar, O.B., 2007. An Experimental Investigation of Micro Machinability of Copper 101 Using Tungsten Carbide Micro Endmill. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47, 1088-1100,USA Friedrich C.R., Vasile, M.J., 1996. Development of the Micro-Milling Process for High-Aspect-Ratio Microstructures. Journal of Micro Electromechanical Systems, 5(1), 33-38. Grzesik, W.,2008, Advanced Machining Processes of Metallic Materials Theory, Modelling and Applications, pp 478, Elsevier Science, Netherlands. Hatipoğlu E. ve Budak E., 2014 ‘’Mikro Frezeleme İşleminde Kesme Parametrelerinin Yüzey ve Talaş Oluşumuna Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi’’, 5. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu, Türkiye Heamawatanachai, S., Bamberg, E., 2009. Design and Characterization of a PZT Driven Micromachining Tool Based on Single-Point Tool Tip Geometry. Precision Engineering. 33: 387-394, USA Heaney, P.J., Sumant, A.V., Torres, C.D., Carpick, R.W., Pfefferkorn, F.E., (2008). Diamond Coatings for Micro End Mills. Enabling The Dry Machining of Aluminum at The Micro-Scale, Diamond and Related Materials, 17(3): 223- 233 Jokiel, Jr., B., Gill, D., D., Ziegert, J., C., Payne, S., W., T., Pathak, J., P., 2004. SAND 6445, Unlimited Release, roport Kang, I.S., Kim, J.S., Kim, J.H., Kang, M.C., Seo, Y.W., 2007. A Mechanistic Model of Cutting Force in the Micro End Milling Process. Journal of Materials Processing Technology, 187–188, 250-255.

Kim, J.D., Kim and D.S., 1995. Theoretical Analysis of Micro-Cutting Characteristics in Ultra-Precision Machining. Journal of Materials Processing Technology, 49:387-398. South Korea. Kim, D., H., Lee, P., Lee, S., W., 2014., Experimental Study on Machinability of Ti6Al4V in Micro End-Milling, Proceedings of the World Congress on Engineering 2014 Vol II, ISBN: 978-988-19253-5-0.

http://dx.doi.org/10.1177/0954405416666898

120

Kiswantoa, O.,G., Zariatina, D.L., Koba,T.J., 2014, The effect of spindle speed, feed-rate and machining time to thesurface roughness and burr formation of Aluminum Alloy 1100 inmicro-milling operation, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 16, Issue 4, 435-450. Kou, Z., Wan,Y., Cai, Y., Liang, X. and Liu, Z. (2015). Burr Controlling in Micro Milling with Supporting Material Method Procedia Manufacturing 1: 501– 511 Kumar, P., Kumar, M., Bajpai, V., Singh, N., K., 2017, Recent advances in characterization, modeling and control of burr formation in micro-milling, Manufacturing Letters 13 ,1–5. Kuram, E., 2017, Kesici Takım Bağlama Uzunluğunun Mikro Frezelemede Takım Aşınması, Kuvvetler ve Çapak Boyutu Üzerindeki Etkileri, Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt 19, Sayı 55, Türkiye. Lai, X., Lia, H., Lia, C., Lina, Z., Ni, J.,2008, Modelling and analysis of micro scale milling considering size effect, micro cutter edge radius and minimum chip thickness. International Journal of Machine Tools & Manufacture 48 , 1–14, China. Lee, K., Dornfeld, D.A. (2005). Micro-Burr Formation and Minimization Through Process Control. Precision Engineering, 29, 246-252.

Lee K., Dornfeld D. A., 2004, “A Study of Surface Roughness in the Micro-End- Milling Process”, http://www.escholarship.org/uc/item/51r6b592. Li, C., Lai, X., Li, J.N., 2007. Modeling of Three-Dimensional Cutting Forces in Micro-End-Milling. Journal of Micromechanics and Microengineering, 17, 671-678. Lee, W.B., Cheung, C.F., 2001. A Dynamic Surface Topography Model for The Precision of Nano-Surface Generation in Ultra-Precision Machining. International Journal of Mechanical Sciences, 43, 961-991. Li, H., Lai, X., Li, C., Feng, J., Ni, J., 2008. Modelling and experimental Analysis of the Effects of Tool Wear, Minimum Chip Thickness and Micro Tool Geometry on the Surface Roughness in Micro-End-Milling. Journal of Micromechanical and Microengineering, 18(2), 1-12. Li, W., Zhou, Z.X., Xiao, H., Zhang, B., 2015, Design and evaluation of a high-speed and precision microspindle, Int. J. Adv. Manuf. Technol. Vol.78 (5), pp 997– 1004, London Liu, X., DeVor, R. E., Kapoor, S. G., and Ehmann, K. F., 2004, The mechanics of machining at the microscale: assessment of the current state of the science, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, 126 (4) 666–678.

