ANALYSIS OF SHEAR FORCES AND TOOTH PROFILES IN COMMERCIAL PURITY MOLYBDENUM GUIDE SCREW OPENING PROCESS


Ersin Ç., Gökçe H., Yavuz M.

INTERNATIONAL ANKARA CONFERENCE ON SCIENTIFIC RESEARCHES, Ankara, Turkey, 4 - 06 October 2019, pp.351-361

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Ankara
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.351-361
  • Kayseri University Affiliated: Yes

Abstract

Hole diameter, material and geometry of tap, coating condition and cutting speed are the most important factors affecting screw quality in tapping operations. On the other hand, determining the most suitable cutting parameters (cutting speed) is very important in terms of easy chip evacuation and increasing the tool life. Molybdenum is known as a material with good thermal conductivity as well as the high melting temperature, low thermal expansion coefficient desired for high temperature applications and is used in the most critical parts of the whole. However, the use of molybdenum in the developing space/aerospace, nuclear and electronics industries is increasing day by day, as it can safely maintain its high mechanical properties at room temperature and temperature-increasing environments. In this study; the effects of different tap geometries, coating condition and cutting speeds on cutting forces were investigated in screwing operations performed by using coolant on commercial purity molybdenum material. For this purpose, 12 experiments were performed using 4 different M6×1 HSS taps (flat-uncoated, flat-coated, helical-uncoated and helical-coated) and 3 different cutting speeds (7, 8 and 9 m/min). The experiments were carried out with full factorial experiment design. Cutting forces during the experiments were measured and Signal/Noise (S/N) ratios of these results were calculated. For S/N ratios, variance analysis (ANOVA) with 95% confidence level was performed. At the end of the tests, the screws were cut in the wire electrical discharge machine in line with their axes in order not to disturb the profiles of the screws and to obtain clean and burr-free surfaces. Photographs were taken by enlarging with digital microscope vertical to the cut surfaces. According to ANOVA results, the most important control factor affecting the cutting force was determined to be tap type (91.26%). As a result of the cutting force measurements, the lowest cutting force was obtained with a straight geometry AlCrN coated tap at a cutting speed of 7 m/min. In the images of the screw profiles, it is seen that there are material losses and breaks. It has been found that these breaks and material losses tend to decrease in screwing by tap with coated helical geometry at relatively high cutting speeds 

Kılavuzla vida açma operasyonlarında delik çapı, kılavuz malzemesi ve geometrisi, kaplama durumu ve kesme hızı vida kalitesini etkileyen en önemli etkenlerdendir. Diğer taraftan kullanılacak en uygun kesme parametrelerinin (kesme hızı) belirlenmesi, talaşın kolay tahliye edilebilmesi ve kesici takım ömrünün artması açısından oldukça önemlidir. Molibden, yüksek sıcaklık uygulamaları için arzulanan yüksek ergime noktası, düşük termal genleşme katsayısının yanı sıra iyi termal iletkenliğe sahip bir malzeme olarak bilinir ve bütünün en kritik parçalarında kullanılır. Bununla birlikte, oda sıcaklığında ve ısının arttığı ortamlarda güvenli bir şekilde yüksek mekanik özelliklerini devam ettirebildiğinden dolayı gelişmekte olan uzay/havacılık, nükleer ve elektronik endüstrisinde molibden kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada; ticari saflıktaki molibden malzeme üzerinde kesme sıvısı kullanılarak gerçekleştirilen kılavuzla vida açma operasyonlarında, farklı kılavuz geometrilerinin, kaplama durumunun ve kesme hızlarının kesme kuvvetleri (Vc) üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla 4 farklı HSS kılavuz (düz-kaplamasız, düz-kaplamalı, heliskaplamasız, helis-kaplamalı) ve 3 farklı kesme hızı (7, 8 ve 9 m/dak) ile kesme sıvısı kullanılarak M6×1 vida açılarak tam faktöriyel deney tasarımı ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler süresince oluşan Vc değerleri ölçülmüş ve bu değerlerin Sinyal/Gürültü (S/N) değerleri hesaplanmıştır. S/N değerleri için %95 güven düzeyinde varyans analizi (ANOVA) uygulanmıştır. Deneyler sonunda açılan vidaların profillerini bozmamak, çapaksız ve temiz yüzeyler elde edilebilmesi için eksenleri doğrultusunda tel erezyon tezgâhında kesilmiştir. Kesilen yüzeylere dik olacak şekilde dijital mikroskopla büyültme yapılarak fotoğrafları çekilmiştir. ANOVA sonucuna göre kesme kuvveti üzerinde etkili olan en önemli kontrol faktörünün kılavuz türü (%91,26) olduğu belirlenmiştir. Kesme kuvveti ölçümleri sonucunda en düşük kesme kuvveti düz geometriye sahip AlCrN kaplamalı kılavuz ile 7 m/dak kesme hızında elde edildiği görülmüştür. Vida diş profillerinin görüntülerinde ise malzeme kayıpları ve kırılmaların olduğu görülmektedir. Bu kırılma ve malzeme kayıplarının nispeten yüksek kesme hızlarında kaplamalı helis geometriye sahip kılavuzlarla açılan vidalarda azalma eğilimine girdiği görülmüştür