MEHMET FATİH IŞIK DOKTORA TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2009 ANKARA

Transkript

1 BİLGİSAYAR DESTEKLİ ELEKTRO EROZYON YÖNTEMİ İLE TALAŞ KALDIRMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE UYGULAMASI MEHMET FATİH IŞIK DOKTORA TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2009 ANKARA

2 Mehmet Fatih IŞIK tarafından hazırlanan BİLGİSAYAR DESTEKLİ ELEKTRO EROZYON YÖNTEMİ İLE TALAŞ KALDIRMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE UYGULAMASI adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. İsmail COŞKUN Tez Danışmanı, Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı.. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik Eğitimi Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Çetin ELMAS Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, G. Ü. Prof. Dr. İsmail COŞKUN Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, G. Ü. Prof. Dr. Ömer Faruk BAY Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Anabilim Dalı, G. Ü. Prof. Dr. Ahmet ÖZDEMİR Kalıpçılık Eğitimi Anabilim Dalı, G. Ü. Doç. Dr. Ramazan BAYINDIR Enerji Tesisleri Eğitimi Anabilim Dalı, G. Ü Tarih 21/01/2009 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Doktora derecesini onamıştır. Prof. Dr. Nail ÜNSAL Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü..

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Mehmet Fatih IŞIK

4 IV BİLGİSAYAR DESTEKLİ ELEKTRO EROZYON YÖNTEMİ İLE TALAŞ KALDIRMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE UYGULAMASI (Doktora Tezi) Mehmet Fatih IŞIK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 2009 ÖZET Bu çalışma ile, elektro erozyon yöntemini kullanarak tornalama işlemi yapan bir tezgahın prototipinin tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen elektro erozyon tezgâhı, sisteme x, y, z ve c (divizör) ekseni doğrultularında hareket kabiliyeti sağlamak üzere kurulmuş olan dört eksenden oluşmaktadır. Eksen hareketlerini sağlayacak olan mekanik aksam için tasarım kriterleri belirlenmiş ve buna bağlı olarak hareket mekanizması oluşturulmuştur. Eksenler servomotorlar kullanılarak hareket ettirilmiş, x,y ve c ekseni için AC servomotor, z ekseni için ise DC servomotor kullanılmıştır. Servomotorların konum, hız ve yön denetimlerini sağlamak üzere dört eksen çıkış sağlayabilen bir PLC tercih edilmiştir. Tezgahın kullanıcı denetiminin sağlanabilmesi için operatör-dokunmatik panel (touch panel) kullanılmış ve denetim işlemi tamamlanmıştır. Elektro erozyon tezgahının talaş kaldırma işlemini gerçekleştirebilmesi için güç kaynağı (jeneratör) ünitesi tasarımı da yapılarak operatör panel üzerinden denetimi sağlanmış, bu işlem için PLC üzerinden analog denetim işlemi yapacak bir sayısal-analog dönüştürme modülü kullanılmıştır. Ayrıca iş parçası ve elektrot arasında soğutma ve dielektrik işlemi yapacak olan sıvı püskürtme sistemi de tasarlanarak tezgaha eklenmiştir. Bu tezgah sayesinde c ekseni diye adlandırılan dönme hareketi ile iş parçasının tornalanması ve yüzey temizlemesi gibi işlemleri yapabilecek özellik kazandırılmıştır. Geliştirilen tezgah ile bu yöntemi kullanarak boyları uzun ve

5 V küçük çaptaki malzemelerin işlenmesi ve çaplarının azaltılması işlemi yanında klasik erozyon tezgahlarında yapılan şekillendirme işlemini de yapılabilmektedir. Geliştirilen tezgahın performans kriterini test etmek amacıyla, bakır ve grafit elektrotlar, iş parçası olarak da çelik ve demir kullanarak deneysel çalışmalar yapılmış, yapılan işlem sonucunda, işlenen malzemeler için yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı ve elektro mikroskop ile gerekli ölçümler yapılarak diğer çalışmalarla kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlar tezgahın belirlenen kriterlere sahip olduğunu göstermiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : EEİ, Elektro erozyon ile Tornalama, Servo kontrol Sayfa Adedi : 149 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. İsmail COŞKUN

6 VI DESIGN AND APPLICATION OF THE MACHINING SYSTEM WITH THE METHOD OF ELECTRO EROSION BASED ON COMPUTER (Ph.D. Thesis) Mehmet Fatih IŞIK GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY ABSTRACT The designment and production of the prototype of a machine that conducted the process of turning using the method of electro erosion were made through this study. This electroerosion machine is comprised of four axes built to provide mobility for the system in the direction of x, y, z and c (dividing-head) axes. The criterias of designment were defined for the mechanical parts which are to provide axis movements and thus, an actuator was created. Axes were moved by using servomotors; AC servomotor for x, y, c axes and DC servomotor for z axis. A PLC was preferred which may offer four axis outlets, in order to provide the pacings, location and direction controls of servomotors. An operator-touch panel was used to assure the user control of the machine, and the process of the review was concluded. Design of a generator unit was also made and controlled through operator panel in order that electro erosion machine can perform the process of machining. For this process, a numericalanalogue conversion module was used which can make analogue control by PLC. Besides, an atomization system, which makes cooling and dielectric activities between workpiece and electrode, was designed and joined to the machine. This machine was put in the features of ability to turn the work pieces and to pickle with the rotary motion called as c axis. The machine can perform the process of forming made in classic erosion machines, beside operating long and small scaled materials and scaling down their diameters. Experimental

7 VII studies were made using steel and iron as work pieces, and copper and graphite electrodes, in order to test the performance criteria of the improved machine. In conclusion, necessary measurements were performed with surface finish measuring device and electro microscope, and this study was compared with others. The results obtained showed that the machine bears the specified criterias. Science Code : Key Words : EDM, Turning by Electro discharge, Servo control Page Number : 149 Adviser : Prof. Dr. İsmail COŞKUN

8 VIII TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, bana olan desteklerini her zaman yanımda hissettiğim Danışmanım Prof. Dr. İsmail COŞKUN a ayrıca tez izleme komitesi üyeleri Saygıdeğer Öğretim Üyeleri Prof. Dr. Çetin ELMAS ve Prof. Dr. Ömer Faruk BAY a, çalışmam boyunca kıymetli yardımları ve bilgileriyle beni yalnız bırakmayan mesai arkadaşlarım Öğr. Gör. Hilmi YANMAZ a ve Öğr.Gör. Bünyamin ATMACA ya teşekkür ederim. Manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan Hitit Üniversitesi Rektörü Prof. Dr. Serdar KILIÇKAPLAN, Hitit Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Müdürü Prof. Dr. İrfan ÇAĞLAR, Hitit Üniversitesi Osmancık Meslek Yüksekokulu Müdürü Öğr. Gör. S. Oğuzhan KIVRAK, Hitit Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Müdür Yardımcısı Abdullah DAŞDEMİR, Öğr. Gör. Ömer ÇIRAK, Öğr. Gör. M.Fatih BAĞÇIVAN, Öğr. Gör. Emre AKGÖZLÜ ye ve değerli mesai arkadaşlarıma da teşekkür ederim. Çalışmam sırasında bana verdikleri desteklerden dolayı Dr. Cemal YILMAZ, Dr. Yusuf SÖNMEZ ve Levent BULUT a da teşekkür ederim. Bu çalışmanın başından sonuna kadar beni her konuda destekleyen hayat arkadaşım Eşime ve çalışma azmimi artıran sevgili Oğlum Yavuz Selim e de teşekkür ederim.

9 IX İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER... ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xiii RESİMLERİN LİSTESİ...xviii SİMGELER VE KISALTMALAR... xx 1. GİRİŞ ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME EEİ ile İşleme Tipleri EEİ nin Fiziksel Prensibi EEİ nin Elektriksel Prensibi Vurum jeneratörü karakteristikleri Dielektrik Sıvı Özellikleri Talaş Kaldırma Yöntemlerinin Esası Talaş Kaldırma Mekaniği ve Talaş Tipi ELEKTRO EROZYON TEZGAHLARI EEİ nin Avantaj ve Dezavantajları Uygulama Alanları TEL Elektro erozyon... 29

10 X Sayfa 3.3. Dalma Elektro erozyon TASARLANAN PROTOTİP Mekanik Aksam Tasarımı ve İmalatı Dielektrik Sıvı Püskürtme Sistemi Tasarımı Güç Kaynağı (Jeneratör Ünitesi) Tasarımı Kontrol Sistemi Tasarımı Programlanır lojik kontrolör (PLC) Servo Kontrol Sistemi Operatör Panel Tasarımı GELİŞTİRİLEN TEZGAHIN PERFORMANS ANALİZİNİN TEST EDİLMESİ Elektro erozyon Tezgahı Elektrot (Takım) İş Parçası Dielektrik Sıvı İşleme Parametreleri İş parçası işleme hızı (İİH) Elektrot aşınma hızı (EAH) Bağıl aşınma (BA) İşleme polaritesi İşleme parametrelerinin belirlenmesi Test Öncesi Çalışmalar Test Aşamasında Karşılaşılan Sorunlar ve Çözüm Yolları