http://www.escholarship.org/uc/item/51r6b592

121

Luo, X., Cheng, K.,Webb, D., 2005, Design of ultraprecision machine tools with applications to manufacture of miniature and micro components, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 167, Issues 2-3, pp 515-528, UK. Makki, H., Heinemann, R., Hinduja, S., Owodunni, O., 2009. Online Determination of Tool Run-Out and Wear Using Machine Vision and Image Processing Techniques. 5th Virtual Conference Innovative Production Machines and Systems, 6-17 July, (CD-ROM). Malekian, M., Park, S.S., Jun, M.B.G., 2009. Tool Wear Monitoring of Micro-Milling Operations. Journal of Materials Processing Technology, 209, 4903-4914. Mamedov A. ve Lazoğlu İ., 2012, Mikro Frezeleme için Mekanistik kuvvet Modeli, 3. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi, 175-183, Türkiye. Masuzawa, T. ,2000, State of the Art of Micromachining. Annals of CIRP, 49(2): 473–488. Masuzawa, T., and Tönshoff, H. K., 1997, Three-dimensional micromachining by machine tools, CIRP Annals - Manufacturing Technology, , 46 (2) 621–628. Germany. Mathai, G., Kumar,M., Melkote, Sh., Marcon, A., Hsu, F.C., Chiu, C.C., Wang, J.J., 2010, Modelling and Measurement of Process Errors in Micromilling, https://www.researchgate.net/profile/Andrea_Marcon2/publication. Mavi, A., 2013, kesici takımlara uygulanan kriyojenik işlemin ti6al4v titanyum alaşımının işlenmesinde kesici takım performansının etkisi, Doktora tezi, Gazi Üniversitesi fen Bilimleri Enstitüsü, S.99, Türkiye Mia, M., Dhar, N.,R., 2018, Effects of duplex jets high-pressure coolant on machining temperature and machinability of Ti6Al4V superalloy, Journal of Materials Processing Technology, 252 (2018), 688–696. Nabhani, F., 2001, Wear Mechanisms of Ultra – Hard cutting tools materials, Journal of Materials Processing Technology, 115:402–412. Nauari,M., Makich,H., 2014, Analysis of Physical Cutting Mechanisms and Their Effects on the Tool Wear and Chip Formation Process When Machining Aeronautical Titanium Alloys: Ti6Al4V and Ti55531, DOI: 10.1007/978- 3-662-43902-9_4,pp79-111 Newby, G., 2005. Empirical Analysis of Cutting Force Constants in Micro End Milling Operations, Master of Science in Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 57 p, Georgia. Nouari, M. ve Makich, H. 2014."On the Physics of Machining Titanium Alloys: Interactions between Cutting Parameters, Microstructure and Tool Wear", Metals, 4, 335-358.

