Prediction of surface roughness value for machining of aluminum 1050 material by uiıng artificial neural network

ÖZETYüzey pürüzlülüğü, mekanik parçaların performansını ve üretim maliyetlerini büyük ölçüde etkilediği için, ürün kalitesinin önemli bir parametresidir. Yüzey pürüzlülüğü, yıpranma (yorulma) dayanımı, korozyon direnci, sünme (kabarma) ömrü gibi mekanik özellikler üzerinde etkiye sahiptir. Yüzey pürüzlülüğü ayrıca sürtünme, ışığı yansıtma, ısı aktarımı, kesme sıvısı, elektrik iletimi gibi işlevsel parça özelliklerini de etkilemektedir. Yüzey pürüzlülüğü kabul edilebilir bir tolerans aralığında olmalıdır. Yüzey pürüzlülüğü bazen yüksek zararlara veya maliyetlere sebep olmaktadır. Sonuç olarak, son yıllarda birçok girişimin neticesinde, yüzey pürüzlülüğü modellemesinde büyük araştırma ve geliştirmeler bulunmaktadır. Aynı zamanda, daha iyi yüzey pürüzlülüğü elde etmek için istenilen uygun kesim(kontrol) parametrelerinin en uygun değerlerde seçilmesi büyük önem kazanmaya başladı, çünkü daha iyi yüzey pürüzlülüğü değeri elde etmek ancak en uygun kesim parametrelerinin belirlenmesiyle mümkün olur. Belirli bir imalat işleminde yüzey pürüzlülüğünü kontrol eden bütün bu parametreleri göz önüne almak zor olduğundan bu çalışmalar tamamlanmaktan çok uzaktır. Örnek olarak frezede işlenen parçalar için; kesme derinliği, kesici dönüş hızı, kesme sıvısı gibi faktörler yüzey pürüzlülüğü için temel parametreler olarak kabul edilir. Bununla birlikte tornada işlenen parçalar için, ilerleme hızı, çalışılan malzemenin karakteristiği, çalışılan malzemenin sertliği, kesme hızı, kesme derinliği, kalem uç yarıçapı, kalem kesme açısı gibi daha farklı sayıda değişkenler yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörlerdendir.Levha metal işlemleri gibi orta seviyede mukavemet gerektiren uygulamalarda Alüminyum 1050 alaşımı popüler derecede bir kullanıma sahiptir. İstenilen mekanik ve kimyasal özelliklerine sahip olmasından dolayı son yıllarda Al1050 endüstride geniş kullanım alanı bulmuştur. Günlük hayatta Al1050, ışıklandırma, yansıtıcı, aksesuar, kimyasal depolama, radyatörlerde, tabelalarda, elektronikte, aydınlatıcılarda, isim levhalarında, elektriksel uygulamalarda, damgalama parçalarında ve bazı diğer ürünlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Normalde, yüksek aşınma direnci ve kolay şekillendirilebilme özelliğinin ön planda olduğu, mukavemet değerinin ise daha az önem arz ettiği, kimyasal uygulamalarda kullanılmaktadır. Yumuşak bir malzeme olduğundan ve düşük erime sıcaklığına sahip olduğu için Al1050 ürünleri, genelde döküm yapılarak üretilir. Sonuç olarak zayıf işlene bilirliğe sahiptir. Bunun sonucunda inanıyoruz ki bu alaşımın işlenmesinin incelenmesi sadece araştırmacılar için değil uygulama sahasında da kullanışlı olacaktır. Bu çalışmada Al1050 alaşımının yüzey kalitesi araştırılacaktır.Yapay sinirsel ağ (YSA) yöntemi en iyi bilinen modelleme ve/veya en uygun şekle sokma tekniğidir. Bu matematiksel yöntem, girilen örnek değerlerini öğrenebilme kabiliyetinden ve seri çözüm yollarının farkına varıp başta girilen örnek değerlerinden yola çıkarak sonuç değerlerine varabildiği için özellikle fiziksel modellerle tanımlanması zor olan ilişkilendirmelerin simülasyonunda çok kullanışlıdır.Bu çalışmada YSA, yüzey pürüzlülüğünün kalitesini belirlemede yapılan deney sayısını düşürmek için, yüzey pürüzlülüğü değerinin tahmininde kullanılacaktır.Sistemimiz üç katman nörona sahiptir: Giriş katmanı, Gizli katman ve sonuç katmanı. Giriş katmanı işleme parametrelerini içerecektir. Sonuç katmanı, MarSurf M300C yüzey pürüzlülüğü test cihazı (Profilometre) kullanılarak elde edilen yüzey pürüzlülüğü değerlerini içerecektir. Giriş katmanından elde edilen bilgiler daha sonra bir gizli katman boyunca işlenecek ve son katmanda izleyen sonuç vektörü hesaplanacaktır. Sonuçlar karşılaştırılacak ve model verimliliği değerlendirilecektir.