11 XI Sayfa 5.8. Test İşlemleri Yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı Yüzey pürüzlülük test sonuçları ve diğer çalışmalarla kıyaslanması SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER EK-1 PLC ladder diyagramı EK-2 Operatör Panel ekran görüntüleri ÖZGEÇMİŞ

12 XII ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 4.1. Kontrol sistemlerin avantajlarının karşılaştırılması Çizelge 4.2. Panasonic FP-X serisi PLC özellikleri Çizelge 4.3. AC Servomotorların teknik özellikleri ve sürücü tipleri Çizelge 4.4. Konnektörler ve terminaller Çizelge 4.5. CN1 konnektör bağlantı yapısı Çizelge 5.1. Elektro erozyon tezgahına ait teknik bilgiler Çizelge 5.2. Tipik elektrot (takım) malzemeleri ve karakteristikleri Çizelge 5.3. Dolu bakır elektrot kimyasal özellikleri (deneylerde kullanılan) Çizelge 5.4. Bakır ın fiziksel özellikleri Çizelge 5.5. Elmas ve grafitin bazı fiziksel özellikleri Çizelge 5.6. Deneysel işleme parametreleri Çizelge 5.7.Çeşitli imalat yöntemleriyle elde edilen ortalama yüzey pürüzlülük değerleri Ra (µm) Çizelge 5.8. Bakır ve grafit elektrotlar ile yapılan işleme parametreleri Çizelge 5.9. Bakır elektrot ve çelik iş parçasına ait yüzey pürüzlülük değerleri Çizelge Bakır elektrotla elde edilen İİH, EAH ve BA değeri

13 XIII ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Elektro erozyon işleme sisteminin temel elemanları... 9 Şekil 2.2. EEİ ile delme ve oyma Şekil 2.3. EEİ ile kesme yöntemi Şekil 2.4. EEİ ile taşlama yöntemi...13 Şekil 2.5. EEİ nin çalışma prensibi...14 Şekil 2.6. EEİ nin fiziksel prensibi Şekil 2.7. Gerilim kontrollü bir vurum jeneratöründe vurumların gerilim ve akım dalga biçimleri Şekil 2.8. RC jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı...17 Şekil 2.9. RC jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi Şekil Döner vurum jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı Şekil Döner vurum jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi Şekil Isopulse jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı Şekil Isopulse vurum jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi...19 Şekil Dielektrik sıvı uygulama yöntemleri...21 Şekil 3.1. Tel erozyon sisteminin donanım kurulumu Şekil 3.2. Tel erozyon ile malzeme işleme Şekil 3.3. Tel EDM nin fonksiyonel diyagramı...31 Şekil 3.4. Dalma EDM elemanlarının fiziksel olarak gösterimi...33 Şekil 3.5. EDM sisteminin çalışma prensibi...34

14 XIV Şekil Sayfa Şekil 4.1. EDM tezgahı için eksen kontrol ön tasarım modeli...36 Şekil 4.2. İmal edilen C ekseni donanımı...37 Şekil 4.3. C Ekseni için punta, divizör ve servo bağlantı çizimi...37 Şekil 4.4. Servomotor ve kaplin bağlantı şekli...38 Şekil 4.5. Servomotor divizör bağlantısı (C Ekseni)...38 Şekil 4.6. Alt plaka için ön tasarım çizimi...39 Şekil 4.7. Y ekseni servo bağlantı sistemi...39 Şekil 4.8. Y ekseni servomotor bağlantısı...40 Şekil 4.9. Y eksenine monte edilecek olan servomotorun mile bağlantı noktasının çizimi Şekil X ekseni için servomotor mil bağlantı çizimi...41 Şekil X ekseni için tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka için yan görünüş Şekil X ekseni servomotor bağlantısı...42 Şekil X ekseni için tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka...42 Şekil Y ekseni için tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka...43 Şekil Divizör ve ayna için merkezleme işleme çizimi...43 Şekil Alt tabla aksamın montaj edilmiş ön tasarımı...44 Şekil Sistemin alt tabla genel görünüşü...44 Şekil Z ekseni mekanik imalat şekli...45 Şekil Mekanik aksamın Solid Works tasarımı...46 Şekil İmal edilen tezgahın mekanik görünümü...47 Şekil Dielektrik sıvı püskürtme sistemi...48

15 XV Şekil Sayfa Şekil Kıvılcım aralığı voltajının çalışma modeli...50 Şekil Kıvılcım aralığı Voltajının oluşma durumu...50 Şekil Geliştirilen güç kaynağı blok diyagramı...51 Şekil Komperatör kartı açık devre şeması...51 Şekil Çıkış mosfet sürücü kartı açık devre şeması...52 Şekil Güç kaynağı ünitesi açık devre şeması (besleme kartı)...53 Şekil Tasarlanan güç kaynağı ünitesi...54 Şekil Akım kademeleri ( 4 Kademe -25 Amper)...55 Şekil Güç kaynağı akım ve gerilim çıkış dalga formları...56 Sekil PLC nin temel yapısı...57 Sekil Bir PLC nin iç yapısı...58 Şekil Panasonic FPX PLC genel görünümü...61 Şekil PLC giriş ve çıkış modülleri kullanımı blok diyagramı...62 Şekil EDM tezgahları için servo kontrol sistemi blok diyagramı...63 Şekil Servomotor çalışma sistemi blok diyagramı...64 Şekil Çevre birimlere bağlanma...64 Şekil Servo sürücü bir faz bağlantı şekli...66 Şekil Servo sürücü bir faz bağlantı şekli...66 Şekil Delta servo sürücü temel bağlantı şeması...67 Şekil Servo sürücü Pt modu bağlantı şekli...69 Şekil Servo sürücü giriş sinyali bağlantısı...70 Şekil Servo sürücü çıkış sinyali bağlantısı...70

16 XVI Şekil Sayfa Şekil Z ekseni için DC servomotor sürme devresi...71 Şekil Z ekseni için servomotor sürücüsü...71 Şekil Operatör panel kontrolü blok diyagramı...72 Şekil PLC ve OP arası haberleşme kablo bağlantı şeması...73 Şekil PC ile OP arası haberleşme kablo bağlantı şeması...74 Şekil Operatör panel sistem parametrelerini ayarlama formu...75 Şekil Operatör panel ve PLC bağlantı şeması...76 Şekil Veri giriş ekranı...77 Şekil Manuel mod işleme seçeneği...77 Şekil Güç ayarı ekranı...78 Şekil Otomatik mod çalışma ekranı...79 Şekil Kesikli hareket modu ekranı...80 Şekil 5.1. Z ekseni hareket sonlandırma ön tasarım ve imalatı...84 Şekil 5.2. EEİ deki iş parçası yüzeyinde oluşan katmanlar...92 Şekil 5.3. Yüzey pürüzlülüğünün üç boyutlu gösterilmesi Şekil 5.4. Pürüzlü düz yüzey Şekil 5.5. Pürüzlü dalgalı yüzey Şekil 5.6. Farklı akım şiddetlerinde meydana gelen pürüzlülük değişimi Şekil 5.7. R a yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi Şekil 5.8. R max yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi Şekil 5.9. R z yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi Şekil Dişli sistem ön tasarım şekli

17 XVII Şekil Sayfa Şekil Farklı akım yoğunluklarında vurum süresine bağlı iş parçası yüzey pürüzlülük değişimi Şekil Farklı aralık voltajına göre oluşan yüzey pürüzlülük değerleri Şekil İş parçası yüzey durumunu gösteren optik fotoğraflardan bazıları

18 XVIII RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 4.1. Tasarlanan sistemin genel görünümü...81 Resim 5.1. Geliştirilen elektro erozyon tezgahı...83 Resim 5.2. Z ekseni mekanik görüntü...84 Resim 5.3. Elektrot bağlama ünitesi...85 Resim 5.4. Elektrot bağlama ünitesi...85 Resim 5.5. İş parçası bağlama detayı...86 Resim 5.6. Bakır elektrot...89 Resim 5.7. Bakır elektrot ve bağlama aparatı...89 Resim 5.8. Silindirik dolu bakır elektrotlar...89 Resim 5.9. Şekilli bakır elektrot ve bağlama aparatı...90 Resim Grafit elektrot ve bağlama aparatı...91 Resim Yüzeyi işlenmiş (torna tezgahında) iş parçası üst görünümü...93 Resim SAE-1040 (Ç1040) çeliği iş parçası...94 Resim Silindiri yapıda iş parçaları (çelik ve demir)...94 Resim Dielektrik sıvı püskürtme sistemi işleme görüntüsü...95 Resim Yandan püskürtmeli dielektrik sıvı uygulama görüntüsü...96 Resim İş parçası polarite bağlantısı...98 Resim Elektrot polarite bağlantısı...98 Resim C ekseni dişli ekleme aparatı Resim Komperatör kullanımı Resim T bağlantı resmi...109