122

Nouari, M., Makich, H., 2013, Experimental investigation on the effect of the material microstructure on tool wear when machining hard titanium alloys: Ti6Al4V and Ti-555, International Journal of Refractory Metalsand Hard Materials, 41, 259-269. Özel, T., Olleak, A., Thepsonthi, T., 2017, Micro milling of titanium alloy Ti-6Al- 4V: 3-D finite element modeling for prediction of chip flow and burr formation, Prod. Eng. Res. Devel, 11: 435–444. Park, W., 2008, Development of Micro-Grinding Mechinies and Machine, George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, Dok., 184p, Georgia Patrick J. H., Anirudha V. S., Christopher D. T., Robert W. C. ve Frank E. P., 2008. Diamond Coatings for Micro end Mills: Enabling the Dry Machining of Aluminum at the Micro-Scale. Diamond & Related Materials 17 , 223–233. Perçin, M., Aslantaş, K., Ucun, İ., Çiçek, A., 2015, Mikro Frezeleme İşleminde Kesme Koşullarının Takım Aşınması ve Yüzey Pürüzlülüğü Üzerindeki Etkisi, 8. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu, 14-15 Mayıs 2015/Çankaya Üniversitesi/Ankara, S 45-50 Piljek, P., Keran, Z., Math, M.,2014, Micromachining – Review Of Literature From 1980 to 2010, Interdisciplinary Description of Complex Systems 12(1), 1- 27, Croatia. Rahman, M., Senthil Kumar, A., Prakash, J.R.S., 2001. Micro-Milling of Pure Copper. Journal of Materials Processing Technology, 116, 39-43. Singapore. Rezaei, H., Sadeghi M., Budak, E., 2017, Determination of minimum uncut chip thickness under variousmachining conditions during micro-milling of Ti- 6Al-4V, Int J Adv Manuf Technol, https://doi.org/10.1007/s00170-017-1329-3. Rodriguez, P., Perez, H., Labarga, J.E. and Vizan, A., 2008, “Research On Tool Life in Micro End Milling as Related to Workpiece Quality Criteria”, Proceedings of ECTC Asme Schmitz, T., Couey, J., Marsh, E., Mauntler, N., Hughes, D., 2007. Runout Effects in Milling: Surface finish, Surface Location Error, and Stability. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47, 841–851 Shreyes, K.L., Melkote, N., 2006. Effect of Plastic Side flow on Surface Roughness in Micro-Turning Process. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46, 1778–1785. Singh, K., K., Singh, R., 2018, Chatter stability prediction in high-speed micromilling of Ti6Al4V via finite element based microend mill Dynamics, part of Springer Nature, 6, 95–106pp.

https://doi.org/10.1007/s00170-017-1329-3

123

Sun, X., Cheng, K., 2010. Micro/Nano-Machining through Mechanical Cutting. Qin, Y. (Ed), Manufacturing Engineering and Technology İçinde (24-38). Elsevier, 414p, Oxford. Tansel, I.N., Arkan, T.T., Bao, W.Y., Mahendrakar, N., Shisler, B., Smith, D., McCool, M., 2000. Tool Wear Estimation in Micro-Machining. Part I: Tool Usage- Cutting Force Relationship. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 40, 599–608. USA Tansel, I.N., Rodriguez, O., Trujillo, M., Paz, E., Li, W., 1998. Micro-End-Milling I. Wear and breakage. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 38, 1419–1436. USA Thepsonthi, Th.,. Özel, T., 2013, Experimental and finite element simulation besed investigations on micro-milling Ti6Al4V titanium alloy: Effect of CBN coating on tool wear, Journal of Materials Processing Technology, 213 , 532-542 Thepsonthi, Th., Özel, T., 2015, 3-D finite element process simulation of micro- end milling Ti-6Al-4Vtitanium alloy: Experimental validations on chip flow and tool wear, Journal of Materials Processing Technology 22 , 128–145, USA. Toenshoff, H.,K., Denkena, B., 2013, Basics of Cutting and Abrasive Processes, Springer Heidelberg New York Dordrecht London, p404. Thepsonthi, Th., Özel, T., 2012, Multi-objective process optimization for micro- end milling ,of Ti6Al4V titanium alloy, Int J Adv Manuf Technol, 63:903– 914. Ucun, I., Aslantas, K., Bedir,F., 2013, An experimental investigation of the effect of coating material on tool wear in micro milling of Inconel 718 superalloy, Wear 300, pp8–19. Ucun, İ., Aslantaş, K., Bedir, F., 2011, Kesici Takım Kaplama Malzemesinin Mikro Frezeleme İşleminde Takım Elastik Deformasyonu Üzerindeki Etkisi, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey UCUN, İ., ASLANTAŞ, K., BEDİR, F., 2010, İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro Takımların Aşınma Davranışları ve Performans Analizi, Makina Teknolojileri Elektronik Dergisi, Cilt: 7, No: 4, 47-55. Venkatesh, V. C., Izman, S., 2007, Precision Engineering , pp 436,Tata McGraw- Hill,USA.

