Geri Dön

Analysis of tool life for tungsten carbide helical end mills in milling aerospace aluminum

Havacılık endüstrisinde kullanılan alüminyum alaşımlarının karbür parmak frezeler ile işlenmesinde takım ömrü analizi

  1. Tez No: 332200
  2. Yazar: NEVZAT BİRCAN BUĞDAYCI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Mechanical Engineering, Aircraft Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 201

Özet

Günümüzün rekabetçi havacılık ve uzay endüstrisinde yüksek hız, yüksek hassasiyet ve düşük maliyette üretime olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Airbus?un yayınladığı raporlara göre dünya üzerindeki yolcu uçaklarının sayısı her 15 senede bir iki katına çıkmaktadır. Frezeleme, jet motoru ve yapısal elemanlar gibi birçok uçak parçasının üretiminde kullanılan en yaygın ve önemli yöntemlerden biridir. Havacılık ve uzay endüstrisinde üretilen parçaların ağırlıklarının azaltılması için, kaba malzemenin hacimsel olarak %90-95?inin talaş olarak atılması sıklıkla gerçekleşen bir durumdur. Bu nedenle, en iyi üretim koşullarının ve en uygun kesici takımların seçiminin bilimsel temellere dayandırılması yüksek kaliteli ürünlerin düşük maliyet ve kısa süre içerisinde üretilmeleri açısından elzemdir. Üretim süresinin azaltılması için kesme hızlarının arttırılması ise kesme kuvvetleri, ortaya çıkan ısı ve işlem sıcaklıklarının tümünün artmasına neden olmaktadır. Oluşan bu zor şartlar takım aşınmasını hızlandırmaktadır. Böylece aşınan takımlar daha da yüksek kuvvetler oluşturmakta ve üretilen yüzeyin kalitesini düşürmektedirler. Bunlara ek olarak üretilen parça ve takım üzerindeki şekil bozuklukları ile hurdaya çıkan parça sayısı artmakta ve bazı durumlarda aşınan bu takımlar beklenmeyen ani ve büyük hasarlara yol açmaktadırlar. İş güvenliği, takım tezgâhı ve iş parçasının üzerindeki olumsuz etkilerinin yanı sıra, takım maliyetleri üretim maliyetlerinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Bu nedenle takım ömürlerinin hassas tahmini ve eniyilemesi hem akademik hem de endüstriyel açıdan önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışmada uzay ve havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan Alüminyum 7050 alaşımının frezelenmesinde kullanılan parmak frezelerin ömürleri deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma, Türk Havacılık Endüstrisi (TAI)?nin desteği ile gerçekleştirilmiş, kesici takımlar ile iş parçaları TAI tarafından sağlanmıştır. Öncelikle frezeleme sırasında takımların maruz kaldıkları kuvvetler freze alt yüzeyinin de etkileri göz önüne alınarak mekanistik kalibrasyon yöntemi ile modellenmiş ve bu kuvvetler Mori Seiki NMV5000 DCG dikey işleme tezgahında yapılan deneylerle doğrulanmıştır. Daha sonra bu değerler kullanılarak işlem sırasında açığa çıkan ısı ve takım üzerindeki sıcaklık dağılımı hesaplanmıştır. Hesaplanan sıcaklıklar, Koç Üniversitesi Üretim ve Otomasyon Araştırma Merkezi bünyesinde yapılan kızılötesi sıcaklık ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Bir sonraki adımda sıcaklık ve kuvvet bilgileri kullanılarak takım aşınması incelenmiş ve yapılan deneylerle karşılaştırılmıştır. Aşınmanın yüzey kalitesine olan etkisi üretilen yüzeylerin pürüzlülüklerin bakılarak incelenmiştir. Son olarak uygun kesme şartları ve kesici takımlar seçilerek takım maliyetlerinde %85?e varan iyileştirmeler yapılabileceği gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

In today?s competitive aerospace and a ircraft industries, demand in manufacturing products with high speed, high precision and lower cost is increasing. According to the Airbus reports, number of commertial aircrafts is doubled every 15 years. Milling is one of the major manufacturing processes in producing aerospace and aircraft parts such as all structural parts and jet engine components. In aerospace and aircraft industry, removing of 90-95% of the bulk material with milling is very common to lower the weight of parts. Therefore, milling is perhaps the most critical manufacturing process in these critical parts. Selections of optimal machining conditions and the appropriate tools based on scientific analysis are very critical for high quality part manufacturing with lower cost in shorter cycle times. When machining velocities are increased in order to reduce the process time, machining forces, heat generated and process temperatures all increase. The harsh machining environment accelerates the tool wear. As a result, worn tools generates higher forces and more deformations on parts and tools, may cause bad surface quality and scraped parts, and sometimes may results into catastrophic failures. Along with negative effects on the work safety, machining center and final product, the tool costs are one of the main contributors of the overall cost. Therefore, accurate prediction and optimization of the tool life are very important both from the scientific and industrial perspective. In this thesis, tool lives of different helical end mills in milling aerospace grade aluminum alloy Al-7050 which is used in structural parts of aircrafts and aerospace systems are investigated experimentally. This research was sponsored by the Turkish Aerospace Industries (TAI). The workpiece material and milling tools are supplied by TAI. In this research, the forces acting during the milling of Al-7050 are modeled using mechanistic calibration technique taking the bottom edge cutting affects into account. The cutting force model is validated with the cutting experiments conducted on multi-axis CNC milling processes in Mori Seiki NMV5000 DCG. Moreover, the heat generated and temperature distributions in the tool geometry are predicted using the mechanic and thermal modeling methods. The thermal model outputs are compared with the available data in the literature and with the infrared thermal measurements performed in the Manufacturing and Automation Research Center. After the temperature field is established, an analysis on wear is performed. The predicted wear values are also compared with the experimental measurement results. The surface roughnesses of the manufactured parts are measured to observe the effect of wear on the finished part. Besides the scientific analysis on milling mechanics and thermal analysis, this research concludes that by selecting appropriate cutting tools and machining conditions significant saving (up to 85%) on tooling cost in industry is possible.

Benzer Tezler

  1. AISI 316 östenitik paslanmaz çeliklerin işlenmesinde kesici takıma uygulanan kriyojenik işlemin takım ömrü üzerine etkilerinin araştırılması

    The investigation of the effects of cryogenic treatment applied to cutting tools on tool life in machining AISI 316 austenitic stainless steel

    NURSEL ALTAN ÖZBEK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Bilim ve TeknolojiGazi Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT GÜLESİN

    DOÇ. DR. ADEM ÇİÇEK

  2. Kesici takım dinamiğinin modellenmesi ve analizi

    Modeling and analysis of cutting tool dynamic

    BAYRAM SERCAN BAYRAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İHSAN KORKUT

  3. Tornalamada talaş kaldırma parametrelerinin takım ömrüne etkilerinin Taguchi yaklaşımıyla incelenmesi

    Investigation effect of cutting parameters on tool life in turning operation by Taguchi method

    OĞUZ ÇALIŞKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN ALTAN

    DR. ALPER UYSAL

  4. Nikel esaslı inconel 718 süper alaşımının işlenebilirliğinin incelenmesi

    The review on machinability of inconel 718 nicel base super alloy

    ABDULLAH ALTIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Makine MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUAMMER NALBANT