Materyal ve Metot

Çalışmada kullanılacak materyal ve metot, deneylerde belirlenen kontrol parametrelerinin Rz ve VB değerleri üzerindeki etkilerinin ortaya çıkarılmasında önem teşkil etmektedir. Bu amaçla, çalışmada gerçekleştirilen deneylerde, mikro işleme konusunda daha önce yapılmış olan çalışmalarda kullanılmış olan Ti-6Al-4V malzemesi test numunesi olarak belirlenmiştir. Söz konusu malzemeden 5 adet kullanılmış olup, parçaların ebatları ise 30 mm x 30 mm x 10 mm'dir. Ti-6Al-4V malzemesine ait kimyasal ve fiziksel özellikler sırasıyla Çizelge 3.1 ve 3.2'de yer almaktadır.

Çizelge 3.1. Ti-6Al-4V malzemesinin çeşitli özellikleri (Peters, Hemptenmacher, Kumpfert ve Leyens, 2005: 20)

Alaşım

Çizelge 3.2. Ti-6Al-4V malzemesinin kimyasal bileşimi (Rehman ve diğerleri, 2018)

Alaşım Ti V Al Cr Cu Fe Mn

Ti-6-4 89,4 4,30 6,15 0,0027 0,0045 0,0510 0,0055

Ti-6Al-4V malzemesi havacılık ve uzay sanayinde kullanılan, yapısı itibariyle korozyona dayanıklı, yüksek ısı, yorulma ve akma dayanımlı, ağırlık güç oranı yüksek olan ve çok mukavim bir malzemedir. Buna ilaveten, yoğunluk değerinin alüminyuma yakın olması sebebiyle, uzay sanayi için elverişli bir malzeme olmaktadır. Bununla birlikte, Ti-6Al-4V malzemesi yüksek sertlikte olması sebebiyle işleme esnasında yüksek sıcaklık oluşumuna ve yüksek takım aşınmasına neden olmaktadır. Diğer taraftan, titanyum alaşımlarında 550

oC’ye kadar olan sıcaklık değerlerinde bile bütünlük bozunmamaktadır. Bu çerçevede, düşük termal iletkenliğe sebep olması nedeniyle kesme sırasında açığa çıkan ısının yaklaşık %80’i kesici takıma iletilmektedir. Literatürde, konvansiyonel tezgahlarla yapılan titanyum alaşımlı malzemelerin işlemesinde tungsten karbit/fiziksel buhar çöktürme (PVD) kaplı kesici takımlarda optimum kesme hızının 60 m/dak, kaplamasız takımlarla yapılan işlemede ise kesme hızının 50 m/dak ve ilerleme hızının 0,5 mm/dev olduğu belirtilmektedir (Revuru, Posinasetti, Venkata Ramana ve Amrita, 2017).

Deneyler, Hyundai Wia F 500 Plus marka ve maksimum 18,5 kW motor gücüne ve 8.000 dev/dak ana iş mili devrine sahip olan dik işleme tezgahında yapılmıştır. Tezgah geleneksel emülsiyon yöntemi ile yağlama özelliğine sahip olup, soğutucu akışkan, bor yağı – su oranı 100/5 oranında kullanılmakta ve doğrudan ana iş mili içerisinden beslenmektedir. Söz konusu tezgah Bera CNC firmasının, imalat atölyesinde halihazırda bilezik malzemesi üretmeye yönelik olarak 2019 yılında tedarik edilmiştir. Deneyde kullanılan mikro takımlar öncelikle Toodle firmasından tedarik edilen SSI (soğutucu sıvı yükseltgeyicisi) prensibiyle çalışan mikro iş miline takılmıştır. Ardından, söz konusu mikro iş mili, EROGLU Präzisionswerkzeuge GmbH firmasının üretimi olan BT 40 – 25 – 90 veldon takım tutucuya takılmış ve söz konusu takım tutucu da tezgah ana iş miline bağlanmıştır. Bu sayede, tezgah iş milinden gelen basınçlı soğutma sıvısı direkt olarak mikro iş milinin kanalları vasıtasıyla thrust tipi rulmanlar ile yataklanan takıma devir kazandırmıştır. SSI şeklinde çalışan mikro iş mili ve takım tutucu ait resimler sırasıyla Şekil 3.1 ve 3.2'de belirtilmektedir. Söz konusu mikro iş mili takım tutucuya bağlandıktan sonra sızdırmazlığın arttırılması amacıyla sabitleme civatalarının yüzeyine teflon malzemesi sürülmüştür.