124

Venkatesh, V.,Swain, N., Sırınıvas, G., Kumar, P. andBarshilia, H.C., 2016, Review on the machining characteristics and research prospects of conventional micro scale machining operations. Materials and Manufacturing Process, 32(3), 235-262. Vipindas, K., Kuriachen, B., Mathew,J.,2016, Investigations into the effect of process parameters on surface roughness and burr formation during micro end milling of Ti-6AL-4V, Springer-Verlag London 2016, https://doi.org/10.1007/s00170-016-9210-3 Vivek B. P., Sunil B. S., 2012, Effect of Chip Load on Surface Finish In High Speed Micro Milling, International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 3, Issue 7, ISSN 2229-5518. Vogler ,M., P., DeVor ,R., Kapoor E., S., G.,2005, On the Modeling and Analysis of Machining Performance in Micro-Endmilling, Part I: Surface Generation, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 26(4), 685-694,USA Vogler, M. P., Kapoor, S. G., & DeVor, R. E. (2004b). On the modeling and analysis of machining performance in micro-endmilling, Part II: Cutting force prediction. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 126(4), 695-705. USA Wang, J. S., Gong, Y. D. ,Abba, G., Chen, Shi, K., J. S., Cai,. G. Q.,2007, Surface Generation Analysis in Micro End-Milling Considering the Influences of Grain. Syposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS, 25-27. Yücel, E., Çiçek, A.,2011, İmalat Alanında Yaygın Olarak Kullanılan Mikro İşleme Teknikleri, SAÜ. Fen Bilimleri Dergisi, 15. Cilt, 1. Sayı,s.46-59, Türkiye. Yuan, Z.J., Zhou, M., Dong, S., 1996. Effect of Diamond Tool Sharpness on Minimum Cutting Thickness and Cutting Surface Integrity in Ultra Precision Machining. Journal of Materials Processing Technology, 62(4), 327–330. Zareena, A.,R., Veldhuis, S.,C., 2012, Tool wear mechanisms and tool life enhancement in ultra-precision machining of titanium, Journal of Materials Processing Technology, 212, 560-570. Zhan, z., Liang Li , Ning H. & Rabin Sh., 2014, An experimental study on grinding parameters for manufacturing PCD micro-milling tool , International Journal of Advanced Manufacturing Technology, V. 73, Issue 9, pp 1799– 1806. London. Zhang, X. , Ehmann, K., F. , , T. , Wang, W., 2016. Cutting forces in micro-endmilling processes, International Journal of Machine Tools & Manufacture 107, 21–40,China.

https://link.springer.com/journal/170

https://link.springer.com/journal/170

https://link.springer.com/journal/170/73/9/page/1

125

Zhaojun, Y., Wei, L., Yanhong, C., Lijiang, W. (1998). Study for increasing micro- drill reliability by vibrating drilling. Reliability engineering & system safety, 61(3): 229-233. Wan, Y., Change, K., Sun, S., 2013, An innovative method for surface defects prevention in micro milling and its implementation, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, Proc IMechE Part J: J Engineering Tribology 227(12) 1347– 1355 Wang, Z., Kovvuria, V., Araujob, A., Baccic M., Hunga, W.N.P., Bukkapatnama , S.T.S. , 2016, Built-up-edge effects on surface deterioration in micromilling Processes, Journal of Manufacturing Processes 24, 321–327. Brazil. Weule, H., Huntrup, V., Tritschle, H., 2001. Micro-Cutting of Steel to Meet New Requirements in Miniaturization. Annals of the CIRP, 50(1), 61-64. Wu, T., 2012, Tooling Performance in Micro Milling: Modelling, Simulation and Experimental Study, School of Engineering and Design, Brunel University, Doktorate Thesis,229P, İngiltere Wu, X., Li, L., He, N., , 2017, Investigation on the burr formation mechanism in micro cutting, Precision Engineering, 47 , pp191–196

126

İnternet Kaynakları

1. https://www.nalburucuk 04.07.2018

2. https://www.maruho-htj.co.jp 15.03.2018

3. http://high-speed-machining.blogspot.com.tr/ 11.04.2018

https://www.nalburucuk/

https://www.maruho-htj.co.jp/

http://high-speed-machining.blogspot.com.tr/

127

ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Luqman Khaleel Hayder ALATRUSHI Doğum Yeri ve doğum yeri : Irak – Mosul 1974 Medeni Hali : Evli Yabancı Dili : İngilizce ve Türkçe E-posta : LUQMANHAYDER1@GMAİL.COM Eğitim Durumu Lise : Mosul – Alzuhur lisesi Lisans : Mosul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina bölümü Öğretmenliği Yüksek Lisans : Mosul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina bölümü Yayınları Ali,W.J., and Haider,L.Kh.,2009, “A Comparison of Formability of Commercial

Pure Aluminum Sheet by Using Punch and Hydraulic Bulging”, Al Rafdain

Engineering Journal , Vol. 18,No.2,p1-12.

tİtanyum esasli alaŞimlarin (tİ6al4v, …tez.sdu.edu.tr/tezler/tf04095.pdfbu çalışmada,...

Documents