19 XIX Resim Sayfa Resim Analog modül kullanımı Resim Acil durdurma düğmesi Resim Sonlandırma anahtarları resimleri (Y ekseni) Resim Sonlandırma anahtarları resimleri (X ekseni) Resim Silindirik bakır elektrot ile tornalama işlemi (iş parçası demir ve çelik) Resim Şekilli bakır elektrot ile demir iş parçası işleme resmi Resim Şekilli grafit elektrot ile demir iş parçası işleme resmi Resim Silindirik bakır elektrot ile elde edilen yüzey tornalama resmi Resim Şekilli bakır elektrot ve grafit ile elde edilen yüzey işleme resmi Resim Değişik işleme parametreleri kullanılarak elde edilen yüzey resmi Resim Yüzey pürüzlülüğü ölçüm işlemi Resim Yüzey resimleri mikro görüntü alma cihazı...120

20 XX SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama t d t e t i t 0 t p f p u i u e i e P e W e U I Gecikme süresi Boşalım süresi Vurum süresi Bekleme süresi Vurum çevrim süresi Vurum frekansı Açık devre gerilimi Boşalım gerilimi Boşalım akımı Boşalım gücü Vurum enerjisi Ortalama çalışma gerilimi Ortalama çalışma akımı Kısaltmalar Açıklama EDM EEİ İİH EAH BA Electrical Discharge Machining Elektro erozyon İşleme İş parçası işleme hızı Elektrot aşınma hızı Bağıl aşınma

21 1 1.GİRİŞ İmalat yöntemleri göz önüne alındığında şekillendirme yöntemleri talaşlı ve talaşsız imalat olmak üzere iki grupta toplanır. Malzeme işleme yöntemleri de alışılmış imalat yöntemleri ve alışılmamış imalat yöntemleri olarak iki gruba ayrılır. Alışılmış yöntemler; kesici uç, matkap ucu veya taşlama taşı gibi takımlar kullanarak ve malzemenin takım ile fiziksel teması sonucu talaşın kaldırıldığı yöntemlerdir. Bu yöntemler için takım ile iş parçası arasında sürekli temas ve göreceli hareket gerekmektedir. Bunun sonucu olarak önemli aşınma sorunları kaçınılmazdır. Alışılmış yöntemlerin çok uzun yıllardır süren deneyim birikimine sahip olmaları önemli bir üstünlük olarak görülmektedir [1]. Alışılmamış imalat yöntemleri ise, özellikle ikinci dünya savaşından sonra gelişmiş ve çağdaş teknolojide yaygın uygulama alanı bulmuş yöntemlerdir. Bu yöntemler alışılmış yöntemlerden farklı olarak, fiziksel temas ve göreceli hareket yerine mekanik kuvvet uygulamadan çeşitli enerji türlerini kullanarak malzeme işleyen, aşındıran veya şekillendiren yöntemlerdir. Genellikle, kullanılan düşük yoğunluklu enerjiyi dar bir alanda odaklayarak ve denetleyerek işleme mekaniğini gerçekleştirmek için uygun bir takım veya odaklayıcı düzen kullanılır. Bir malzeme işleme tekniğinin alışılmamış imalat yöntemi olarak tanımlanabilmesi için malzeme işleme ilkelerinin farklılığı ile birlikte bu tekniğin ticari düzeyde veya en az uygulama laboratuarı düzeyinde denenmiş ve uygulanmış olması gerekir. Bu nedenle malzeme işleme ve şekillendirme amacına yönelik çok sayıda öneriler olmasına karşın, bağımsız bir yöntem olarak kabul edilmiş ve alışılmamış imalat yöntemi olarak tanımlanabilecek yöntem sayısı dolaylarındadır. Bunlardan yaygın endüstriyel uygulama bulmuş 56 yöntem kullanılmaktadır [1]. Talaşlı imalat süreci; şekli, boyutları ve yüzey kalitesi önceden belirlenmiş parçaların metal işleme makinelerinde kesme operasyonu ile şekillendirilmelerini kapsar. Talaşlı imalat, kesici takım ve iş parçasının nispi hareketleri ile iş parçasının belirli bir kısmında, gerinim oluşturarak gerçekleştirilir. Diğer bir ifadeyle talaşlı imalat

22 2 kesici takım tarafından uygulanan kesme kuvvetleri ile iş parçası arasındaki ara etkileşime bağlıdır. Talaşlı imalat sürecinde mekanik enerji kullanılır. Bu gruba giren bazı yeni imalat tekniklerinde ise kimyasal, elektrik ve ısı enerjisi kullanılmaktadır [2]. Talaşlı imalatta kesici uç, iş parçası yüzeyinden talaş kaldırırken iç ve dış sürtünmelerden dolayı oluşan ısı, talaş kaldırma mekaniğini ve takım ömrünü etkileyen önemli faktörlerden biridir [3]. Talaş kaldırma işlemlerinde takım durumunu izleyebilen bir sistemin endüstride kullanılabilir duruma getirilmesi; üretim maliyeti, ürün kalitesi, ürün miktarı, tezgah kararlılığı, takım seçimi, kesme parametrelerinin analizi konularına önemli katkılar sağlamaktadır [4]. Talaşlı imalat endüstrisinde kullanılan yöntemlerden biri olan Elektro erozyon ile işleme (EEİ) yöntemi, kesici takım kullanımı gerektirmemesi ve düşük maliyetlerde imalat olanağı sağlaması ile gittikçe yaygınlaşan bir talaşlı imalat türüdür. Kalıp ve talaşlı imalat işlemlerinde kullanılmak üzere işlenmesi gereken metal/sertleştirilmiş metal malzemelerin daha düşük bir maliyet ile istenen ölçü hassasiyeti ve doğruluğunda, geleneksel metotlarla işlenmesi zor olan karmaşık şekilli parçaların işlenmesine olanak sağlayan bir imalat yöntemidir. Literatür Taraması Ülkemizde elektro erozyon tezgahları ilgili olarak Ahmet Özdemir, Abdülkadir Güllü, Abdülkadir Erden, Can Çoğun incelemeler ve uygulamalar yapmıştır. Bu çalışmalar elektro erozyon tezgahlarının matematiksel modelinin çıkarılması, işlenecek malzemelerin yüzey pürüzlülüğünü azaltma, bu tezgahların kontrol stratejilerinin belirlenmesi araştırmaları ile ön plana çıkmıştır. B. Sen ve arkadaşları elektro erozyon tezgahlarında kullanılmak üzere LCC tipi bir güç kaynağı tasarımı üzerinde durmuşlar ve işleme parametrelerini çıkartmışlardır.

23 3 Ayrıca H.Selçuk Halkacı ve Bülent Ekmekçi, elektro erozyon tezgahları imalat yöntemleri ve bu tezgahlarda kullanılacak elektrot ların kullanım özellikleri ile ilgili çalışmalar yapmış ve en uygun elektrotun özelliklerini çıkarmaya çalışmıştır. Can Çoğun ve arkadaşları, iş parçası yüzey pürüzsüzlüğü ile ilgili çalışmalar yapmış aşınma sırasında işlenecek malzemenin pürüzsüzlüğü üzerinde incelemeler yapmışlardır. Zhang Yun ve arkadaşları, elektro erozyon tezgahları için Nero-Fuzzy Network kontrol stratejisini belirtmiş ve bir kontrol stratejisini dikkate almıştır. J.Wang ve B.Ravani, elektro erozyon tezgahları için kullanılabilecek kontrol stratejileri için modeller çıkartmışlardır. B.Sen ve arkadaşları, elektro erozyon tezgahlarında kullanılan servomotor kontrol sürücüsü ile ilgili çalışmalar yapmışlar ve servo sürücü devresi oluşturmuşlardır. J.Kahles, Electrical Discharge Machining (EDM) adlı kitabı ile bu konuda temel bilgiler vermiştir. N.Saito, elektro erozyon tezgahları ile ilgili temel sayılabilecek araştırmalar yapmıştır. Elektro erozyon tezgah sisteminin kontrolü ve imalatı ile ilgili literatürde çok az çalışma yapılmıştır. Mohri (1995), tezgahlarda iş parçasının oluşumunu sağlayan elektrotların değişimi ile ilgili çalışmalar yapmıştır. Kruth(1986) EDM ile işleme sürecindeki sistem ile ilgili CAD/CAM sistemi geliştirmiştir.