Şubat, 2014 Kerim ÖZBEYAZABSTRACTSurface roughness is an important measure of product quality since it greatly influences the performance of mechanical parts and also, it greatly influences production cost. Surface roughness has an impact on the mechanical properties like fatigue behaviour, corrosion resistance, creep life, etc. Surface roughness also affects other functional attributes of parts such as friction, wear, light reflection, heat transmission, lubrication, electrical conductivity, etc... Surface roughness should be in an acceptable tolerance range. Sometimes, various catastrophic failures causing high damages/costs have been attributed to the surface finish of the components in question. Consequently, there have been many attempts and as a result, great research developments in modelling surface roughness in recent years. Also, optimization of the controlling parameters to obtain a surface finish of desired level became a great concern since only proper selection of cutting parameters can produce a better surface finish. But such studies are far from complete since it is very difficult to consider all the parameters that control the surface roughness for a particular manufacturing process. For example; depth of cut, spindle speed, lubricants etc. are some of the fundamental parameters for milling and surface finish in turning has been found to be influenced in varying amounts by a number of factors such as feed rate, work material characteristics, work hardness, cutting speed, depth of cut, tool nose radius and tool cutting edge angles etc.Aluminium 1050 alloy is a popular grade of aluminium for general sheet metal work where moderate strength is required. Al1050 has a wide range of usage in industry over last decades, because of its desired mechanical and chemical properties. It is often used in daily, lighting, reflector, accessories, chemical containers, heat sinks, signage, electronics, lamps, nameplates, electrical appliances, stamping parts and some other products. Normally it is used for cases corrosion resistance and formability requirements are high occasion but less demanding on the strength, chemical equipment.Al1050 products are generally produced by casting because it is a soft material and it has a small melting temperature. Consequently, it has poor machinability. So, it is believed that investigation on machining of this alloy will be useful not only for researchers but also for practical applications. In this study, machining of Al1050 will be investigated in terms of its surface quality.Artificial neural network (ANN) is a well-known technique for modelling and/or optimization. This mathematical technique is especially useful for simulations of any correlation that is difficult to describe with physical models because of the ability to learn by example and to recognize patterns in a series of input and output values from example cases. In other words; ANNs are computational models, which simulate the function of biological network, composed of neurons. In this study, ANN will be used to predict the surface roughness value to decrease the number of experiments to define the quality. Our system will have three layers of neurons: input layer, a hidden layer and an output layer. The input layer will consist of machining parameters. The output layer will consist of surface roughness values which will be obtained by using MarSurf M300C surface roughness testing machine (Profilometer). Information from the input layer is then processed through one hidden layer, and following output vector is computed in the final (output) layer. Results will compared and the efficiency of the model will be realized.February, 2014 Kerim ÖZBEYA

Mechanical properties of nonferrous alloys processed by twisted variable channel angular pressing (TV-CAP)

Malzemeleri kullanmadan önce özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla farklı yöntemlerle işlenmesi, özellikle bu yüzyılda hızla büyüyen teknolojinin bir gerekliliği olmuştur. Malzeme alanında bir taraftan alaşımlar ile malzemelere istenilen özellikler kazandırılmaya çalışılırken, diğer taraftan kompozit ve plastik malzemeler üzerinde yoğun çalışmalar devam etmektedir. Ancak özellikle ağır sanayi göz önüne alındığında, uzay, havacılık, savunma gibi alanlarda yüksek mukavemet-ağırlık oranına ihtiyaç duyulan alanlar için metal malzemelerin özelliklerinin iyileşmesine yönelik çalışmalar da büyük bir öneme sahiptir. Bu kapsamda göz ardı edilmeyecek özel yöntemlerden birisi de Aşırı Plastik Deformasyon (APD) yöntemidir. Bu yöntemin ana prensibi, malzemeye uygulanan aşırı yüklemeler sayesinde malzemelerin tane boyutlarında mikron ve altı mertebelerinde küçülmelerin ve yönlenmelerin elde edilebilmesine dayanmaktadır. Böylelikle, malzemenin mekanik özelliklerinde iyileşmeler sağlanırken, bilinen yöntemlerin aksine malzeme kırılgan yapıya geçmemektedir. APD yönteminin bu özellikleri araştırmacıların ilgisini çekmiş ve farklı versiyonları üzerinde çalışmalar yapılarak birçok APD yöntemi geliştirilmiştir. Eş Kanallı Açısal Presleme (EKAP) yöntemi, kolay uygulanabilir olması, artık gerilme oluşmaması, özellikle geri presleme uygulanarak diğer mekanik işlemlere daha