Şekil 3.1. SSI prensibiyle çalışan mikro iş mili

Şekil 3.2. BT 40 – 25 - 90 Veldon takım tutucu

Mikro iş milinin üretici firması tarafından sunulan katalog bilgilerine göre, mikro iş milinin Solidworks programı aracılığıyla yapılan 3 boyutlu resmi, patlamış görüntü olarak Şekil 3.3'de verilmektedir.

Şekil 3.3. Deneylerde kullanılan SSI prensibiyle çalışan mikro iş milinin patlamış görüntüsü (sırasıyla iş mili ön kapağı, türbin, gövde ve arka kapağı)

Deneylerde, kesici uç olarak Baytek marka, 2 ağızlı 400, 500 ve 700 µm çaplı ve sap çapı 3 mm olan ve 40 mm boyundaki kaplamasız yekpare gövdeli karbür parmak frezeler kullanılmıştır. Üretici firmanın katalog bilgilerine göre, tavsiye edilen diş başı ilerlemesi (fz) 0,001, 0,002 ve 0,003 mm/diş, kesme hızı (Vc) 49, 57 ve 62 m/dak ve ilerleme hızı (F) 95, 110 ve 140 mm/dak olarak verilmiştir. Takımların rulman türbini demontaj ve montaj

hali, montaj yapmak için kullanılan alet ve mikro iş milinin montaj yapılmış hali Şekil 3.4, Şekil 3.5, Şekil 3.6 ve Şekil 3.7’de verilmektedir.

Şekil 3.4. SSI şeklinde çalışan mikro iş miline ait iç çapı 3 mm olan rulman (NSK marka yüksek hız rulmanı) ve türbinin demontaj durumu

Şekil 3.5. SSI şeklinde çalışan mikro iş miline ait iç çapı 3 mm olan rulman (NSK marka yüksek hız rulmanı) ve türbinin montaj durumu

Şekil 3.6. Türbin, kesici takım ve rulman montajı yapmak için kullanılan alet

Şekil 3.7. Mikro iş milinin montaj yapılmış hali

Firma kataloğunda, SSI prensibiyle çalışan mikro iş milinin iç kısmı yüksek sıcaklıklara maruz kaldığı için martenzitik paslanmaz çelik malzemesinden yapıldığı belirtilmiştir.

Deneylerde takım aşınmalarının ölçümü için kullanılan cihazlara ilişkin görüntüler Şekil 3.8 ve 3.9’da yer almaktadır.

Şekil 3.8. Takımlardaki adhezyon aşınmalarının ölçümü için kullanılan Leica Dmc 2900 marka mikroskop

Deneyler, literatürde yapılan araştırmalara göre, Ti-6Al-4V iş parçasının sert ve işlenmesinin zor olduğu, mikro mekanik işlemenin düşük devir sayısında etkili olmaması ve soğutucu akışkan ile çalışan mikro iş millerinde yüksek devir sayıları için tork değerinin yeterli olmaması ve işlemenin fonksiyonel olabilmesi için soğutucu akışkan giriş basıncının 6 - 35 bar arasında bir değerde bulunması gerektiği göz önünde bulundurularak, yaklaşık 54.000 dev/dak olarak belirlenen takım devir sayısının çalışma için gerekli devir sayısını karşıladığı anlaşılmıştır. Bu doğrultuda, deneyler boyunca, soğutucu akışkan basıncı tezgah üzerinden kontrol edilmiş ve yaklaşık 20 bar değerinde sabit tutulmuştur.

Bu çerçevede, deneyler söz konusu devir sayısını sağlayan 20 bar soğutma sıvı basıncının direkt olarak 0,4 0,5 ve 0,7 çaplı mikro takımlara beslenmesi şeklinde gerçekleştirilmiştir.

Şekil 3.9. Takım kesici kenar serbest yüzey aşınmalarının (VB) ölçümü için kullanılan Hitachi SU 5000 marka taramalı elektron mikroskobu (SEM)

