Mermerlerin vakumla sert lehimlenmiş elmas kaplamalı freze takımlarla işlenmesinin optimizasyonu
Optimization of marble machining with vacuum brazed diamond-coated milling tools
- Tez No: 939995
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERKAN ÖZKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Doğal taş bloklar, levhalar ve plakalar, CNC' de (bilgisayarlı sayısal kontrol) kullanılan farklı takımlarla işlenerek dekoratif ürünler oluşturulabilmektedir. Verimli ve uzun ömürlü kullanım sağlayan vakum lehimleme yöntemiyle üretilen elmas kaplamalı freze takımlarının optimum parametrelerle aşınma mekanizmasının belirlenmesi bu çalışmanın amacıdır. Bu amaçla, dekoratif ürünlerde sıkça tercih edilen metamorfik kökenli 6 farklı mermer CNC'de işlenmiştir. Çalışma ön deneyler ve ana deneyler olmak üzere iki aşamadan oluşmaktadır. Ön deney aşamasında daha önceki çalışmalardan elde edilmiş tecrübelerle işlem parametreleri olarak; 1 mm kesme derinliği, 1500, 2250 ve 3000 mm/dk ilerleme hızları ile 6000, 9000 ve 12000 dev/dk iş mili devirleri seçilmiştir. Frezeleme deneyleri tam kesme işlemi şeklinde, yani takımının tamamının malzemeye girerek takım çapına eşit bir kesme genişliğinde talaş kaldırmasıyla gerçekleştirilmiştir. Deneylerde farklı elmas tane boyutlarına sahip T301, T405 ve T602 kodlu takımlar kullanılmıştır. Bu takımlar, özgül enerji (SE), yüzey pürüzlülüğü (Ra), normal kuvvet (Fz) ve radyal kuvvet (Fr) kriterleri açısından değerlendirilmiştir. İlk aşama deney sonuçlarına göre, T602 kodlu takımın diğer takımlara kıyasla üstün performans sergilediği tespit edilmiştir. Bu nedenle ana deneylerde T602 (50/60 mesh) kodlu takımlar ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca uygulamalarda tam kesme yerine sürekli kesme işlemi yapıldığından, iri ve ince tane boyutuna sahip mermerler üzerinde uygun kesme genişliği belirlenmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri esas alınarak yapılan değerlendirmeler sonucunda, kesici takım çapının %40'ına karşılık gelen 2,4 mm kesme genişliği uygun bulunmuştur. Ön deneylerden elde edilen bulgular doğrultusunda, tam faktöriyel deney tasarımı uygulanmış ve toplam 16 deney modeli oluşturulmuştur. Frezeleme sırasında kesme eksenlerinde oluşan kuvvetler, özgül enerji, yerdeğiştirme, gürültü seviyeleri ve frezeleme sonrası yüzey pürüzlülüğü ile tane boyutu analizleri yapılmıştır. Deney verilerinin optimizasyonu için Stat-Ease 360 yazılımı kullanılarak yüzey yanıt yöntemi (RSM) uygulanmıştır. Frezeleme performansının optimize edilmesinde, nihai yüzey kalitesini belirleyen yüzey pürüzlülüğü (Ra), yüzey pürüzlülüğünü etkileyen önemli bir parametre olan normal kuvvet (Fz), enerji verimliliği ve üretkenlik açısından kritik olan için özgül enerji (SE) ile malzeme kaldırma oranı (MRR) parametreleri dikkate alınmıştır. Her bir mermer türü için en uygun işlem parametreleri ayrı ayrı belirlenmiştir. Belirlenen bu parametreler doğrultusunda elmas freze takımının aşınma durumlarını detaylı bir şekilde incelemek amacıyla 1, 3, 5, ve 7 m²'lik adımlarla aşınma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Aşınma deneyleri sırasında, SEM ve Dino-Lite dijital mikroskop kullanılarak takım yüzeyinde oluşan aşınma türleri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Genel olarak, aşınma türlerinin kenar-köşe aşınma, kırılma ve parçalanma şeklinde olduğu gözlemlenmiştir. Takımlardaki aşınma oranı, ince taneli mermerlerde %30-48 arasında iken, iri taneli mermerler de bu oran %54-61olarak tespit edilmiştir. En hızlı aşındırıcı etki %54 oranıyla Marmara Beyaz mermerde gözlemlenmiştir. Ayrıca tüm mermerler için referans olabilecek optimum işleme parametreleri (12000 dev/dk, 3000 mm/dk) belirlenmiş ve bu parametrelerle Afyon Gri mermer için aşınma durumu karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, referans parametrelerle %48 oranında daha fazla aşınma meydana geldiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, mermerlerin karakteristik özelliklerinin yalnızca optimum işlem parametrelerinin belirlenmesinde değil, aynı zamanda işlem verimliliği ve takım ömrü üzerinde de kritik bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Vakumla lehimleme yöntemiyle üretilmiş elmas kaplamalı takımların, geleneksel yöntemlere kıyasla daha düşük aşınma oranları ve daha yüksek işleme performansı sunduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Natural stone blocks, slabs, and plates can be processed using various tools in CNC (Computer Numerical Control) systems to create decorative products. The aim of this study is to determine the wear mechanism of diamond coated milling tools produced by vacuum brazing method, which provides