Development of high performance cutting tools for machining of gamma-titanium aluminide intermetallic alloys, Ti6Al4V and inconel 718 in aerospace applications

Havacılık ve uzay endüstrisi, yüksek mekanik ve termal özelliklerinden dolayı titanyum ve nikel süper alaşımlarını kullanmaktadır. Ti6Al4V, Inconel 718 ve Gamma Titanyum Alüminid özellikle uçak motoru ve roketler için kritik önemdeki malzemelerdir. Bu araştırmada, Gamma Titanyum Alüminid, Inconel 718, Ti6Al4V ve uçak yapımında kullanılan Al7050 gibi iyi bilinen havacılık ve uzay alaşımlarının işlenmesi için parmak frezeler tasarlanmış ve araştırılmıştır. Frezelemenin yanı sıra, Ti6Al4V ve Al7050 malzemelerin delinmesi de araştırılmıştır. Gamma Titanyum Alüminid ve Ti6Al4V malzemelerin frezelenmesi için katı karbür parmak frezeler tasarlanmıştır. Kesici takım geometrisinin yanı sıra, yüzey finiş tekniklerinin ve kaplama malzemelerinin karbür takımın performansına etkileri araştırılmıştır. Tasarlanan takımlar; manyetik toz kaplama, sürtünme kaplaması ve ıslak zımpara kaplaması olmak üzere üç farklı teknikle finişlenmiştir? Ayrıca alüminyum krom nitrür ve alüminyum titanyum nitrür omak üzere iki ayrı kaplama malzemesi de incelenmiştir. Tasarlanan parmak frezelerin performansı kesme kuvvetlerinin şiddeti, spesifik kesme kuvvetleri, takım aşınması ve sürtünme katsayıları kullanılarak değerlendirilmiştir. Kaplama malzemesi-parça arasındaki sürtünme katsayılarının belirlenmesi için direk olarak freze kuvvet verileri ve proses mekaniğini kullanan yeni bir metod sunulmuştur. Bu metod AlCrN ve AlTiN kaplamaların, Ti6Al4V ve Al7050 malzemelerin arasındaki sürtünme katsayılarının bulunmasında uygulanmıştır. Ayrıca, yarı-analitik bir yaklaşımla çalışılan delme işleminin termal analizi, Ti6Al4V malzemenin delinmesi esnasında oluşan ısı dağılımı ile gösterilmiştir. Simülasyon sonuçları özgün bir dönen takım ısı ölçüm cihazıyla doğrulanmıştır. Inconel 718 malzemenin işlenmesinin simülasyonu, kesme prosesini simüle etmek için gereken mekanik özelliklerin kurucu bir modelle sağlanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kurucu model, freze prosesindeki kesme katsayılarının tahmini ve bu sayede kesme kuvvetlerinin bulunması için kullanılmıştır. Sonuç olarak, doğrulanan simülsayon modeli, Inconel 718 alaşımının yüksek performansla frezelenmesi için ideal parmak freze tasarımının parametrik analizi için kullanılmıştır. Yekpare seramik bir parmak freze tasarlanmış, üretilmiş ve Inconel 718 alaşımının yüksek performansla frezelenmesi için doğrulanmıştır. Deneysel sonuçlar tasarlanan takımın, Inconel 718 alaşımının işlenmesinde üretkenliği artırdığını göstermiştir.