24 4 X. M. Ding ve arkadaşları ise kalıp imalatı için kullanılan elektro erozyon tezgahındaki elektrotların bilgisayar yardımıyla oluşturulması üzerine bir işlem gerçekleştirmişlerdir. Elektro erozyon ile işleme ile ilgili literatürde çoğunlukla işleme parametreleri ve buna bağlı olarak oluşan yüzey pürüzlülüğü ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Erden ve Temel (1978), tarafından yapılana çalışmada, elektrot olarak bakır, iş parçası olarak da çelik, dielektrik sıvı olarak saf su, çeşme suyu, tuzlu ve gliserinli suyu ile yaptıkları çalışmalarında işleme hızı ve yüzey pürüzlülüğü açısından gazyağına göre daha iyi sonuçlar verdiği belirtilmiştir. Amorim ve Weingaertner (2004), plastik enjeksiyon kalıpları için AISI P20 çeliği, ve bakır elektrotlar kullanılarak değişik işleme parametreleri kullanarak deneysel çalışmalar yapmışlar.. Valentincic ve Junkar (2004), tarafından yapılan çalışmada aralık voltajına bağlı olarak, ortalama elektrik boşalım akımı hesaplanılmıştır. Liu (2003), yaptığı deneysel çalışmada iletken olarak kullandığı kompozit malzemeyi elektro erozyon ile işleyerek malzemenin mikro yapısını ve iletkenliğini araştırmıştır. Elektrot olarak kullandığı bakır ve pirincin aşınma durumlarını incelemiş, pirincin daha fazla aşındığını ortaya çıkarmıştır Özgedik ve Çoğun (2003), tarafından, elektro erozyon ile işlemede elektrot aşınma hızı ve elektrot yüzey aşınmasının kullanılan değişik işleme parametreleri ile değişimini incelemişlerdir. Silindirik bakır elektrot ve çelik iş parçası ve gazyağı dielektrik sıvı kullanmışlardır. Dielektrik sıvı için değişik yöntemler kullanılmış ve işleme parametreleri değiştirilerek deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan deneysel sonuçlar ışığında, işleme parametrelerinin ve dielektrik uygulama yöntemlerinin, elektrot aşınma hızı ve elektrot yüzey aşınması üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir.

25 5 Lee vd. (2001), farklı iş parçaları ile yaptıkları deneylerde işleme parametrelerinin işleme performansı üzerine etkisi araştırılmıştır Hayakawa vd. (2004), tarafından, elektro erozyon işleminde iş parçası ve elektrot arasında işleme esnasında oluşan kısa devrelerin sebebi araştırılmış ve aradaki mesafe için incelemeler yapılmıştır. Yaptıkları deneysel araştırmaların sonuçlarına göre, kısa devrenin sebebi, biriken talaş parçacıklarının aralık boşluğunda bir köprü oluşturmasıdır. Yahya ve Manning (2004), tarafından, elektro erozyon işleminde, talaş kaldırma sürecini etkileyen parametrelerin matematiksel modeli çıkarılmış ve deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Chen ve Mahdivan (1999), tarafından, elektro erozyon işleminde en uygun vurum süresi ve bekleme süresi ile yüksek erozyon oranının yada iyi yüzey kalitesinin elde edileceği tespit edilmiştir. Tamura ve Kobayashi (2004), tarafından yapılan çalışmada, EEİ ile talaş kaldırma mekaniği araştırmışlar, elektro erozyon işleminde, aynı koşullar altında oluşan çukurların şeklinin kesinlikle polariteye (+,-) bağlı olduğunu belirlemiştir. Fuling vd. (2004), elektro erozyon işleme parametrelerinin talaş kaldırma oranı ve yüzey pürüzlülüğüne etkisi test edilmiştir. Yapılan teorik ve deneysel çalışmalar çoğunlukla var olan bir EDM tezgahının değişik işleme parametreleri yada farklı yöntemler ve materyaller kullanarak elde edilen yüzeyin pürüzlülüğü ile ilgili olmuştur. Sorun Klasik elektro erozyon sistemleri daha çok kalıp imalat işlerinde kullanılan ve genellikle bir yönlü hareket kabiliyeti olan sistemlerdir. Bu sistemler dielektrik sıvı

26 6 dolu bir kap içerisinde bulunan işlenecek bir parça ile aynı ortamda bulunan kalıp parçasının (master kalıp) bir yönlü hareket ile teması sırasında geçen akımın meydana getirdiği elektrik arkı sonucu, master parçanın işlenecek parçadan talaş kaldırması (aşındırması) işlemidir. Bu sistemin bir başka özelliği de işlenecek parçalarda yüzey işlemleri yapabilme özelliğinin bulunmamasıdır. Oysaki gelişen imalat sektörlerinde, tornalama işlemleri sırasında karşılaşılan sorunlardan birisi, kesici çakı ile işlenen yüzey arasında ısınma meydana gelmekte ve bu durum da işlenen parçanın yüzey sertleşmesine sebep olmaktadır. Başka bir durum ise eğer işlenen parçanın çapı küçük ve boyu uzun ise böyle bir parçanın tornalanması zordur. Hatta aynı şartlarda işlenen parça yumuşak bir malzeme ise klasik tornalama yöntemiyle de bu tip malzemelerin tornalama işlemi yapılamamaktadır. Ayrıca yukarıda ifade edilen bu olumsuzlukların ötesinde bu tip tornalama işlemlerinde işlenen parçalarda yüzey pürüzlülüğü meydana gelmekte ve bu durum da imalat kalitesini düşürmektedir. Çözüm ve İçerik Bu çalışmada metal kalıpçılığında sık kullanılan elektro erozyon yönteminden yararlanarak, çapları düşük ve boyları uzun olan malzemeler ile ve özellikle yumuşak malzemelerin klasik tornalama (talaş kaldırma) yöntemleri sırasında karşılaşılan, burulma, yüzey pürüzlülüğü, yüzey sertleşmesi vb. gibi sorunlarına çözüm olacak elektro erozyon yöntemiyle tornalama yapabilecek bir sisteminin prototipinin geliştirilmesidir. Geliştirilen tezgahın denetimi için PLC, kullanıcı denetiminin sağlanması için operatör panel kullanılmıştır. Kullanılan PLC nin önemli üstünlüklerinden biri tezgahın işleme pozisyonu için aynı anda dört eksen hareketini kontrol edebilmesi büyük üstünlük ve kolaylık sunmuştur. PLC nin USB port kullanılarak programlanabilmesi de program üzerinde hızlı bir şekilde değişim yapılabilmesine imkan sağlamıştır. Kullanıcı denetimi için kullanılan operatör panel ile PLC arasında baut rate lik bir veri aktarım hızı sağlanmıştır. Bu durum hem PLC

27 7 hemde operatör panelin özelliği olup, tezgahın çalışma performansını olumlu yönde etkilemektedir. Bir kıyaslama olarak eski tip mini PLC lerde veri aktarım hızı baut rate olduğu düşünüldüğünde, sistemin veri aktarım hızının yüksek olduğu görülmektedir. Bir örnek olarak eksenlerin hareketi sırasında durma ve başlama için kullanıcı tarafından verilen emirler baut rate oranında ki bir veri aktarım hızındaki durum ile baut rate ile bir aktarım hızı arasında ciddi farklar olduğu tespit edilmiştir. Geliştirilen bu tezgahın ekonomik yönüde vardır. Çünkü bu tezgah tek başına kullanılarak işlenecek malzemelerin düzeltilmesi veya işlenmesi gibi ikinci bir işlem için başka bir tezgaha ihtiyaç göstermeyecek, ayrıca tezgah tamamen otomatik bir şekilde çalışacağından sisteme ait başlangıç değerlerinin girilmesi yeterli olacak ve bu şekilde tezgahın başında sürekli olarak bir görevli bulundurma gibi bir zorunluluk olmayacaktır. Çalışma kapsamında hazırlanan bu tezin içeriğinde öncelikle elektro erozyon tezgahları ile genel bilgiler ve çalışma durumu, elektro erozyon tezgah tipleri, talaş kaldırma sitemi ile geliştirilen sisteme ait teknik bilgiler ve bunlara ait açıklamalar sunulmuştur. Çalışma beş ana aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada gerçekleştirilen sisteme ait mekanik aksamın tasarımı ve imalat süreci açıklanmıştır. İkinci aşama da ise talaş kaldırma işlemini yapacak olan güç kaynağının tasarımı gerçekleştirilmiştir. Güç kaynağı, yüksek frekanslı ve durum izlemeli bir güç kaynağıdır. Bu işlem sayesinde, operatör panel (endüstriyel bilgisayar) üzerinden istenilen işleme değeri ayarlanmakta ve talaş kaldırma işlemi başlatılmaktadır. Üçüncü aşamada ise elektro erozyon yöntemi ile tornalama sisteminin hareket kontrol sistemi gerçekleştirilmiştir. Genel olarak elektro erozyon tezgahlarında iş parçası hareketi manuel (el ile) kontrol edilmektedir. Bu çalışmada bu kontrollerin elektronik sistemler vasıtasıyla yeni servomotorlar kullanılarak gerçekleştirilmiş

