Alüminyum 5083 alaşımının işlenmesinde işleme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı; otomotiv, havacılık, gemi inşası ve savunma sanayi gibi birçok kritik endüstriyel sektörde hafifliği, yüksek mukavemeti ve üstün korozyon direnci nedeniyle yaygın olarak kullanılan Al 5083 alüminyum alaşımının tornalama işlemi sırasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerini deneysel olarak incelemektir. Ayrıca elde edilen verilerin Taguchi deney tasarımı ve sinyal-gürültü (S/N) oranı analizleri kullanılarak optimize edilmesi hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında kesme hızı (Vc), ilerleme miktarı (f) ve talaş derinliği (ap) olmak üzere üç temel işleme parametresi belirlenmiş ve bu parametreler üç farklı seviyede değerlendirilerek Taguchi L27 ortogonal dizisine göre toplam 27 deney gerçekleştirilmiştir. Deneyler CNC torna tezgâhında gerçekleştirilmiş, her deney için yeni bir kesici takım ucu kullanılarak takım aşınmasının sonuçlar üzerindeki etkisi en aza indirilmeye çalışılmıştır. İşlenen numunelerin yüzey pürüzlülüğü değerleri hassas profilometre cihazı yardımıyla ölçülmüş ve elde edilen veriler istatistiksel yöntemlerle analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili parametrenin ilerleme miktarı olduğu belirlenmiştir. İlerleme miktarındaki artışın yüzey pürüzlülüğü değerlerini önemli ölçüde artırdığı, buna karşılık düşük ilerleme değerlerinde daha kaliteli yüzeylerin elde edildiği görülmüştür. Kesme hızının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisinin daha sınırlı olduğu, ancak kesme hızının artırılmasıyla birlikte yığıntı talaş oluşumunun azaldığı ve yüzey kalitesinin iyileştiği tespit edilmiştir. Kesme derinliğinin artması ise kesme kuvvetlerini ve işleme sırasında oluşan titreşimleri artırarak yüzey pürüzlülüğünün yükselmesine neden olmuştur. Taguchi S/N oranı analizleri sonucunda, Al 5083 alaşımının tornalanmasında en düşük yüzey pürüzlülüğü değerlerinin düşük ilerleme miktarı (0,2 mm/dev), yüksek kesme hızı (220 m/dk) ve düşük talaş derinliği (0,75 mm) kombinasyonunda elde edildiği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, yüzey kalitesinin iyileştirilmesinde ilerleme miktarının kritik bir parametre olduğunu göstermiş ve Taguchi metodunun optimum işleme koşullarının belirlenmesinde etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur. Çalışmanın sonuçlarının Al 5083 alaşımının talaşlı imalat süreçlerinde üretim verimliliğinin artırılmasına ve uygun işleme parametrelerinin belirlenmesine katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir.

The primary objective of this study is to experimentally investigate the effects of machining parameters on surface roughness during the turning process of Al 5083 aluminum alloy, which is widely used in critical industrial sectors such as automotive, aerospace, shipbuilding, and defense industries due to its low density, high strength, and excellent corrosion resistance. In addition, the study aims to optimize the obtained experimental data using the Taguchi design of experiments and Signal-to-Noise (S/N) ratio analysis. Within the scope of the study, three fundamental machining parameters, namely cutting speed (Vc), feed rate (f), and depth of cut (ap), were selected and evaluated at three different levels. A total of 27 experiments were conducted according to the Taguchi L27 orthogonal array. The machining tests were carried out on a CNC lathe, and a new cutting insert was used for each experiment to minimize the influence of tool wear on the results. The surface roughness values of the machined specimens were measured using a high-precision profilometer, and the obtained data were analyzed through statistical methods. The analysis results revealed that feed rate was the most influential parameter affecting surface roughness. It was observed that increasing the feed rate significantly increased the surface roughness values, whereas lower feed rates produced smoother surfaces. The effect of cutting speed on surface roughness was found to be relatively less significant; however, increasing the cutting speed reduced the formation of built-up edge (BUE), resulting in improved surface quality. Furthermore, increasing the depth of cut led to higher cutting forces and machining vibrations, which consequently caused an increase in surface roughness. According to the Taguchi S/N ratio analysis, the lowest surface roughness values for Al 5083 alloy were obtained under the combination of low feed rate, low cutting speed, and low depth of cut. The findings indicate that feed rate is the most critical parameter in improving surface quality and demonstrate that the Taguchi method is an effective approach for determining optimum machining conditions. The results of this study are expected to contribute to the improvement of machining efficiency and the determination of suitable cutting parameters for the machining of Al 5083 aluminum alloy.