Nano-akışkan kullanımının talaşlı imalatta soğutmaya etkisinin deneysel olarak araştırılması

Talaşlı imalat sektörü başta olmak üzere endüstrinin çeşitli alanlarında mineral esaslı bor yağı ve su karışımı; kesme sırasında oluşan ısıyı ortamdan tahliye ederek kesici takımın aşınmasını engellemek, iş parçası yüzeyindeki ısıl gerilmeleri azaltmak ve takım ile talaş ara-yüzeyindeki sürtünmeyi iyileştirmek için kullanılmaktadır. Akışkanlara eklenen nano-parçacıkların, ilgili akışkanların yoğunluk, viskozite ve ısı iletim katsayısı gibi termo-fiziksel özeliklerinde iyileştirmeler yaptığına dair çalışmalar mevcuttur. Bu hususlar dikkate alınarak bu deneysel çalışmada; alüminyum dioksit (Al2O3), çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) veya titanyum dioksit (TiO2) nano-parçacıkları, hacimsel olarak yüzde 7 bor yağı ve yüzde 93 su içeren ve düşük viskozitede olan bor yağı ve su karışımına hacimsel olarak yüzde 0.5, yüzde 1.0 ve yüzde 1.5 oranlarında eklenmesiyle nano-akışkanlar elde edilmiştir. Elde edilen nano-akışkanların belirtilen termo-fiziksel özelikleri çeşitli sensörler ve reometre ile ölçülmüştür. Ayrıca, bu nano-akışkanlar kullanılarak Ti-6Al-4V malzemesi üzerinde, sabit kesme parametreleri yardımıyla tornalama ile talaşlı imalat deneyi yapılmış ve takım ile talaş ara-yüzeyindeki sıcaklık dağılımı bir termal kamera yardımıyla gözlemlenmiş ve ayrıca nano-akışkan kullanımının yüzey pürüzlülüğüne etkisi ölçülmüştür. Çalışma sonucunda; nano-parçacık derişiminin artmasının, 24.5 santigrat sabit sıcaklıktaki nano-akışkan yoğunluğunu doğal olarak sürekli artırdığı, ancak dinamik viskozite ve ısı iletim katsayısında durumun böyle olmadığı ve hacimce yüzde 1 derişimden itibaren özeliklerde azalma eğilimi oluştuğu gözlemlenmiş, bu durumun çökelme ve tortu oluşumundan kaynaklandığı tespit edilmiştir. Kesici takım ve iş parçası ara-yüzeyinde, hacimce yüzde 0.5 MWCNT nano-parçacığı içeren nano-akışkan kullanıldığında yaklaşık yüzde 18 sıcaklık düşüşü gözlemlenmiştir. Ayrıca, çökelme ve tortu oluşumlarından dolayı nano-parçacıkların hacimce derişiminin artırılmasıyla kesme sıcaklığı ve yüzey pürüzlülüğündeki değerlerin iyileşmediği, tam aksine kötüleştiği tespit edilmiştir. Optimum değerlerde nano-parçacık kullanımıyla yüzey pürüzlülüğünde de yaklaşık yüzde 25'lik bir iyileşme tespit edilmiştir. Sonuç olarak, nano-parçacıkların hacimsel katkı oranı belirli bir değeri aştığında, nano-akışkanların talaşlı imalatta istenen iyileşmeleri sağlamadığı, ancak optimum karışım oranlarında kullanıldığında istenen iyileştirmeleri sağlayabildiği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Talaşlı imalat, kesme, bor yağı, Al2O3, MWCNT, TiO2, nano-akışkan, termo-fiziksel özelik, kesici uç, yüzey sıcaklığı, yüzey pürüzlülüğü.