Distortion modeling and Machining of aerospace materials
Biçim bozulmalarının modellenmesi ve havacılık malzemelerinin işlenmesi
- Tez No: 591153
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Physics and Physics Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Frezeleme işlemi Gama Titanyum Alüminid, Titanyum ve Alüminyum alaşımları gibi ileri mühendislik malzemelerinin işlenmesinde kullanılır. Bu malzemeler, özellikle 48-2-2 Gamma Titanyum Alüminid ve Ti-6Al-4V, üstün termo-mekanik özelliklere sahip oldukları için uçak motorları ve roketler gibi çeşitli havacılık uygulamalarında kullanılır. Al7050 ise temel olarak uçakların yapısal parçalarında kullanılmaktadır. İnce cidarlı uçak parçaları, frezeleme işlemi sırasında ortaya çıkan mekanik ve termal yüklerin etkisiyle boyutsal bir yüzey hatasına neden olan deformasyona uğrarlar. Bu nedenle, ince cidarlı yapısal parçaların işlenme sonucunda oluşan deformasyonu, havacılık endüstrisindeki en büyük problemlerdendir. Bu sorun düşük üretim verimliliğine, parça reddine ve yüksek üretim maliyetine yol açabilir. Parça reddini önlemek ve daha iyi parça işleme sonuçları elde etmek için, parça işlemeye başlamadan önce parçaların boyutsal bozulmasının öngörülmesi gerekir. Bu tezde, ince cidarlı ve karmaşık geometriye sahip Al7050 yapı parçalarının frezeleme işleminden kaynaklanan boyutsal bozulmaları tahmin etmek için bir 3D geçici sonlu eleman tabanlı model geliştirilmiştir. Mekanik ve termal yükün birleşik etkisi modelde göz önünde bulundurulmuştur. Bu yükler analitik olarak tahmin edilmiş ve sonlu elemanlar simülasyonu için bir girdi olarak kullanılmıştır. Mekanik ve termal yüklerin son parça geometrisine uygulanması için yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Simülasyon sonuçlarını doğrulamak için 5 eksenli CNC işleme tezgahında frezeleme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları kuvvet ölçümleri, sıcaklık ölçümleri, lazer ölçümleri ve koordinat makinesi ölçümleri ile deneysel olarak doğrulanmıştır. Boyutsal bozulmanın modellemesinin yanı sıra, Gamma Titanyum Alüminid (γ-TiAl) ve Ti6Al4V alaşımları üzerinde de işleme testleri yapılmıştır. Bu çalışma ile daha önce literatürde olmayan 48-2-2 γ-TiAl malzemesi için bir ortogonal kesim veri tabanı oluşturulmuştur. Ortogonal kesimden eğik kesime dönüşüm tekniği kullanılarak geliştirilen veri tabanı, Ti-48Al-2Cr-2Nb (48-2-2) γ-TiAl malzemesinin frezeleme işlemindeki kesme kuvvetlerini tahmin etmek için kullanılır. Yüksek performanslı kaplamalar, son on yılda, endüstrideki işleme takımlarının verimliliğini artırmak için başarılı bir standart haline gelmiştir. Bu çalışma AlTiN ve AlCrN takım kaplamaları için ortogonal kesim veri tabanı oluşturmaya da odaklanmaktadır. Kaplamanın sürtünme katsayısı, kayma gerilmesi, kayma açısı ve kesme kuvvetleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ortogonal tornalama işlemi ile bulunan sürtünme katsayıları değerlendirildiğinde, AlCrN kaplamanın AlTiN kaplamasına kıyasla daha yüksek sürtünme katsayısına sahip olduğunu, ancak AlCrN kaplamanın AlTiN kaplamasına göre daha küçük bir kayma açısına sahip olduğunu görülmüştür. Öngörülen kesme kuvvetleri, uç freze ve bilyeli freze takımları kullanılarak farklı kesim koşulları için yapılan deneylerden ölçülen kesme kuvvetleriyle karşılaştırılarak, doğrulanmıştır. Simüle edilen sonuçlar, deneysel sonuçlarla iyi bir uyum göstermiştir. Genel olarak, bu çalışma, 48 2-2 γ-TiAl alaşımlarının işlenmesi ve imalat sanayinde geleneksel malzemelerin işlenmesinden gelişmiş malzemelerin işlenmesine geçişi kolaylaştırmak için önemli bir rehber sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Milling process is used in the machining of advanced engineering materials such as Gamma Titanium Aluminide, Titanium and Aluminum Alloys. These materials have various aerospace applications, such as 48-2-2 Gamma Titanium Aluminide and Ti-6Al-4V due to their superior thermo-mechanical properties are used in the aircraft engines and rockets. Whereas, Al7050 is mainly utilized in aircraft structural parts. The aircraft parts