28 8 olmasıdır. Ayrıca iş parçasına divizör (dönme) hareketi de eklenerek sistemin kontrol stratejisi geliştirilmiştir. Hareket kontrol sistemi için her bir hareket için ayrı ayrı AC servomotorlar kullanılmıştır. Üretimi yapılan prototip elektro erozyon yöntemine dahil edilen tornalama sistemi, işlenecek parça için üç eksende işleme yeteneği getirmiştir. Tornalama elektrik akımı geçişiyle meydana gelecek elektrik arkıyla talaş kaldırma yöntemine göre çalışacağı için işlenen parçada yüzey sertleşmesi, yüzey pürüzlülüğü ve küçük çaplı ve uzun boylu ve yumuşak malzemelerin işlenememesi gibi durumlar klasik yöntemlere göre daha düşük değerlerde olacaktır. Bu özellikleri ile bu çalışma kapsamında geliştirilen elektro erozyon yöntemiyle tornalama sistemi, alanında ilk ve yeni bir yöntem sunmuş, böylece gelişen imalat sanayinin karşılaştığı bu tip problemlerin giderilmesine katkı sağlamıştır. Dördüncü aşamada ise sistemi kontrol edecek algoritmaların geliştirilmesi ve sisteme adaptasyonu anlatılmıştır. Beşinci aşamada ise geliştirilen tezgahın performans analizinin test edilmesi için deneysel çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar diğer çalışmalarla kıyaslanmıştır. Bu çalışmalar için geliştirilen tezgahın işleme yapabilmesini sağlamak amacıyla elektrotlar ve iş parçaları elde edilmiştir. Tezgahın değişik işleme parametreleri kullanarak elde edilen yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüş elde edilen bu değerler diğer çalışmalarla ve farklı elektro erozyon tezgahlarındaki yüzey pürüzlülük değerleri ile karşılaştırılmıştır. Çalışmalar sonucunda elde edilen değerler arasında benzerlikler olduğu gibi farklılıklar da oluşmuş ve bu farklılıkların sebepleri irdelenmiştir. Ayrıca üretilen prototipin test işlemleri sırasında problemlerle karşılaşılmış ve bu problemlere çözüm yolları üretilmiştir. Çözüm yolları detaylı bir şekilde incelenmiş, böyle bir çalışma yapacak olan kişilere en uygun çözüm yolu sunulmuştur.

29 9 2. ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME (EEİ) Günümüz teknolojisinde Elektro erozyon ile isleme (EEİ-EDM-Electrical Discharge Machining) yaygın olarak kullanılan bir malzeme isleme yöntemidir. Özellikle çok sert malzemelerin ve karmaşık biçimlerin kolaylıkla islenebilmesi bu yöntemin kullanım alanını genişletmiştir [5-8] yılında Rus araştırmacılar hangi sertlikte olursa olsun, kıvılcım atlaması ile metallerin birbirlerini aşındırabildiklerini tespit etmişlerdir. İş parçasının yüzeyine uygulanan kıvılcım, noktasal olarak erime ve buharlaşmaya neden olur ve bir miktar talaş kopartır. Bu esnada iş parçasına herhangi bir mekanik kesme kuvveti uygulanmaz. Bu şekilde elektriksel boşalma (kıvılcım atlaması) ile elektro-termal talaş kaldırma işlemine Elektro erozyon işlemi denir [1]. Elektro erozyon ile işleme Şekil 2.1 de gösterildiği gibi dielektrik sıvı içine daldırılan elektrot ve elektrot tarafından işlenecek iş parçası ile gerçekleştirilmektedir. Elektrik iletebilen bütün metaller bu işleme tabi tutulabilir. Elektrik ileten her malzeme elektro erozyon tezgahı ile işlenebilir. İşleme için bir şablona ihtiyaç vardır. Tezgah bu şablonun negatifini iş parçasına işler [1]. - Güç ünitesi + Şekil 2.1. Elektro erozyon işleme sistemini temel elemanları

30 yılında Rus araştırmacıların kıvılcım atlaması ile metallerin birbirlerini aşındırabileceğini keşfetmelerine rağmen, ancak 1960'ların sonunda elektronik kontrol sistemlerinin gelişmesi ile bu işlem güvenilir ve hassas bir talaş kaldırma metodu olarak kabul edilmiştir. 1980'li yılların basında Türk Firmaları EDM tezgahı üreterek iç piyasanın ihtiyacını karşılamaya başlamışlardır. Elektro erozyon ile isleme sert malzemeleri ve karmaşık şekilleri, doğru boyutlarda islemenin mümkün olduğu bir imalat yöntemidir. EEİ ile islenecek iş parçalarının elektrik iletkenliği olmalıdır. İsleme özellikleri malzemenin sertlik, tokluk ve mukavemet değerlerinden bağımsızdır. Buna karşın isleme verimi, malzemenin erime sıcaklığı ve ısı iletkenliğine bağlıdır. EEİ %80 ağırlıklı olarak takım endüstrisinde kullanılmaktadır. Daha az oranda da çeşitli özel imalat islerinde kullanılmaktadır [1]. Elektrik ileten metallere gerilim uygulandığında elektrot ismini alırlar. Elektro erozyon işleminde iki elektrot kullanılır. Biri takım, diğeri iş parçasıdır. Bu iki elektrot arası dielektrik sıvısı ile doludur. Dielektrik sıvısı elektrik iletmeyen bir sıvıdır. Elektro erozyon tezgahında elektrot ile iş parçası arasına bir voltaj (kıvılcım aralığı voltajı-aralık gerilimi) tatbik edilir ve elektrot, iş parçasına özel bir servo mekanizma tarafından yaklaştırılır. Elektrot ile iş parçası arasında en yakın olan noktada dielektrik kırılır ve iyonlaşır. Buradan akım geçişi (ark-enerji boşalması) başlar. Dielektrik basıncı, arkı dar bir alana hapseder. Noktasal olarak yüksek bir akım geçişi (1-5 milyon Amper/cm²) ve iyon bombardımanı ile iş parçası ve elektrot üzerinde yüksek miktarda sıcaklık oluşur. Bu sıcaklık bir kısım metalin buharlaşmasına, bir kısmının ergimesine sebep olur. Elektronik anahtarlama ile akım kesilerek ark söndürülür. İyonlaşmış bölgeye hücum eden dielektrik sıvının, erimiş metale temasıyla metalin bir kısmı tanecikler halinde koparak dielektrik sıvının içinde yüzmeye başlar. Böylece bir miktar talaş kaldırılmış ve en yakın iki nokta uzaklaşmış olur. Akımın verilip kesilmesiyle sürekli bir ark dizisi oluşturularak her defasında farklı bir nokta kopartılır ve şablonun şekli karşıya geçirilir. Bir süre sonra, mesafenin uzaklaşması yüzünden ark atlayamaz olur. Bu durumda özel servo mekanizma elektrotu iş parçasına yaklaştırır, istenilen derinliğe kadar daldırır istenilirse geri çeker. Dielektrik sıvı, arkın oluşması ve dar alana hapsedilmesi için gerekli ortamı oluşturduğu gibi, koparılan taneciklerin ortamdan uzaklaştırılması ve

31 11 açığa çıkan yüksek ısının azaltılmasını sağlar. Elektrotlara gerilim uygulandığı ve birbirlerine yaklaştırıldığında belirli bir mesafede kıvılcım atlaması olur. Eğer elektrotlar birbirlerine değerse kısa devre olur ve erozyon işlemi gerçekleşmez [9-12]. Elektro erozyon tezgahında, kontrollü elektrik arklarıyla talaş kaldırılır. Her bir ark iş parçası üzerinde küçük bir krater meydana getirir. Arkın sürekli dolaşmasıyla şablonun şekli karşı tarafa geçirilir. Klasik tezgahların aksine bu teknikle sertleştirilmiş parçalar ve sert maden uçları kolaylıkla işlenebilir [13]. Bu özellik, tezgaha çok önemli bir uygulama sahası açmaktadır. Elektro erozyon tezgahının önemli bir avantajı da kesme kuvvetinin olmamasıdır [14]. Elektro erozyon işlemi, özellikle, uzay malzeme ve alaşımları, iletken malzemeler ve yüksek tokluğa sahip olan malzemelerin işlenmesinde başarılı olarak kullanılmaktadır. Özellikle işlenmesi zor olan veya imkansız olan karmaşık şekilli kalıp parçalarının işlenmesi özellikle bu işlemle rahat bir şekilde yapılmaktadır. Bu kesme işlemi, imalat sanayinde sürekli artan bir şekilde kullanılmaktadır. Bu metot, plastik sanayinde de çelik kalıplar, ekstrüzyon kalıplar içinde kullanılmaktadır [15] EEİ İle İşleme Tipleri EEİ ile işleme tipleri, işleme prensipleri göz önünde bulundurularak aşağıdaki üç ana grup altında sınıflandırılabilir [16]. a. EEİ ile delme ve oyma b. EEİ ile kesme c. EEİ ile taşlama a. EEİ ile delme ve oyma yöntemi, iş parçasının sabit profilli bir elektrot ile boydan boya delinmesi veya elektrotun iş parçasına belirli bir işleme derinliğinde dalması ile yapılan işlemdir (Şekil 2.2).