uygun olması gibi özellikleri nedeniyle sıklıkla çalışılan APD yöntemlerinden birisi olmuştur. Ancak bu yöntemde istenilen kazanımların elde edilebilmesi amacıyla tekrarlı presleme işlemine ihtiyaç duyulmaktadır. Bununla birlikte elde edilen kazanımlarda lokalize olarak homojen deformasyon elde edilebilmektedir. Bükümlü Ekstrüzyon (BE) yöntemi, bir diğer önemli APD yöntemlerinden birisidir. En büyük avantajı ise uygulanan deformasyon işlemi sonrasında, mekanik özelliklerinde ki elde dilen sertlik benzeri kazanımların daha homojen olarak dağılabilmesidir. Bunun yanında, EKAP yönteminin aksine, daha uzun boyutlardaki malzemeler için de uygun bir yöntemdir. Bu yöntemin eksiği ise elde edilen kazanımlar diğer yöntemlere göre biraz daha azdır.Alüminyum alaşımları özellikle de AA5083 ve AA6082 alaşımları, özellikle kolay şekillendirilebilir özellikleri, hafif ve yumuşak olmaları, yüksek korozyon dayanımları, kolay ve uygun maliyetler ile elde edilebilir olmaları nedeniyle APD yöntemlerinde öncelikli olarak çalışılan malzemelerden birisidir. Bu özellikleri sayesinde taşıma, savunma ve uzay sanayisi çalışmalarında sıklıkla tercih edilmektedirler. Bu tez çalışması kapsamında, malzeme özeliklerini iyileştirme alanında yapılan APD çalışmalarına, Bükümlü Değişken Kanallı Açısal Presleme (TV-CAP) isminde yeni bir APD metodu sunulmuştur. Bilinen üç APD yöntemlerinin (EKAP, BE ve DE) avantajlarını tek aşamada sağlaması hedeflenmiş bu tek kalıp, içerisinde üç aşamayı barındırmaktadır. İlk aşama, basit kesme/kayma deformasyon sürecinin bir şekli olan BE'dir. Özellikle, BE'nin ana özelliği, malzemelerin tanelerin bir birine karışmasına ve homojenleşmesine yol açan girdap akışıdır (vortex flow). BE'nin bir TV-CAP aşaması olarak, girdap akışı ve geri basınç yardımıyla aşırı tane incelmelerine yol açacağı tahmin edilmektedir. Böylelikle elde edilen malzemenin mekanik özelliklerinde artış olacaktır. TV-CAP sürecinin ikinci aşaması, yeni bir tekniğe öncülük etmesi sebebi ile dikkat çeken en önemli ve dikkat çekici aşamadır. Bu ikinci aşamada, BE ve EKAP yöntemleri eş zamanlı olarak uygulanmaktadır. Böylece malzeme homojen bir şekilde dağılırken, mekanik özellik kazanımının ve tane boyutu küçülmelerinin ilk aşamaya göre çok daha fazla olması beklenmektedir. Son aşama ise herhangi bir ekipmana ihtiyaç duyulmadan geri basınç (back pressure) uygulamayı sağlayan geleneksel direkt ekstrüzyon (DE) yönteminin uygulandığı bölümdür. Hasar birikimi, stres durumuna bağlıdır. Geri basınç, plastik gerinim miktarı ile orantılı olarak hasar birikimine neden olmaktadır. Geri basınç uygulanmadığı takdirde, hasar birikimleri engellenemez ciddi plastik deformasyon nedeniyle malzemede oluşabilecek bu hasarlar ilerleyecektir. O nedenle APD yöntemlerinde özellikle çına numunelerin bir sonraki üretim veya işleme aşamasına daha uygun olabilmesi için geri basınç uygulaması önem arz etmektedir. Ayrıca malzeme bu DE aşamasında, hedeflenen kullanım alanına daha uygun olan silindir şeklini alır. TV-CAP kalıbından çıkan numunelerin küçük ölçekli olması nedeniyle özellikle uçak veya havacılık endüstrisinde veya otomotiv endüstrisinde bağlantı elemanı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.Söz konusu bu hedeflerin gerçekleştirilebilmesi amacıyla ilk olarak sonlu elemanlar analizleri (SEA) yapılarak, malzemenin kalıp kanalı içerisinde ki hız vektörleri, etkin gerinim miktarı ve gerekli presleme yükü değerleri incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda malzemenin hem geleneksel EKAP yönteminden hem de BE yönteminden daha yüksek etkin gerinim değerine sahip olduğu görülmüştür. Bu etkin gerinim ile malzemenin mukavemeti özellikle de sertlik değeri ile korelasyon gösterdiği bilinmektedir. Dolayısıyla yapılan bu çalışma sonucunda söz konusu TV-CAP yöntemi ile elde edilecek olan numunelerin EKAP ve BE yöntemlerinden daha fazla kazanım sağlayacağı görülmüştür. Yine hız vektörleri her aşama için incelendiğinde geri presleme sayesinde numunelerin kalıp kanal geometrisini tam olarak alabildiği ve numunelerde hasar oluşumlarının olmadığı görülmüştür. Son olarak yapılan simülasyon sonucunda presleme için gerekli yük değeri tahmin edilerek TV-CAP kalıbının tasarım parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen bu parametreler ile gerçek kalıp üretilmeden önce üç boyutlu yazıcı ile kalıp prototipi üretilmiş ve mum basılarak kalıbın çalışma prensibi ve numunelerin kalıp kanal şeklini alıp almadığı fiziksel olarak da gözlemlenmiştir. Bu aşamanın başarılı sonuç vermesi ile sıradaki aşama olan kalıp üretimine