Yüksek Hız Çeliklerinin Frezelenmesinde Farklı Nano Akışkanların Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

ÖZET: Hava çelikleri, savunma, uzay-havacılık ve otomotiv sektörlerinde tercih edilen, yüksek sertlik gösteren bir çelik türüdür. Yüksek sertlik özelliği sayesinde kesici takım olarak da tercih edilmektedir. Talaşlı imalatta yüzey kalitesi ve takım aşınması sürekli üretim için oldukça önemlidir. Hava çeliklerinin mukavemetli bir yapıya sahip olmaları işlenebilirlik açısından önemli zorluklar oluşturmaktadır. Kesici takımda meydana gelen aşınmalar ve iş parçasında oluşabilecek hasarlar hem maliyet hem de kaliteli üretim açısından olumsuz sonuçlara yol açabilmektedir. Yüksek sertliklere sahip çeliklerin işleme performansını artırmak için kesme sıvıları kullanılmaktadır. Bu çalışmada, 1.2080 hava çeliğinin frezeleme işlemi ele alınmıştır. Frezeleme işlemi için iki farklı kesme hızı (45-65 m/dk), iki farklı ilerleme hızı (0,05-0,08 mm/dev) ve biri kuru ortam olmak üzere 5 farklı sıvı soğutma/yağlama (S/Y) ortamı minimum miktarda yağlama (MMY) sisteminde kullanılmıştır. S/Y için; saf MMY, ağırlıkça %0,1 GNP nanotoz katkılı MMY, %0,5 GNP nanotoz katkılı MMY, %0,1 Cu nanotoz katkılı MMY ve %0,5 Cu nanotoz katkılı MMY kullanılmıştır. Frezeleme sonuçları olarak kesici takım yanak yüzey aşınması, iş parçası yüzey pürüzlülüğü ve kesici takım-iş parçası arasındaki kesme sıcaklığı ölçülmüştür. Ayrıca sıvılara ait reolojik özellikler (viskozite ve pH) de incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, farklı kesme parametrelerinin ve kesme sıvılarının işleme performansı üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Frezeleme deneyleri için en ideal S/Y ortamı ağırlıkça %0,5 GNP nanotoz katkılı MMY sıvısı olmuştur. Kuru koşulda yapılan deneyler ile bu kesme sıvısı deneyleri kıyaslandığında, yüzey pürüzlülük değeri 65 m/dk kesme hızı ve 0,05 mm/dev ilerleme hızında %42,2 iyileşmiştir. Yanak aşınma değeri kıyaslandığında 45 m/dk kesme hızı ve 0,08 mm/dev ilerleme hızında %73,1 oranında iyileşme olmuştur. Kesme sıcaklık değeri kıyaslandığından 45 m/dk ve 0,05 mm/dev ilerleme hızında %75,7 oranında sıcaklık düşmüştür. Sonuçlar GNP nanotoz katkılı sıvıların hava çeliklerinin frezelenmesinde kullanılmasıyla önemli avantajlar elde edildiğini göstermiştir.

ABSTRACT: Aerospace steels are a type of steel with high hardness, preferred in the defence, aerospace, and automotive industries. Due to their high hardness, they are also preferred as cutting tools. In machining, surface quality and tool wear are crucial for continuous production. The high strength of aerospace steels presents significant machinability challenges. Wear on the cutting tool and potential damage to the workpiece can lead to negative consequences for both cost and production quality. Cutting fluids are used to improve the machining performance of high-hardness steels. This study considers the milling process of 1.2080 aerospace steel. For the milling process, two different cutting speeds (45-65 m/min), two different feed rates (0.05-0.08 mm/rev), and five different liquid cooling/lubrication (C/L) environments, one of which was dry, were used in a minimum quantity lubrication (MQL) system. For C/L, Pure MMY, MMY with 0.1% by weight GNP nanopowder additive, MMY with 0.5% GNP nanopowder additive, MMY with 0.1% Cu nanopowder additive, and MMY with 0.5% Cu nanopowder additive were used. Milling results included measurement of tool flank wear, workpiece surface roughness, and cutting temperature between the tool and workpiece. Rheological properties (viscosity and pH) of the fluids were also investigated. The effects of different cutting parameters and cutting fluids on machining performance were evaluated. The most ideal dry/dry medium for milling experiments was MQL fluid with a 0.5% (by weight) GNP nanopowder additive. Compared with the dry conditions, surface roughness improved by 42.2% at a cutting speed of 65 m/min and a feed rate of 0.05 mm/rev. When comparing flank wear values, a 73.1% improvement was observed at a cutting speed of 45 m/min and a feed rate of 0.08 mm/rev. When comparing cutting temperature values, a 75.7% temperature reduction was observed at 45 m/min and a feed rate of 0.05. The results demonstrate that significant advantages are obtained by using GNP nanopowder-added fluids in the milling of air steels