32 12 Şekil 2.2 EEİ ile delme ve oyma b. EEİ ile kesme yöntemi, iş parçasının levha, disk, tel veya şerit şeklindeki elektrotlar ile çeşitli profillerde kesilerek koparıldığı veya belirli bir işleme derinliğinde elektrotun iş parçası üzerinden çentik oluşturduğu bütün operasyonları kapsayan yöntemdir (Şekil 2.3). Şekil 2.3. EEİ ile kesme yöntemi

33 13 c. EEİ ile taşlama yöntemi, iş parçasının silindirik veya konik şekillere sahip kendi ekseni etrafında dönen elektrotlar ile dış yüzeylerinin veya iç deliklerinin taşlandığı bir işleme yöntemidir (Şekil 2.4). Şekil 2.4. EEİ ile taşlama yöntemi 2.2. EEİ nin Fiziksel Prensibi EEİ metodu, kesici takım veya elektrotun şekline göre iş parçasını bir kıvılcım aralığı ile aşındırarak alan kontrollü bir talaş kaldırma tekniğidir. Kesici takım (elektrot), iletken malzemeden ve genellikle karbondan yapılır. İstenilen profilde yapılan elektrot ve iş parçası her ikiside genellikle hafif yağlama yağı olan yalıtkan sıvı içine batırılır. Bu dielektrik sıvı iletken olmamalı veya çok az iletken olmalıdır. Bu işlemde, bir servo mekanizma ile iş parçası ve elektrot arasındaki yaklaşık 0,01-0,02 mm işleme boşluğu sağlanarak birbirine temas etmesi önlenir. Elektrota düşük gerilimli ve yüksek akımlı doğru akım sinyali uygulanır. Elektrik enerjisi bu noktada sıvıyı buharlaştırarak sinyalle boşaltma yapar. Bu, dielektrik sıvı aracılığı ile iş parçası ve elektrot arasında boşluğu atlatarak kıvılcım olmasını sağlar. Aşırı ısı kıvılcım sinyalin lokalize olan alanında oluşturulur, metal ergir ve ergimiş metal toz halinde iş parçası yüzeyinden uzaklaştırılır [17-18].

34 14 Şekil 2.5. EEİ nin çalışma prensibi EEİ nin fiziksel prensibi olarak elektrotun iş parçası üzerinden talaş kaldırma sürecinde meydana gelen kıvılcım oluşumu ve talaş kaldırma adım adım Şekil 2.5 ve Şekil 2.6 da verilmiştir [19]. Şekil 2.6. EEİ nin fiziksel prensibi

35 15 EEİ işlemede genellikle (+) kutba bağlanmış takım elektrot ve ( ) yükü bağlı iş parçası arasında kıvılcım atlaması ile iş parçası yüzeyinden talaş kaldırması yöntemidir. EEİ nin fiziksel prensibinde önemli üç temel eleman; elektrot, iş parçası ve dielektrik sıvıdır. Dielektrik sıvı içinde küçük parçacıklar vardır. Elektrot üzerinde V aralığında bir doğru akım uygulanır. Elektrot ile iş parçası arasında elektriksel bir alan oluşur. Bu alan bir süre sonra kıvılcım atlaması yaparak iş parçası üzerinde ısıl bir işlem oluşturur. Bu olaydan sonra iş parçası üzerinden talaş kaldırma işlemi başlamış olur. Bu durum istenilen değere ulaşıncaya kadar servo mekanizma sayesinde tekrar edilir EEİ nin Elektriksel Prensibi Elektro erozyon ile talaş kaldırma esnasındaki boşalım işlemi genel olarak akım ve gerilim değerleri tarafından oluşur. Akım (i) ve gerilimin (U) zamanla değişimlerine ait sinyaller Şekil 2.7 de gösterilmiştir [20]. (a) (b) Şekil 2.7. Gerilim kontrollü bir vurum jeneratöründe vurumların a) Gerilim dalga biçimi b) Akım dalga biçimi

36 16 Şekilde yer alan sinyallere ait parametreler ise şöyledir [20]. Gecikme süresi (t d ) : Talaş kaldırma işlemi öncesi dielektrik sıvının iyonlaşması. Boşalım süresi (t e ) : Kıvılcım oluşma süresi. Vurum süresi (t i ) : İlk işlem ile son işleme ait toplam süre (t i = t d + t e ). Bekleme süresi (t 0 ) : İki işlem arasındaki süre. Vurum çevrim süresi (t p ) : Jeneratör tarafından uygulanan vurum ve bekleme sürelerinin toplamı (t p = t i + t 0 ). Vurum frekansı (f p ) : Jeneratör tarafından elektrotlar arasına birim zamanda uygulanan gerilim vurumlarının sayısı. Açık devre gerilimi (u i ) : Akım boşalımı olmadığında anda işleme aralığında olan gerilim. Boşalım gerilimi (u e ) : Boşalımın devam ettiği sürece ölçülen gerilim. Boşalım akımı (i e ) : Boşalım süresince işleme aralığından geçen akım. Boşalım gücü (P e ) : Bir boşalım süresince uygulanan güç (P e = u e (t). i e (t) ). Vurum enerjisi (W e ) : Boşalım süresince işleme aralığındaki enerji. Ortalama çalışma gerilimi (U) : İşlem süresince işleme aralığında ölçülen gerilimlerin aritmetik ortalaması Ortalama çalışma akımı (I) : İşlem süresince işleme aralığında geçen akımın aritmetik ortalaması

37 Vurum jeneratörü karakteristikleri i) RC tipi jeneratörler : Doğal ateşlemenin ve çoğunlukla salınımlı boşalımların oluştuğu, boşalım sonunun enerji depolanması tarafından etkilendiği, boşalım süresi ve sıklığın esasen devre elemanlarına bağlı olduğu kadar işleme aralığındaki şartlara da bağlı olduğu jeneratörlerdir. Bu tipteki jeneratörlerde kullanılan elemanlar kapasitörler, indüktörler veya her ikisinin beraber kullanıldığı RC, RC, RLC, LC tipindeki elemanlardır (Şekil 2.8, Şekil 2.9) [16,21]. Şekil 2.8. RC jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı Şekil 2.9. RC jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi

38 18 ii) Döner vurum jeneratörleri : Gerilim kaynağının doğrudan bir direnç üzerinden boşalım aralığına bağlı olduğu, boşalım süresi ve sıklığının öncelikle döner jeneratör tarafından belirlendiği jeneratördür. Bu jeneratör bir kollektör ve bir doğrultucu ile teçhiz edilir (Şekil 2.10, Şekil 2.11) [16,21]. Şekil Döner vurum jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı Şekil Döner vurum jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi iii) Isopulse jeneratörler : Gerilimin anahtarlama elemanları kullanımıyla işleme aralığına ve boşalım sürelerinin ve sıklıklarının özellikle kontrollü anahtarlama proseslerine bağlı olduğu jeneratörlerdir (Şekil 2.12, Şekil 2.13) [16,21].

39 19 Şekil Isopulse jeneratörünün temel elektrik devre diyagramı Şekil Isopulse vurum jeneratörünün gerilim ve akım dalga tipi 2.4. Dielektrik Sıvı Özellikleri EEİ nin önemli bir parçası da dielektrik sıvıdır. Dielektrik sıvı iş parçası ile elektrot arasında bir hazne içinde yer alan değişik özelliklerde olabilen yalıtkan bir sıvıdır. Bu sıvının görevleri şu şekilde sıralanabilir. a) İşlem esnasında bir ısı açığa çıkar, bu ısı erozyon işlemini katkı sağlamadığı için elektrot ve iş parçasına zarar verebilir. Bu nedenle dielektrik sıvı iş parçası üzerinden istenilen talaş miktarı kaldırıldıktan sonra ortamdan uzaklaştırır.