geçilmiş ve yapılacak olan mekanik testler ve mikro yapı incelemeleri için yeterli sayıda numunenin TV-CAP kalıbından presleme işlemi yapılmıştır.Yapılan mekanik testler sonucunda söz konusu işlemin, deneyde kullanılan her iki malzeme türü (AA5083 ve AA6082) üzerindeki kazanımlarının hem EKAP’tan hem de BE yönteminden çok daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır. Yapılan testler sonucunda tavlanmış malzeme ile kıyaslandığında sertlik değeri AA5083 için yaklaşık iki katına çıkarken, AA6082 için yaklaşık üç katına çıktığı görülmüştür. Yine çekme deney sonuçları incelendiğinde, her iki numune için maksimum çekme dayanımının (Sut) tavlanmış malzeme ile karşılaştırıldığında yaklaşık bir buçuk kat arttığı görülmüştür. Son olarak malzemelerin dinamik yükler altındaki mukavemetlerini inceleyebilmek amacıyla dönel eğilme yorulma testleri yapılmıştır. Bu testler sonucunda da TV-CAP yapılan numunelerin tavlanmış malzemeye göre aynı yük altında en az bir buçuk kat daha uzun çevrimler sonrasında kırıldığı görülmüştür.Mekanik testler sonrasında mikroyapı incelemeri yapılmıştır. Bu kapsamda elde edilen Optik mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) görüntüleri incelenmiş ve tanelerde meydana gelen küçülmeler ve yönlenmeler görülebilmiştir. Elde edilen görüntüler ile hesaplanan ortalama tane boyutları incelendiğinde, TV-CAP işlemi sonucunda tavlanmış malzemeye göre AA5083 ve AA6082 alaşımları için yaklaşık 28 kat küçülme olduğu görülmüştür. Ayrıca XRD, EDS, EBSD ve TEM analizleri yapılarak, numunelerin TV-CAP işlemi sonrasında kristal boyutları, kimyasal bileşenleri ve oluşan çökelmeleri, kristal yapıları ve yönlenmeleri ve dislokasyon yoğunlukları incelenmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda TV-CAP işlemi sonrasında tavlanmış malzemeye göre kristal boyutları AA5083 için 1.6 kat küçülürken AA6082 için ise 1.2 kat küçülmüştür. Dislokasyon yoğunluları ise benzer şekilde TV-CAP işlemi sonrasında tavlanmış malzemeye göre AA5083 için 2.8 kat artarken, AA6082 için 1.5 kar attığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, mekanik testler soncunda yeni bir teknik olarak sunulan TV-CAP işlemi ile elde edilen kazanımlar yapılan deneysel çalışmalar ve SEA ile ispatlanarak anlaşılmıştır.Processing materials with different methods in order to improve their properties before using them has been a necessity of rapidly growing technology, especially in this century. In case of material science, on the one hand, researchers have tried to achieve the desired properties with alloying elements. On the other hand, intensive studies on composite and plastic materials still continue. However, especially considering heavy industry where a high strength-to-weight ratio is needed such as space, aerospace, and defence industry, studies to improve the properties of metallic materials have great importance. In this context, one of the special methods that cannot be ignored is the Severe Plastic Deformation (SPD) method. The main principle of this method is based on obtaining smaller grain size of materials in micron and below grade, and also make grains orient by applying ultra large stresses to the material. Thus, while the mechanical properties of the material are improved, the material does not become brittle, unlike the conventional methods. These features of the SPD method have attracted the attention of researchers and many SPD methods have been developed by studying different versions of SPD. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) method is one of the most frequently studied SPD methods due to its favourable features such as being easy to apply, having no residual stress, and being more suitable for other mechanical processes, especially by applying back pressure. However, in this method, repeated pressing called number of pass is needed in order to obtain the desired enhancements. Additionally, localized homogeneous deformation can be obtained after this process. Twisted Extrusion (TE) method is another important SPD method. The biggest advantage of TE is that the achievements obtained can be distributed more homogeneously in the material. In addition, unlike the ECAP method, it is suitable for materials with larger geometries. The weakness of this method is that the improvements obtained are slightly less than other SPD methods. Aluminium alloys, especially AA5083 and AA6082 alloys, are one of the primary materials studied in SPD methods owing to their easy formability, lightness, softness, high corrosion resistance, and their easy