are consisting of thin-wall structures and often suffer a deformation which causes a dimensional surface error due to the action of the mechanical and thermal loads generated during the milling process. Therefore, the deformation of thin-walled structural parts is the major problem in aerospace industries. This problem may lead to low productivity, part rejection and high production cost. To avoid part rejection and achieve better machining results it becomes necessary to predict the distortion of the part before going into actual machining. In this thesis, a 3D transient finite element based model is developed to predict the distortion of the Al7050 thin-wall complex structural parts due to the milling process. The combined effect of mechanical and thermal load is considered in the model. These loads are analytically estimated and used as an input for the FEM simulation. A new approach is proposed for applying the mechanical and thermal loads on the final part geometry. Milling experiments in 5-axis CNC machining center are performed in order to validate the simulation results. The results are validated using force measurements, temperature measurements, laser measurements, and coordinate machine measurements. Besides the distortion modeling, machining tests on Gamma Titanium Aluminide (γ- TiAl) and Ti6Al4V Alloys are performed. The novelty of the study lies in reporting the orthogonal database of 48-2-2 γ-TiAl. The developed database is used to predict the cutting forces for milling process for Ti-48Al-2Cr-2Nb (48-2-2) γ-TiAl by employing orthogonal to oblique transformation technique. High-performance coatings have become a successful standard for increasing the efficiency of machining tools in industry over the last decade. The study focuses on establishing an orthogonal cutting database for different tool coatings; AlTiN and AlCrN coatings. The effect of coating on friction coefficient, shear stress, shear angle and cutting forces are investigated. Friction coefficient identified from the orthogonal turning shows that the AlCrN coating has the highest friction coefficient as compared to the AlTiN coating whereas the AlCrN coating has a smaller shear angle as compared to the AlTiN coating. Predicted cutting forces are validated with the experimental cutting forces during end milling and ball-end milling operations for different cutting conditions. The simulated results showed good agreement with the experimental results. Overall, this study provides an important guide for machining of 48 2-2 γ-TiAl alloys and facilitating the transition from processing traditional materials to advanced materials for manufacturing industries.
Benzer Tezler
- Modeling and analysis of distortion in milling of aerospace parts
Havacılık ve uzay parçalarının frezelenmesinde distorsiyonun modellenmesi ve analizi
WASEEM AKHTAR
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- A novel hybrid model for oblique machining induced residual stresses and distortions on thin parts
Artık gerilmelerin, talaşlı imalatta üretilmiş parçaların üretim performanslarında önemli bir rolü vardır
FERGANİ OMAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Seçici lazer ergitme yöntemiyle üretilen ınconel 718 parçalarının üretim süreçlerinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi ve deneysel doğrulanması
Modeling of the production processes of inconel 718 parts produced by the selective laser melting method with the finite element method and experimental verification
NEDİM SUNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF KAYNAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA SAFA YILMAZ
- Mechanics and thermal modeling of micro milling
Mikro frezelemenin mekaniği ve ısı modellemesi
ALİ MAMEDOV
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Ön gerilme altındaki kaynaklı metal malzemelerin talaşlı şekillendirilmelerinin sonlu elemanlar analiziyle modellenmesi
Finite element modelling of metal cutting process under residual stress caused by welding
MEHMET SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT AKKUŞ