40 20 b) Elektrot iş parçasına yaklaşarak işlemin başlaması ile boşalma durumu meydana gelir. Dielektrik sıvı boşalımı dar bir alanda tutarak işleme hızını artırır. Aynı zamanda elektrot üzerindeki güç yoğunluğunu da artırır. c) Boşalım sonrası işleme aralığın da oluşan işlem atıkları püskürtülen dielektrik sıvı ile özel bir pompa ve filtre düzeneği ile işleme aralığından uzaklaştırılır [22]. EEİ de dielektrik sıvının özelliği işlemi etkilemektedir. Buna göre işleme üzerinde etkili olan dielektrik sıvıya ait özellikler aşağıda sıralanmıştır. 1) Dielektrik sıvının cinsi: EEİ ile işlemede en çok kullanılan dielektrik sıvı hidrokarbon bileşikleri ve sudur. Bunların yanı sıra organik bileşikler olan glikol ve etilen farklı hacimsel oranlardaki sulu çözeltileri de kullanılmaktadır [23,24]. Ayrıca deneysel amaçlı gaz jeti uygulamaları da mevcuttur [25]. Hidrokarbon bileşikleri ham petrolün rafine edilmiş formu olup, bunların arasında en iyi bilinen gaz yağıdır. Suyun kullanımı, tel erozyon tezgahlarında ve karbon ihtiva etmeme ile düşük viskozitenin avantajlı olduğu dalma tipi erozyon tezgahlarında geçerlidir[26]. 2) Dielektrik sıvı uygulama yöntemi : EEİ ile işlemede yaygın olarak kullanılan dört tip dielektrik sıvı uygulama yöntemi vardır (Şekil 2.14.) [16]. i) Yanal Püskürtme ii) Elektrot yada iş parçası içinden püskürtme iii) Elektrot yada iş parçası içinden emme iv) Statik püskürtme Ayrıca özel bir yöntem olarak;

41 21 v) Titreşimli püskürtme: Elektrotun aşağı yukarı doğrultuda titreştirilmesi (çoğunlukla 50 Hz frekansta) ile sağlanan pompalamayı kullanan yöntemde çalışmalarda yer almıştır.[26-29]. a) Yanal püskürtme b) Elektrot içinden c) İşparçası içinden püskürtme püskürtme d) Elektrot içinden e) İşparçası içinden f) Statik emme emme g) Titreşimli Şekil Dielektrik sıvı uygulama yöntemleri 3) Dielektrik sıvı basıncı : Dielektrik sıvının işleme aralığındaki işleme atıklarını ortamdan uzaklaştırılması ve yüzeylerdeki aşırı ısınmayı engellemesi için uygulanan farklı yöntemler vardır [16]. Bu yöntemlerden dielektrik sıvının hiçbir basınç uygulanmadan sadece yanal akış yöntemiyle uygulanması durumunda işleme atıkları işleme aralığının iç kenarlarında toplanarak boşalım verimini azaltır. Basıncın uygulanmadığı durumlarda yüzeylerden kaldırılan talaş birikerek kirlilik oluşturur. Basıncın uygulanması bilhassa derin işleme koşullarında daha

42 22 kritiktir. Çünkü yanal akış derin işleme koşullarında işleme aralığında boşalımın oluşturduğu basınçtan dolayı yeterli nüfuziyeti gerçekleştiremez ve işleme aralığında biriken işleme atıkları boşalımın verimini düşürür. Ayrıca basıncın uygulanmaması halinde işleme derinliğinde belirgin oranda azalma gözlenir. Dielektrik sıvının basıncındaki artış İİH ve EAH da artışa sebep olurken yüzey pürüzlülüğünün önce artmasına daha sonra yüksek basınç değerlerinde fazla değişmemesine neden olur [28, 30-31]. Bunların yanı sıra dielektrik sıvının basınçlı bir şekilde uygulandığı yöntemlerde elektrotun keskin köşe ve kenarlardaki yuvarlanma eğilimi basınç uygulanmadığı durumlara göre daha yüksektir. Bunun sebebi ise ergimiş metalin yüzeyde tekrar katılaşmadan basınç yoluyla ortamdan uzaklaştırılmasıdır [30]. 4) Dielektrik sıvı akış hızı : Dielektrik sıvının akış hızı uygulama merkezinden uzaklaştıkça azalır [16]. Yüksek hızlardaki dielektrik sıvı akışı kabarcıklara neden olur. Bu kabarcıklar ve dielektrik sıvının yüksek akış hızı türbülanslı olmasına yol açar. Dielektrik sıvının yüksek akış hızı ve türbülanslı yapısı, bir sonraki boşalımın aynı noktalarda oluşma yoğunluklarının daha yüksek olma olasılığını artırır [32]. Ayrıca dielektrik sıvı akış hızı işparçası yüzeyindeki tekrar katılaşmış tabaka kalınlığını ve bu tabakadaki mikro çatlakların yoğunluğunu da etkiler. Akış hızının yüksek olması ergimiş iş parçası malzemesinin yüzeyden daha çabuk uzaklaştırılmasını sağlayacağı için tekrar katılaşan tabaka kalınlığı hızın artışı ile azalır [26]. 5) Dielektrik sıvı viskozitesi : Yüksek viskozite değerine sahip dielektrik sıvılarla yapılan derin işleme koşullarında işleme atıklarının ortamdan uzaklaştırılması zordur. Bunun sebebi ise yüksek viskoziteye sahip dielektrik sıvının işleme aralığı ve kesme genişliği aralıklarında etkin bir sirkülasyon sağlayamamasıdır. Bununla birlikte düşük viskoziteli dielektrik sıvıların ise kırılmaya karşı dirençleri düşüktür [16]. 6) Dielektrik sıvı sıcaklığı : İşleme sırasında dielektrik sıvının soğutma işlemine tabi tutulmaması dielektrik sıvının ısınmasına ve viskozite değerinin düşmesine sebep

43 23 olur. Bunun neticesinde dielektrik sıvının elektriksel kırılmaya karşı direnci azalarak düzensiz boşalımlara neden olur [16] Talaş Kaldırma Yöntemlerinin Esası Talaş kaldırma, ucu (ağzı) keskin bir takımla parça üzerinden malzeme kaldırma işlemidir. Bu şekilde kaldırılan malzemeye talaş denilir. Talaş kaldırma işlemlerinin sistematiği, takım ile parça arasındaki bağıl hareketlere, takım ucunun geometrisine ve takımların kesici uç sayılarına göre yapılabilir [33]. Talaş kaldırma işlemi, takım ile parça arasındaki bağıl hareketlerin bir sonucudur. Takım ile parça arasında kesme, ilerleme ve yardımcı olmak üzere üç türlü hareket vardır. Kesme hareketi esas talaş kaldırma hareketidir. İlerleme hareketi, parçanın uzunluğu veya genişliği boyunca belirli bir kısmının işlenmesini sağlayan harekettir. Yardımcı hareketler ise, takımın parçaya yaklaşma hareketi, ilerleme hareketi bittikten sonra takımın başlangıç noktasına geri getirme gibi çeşitli ayar hareketlerini kapsar. Genellikle kesme hareketi dönme veya doğrusal, ilerleme ve yardımcı hareketler ise doğrusal hareketlerdir. Bu hareketlerin parça veya takım tarafından yapılması, çeşitli talaş kaldırma yöntemlerini meydana getirir. Bu bakımdan: tornalama, frezeleme, delme, planyalama-vargelleme ve taşlama olmak üzere farklı talaş kaldırma yöntemleri vardır. Ayrıca bu yöntemlere dayanan vida açma, diş açma ve broşlama gibi türemiş yöntemler de vardır [34]. Tornalama, frezeleme, delik delme ve planyalama-vargelleme esasen parçaya şekil veren talaş kaldırma yöntemleridir. Taşlama ise genelde boyut, şekil ve yüzey kalitesini iyileştiren nihai bir talaş kaldırma yöntemidir. Bu nedenle taşlama ile daha önce tornalama, frezeleme, delik delme veya planya-vargelleme ile işlenmiş tüm dönel, prizmatik ve profilli parçaların yüzeyleri işlenir. Bu nedenle taşlamaya nihai talaş kaldırma işlemi de denilir. Ayrıca taşlama esasına dayanan, fakat sadece yüzey kalitesini iyileştiren honlama ve lepleme gibi işleme yöntemleri de vardır. Özetlenirse: Tornalama ile silindirik (iç ve dış), konik, dönel herhangi bir şekil, silindirik ve konik elemanların alın yüzeyleri, vida gibi yüzeyler işlenir. Frezeleme