as well as cheap availability. Due to these features, they are frequently preferred in transportation, defence, and space industry studies.Within the scope of this thesis study, a novel SPD method called Twisted Variable Channel Angular Pressing (TV-CAP) has been introduced to SPD studies in the field of improving material properties. This method consists of three stages using a single die and aims to provide the advantages of the three well known SPD methods (ECAP, TE and DE) simultaneously. The first stage is TE which is a form of simple shear deformation process. In particular, the main feature of TE is providing vortex flow resulting the materials to mix and homogenizes the grains. Thus, the mechanical properties of the obtained material will increase. The second stage of the TV-CAP process is the main and remarkable stage leading to a novel technique. In this second stage, TE and ECAP methods are applied to the workpiece simultaneously. Thus, while the material is dispersed homogeneously, it is expected that the mechanical property enhancement and grain size reduction will be much higher than the first stage. The last stage is where the traditional direct extrusion (DE) method is applied that enables back pressure application without the need for any equipment. The accumulation of damage depends on the stress state. Back pressure causes damage accumulation in proportion to the amount of plastic strain. If back pressure is not applied, damage accumulations cannot be prevented and the damages that may occur in the material due to SPD will progress. For this reason, back pressure application is important in SPD methods, especially for the samples coming out of the die to be more suitable for the next production or processing stage. Besides, in this DE stage, the material takes the shape of a cylinder which is more suitable for the targeted area of use. Due to the small scale of the samples coming out of the TV-CAP die, it is thought that they can be used as fasteners especially in the aircraft or aviation industry or in the automotive industry.In order to achieve these goals, first of all, finite element analyses (FEA) were carried out and the velocity vectors of the material in the channel, the amount of effective strain obtained, and the required pressing load values were examined. As a result of the analysis, it was seen that the material has a higher effective strain value than both the traditional ECAP and TE methods. It is known that effective strain correlates with the strength of the material, especially with its hardness value. Therefore, as a result of this study, it was seen that the samples to be obtained with the TV-CAP method will provide more enhancements than the ECAP and TE methods. Additionally, when the velocity vectors were examined for each stage, it was seen that the samples were able to exactly take the TV-CAP die channel geometry and there was no damage on the samples thanks to the back pressing effect. Finally, as a result of the simulation, the required pressing load value was estimated and the design parameters of the TV-CAP die were determined. After obtaining these parameters, a TV-CAP die prototype was produced with a 3D printer before the actual TV-CAP die was produced. In this way, the working principle of the TV-CAP die and whether the samples would take the shape of the TV-CAP die channel were also observed physically by pressing wax as a workpiece. With the successful outcome of this stage, TV-CAP die was manufactured accordingly and sufficient number of samples were pressed from the TV-CAP die for the mechanical tests and microstructure examinations. As a result of the mechanical tests, it was concluded that the improvements of the process on both material types (AA5083 and AA6082) used in the experiment were much higher than both ECAP and TE methods. It was observed that while the hardness value doubled for AA5083, it increased almost two and half times for AA6082 when compared to annealed workpieces. When the tensile test results were examined, it was seen that the maximum tensile strength (Sut) for both samples increased approximately one and a half times when compared to the annealed workpieces. Finally, rotational bending fatigue tests were carried out in order to examine the strength of the materials under dynamic loads. It was observed that the samples pressed by TV-CAP die were broken after at least one and a half times longer cycles under the same load compared to the annealed material.Microstructure studies were also carried