AISI 4140 Çeliğinin Delinmesinde Matkap Uç Geometrisi Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizinde Johnson-Cook Malzeme Modeli ve Yazılım Kütüphanesi Sonuçlarının Kıyaslanması

DEMİREL T., AYDIN K., Deliorman G., Kurt A.

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt.14, sa.1, ss.345-365, 2026 (TRDizin)

Özet

Bu çalışmada, AISI4140 çeliğinin delinmesinde matkap uç geometrisini oluşturan unsurlardan; batma açısı, öz kalınlığı ve giriş açısının delinebilirlik üzerindeki etkileri sonlu elemanlar destekli simülasyonlarla analiz edilmiştir. Simülasyon çalışmalarında, 6.8 mm çapında, iki ağızlı, helisel yapıda, split uçlu ve yekpare karbür matkap modelleri kullanılmıştır. Bu modellerde; batma açıları 30°, 45° ve 60°, öz kalınlıkları 0,5 mm, 1,0 mm ve 1,5 mm, giriş açıları ise 120°, 135° ve 150° olacak şekilde çeşitlendirme yapılmıştır. Çalışmada hem yazılım kütüphanesinde hazır bulunan AISI4140 çeliği seçilerek, hem de AISI4140 çeliğinin Johnson-Cook malzeme modeli yazılıma tanımlanarak simülasyonlar yapılmış ve elde edilen sonuçlar (itme kuvveti, delme momenti, sıcaklık değerleri, matkaplarda oluşan gerilim, talaş şekli) kıyaslanmıştır. Hem JC malzeme modelinin hem de yazılım kütüphanesinden seçilen malzemenin delme simülasyonları sonuçlarından elde edilen verilerin benzerlik oranları yaklaşık %80 ve üzerindedir. Tüm verilerin tam faktöriyel olarak etki grafikleri oluşturulduğunda optimum matkap geometrilerinin; JC malzeme modeline göre G24 kodlu matkap, yazılım kütüphanesinden malzeme seçildiğinde ise G15 kodlu matkap geometrisi sonucuna ulaşılmaktadır. Her iki malzemenin delinmesi sonucunda oluşan talaş şekillerinin de oldukça benzer olduğu tespit edilmiştir.
This study investigates the effects of drill bit geometry parameters—specifically notch angle, web thickness, and splitting angle—on the drillability of AISI 4140 steel using finite element analysis (FEA) simulations. Solid carbide drill models with a 6.8 mm diameter, double-fluted, helical, and split-tip structure were utilized in the research. The geometric parameters were varied as follows: notch angles of 30°, 45°, and 60°; web thicknesses of 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm; and splitting angles of 120°, 135°, and 150°. The primary focus of the study is a performance-based comparison between the standard AISI 4140 material data from the software library and the Johnson-Cook (J-C) material model defined in the software. Thrust force, torque, temperature, stress distributions, and chip morphology data obtained from the simulations were evaluated comparatively. The findings revealed a similarity rate of over 80% between the J-C material model and the library data. Based on the full factorial design results, the G24-coded drill geometry for the J-C model and the G15-coded drill geometry for the library da ta yielded the optimal results. Furthermore, it was determined that the chip shapes and stress distributions formed in both modeling approaches were highly consistent with each other.