Development of high performance cutting tools for machining of gamma-titanium aluminide intermetallic alloys, Ti6Al4V and inconel 718 in aerospace applications
Γ-titanyum alüminyum intermetalik alaşımlarının, Ti6Al4V ve inkonel 718 malzemelerinin havacılık uygulamaları için frezelenmesinde kullanılmak üzere yüksek performanslı takım ucu geliştirilmesi
- Tez No: 482328
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 287
Özet
Havacılık ve uzay endüstrisi, yüksek mekanik ve termal özelliklerinden dolayı titanyum ve nikel süper alaşımlarını kullanmaktadır. Ti6Al4V, Inconel 718 ve Gamma Titanyum Alüminid özellikle uçak motoru ve roketler için kritik önemdeki malzemelerdir. Bu araştırmada, Gamma Titanyum Alüminid, Inconel 718, Ti6Al4V ve uçak yapımında kullanılan Al7050 gibi iyi bilinen havacılık ve uzay alaşımlarının işlenmesi için parmak frezeler tasarlanmış ve araştırılmıştır. Frezelemenin yanı sıra, Ti6Al4V ve Al7050 malzemelerin delinmesi de araştırılmıştır. Gamma Titanyum Alüminid ve Ti6Al4V malzemelerin frezelenmesi için katı karbür parmak frezeler tasarlanmıştır. Kesici takım geometrisinin yanı sıra, yüzey finiş tekniklerinin ve kaplama malzemelerinin karbür takımın performansına etkileri araştırılmıştır. Tasarlanan takımlar; manyetik toz kaplama, sürtünme kaplaması ve ıslak zımpara kaplaması olmak üzere üç farklı teknikle finişlenmiştir? Ayrıca alüminyum krom nitrür ve alüminyum titanyum nitrür omak üzere iki ayrı kaplama malzemesi de incelenmiştir. Tasarlanan parmak frezelerin performansı kesme kuvvetlerinin şiddeti, spesifik kesme kuvvetleri, takım aşınması ve sürtünme katsayıları kullanılarak değerlendirilmiştir. Kaplama malzemesi-parça arasındaki sürtünme katsayılarının belirlenmesi için direk olarak freze kuvvet verileri ve proses mekaniğini kullanan yeni bir metod sunulmuştur. Bu metod AlCrN ve AlTiN kaplamaların, Ti6Al4V ve Al7050 malzemelerin arasındaki sürtünme katsayılarının bulunmasında uygulanmıştır. Ayrıca, yarı-analitik bir yaklaşımla çalışılan delme işleminin termal analizi, Ti6Al4V malzemenin delinmesi esnasında oluşan ısı dağılımı ile gösterilmiştir. Simülasyon sonuçları özgün bir dönen takım ısı ölçüm cihazıyla doğrulanmıştır. Inconel 718 malzemenin işlenmesinin simülasyonu, kesme prosesini simüle etmek için gereken mekanik özelliklerin kurucu bir modelle sağlanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kurucu model, freze prosesindeki kesme katsayılarının tahmini ve bu sayede kesme kuvvetlerinin bulunması için kullanılmıştır. Sonuç olarak, doğrulanan simülsayon modeli, Inconel 718 alaşımının yüksek performansla frezelenmesi için ideal parmak freze tasarımının parametrik analizi için kullanılmıştır. Yekpare seramik bir parmak freze tasarlanmış, üretilmiş ve Inconel 718 alaşımının yüksek performansla frezelenmesi için doğrulanmıştır. Deneysel sonuçlar tasarlanan takımın, Inconel 718 alaşımının işlenmesinde üretkenliği artırdığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Aerospace industry use advance engineering materials such Titanium and Nickel super alloys due to their superior mechanical and thermal properties. Ti6Al4V, Inconel 718 and Gamma-Titanium Aluminide are critical materials, especially for the aircraft engines and rockets. In this research, milling tools are designed and investigated for the machining of the famous aerospace alloys, namely, the intermetallic compound gamma titanium aluminide, the nickel alloy Inconel 718, the titanium alloy Ti6Al4V and the aircraft structural material Aluminum alloy Al7050. Besides the milling process, the drilling of Ti6Al4V and Al7050 workpiece was also investigated. Solid carbide end-mills are designed for milling the intermetallic alloy gamma titanium aluminide and Ti6Al4V. Besides the geometry of the end-mill, the effect of the surface finishing techniques and the coating material is investigated on the performance of the solid carbide end-mill. The designed tools are produced using three surface finish techniques; the magnetic powder finish, drag finish and wet sandblast finish. Whereas, the two types of surface coating materials investigated for the study are the aluminum chromium nitride AlCrN and the aluminum titanium nitride AlTiN. The performance of the designed end-mills is evaluated using the cutting forces magnitudes, specific cutting forces, tool wear and friction coefficient. A new method is proposed to establish the friction coefficients for the coating material and workpiece pairs directly from the mechanics of the milling process and machining force data. The method was applied to find the friction coefficient for the AlCrN and AlTiN coatings on Ti6Al4V and Al7050. Furthermore, the thermal analysis of the drilling process is provided through a semi-analytical approach for predicting the temperature distribution on the drill tool when drilling Ti6Al4V. The simulation results were confirmed through a novel rotary tool temperature measuring device. The simulation of machining of the Inconel 718 alloy is achieved by providing the constitutive model to establish the necessary mechanical properties for simulating the cutting process in the milling process. The constitutive model was then used to estimating the cutting coefficients and for predicting the cutting forces for the milling process. Subsequently, the validated simulation model is used for the parametric analysis to establish the ideal end-mill design for high-performance milling of the Inconel 718 alloy. A new monolithic ceramic end-mill is designed, manufactured and validated for the high-performance milling of the Inconel 718 alloy. The experimental results confirmed the improvement in productivity in the milling of Inconel 718.
Benzer Tezler
- Yüksek talaş kaldırma performansı sağlayan dönen yuvarlak uçlu tornalama takımının geliştirilmesi
Development of self-propolled rotary turning tool for high performance machining (material removal)
UĞUR EMİROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN ALTAN
- Elektrokimyasal yöntem ile yüksek hız kesici takım çeliğinin borlanması
Electrochemical boronizing of high speed cutting tool steel
ALİ GEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GAMZE GÜLERYÜZ PARASIZ
- Development of high fracture toughness hard coatings
Yüksek kırılma tokluğuna sahip sert kaplamaların geliştirilmesi
BURÇİN KAYGUSUZ
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEZER ÖZERİNÇ
PROF. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
- Design and fabrication of micro end mills for the machining of difficult-to-cut materials
Kesilmesi zor malzemelerin işlenmesi için mikro frezeleme takımlarının tasarım ve üretimi
SAMAD NADIMI BAVIL OLIAEI
Doktora
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YİĞİT KARPAT
- TiAIN, TİN tek ve çok katlı kaplamaların karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
OĞUZ ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ FUAT ÇAKIR