out. In this context, Optical microscope (OM) and Scanning Electron Microscope (SEM) images were obtained and grain size reduction and grain orientation was observed. When the average grain sizes were calculated with the obtained images, it was observed that as a result of the TV-CAP process, there was approximately 28 times reduction in grain sizes for the AA5083 and AA6082 alloys compared to the annealed material. In addition, XRD, EDS, and EBSD analyses were carried out for TV-CAP processed workpieces and crystal sizes, chemical components of the materials and precipitations, crystal structures, orientations, and dislocation densities of the workpieces were investigated. As a result of the calculations, after the TV-CAP process the crystal sizes decreased 1.6 times for the AA5083 alloy and 1.2 times for the AA6082 alloy compared to the annealed material. Similarly, the dislocation densities were compared with the annealed material after TV-CAP process, and it was observed that while it increased 2.8 times for the AA5083 alloy, it increased 1.5 times for the AA6082 alloy. Finally, TEM images were also investigated for more detailed microstructural analysis. The results obtained have been helpful for understanding and proving the improvements obtained with the TV-CAP process as a result of mechanical tests

Prediction of surface roughness value for machining of aluminum 1050 material by uiıng artificial neural network

Yüzey pürüzlülüğü, mekanik parçaların performansını ve üretim maliyetlerini büyük ölçüde etkilediği için, ürün kalitesinin önemli bir parametresidir. Yüzey pürüzlülüğü, yıpranma (yorulma) dayanımı, korozyon direnci, sünme (kabarma) ömrü gibi mekanik özellikler üzerinde etkiye sahiptir. Yüzey pürüzlülüğü ayrıca sürtünme, ışığı yansıtma, ısı aktarımı, kesme sıvısı, elektrik iletimi gibi işlevsel parça özelliklerini de etkilemektedir. Yüzey pürüzlülüğü kabul edilebilir bir tolerans aralığında olmalıdır. Yüzey pürüzlülüğü bazen yüksek zararlara veya maliyetlere sebep olmaktadır. Sonuç olarak, son yıllarda birçok girişimin neticesinde, yüzey pürüzlülüğü modellemesinde büyük araştırma ve geliştirmeler bulunmaktadır. Aynı zamanda, daha iyi yüzey pürüzlülüğü elde etmek için istenilen uygun kesim(kontrol) parametrelerinin en uygun değerlerde seçilmesi büyük önem kazanmaya başladı, çünkü daha iyi yüzey pürüzlülüğü değeri elde etmek ancak en uygun kesim parametrelerinin belirlenmesiyle mümkün olur. Belirli bir imalat işleminde yüzey pürüzlülüğünü kontrol eden bütün bu parametreleri göz önüne almak zor olduğundan bu çalışmalar tamamlanmaktan çok uzaktır. Örnek olarak frezede işlenen parçalar için; kesme derinliği, kesici dönüş hızı, kesme sıvısı gibi faktörler yüzey pürüzlülüğü için temel parametreler olarak kabul edilir. Bununla birlikte tornada işlenen parçalar için, ilerleme hızı, çalışılan malzemenin karakteristiği, çalışılan malzemenin sertliği, kesme hızı, kesme derinliği, kalem uç yarıçapı, kalem kesme açısı gibi daha farklı sayıda değişkenler yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörlerdendir. Levha metal işlemleri gibi orta seviyede mukavemet gerektiren uygulamalarda Alüminyum 1050 alaşımı popüler derecede bir kullanıma sahiptir. İstenilen mekanik ve kimyasal özelliklerine sahip olmasından dolayı son yıllarda Al1050 endüstride geniş kullanım alanı bulmuştur. Günlük hayatta Al1050, ışıklandırma, yansıtıcı, aksesuar, kimyasal depolama, radyatörlerde, tabelalarda, elektronikte, aydınlatıcılarda, isim levhalarında, elektriksel uygulamalarda, damgalama parçalarında ve bazı diğer ürünlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Normalde, yüksek aşınma direnci ve kolay şekillendirilebilme özelliğinin ön planda olduğu, mukavemet değerinin ise daha az önem arz ettiği, kimyasal uygulamalarda kullanılmaktadır. Yumuşak bir malzeme olduğundan ve düşük erime sıcaklığına sahip olduğu için Al1050 ürünleri, genelde döküm yapılarak üretilir. Sonuç olarak zayıf işlene bilirliğe sahiptir. Bunun sonucunda inanıyoruz ki bu alaşımın işlenmesinin incelenmesi sadece araştırmacılar için değil uygulama sahasında da kullanışlı olacaktır. Bu çalışmada Al1050 alaşımının yüzey kalitesi araştırılacaktır. Yapay sinirsel ağ (YSA) yöntemi en iyi bilinen modelleme ve/veya en uygun şekle sokma tekniğidir. Bu matematiksel yöntem, girilen örnek değerlerini öğrenebilme kabiliyetinden ve seri çözüm yollarının farkına varıp başta girilen örnek değerlerinden yola çıkarak sonuç değerlerine varabildiği için özellikle fiziksel modellerle tanımlanması zor olan ilişkilendirmelerin