Distortion modeling and Machining of aerospace materials

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.