Çalışma daha önce belirtildiği üzere deneyler için belirlenen kesme parametrelerinin optimizasyonu için Taguchi metodu uygulanmıştır. Taguchi yöntemi çalışmada sınırlı deneyler yapılarak deneyde kullanılan kesme parametrelerinin bilinmeyen özelliklerine ulaşılabilmesinin mümkün olması ve parametreler arasındaki etkileşimin analizinin yapılması ve modellenmesi için kullanışlı bir yöntem olması sebebiyle uygulanmıştır (Taguchi, Chowbury ve Wu, 2005: 40; Günay, 2013). Buna ilaveten, bu yöntem endüstriyel alanlarda bir ürünün tasarım aşaması üretim süreci için gereken zamanı azaltmakta ve buna bağlı olarak üretim maliyetlerinin düşmesini sağlamaktadır. Diğer taraftan, Taguchi yöntemi sayesinde alışılmış şekilde belirlenen deney tasarımında dikkate alınmayan ve dolayısıyla denetlemeyen faktörlerin ortaya çıkardığı öngörülemeyen durumların kontrol edilmesi mümkün olmaktadır. Metotta kontrol faktörleri olarak belirlenen değişkenler belirli seviyelere bölünerek söz konusu seviyelerin performansının ölçülmesi amacıyla amaç fonksiyonu değerleri, sinyal/gürültü (S/N) değerlerine dönüştürülmektedir. S/N oranı ise rastgele belirlenmiş gürültü değeri için istenilen sinyal oranı olarak tanımlanmaktadır. Söz konusu amaç fonksiyonunda (S/N değeri) ise, en küçük en iyi, en büyük en iyi ve hedef değer en iyi şeklinde üç farklı fonksiyon kullanılmaktadır (Günay, 2013). Söz konusu metotta ortogonal diziliş olarak adlandırılan tablolar kullanılmaktadır. Deneyler sırasında bu yöntem kullanılarak belirlenen kesme parametreleri ile deneyler yapılarak, parametrelerin bilinmeyen özelliklerinin ortaya

çıkarılması amaçlanmıştır. Ardından, kesme parametrelerinin amaç fonksiyon değerlerine etki oranın hesaplanması amacıyla varyans analizi (ANOVA) yapılmış olup, S/N oranı ve varyans analizi ile kesme parametreleri birbiri ile optimum şekilde ilişkilendirilmiştir.

Takım çapların değişimi kesme derinliği ve ilerleme hızlarına karşılık elde edilen maksimum yüzey pürüzlülüğü (Rz) ve kesici takım aşınma oranı değerlerine ilişkin ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca, her deney için tezgahtan sağlanan güç değeri bilgisi Tezgahtan alınarak, optimizasyon çalışmasında kullanılmıştır. Tezgah işleme sırasında ana iş mili devrini sağlayan fonksiyon devre dışı bırakılmıştır ve sadece eksen hareketlerini sağlayan fonksiyonlar ile akışkanın beslenmesini sağlayan fonksiyon devrede tutulmuştur. Bu şekilde, Taguchi L27 ortogonal dizini düzenine göre, optimizasyon yöntemine uygun şekilde kaplamasız belirlenen toplam 27 mikro kesici uç ile 27 adet kanal açılmıştır.

Kanalların açılmasında, yüzey pürüzlülük değerlerinin alınabilmesi amacıyla, işlenen kanalların en az 2,5 mm genişlikte olması göz önünde bulundurulmuştur. Bu doğrultuda, deneylerde meydana gelen yüzey pürüzlülük değerleri işlenen kanalın başından, kanal yüzeyinin orta noktasından ve kanalın ucundan olmak üzere 3 farklı bölgeden 2'şer defa ölçülmesiyle, minimum 2,5 mm genişlik ölçümü yapabilen prob uçlu profilometre cihazı vasıtasıyla alınan verilerin ortalamasına göre hesaplanmıştır. Takım ömrü deneyleri için ise toplam 9 farklı mikro kesici uç kullanılarak 9 farklı kanal açılmıştır. Takım ömrü deneylerinde ise, her deney için belirlenen parametreler aynı olup, deneyler takımların işleme sürelerine göre yapılmıştır. Deneylerin sonuçlarındaki adhezyon aşınma değerleri, 160x büyütme yapılarak Şekil 3.8'de yer alan optik mikroskop aracılığıyla alınmış olup, kesici kenar üzerindeki serbest yüzey aşınma değerleri ise 1000x büyütme yapılarak, Şekil 3.9'daki SEM aracılığıyla elde edilmiştir.

İşleme sırasında tezgahtan çekilen güç değeri farkı (kW) ise her deneyde tezgahtan okunan değerler izlenerek, işleme başlamadan önceki ve işleme sırasındaki değerler karşılaştırılarak bulunmuştur.

Deney sonuçlarında ise elde edilen veriler birbirleri ile karşılaştırılarak, Taguchi yöntemine uygun şekilde sıralanmış ve 27 deney yapılarak en uygun kesme parametreleri belirlenmiştir. Ardından söz konusu parametreler varyans (ANOVA) analizine tabii tutulmuştur.