simülasyonunda çok kullanışlıdır. Bu çalışmada YSA, yüzey pürüzlülüğünün kalitesini belirlemede yapılan deney sayısını düşürmek için, yüzey pürüzlülüğü değerinin tahmininde kullanılacaktır. Sistemimiz üç katman nörona sahiptir: Giriş katmanı, Gizli katman ve sonuç katmanı. Giriş katmanı işleme parametrelerini içerecektir. Sonuç katmanı, MarSurf M300C yüzey pürüzlülüğü test cihazı (Profilometre) kullanılarak elde edilen yüzey pürüzlülüğü değerlerini içerecektir. Giriş katmanından elde edilen bilgiler daha sonra bir gizli katman boyunca işlenecek ve son katmanda izleyen sonuç vektörü hesaplanacaktır. Sonuçlar karşılaştırılacak ve model verimliliği değerlendirilecektir. Şubat, 2014 Kerim ÖZBEYAZ ABSTRACT Surface roughness is an important measure of product quality since it greatly influences the performance of mechanical parts and also, it greatly influences production cost. Surface roughness has an impact on the mechanical properties like fatigue behaviour, corrosion resistance, creep life, etc. Surface roughness also affects other functional attributes of parts such as friction, wear, light reflection, heat transmission, lubrication, electrical conductivity, etc... Surface roughness should be in an acceptable tolerance range. Sometimes, various catastrophic failures causing high damages/costs have been attributed to the surface finish of the components in question. Consequently, there have been many attempts and as a result, great research developments in modelling surface roughness in recent years. Also, optimization of the controlling parameters to obtain a surface finish of desired level became a great concern since only proper selection of cutting parameters can produce a better surface finish. But such studies are far from complete since it is very difficult to consider all the parameters that control the surface roughness for a particular manufacturing process. For example; depth of cut, spindle speed, lubricants etc. are some of the fundamental parameters for milling and surface finish in turning has been found to be influenced in varying amounts by a number of factors such as feed rate, work material characteristics, work hardness, cutting speed, depth of cut, tool nose radius and tool cutting edge angles etc. Aluminium 1050 alloy is a popular grade of aluminium for general sheet metal work where moderate strength is required. Al1050 has a wide range of usage in industry over last decades, because of its desired mechanical and chemical properties. It is often used in daily, lighting, reflector, accessories, chemical containers, heat sinks, signage, electronics, lamps, nameplates, electrical appliances, stamping parts and some other products. Normally it is used for cases corrosion resistance and formability requirements are high occasion but less demanding on the strength, chemical equipment. Al1050 products are generally produced by casting because it is a soft material and it has a small melting temperature. Consequently, it has poor machinability. So, it is believed that investigation on machining of this alloy will be useful not only for researchers but also for practical applications. In this study, machining of Al1050 will be investigated in terms of its surface quality. Artificial neural network (ANN) is a well-known technique for modelling and/or optimization. This mathematical technique is especially useful for simulations of any correlation that is difficult to describe with physical models because of the ability to learn by example and to recognize patterns in a series of input and output values from example cases. In other words; ANNs are computational models, which simulate the function of biological network, composed of neurons. In this study, ANN will be used to predict the surface roughness value to decrease the number of experiments to define the quality. Our system will have three layers of neurons: input layer, a hidden layer and an output layer. The input layer will consist of machining parameters. The output layer will consist of surface roughness values which will be obtained by using MarSurf M300C surface roughness testing machine (Profilometer). Information from the input layer is then processed through one hidden layer, and following output vector is computed in the final (output) layer. Results will compared and the efficiency of the model will be realized. February, 2014 Kerim ÖZBEYA

Novel SPD Method: Twisted Variable Channel Angular Extrusion

