TREN TEKERLEĞİNİN (ER7) İŞLENEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Demiryolu endüstrisinde, monoblok tekerlekler için kullanılan ER6, ER7, ER8 ve ER9 olmak üzere dört tip çelik kalitesi vardır. ER7 çeliği EN13262 standardına uygun olarak üretilmekte ve Avrupa demiryolu hatlarında kullanılmaktadır. Bu tren tekerlekleri, pres ve haddeleme ile şekillendirildikten sonra tornalama yöntemi kullanılarak nihai ölçülerine getirilir. Bununla birlikte, hızlı takım aşınmasını ve termal çatlamayı kolaylaştırabilen yüksek mekanik özellikleri nedeniyle ER7 çeliklerinin işlenmesi zor olabilir. Bu nedenle, soğutma sıvılarının kullanımı işlenebilirliklerini geliştirmek için kritik öneme sahipken, geleneksel soğutma sıvılarının kullanılması ekstra işletme maliyetleri, enerji ve atık sarfiyatına neden olur. Bir alternatif olarak, kesme bölgesine hava ile karıştırılmış küçük miktarlarda soğutma sıvısı uygulayarak neredeyse kuru işlenmiş bir yüzey bırakan minimum miktarda yağlama (MQL) soğutma teknolojisi kullanılmaktır. Mevcut çalışmada, ER7 çeliğinin işlenmesi için en uygun kesme parametrelerini belirlemek üzere kuru koşullar altında ve kaplamalı karbür uçlar kullanılarak ön performans deneyleri yapılmıştır. Kesme hızı ve ilerleme miktarının yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı ve enerji tüketimi üzerindeki etkisi araştırılmış ve uygun kesme parametrelerini belirlemek için bir kıyaslama olarak kullanılmıştır. Daha sonrasında veya işlenen ER7 çeliğinin üzerindeki etkileri belirlenebilmesi için MQL ve Nano-MQL soğutma teknolojileri kullanılarak ek işleme testleri gerçekleştirildi. Kullanılan kesme parametreleri arasında kesme hızının 300 m/dak, ilerleme miktarının ise 0,15 mm/dev olduğu değerde minimum yüzey pürüzlülüğü değerine ulaşılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü üzerinde MQL ve Nano-MQL soğutma teknolojileri kuru kesme koşuluna göre sırasıyla %24 ve %34 oranında düşüş eğilimi sağlamıştır. Takım aşınması üzerinde gerçekleşen düşüş ise sırasıyla %34,1 ve %37,6 oranında gerçekleşmiştir. Bu çalışmanın genel sonuçları, ray tekerleği uygulamalarına yönelik çelik parçalar için sürdürülebilir bir işleme alternatifi olarak MQL ve Nano-MQL soğutma sıvılarının kullanılmasının uygulanabilirliğini göstermiştir. Ek olarak, mevcut çalışma, nano katkı maddelerinin eklenmesiyle MQL soğutma teknolojisinin geliştirilmiş performansını vurgulamaktadır.

ABSTRACT

In the railway sector, monoblock wheels are typically made from one of four types of steel grades: ER6, ER7, ER8, and ER9. ER7 steel is produced following the EN13262 standard and is commonly used in European rail networks. After these train wheels are shaped by pressing and rolling, they are brought to their final dimensions using the turning method. However, machining ER7 steels can be a challenging task due to their high mechanical properties, which can cause rapid tool wear and thermal cracking. Therefore, the use of coolants is critical to improve their workability, while the use of conventional coolants incurs extra operating costs, energy and waste consumption. A possible alternative is to use minimum quantity lubrication (MQL) cooling technology, which employs small quantityof coolant mixed with air to the cutting zone, producing a near-dry machined surface. In the present study, preliminary performance tests were carried out under dry conditions and using coated carbide inserts to determine the most suitable cutting parameters for machining ER7 steel. The study investigated the impact of cutting speed and feed rate on surface roughness (Ra), energy consumption, and cutting temperature. These outputs were used as a reference point for identifying the best cutting parameters. Further machining tests were conducted using MQL and nano-MQL cooling technologies to evaluate their effects on the machining outputs mentioned above. Among the cutting parameters used, the minimum surface roughness value was reached with the cutting speed of 300 m/min and the feed rate of 0.15 mm/rev. As a result, by using these optimum cutting parameters with MQL and Nano-MQL cooling technologies, the surface roughness decreased by 24% and 34%, respectively, compared to dry conditions. In addition, the decrease in tool wear was 34.1% and 37.6%, respectively. The study demonstrated that MQL coolants are a viable and sustainable alternative for machining steel parts in rail wheel applications. Furthermore, the study highlights the superior performance of MQL cooling technology when nano additives are included.