Havacılık endüstrisinde kullanılan kesilmesi zor malzemeler üzerinde nanoakışkan minimum miktar yağlama ile çok eksenli ultrasonik titreşi̇m destekli frezelemenin etkileri üzerine bir inceleme

Abstract

Havacılık sektörü, modern dünyanın önde gelen endüstrilerinden biri olarak öne çıkmaktadır. Bu sektörde Ti-6Al-4V malzemesinin yaygın olarak kullanılması, mükemmel mukavemet-ağırlık oranına ve iyi korozyon direnci gibi özelliklerine sahip olmasından kaynaklanmaktadır. İşleme, malzemeyi nihai şekline dönüştürmek için havacılık sektöründe vazgeçilmez bir süreçtir. Bununla birlikte, Ti-6Al-4V'nin işlenebilirliği, Geleneksel İşleme (Gİ) kapsamında, düşük termal iletkenliği, kesici takımlara yapışma eğilimi ve talaş kaldırmayla ilgili zorluklarla karakterize edilmekte ve bundan dolayı genellikle 'işlenmesi zor' bir malzeme olarak adlandırılmaktadır. İşleme verimliliğini artırmak için, Ultrasonik Titreşim Destekli İşleme (UTDİ) umut vaat eden bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. UTDİ, yüksek frekansta, düşük genlikli titreşimleri çeşitli kesme yönlüklerine entegre ederek verimliliği artırmayı amaçlayan hibrit bir işleme yaklaşımıdır. Hibrid işleme stratejileri ile beraber, Ti-6Al-4V'nin işleme performansını artırmak için başka bir yol da soğutma sistemlerini içermektedir. Bu sistemler, malzemenin düşük termal iletkenliğinden kaynaklanan kesme bölgesindeki ısı birikimini azaltmayı amaçlar. Ancak, Geleneksel Kesme Sıvıları'nın (GKS) kullanımı, sınırlı performans artışları ve çevresel ve mesleki sağlık riskleri nedeniyle alternatif tekniklerle değiştirilmektedir. Bu alternatifler arasında, Minimum Miktar Yağlama (MMY), kesme bölgesine yüksek basınçlı hava ile birlikte minimum miktarda yağın aerosol formunda verilmesini içeren bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır. Aerosol form, GKS'ye kıyasla kesici takım ile iş parçası arasına daha iyi penetre ederek verimliliğin artmasına katkıda bulunur. Ayrıca, MMY'nin avantajları, Nanoakışkan-MMY (NMMY) olarak bilinen nanoparçacıkların eklenmesi ile daha da artırılmaktadır. NMMY, MMY'de kullanılan yağa nanoparçacıkların entegre edilmesini içerir ve bunların termo-fiziksel özelliklerini kullanarak saf MMY'ye kıyasla üstün işleme verimliliği elde etmeyi amaçlar. Özellikle, en büyük gelişmeler, çeşitli nanoparçacık türlerini birleştiren Hibrid-NMMY (HNMMY) uygulamasıyla elde edilebilir. Bu tez, optimum konsantrasyonları ve uygulama metodolojilerini belirlemek amacıyla, değişik nanoparçacık konsantrasyonları ve bunlara karşılık gelen etkilerle karakterize edilen çeşitli nanoakışkanların kapsamlı bir incelemesini amaçlar. Daha sonra, tez, çok eksenli UTDİ ve NMMY yaklaşımlarının birleşik etkilerini araştırır. Mevcut literatüre göre, daha önce hiçbir araştırma, Ti-6Al-4V üzerinde kanal frezeleme operasyonlarında çok eksenli UTDİ ve NMMY/HNMMY uygulamalarını incelememiştir. Araştırma bulguları, çok eksenli UTDİ ve NMMY'nin birleşik kullanımının Ti-6Al-4V'nin işleme performansında önemli gelişmelere yol açtığını göstermektedir, bu da daha etkili ve sürdürülebilir bir uygulama sağlamaktadır.

The aerospace sector stands as one of the leading industries in the modern world. The extensive deployment of Ti-6Al-4V material within this sector stems from its properties like excellent strength-to-weight ratio and good corrosion resistance. Machining is an indispensable process within the aerospace sector, serving to transform the material into its final shape. Nevertheless, the machinability of Ti-6Al-4V presents challenges within Conventional Machining (CM), characterized by its low thermal conductivity, adhesive tendencies to cutting tools, and challenges associated with chip removal, hence often denoted as a 'difficult-to-cut' material. To improve machining efficiency, Ultrasonic Vibration-Assisted Machining (UVAM) has emerged as a promising technique. UVAM is a hybrid machining approach, endeavoring to enhance efficiency by introducing high-frequency, low-amplitude vibrations into various cutting directions. In conjunction with the hybrid machining strategies, another path for improving the machining performance of Ti-6Al-4V encompasses coolant systems. These systems aim to decrease heat accumulation in the cutting zone, arising from the material's low thermal conductivity. However, the employment of Conventional Cutting Fluids (CCF) is being replaced by alternative techniques due to their limited performance enhancements and the environmental and occupational health risks they pose. Among these alternatives, Minimum Quantity Lubrication (MQL) has emerged, delivering minimum quantities of oil combined with high-pressure air in aerosol form to the cutting zone. The aerosol form contributes to increased efficiency by better penetrating between the cutting tool and the workpiece compared to CCF. Besides, the advantages of MQL are further magnified through the addition of nanoparticles, known as Nanofluid-MQL (NMQL). NMQL involves the integration of nanoparticles into the oil utilized in MQL, harnessing their thermo-physical properties to achieve superior machining efficiency compared to pure-MQL. Notably, the most substantial enhancements can be realized through the implementation of Hybrid-NMQL (HNMQL), which combines multiple nanoparticle types. This thesis undertakes a comprehensive examination of various nanofluids characterized by different nanoparticle concentrations and their corresponding effects, with the aim of identifying optimal concentrations and application methodologies. Subsequently, the thesis explores the impact of combined effects of multi-axial UVAM and NMQL approach. It is noteworthy that, as per existing literature, no prior investigations have explored the application of multi-axial UVAM and NMQL/HNMQL in slot milling operations on Ti-6Al-4V. The research findings demonstrate that the combined utilization of multi-axial UVAM and NMQL yields significant enhancements in the machining performance of Ti-6Al-4V, resulting in a more efficient and sustainable implementation.