(TR)Ultrasonik Titreşim Destekli Frezelemenin Işlenmesi Zor Süper Alaşım Havacılık Malzemelerinde Nanoakışkan Minimum Miktar Yağlama Yöntemi Ile Birlikte Incelenmesi/(ENG)Investigation on The Effects of Multi-Axis Ultrasonic Vibration-Assisted Milling with Nanofluid Minimum Quantity Lubrication on Difficult-to-Cut Materials Used in Aerospace Industries

Abstract

Due to the desired material properties in the aerospace sector, Ti-6Al-4V and Inconel 718 superalloys are commonly utilized. However, due to properties such as low thermal conductivity, high chemical interaction tendency, and resistance to wear, these materials pose significant challenges in machining processes, often characterized as "difficult-to-cut" materials. This project aims to experimentally investigate the combined use of Ultrasonic Vibration Assisted Machining (UVAM) and Nanofluid Minimum Quantity Lubrication (NMQL) techniques to improve the machining performance of Ti-6Al-4V and Inconel 718 superalloys, which are difficult-to-cut materials commonly employed in the aerospace sector. Within this scope, various cooling methods including conventional machining with UVAM, dry cutting with NMMY, conventional cutting fluid, and pure-MQL are comparatively studied, and the obtained results are analyzed. Three different nanofluids, namely Al2O3, CuO, and Al2O3-CuO (hybrid), are prepared and utilized in experiments when employing the NMMY technique. Machining performance criteria are determined as cutting forces, surface roughness, surface topography, surface texture, geometric accuracy, tool wear, and subsurface plastic deformation measurements. According to the results obtained, it is found that when UVAM and NMMY techniques are used together, the combination yields the highest efficiency in machining performance compared to other methods for both Ti-6Al-4V and Inconel 718 materials. Furthermore, among the NMMY conditions, the hybrid (Al2O3-CuO) usage provides the best results, followed generally by CuO and then Al2O3 added nanofluids. Based on the information and data obtained in this project, it is clearly evident that the yet underutilized UVAM and NMMY techniques, both separately and together, can be applied more efficiently in milling Ti-6Al-4V and Inconel 718 materials compared to traditional methods. This is anticipated to contribute to the aerospace manufacturing sector.

Havacılık sektöründe istenilen malzeme özellikleri nedeniyle Ti-6Al-4V ve Inconel 718 süper alaşımları sıklıkla kullanılmaktadır. Ancak bu malzemelerin düşük termal iletkenlik, yüksek kimyasal etkileşim eğilimi ve aşınma dirençleri gibi özellikleri nedeniyle en temel üretim yöntemlerinden biri olan işleme prosesleri oldukça zorlu olup genellikle “işlenmesi zor” malzemeler olarak tanımlanmaktadırlar. Bu projede havacılık sektöründe kullanılan işlenmesi zor süper alaşım malzemeler olan Ti-6Al-4V ve Inconel 718’in frezeleme operasyonunda işleme performanslarını iyileştirebilmek amacıyla Ultrasonik Titreşim Destekli İşleme (UTDİ) ve Nanoakışkan Minimum Miktar Yağlama (NMMY) tekniklerinin birlikte kullanımı deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, UTDİ yöntemi ile geleneksel işleme, NMMY yöntemi ile kuru kesim, geleneksel kesme sıvısı, saf-MMY gibi farklı soğutma yöntemleri karşılaştırmalı olarak incelenmiş ve elde edilen sonuçlar analiz edilmiştir. NMMY yöntemi kullanılırken Al2O3, CuO ve Al2O3-CuO (hibrit) olmak üzere üç farklı nanoakışkan hazırlanmış ve deneylerde kullanılmıştır. İşleme performansı kriterleri olarak kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü, yüzey topografisi, yüzey dokusu, geometrik doğruluk, kesici takım aşınmaları ve yüzeyaltı plastik deformasyon ölçümleri olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre hem Ti-6Al-4V hem de Inconel 718 malzemesinde UTDİ ile NMMY yöntemi birlikte kullanıldığında işleme performansından diğer yöntemlere kıyasla en yüksek verimin alınabileceği kombinasyonlar olduğu bulunmuştur. Ayrıca, NMMY koşulları kendi içinde hibrit (Al2O3-CuO) kullanımda en iyi sonucu verirken, bunu genellikle CuO ve daha sonra Al2O3 katkılı nanoakışkanlar takip etmiştir. Bu projede elde edilen bilgiler ve veriler kapsamında henüz yaygın bir biçimde kullanılmayan UTDİ ve NMMY tekniklerinin hem ayrı ayrı hem de birlikte kullanımının Ti-6Al-4V ve Inconel 718 malzemelerinin frezelemesinde geleneksel yöntemlere kıyasla daha verimli bir şekilde uygulanabileceği açıkça görülmekte olup havacılık üretim sektörüne katkı sağlanabileceği öngörülmektedir.