Different types of SPD techniques are applicable and have been studied by various researchers. All of them have several advantages and disadvantages. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is one of the most popular SPD techniques and is still being developed. The aim of this paper is to improve the efficiency of ECAP process by putting forward a novel design (Twisted Variable Channel Angular Pressing (TV-CAP)) and also to achieve higher mechanical properties when compared to conventional ECAP processes. For this purpose, a new TV-CAP die was designed by combining three different methods: ECAP, Twist Extrusion, and Direct Extrusion. The new design was able to integrate the advantages of each method to the workpiece material. In this context, the design parameters of the TV-CAP die were first identified by finite element analysis (FEA) in Deform-3D. The TV-CAP die was produced according to the determined parameters and AA5083 alloy was pressed with this novel die. Hardness and tensile tests were carried out to compare mechanical properties. In addition, Optical Microscope, SEM, TEM images were taken, and XRD and EBSD analyses were carried out to examine the changes in grain structure. As a result of this experimental study, an increase of 197.3% was observed in the hardness value and an increase of 144.7% was achieved in the tensile strength value by using the novel TV-CAP die. These results also agreed with the effective strain values obtained from the FEA

INVESTIGATION OF STRAIN INHOMOGENEITy IN HExA-ECAP PROCESSED AA7075

Severe Plastic Deformation (SPD) techniques have been used by researchers for last three decades in order to obtain UltraFine Grained (UFG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is preferred more than other SPD techniques thanks to its high performance and practicability. Hexa Equal Channel Angular Pressing (Hexa-ECAP) - modified ECAP technique which enables to apply ECAP routes for cylindrical samples properly - was preferred in this study. Within the objective of this study, the effects of coefficient and ram velocity on the mean effective strain and strain inhomogeneity of Hexa-ECAP processed Al7075 aluminium alloy were investigated. Also, the effects of ram velocity and friction coefficient on hardness homogeneity were investigated benefitting from the similarity between the hardness distribution and the strain distribution

Microstructure development and mechanical behaviour of pure copper processed by the novel TWO-CAP procedure

In this study, thin-walled open channel angular pressing (TWO-CAP) technique was applied to pure copper specimens as a novel severe plastic deformation (SPD) method. The TWO-CAP process was applied to the specimens up to four passes. After each pass, the microstructural and mechanical characterization of the material was investigated by tensile and hardness tests along with OM, SEM, EDS, TEM and XRD analyses. As a result, a highly increase in the mechanical properties was obtained, in addition satisfactory grain refinement was observed in microstructures. Strength and hardness values were positively affected from the minimizing the grain sizes after TWO-CAP process. Another reason of the improvements in mechanical properties can be explained as the increase in dislocation density. Furthermore, the effect of the TWO-CAP process on the dislocation density of the material has been demonstrated by XRD and TEM analyses in nanoscale. Moreover, the strain equation has been developed analytically and the effect of each pass on strain was calculated. Finally, the effect of the process on the stress-strain properties of the material was examined by the numerical analysis method and the study was verified

Investigation of Strain Inhomogeneity in Hexa-ECAP Processed AA7075

Severe Plastic Deformation (SPD) techniques have been used by researchers for last three decades in order to obtain Ultra-Fine Grained (UFG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is preferred more than other SPD techniques thanks to its high performance and practicability. Hexa Equal Channel Angular Pressing (Hexa-ECAP) – modified ECAP technique which enables to apply ECAP routes for cylindrical samples properly – was preferred in this study. Within the objective of this study, the effects of coefficient and ram velocity on the mean effective strain and strain inhomogeneity of Hexa-ECAP processed Al7075 aluminium alloy were investigated. Also, the effects of ram velocity and friction coefficient on hardness homogeneity were investigated benefitting from the similarity between the hardness distribution and the strain distribution