Deney Tasarımı Yöntemlerinin Karşılaştırmalı Kullanımı İle İnce Sert Seramik Kaplı Matkap Uçlarının Performans Değerlendirmesi Ve Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada farklı deney tasarım yöntemleri kullanılarak matkap uçlarının endüstriyel şartlar altında optimimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Performansı etkileyen faktörler olarak kesme hızı ve ilerleme hızı değerlendirilirken ince sert seramik kaplamaların etkisi de incelenmiş, kaplamasız ve ince sert seramik kaplamalı (TiN ve TiAlN) matkap ucu tipleri üçüncü bir faktör olarak ele alınmış; bu üç faktörün toplam etkisi değerlendirilerek optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Böylece kaplama türü, kesme hızı ve ilerleme hızı faktörleri ve aralarındaki etkileşimler göz önüne alınarak bu faktörlerin en uzun takım ömrünü ifade eden optimum performansı sağlayacağı değerler tesbit edilmiştir. Performans değerlendirmesi, takım ömrünü yansıtan kriter olarak dinamometre yardımı ile ölçülen kesme kuvvetleri temel alınarak yapılmıştır. Taban malzeme olarak 1.2312 malzeme nolu kalıp çeliği kullanılmış, kesici takım geometrisi başta olmak üzere sisteme etki edecek tüm diğer faktörler sabit tutulmuştur. Deneyler Tam Faktöriyel, Taguchi, Merkezi Kompozit ve Box Behnken Deney Tasarım yöntemleri kullanılarak yapılmış ve bu yöntemler kıyaslanmıştır. Sonuç olarak Taguchi Deney Tasarımı yönteminin belirli koşullar sağlandığında en az deney sayısı ile en verimli analizlerin yapılmasına olanak verdiği; Box Behnken ve Yüzey Merkezli Merkezi Kompozit tasarımların regresyon analizi ve cevap yüzeyleri ile daha geniş inceleme şansı vermesine rağmen gerekli deney sayısının belirgin şekilde daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Deney tasarımının kullanılması ile prosesin optimizasyonu için gerekli olan deney sayısında 2/3’e varan azalma sağlanmıştır. Delme prosesinde faktörlerin optimum seviyeleri olarak ise TiAlN kaplı matkap uçları ile 25 m/dak. kesme hızı ve 170 mm/dak. ilerleme hızında en uygun takım ömrünün elde edileceği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçların şimdiye kadar yapılan çalışmalardaki örneklerle kıyaslanması, elde edilen değerlerin bu sonuçlarla uyumlu olduğunu göstermektedir.

In this study optimum process parameters for drill bits has been determined under industrial processing conditions using various design of experiments techniques. The factors, cutting speed and feed rate, which effect the performance, were evaluated and the influence of hard ceramic coatings was investigated by taking uncoated and hard ceramic coated (TiN and TiAlN) drill bit types as a third factor. The optimization is realized based on assessing the joint effect of the combination of these three factors. So the influence of the main effects and interaction of the factors, coating type, feeding rate and cutting speed were taken into consideration for determining the levels of the factors to achieve the optimum performance reflecting the longest tool life. The performance evaluation is based on the cutting force, a criterion reflecting the tool life, which is measured using a dynamometer. Base material for the drilling operations was tool making steel with the material number 1.2312; all further factors which potentially effect the system, especially the tool geometry, has been set to fix values for all experiments. The experiments were conducted using the Design of Experiment Techniques Full Factorial, Taguchi, Central Composite and Box-Behnken designs and were compared with each other. The results prove that the Taguchi technique allows the most efficient analysis with the minimum number of experiments to be made, if certain limitations are met. Box Behnken and Face Centered Central Composite Designs give the opportunity to make a more detailed analysis through regression analysis and response surfaces, but the number of experiments required is considerably higher. Through application of Design of Experiment Techniques, the number of necessary experiments for optimization is reduced by 2/3. The optimum combination of factors for the drilling process to achieve the longest tool life is TiAlN coated drill bits, a cutting speed of 25 m/min and a feeding rate of 170 mm/min. The overall evaluation of the results is in agreement with existing studies in the literature on fundamentals.