efficient and long-lasting use, with optimum parameters. For this purpose, six different metamorphic-origin marbles, commonly used in decorative products, were processed on a CNC machine. The study consists of two stages: preliminary experiments and main experiments. In the preliminary experiments, based on previous studies and experiences, the processing parameters were selected as follows: a cutting depth of 1 mm, feed rates of 1500, 2250, and 3000 mm/min, and spindle speeds of 6000, 9000, and 12000 rpm. The milling experiments were carried out as a full cutting operation, i.e. with the entire tool entering the material and removing chips with a cutting width equal to the tool diameter. Tools with different diamond grain sizes, coded as T301, T405, and T602, were used in the experiments. These tools were evaluated based on specific energy (SE), surface roughness (Ra), normal force (Fz), and radial force (Fr) criteria. According to the results of the preliminary experiments, the T602-coded tool demonstrated superior performance compared to the other tools. Therefore, the main experiments were conducted using T602 (50/60 mesh) coded tools. Additionally, since continuous cutting was performed instead of full slotting in the applications, an appropriate cutting width was determined for marbles with coarse and fine grain sizes. Based on surface roughness measurements, a cutting width corresponding to 40% of the tool diameter, or 2.4 mm, was found to be suitable. Based on the findings from the preliminary experiments, a full factorial experimental design was applied, and a total of 16 experimental models were created. During milling, forces occurring on the cutting axes, specific energy, displacement, noise levels, and post-milling surface roughness and grain size analyses were conducted. To optimize the experimental data, the Response Surface Methodology (RSM) was applied using the Stat-Ease 360 software. In optimizing milling performance, parameters such as surface roughness (Ra), which determines the final surface quality, normal force (Fz), which significantly affects surface roughness, and specific energy (SE) and material removal rate (MRR), which are critical for energy efficiency and productivity, were considered. The optimal processing parameters for each type of marble were determined individually. Based on these parameters, wear tests were conducted at intervals of 1, 3, 5, and 7 m² to examine the wear behavior of the diamond milling tools in detail. During the wear tests, the wear types on the tool surface were analyzed in detail using SEM and Dino-Lite digital microscopy. In general, the observed wear types included edge/corner wear, fracture, and chipping. The wear rate of the tools ranged between 30-48% for fine-grained marbles, while it was determined to be between 54-61% for coarse-grained marbles. The most abrasive effect was observed in Marmara White marble, with a wear rate of 54%. Additionally, optimal processing parameters (12000 rpm spindle speed and 3000 mm/min feed rate), which could serve as a reference for all marbles, were determined, and the wear behavior of Afyon Gray marble was compared under these parameters. According to the results, a 48% higher wear rate was observed under the reference parameters. In conclusion, it was found that the characteristic properties of marbles are critical not only for determining the optimal processing parameters but also for processing efficiency and tool life. The study revealed that diamond-coated tools produced using the vacuum brazing method provide lower wear rates and higher machining performance compared to traditional methods.
Benzer Tezler
- The Mechanistic aspects of the stereoregular polymerization of propylene oxide
Başlık çevirisi yok
ZEKİ ÖKTEM
- Mermerlerin jeomekanik özelliklerine bağlı olarak işletme yöntemi seçiminin araştırılması
The Research of the electron of production method, according to geomechanical properties of marbles
ALPASLAN ERTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiDOÇ.DR. HEKİMOĞLU OSMAN ZEKİ
- Mermerlerin kesilebilirlik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of sawability properties of marbles
ONUR GÜRBULAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Maden Mühendisliği ve MadencilikDokuz Eylül ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. AHMET HAMDİ DELİORMANLI
- Dairesel testereli blok kesme makinalarında mermerlerin kesilebilirlik analizleri
Analysis of sawability of marbles with diamond disc block cutter machines
İ. SEDAT BÜYÜKSAĞİŞ
Doktora
Türkçe
1998
Maden Mühendisliği ve MadencilikEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. R. METE GÖKTAN