44 24 ile düz eğik herhangi bir düzlemsel yüzey, kanal, T kanalı, vida, dişli çark ve diğer profilli elemanlar işlenir. Delme ile silindirik ve konik deliklerin işlemeleri yapılır. Planyalama-vargelleme ile düz yüzeyler, kanallar, dişli çarklar ve diğer profilli elamanlar işlenir. Taşlama ile, silindirik (iç ve dış), konik, düz ve eğik düzlemsel yüzeyler, vida dişli çarklar ve diğer profilli elemanlar işlenir [33]. Kesici ucun geometrisi bakımından talaş kaldırma işlemleri kesici ucun geometrisi belli olan ve kesici ucun geometrisi belli olmayan diye iki gruba ayrılır. Birinci gruba tornalama, frezeleme, delme, planyalama, vargelleme ve broşlama; ikinci gruba ise taşlama, honlama ve lepleme gibi işlemler girer [33] Talaş Kaldırma Mekaniği ve Talaş Tipi Günümüzde malzemelerin şekillendirilmesinde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın olanı iş parçası üzerinden talaş kaldırarak gerçekleştirilen şekil verme yöntemidir. Paslanmaz çelikler ve özellikle de paslanmaz çeliklerin işlenebilirliği oldukça güçtür. Farklı kesme yöntemlerinde östenitik paslanmaz çeliklerin araştırılması, kesme parametreleri için takım imalatçıları tarafından verilen tavsiyelerin yetersiz oluşu ve güvenilir veriler olmamasından kaynaklanan talep ile etkili kesici takımlara ihtiyaç duyan endüstri tarafından başlatılmıştır [35]. Talaş kaldırma belirli boyut şekil ve yüzey kalitesine sahip bir parça meydana getirmek için ucu keskin bir lakımla ve güç kullanarak, iş parçası (hammadde, taslak) üzerinden tabaka şeklinde malzeme kaldırma işlemidir. Ayrılan malzeme tabakasına talaş denir. Fiziksel bakımdan talaş kaldırma işlemi, elastik ve plastik şekil değiştirmeye dayanan, sürtünme, ısı oluşumu, talaşın kırılması ve büzülmesi, işlenen parçanın yüzeyinin sertleşmesi, takım ucunun (ağzının) aşınması gibi unsurların takip edildiği, karmaşık bir fiziksel olaydır Bir parçanın üzerinden belirli bir malzeme tabakası kaldırılması için, takımın o malzemeye nüfuz etmesi gerekir. Bu da, ancak takıma uygulanan kuvvetlerin yeterli ve takım malzemesinin parça malzemesinden daha sert olması halinde gerçekleşir. Ayrıca takım ucunun kama şeklinde yapılması, olayı kolaylaştıran bir etkendir. Talaş kaldırma olayını incelemek

45 25 için kama şeklinde bir kesme ucundan (ağzından) meydana gelen bir takım modeli oluşturulur. Bu takımla talaş kaldırma işlemine ortogonal kesme denilir. Ortogonal kesmede takımın kesme kenarı, takım ile parça arasındaki kesme hızına dik veya eğik olabilir, bu son duruma eğik (meyilli) kesme denilir. Böyle bir takımın bir parça üzerine belirli bir kuvvetle bastırıldığı ve kuvvet yönüne doğru hareket ettirildiği düşünülürse, takım ucunun temas ettiği metal tabakasında önce elastik sonra plastik şekil değiştirmeler meydana gelerek metal tabakasında akmalar başlar ve gerilmeler malzemenin kopma sınırını aştığı anda tabaka, talaş şeklinde belirli bir yüzey boyunca parçadan ayrılır. Tabakanın parçadan ayrılma şekli, parça malzemesinin özelliklerine ve işleme koşullarına bağlı olarak farklı bir şekilde gerçekleşir. Buna göre çeşitli talaş şekilleri meydana gelir Esasen talaşın iş parçasından ayrılması bir mekanik kopmadır; bu kopma burada makaslama (kesme) şeklinde gerçekleşmektedir. Genelde kopma sünek ve gevrek olmak üzere iki çeşittir. Sünek kopmada malzeme kopmadan önce büyük plastik şekil değiştirmeler göstermektedir. Sünek şekilde kopan malzemelere sünek malzemeler denilmektedir. Gevrek kopmada, kopmadan önce çok az veya hiç bir plastik şekil değiştirmeler meydana gelmez. Bu malzemelere gevrek malzeme denilmektedir [33].

46 26 3. ELEKTRO EROZYON TEZGAHLARI Elektriksel deşarjla işleme, iki elektrotun kıvılcım oluşturmak için kullanıldığı bir metal kaldırma işlemidir. Anot (pozitif elektrot) iş parçası dır. Katot (negatif elektrot) da istenen detayın simetriği şeklinde biçimlenmiş takımdır. Elektrotlar asla birbirleriyle temas etmezler ve her zaman aralarında tipik olarak 0,001-0,5 mm lik bir boşluk bulunur. Elektrotlar oluşturulacak elektrik deşarjına yardımcı olan, takımı soğutan ve atık ürünleri temizleyen yalıtkan bir sıvı içine daldırılmıştır. Yalıtkan sıvının direnci, deşarjların frekansını belirlediğinden iyi bir yüzey kalitesi elde etmek için çok önemlidir [27, 36-38]. Kıvılcım deşarjları, elektrotlara bağlanan ve yalıtkan sıvının içinden geçerek onu iyonize eden bir DC güç kaynağı tarafından oluşturulur. Akım genelde 5 Khz dolaylarında frekansa sahip dikdörtgen formludur ve V, 0, A dolaylarında ve frekanslıdır (pulsed). Termal enerji lokal ısı şeklinde oluşur ve sıcaklıklar C ye ulaşır. Bu sıcaklık malzemeyi ergitecek ve buharlaştıracak kadar yüksektir W/m2 ye kadar yükselen ısı akışları sayesinde çok kısa süreli (0, µs tipiktir) kıvılcımlarla bile elektrotların sıcaklıkları bölgesel olarak (10 µm lik bir çap içinde) normal kaynama sıcaklıklarından daha fazla yükseltilebilir. Takım da iş parçası gibi yüksek sıcaklıklara maruz kaldığından takımda da aşınma görülür. Takım aşınması, kaldırılan iş parçası malzemesinin kaldırılan takım malzemesine oranı şeklinde ölçülür ve büyük ölçüde kullanılan iş parçası ve takım malzemesine bağlıdır. İş parçasındaki metal erozyonu %99,5 e kadar yükselirken takımdaki aşınma %0,5 kadar küçük bir değerde tutulur [27,36-38]. Elektrotlarda kullanılan en yaygın malzemeler grafit, bakır, pirinç, paslanmaz çelik, titanyum, bakır tungsten, gümüş tungsten ve bakır grafittir. Yalıtkan sıvı olarak da genelde arıtılmış su, kerozen gibi hidrokarbon yağlar ve parafin kullanılır [27,36-38].

47 EEİ nin Avantajları ve Dezavantajları Elektriksel deşarjla işleme ile kazanılan başlıca avantajlar şu şekilde sıralanabilir: 1. Malzeme işleme hızı işlenen metalin ergime noktasına bağlı olduğundan EDM iş parçasının sertliğinden bağımsızdır. 2. Karmaşık şekiller oldukça hassas bir şekilde işlenebilir. EDM in hassasiyeti ±5 µm dir. 3. Elektrot ile iş parçası arasında temas olmadığından ince kesitlerin işlenmesi mümkündür. Aynı nedenden dolayı elektrotun iş parçasına zarar verme riski yoktur. 4. EDM de çapak oluşmaz; yüzey kalitesi iyidir (0,05-0,1µm); işleme sonrası taşlamaya gerek duyulmaz. 5. Geleneksel yöntemlerle işlenmesi güç metaller, alaşımlar ve karpitler sertliklerine bakılmaksızın iletken olmaları şartıyla EDM ile işlenebilir. Bu avantajların yanında EDM in birtakım dezavantajları da vardır. Bunlar şu şekilde özetlenebilir: 1. İş parçası gibi takım da aşınmaya maruz olduğundan değiştirilmesi gerekir. Bu da maliyetleri arttırır. 2. EDM oldukça yavaş bir yöntem olduğundan, mümkün olan durumlarda geleneksel yöntemlerle işleme daha ucuzdur [27,36-38].

48 Uygulama Alanları EDM sertleştirilmiş çelikler, karpitler, yüksek mukavemetli alaşımlar ve hatta çok kristalli elmas ve bazı seramikler gibi son derece sert iletken malzemeleri işleme yeteneğine sahiptir. Bu yöntem özellikle karmaşık şekilli deliklerin delinmesi için uygundur. Küçük parçalar ve geleneksel mekanik kesme kuvvetlerine dayanamayacak kadar ince veya hassas malzemelerden yapılmış parçalar tipik uygulama örnekleridir. Uçak motor endüstrisinde genelde imalatta kullanılmakla beraber delme işlemleri, onarım operasyonları esnasında kullanılmaktadır [27,36,38]. EDM ile 0,05 mm kadar küçük çapta yuvarlak ya da karmaşık şekilli delikler yaklaşık 20:1 lik bir uzunluk:çap oranında delinebilir. Ayrıca 0,05-0,30 mm ye kadar olan dar kanallar rahatlıkla açılabilir. Delme hızları 25 mm/dk ya kadar yükselebilir [36,38]. 0,1-0,5 mm arasında çapa sahip deliklerin EDM ile açılmasında 0,1 mm/dk lık besleme hızları tipiktir ve 0,01-0,05 mm lik bir aşırı kazıma normal sayılır. Delik delme işleminde ana kıvılcım takımın hücum kenarında oluşur. Fakat işleme kalıntıları iç çeperlerden temizlenirken kıvılcım oluşmasına neden olurlar. Bu da aşırı kazımaya ve konik deliklere neden olur. EDM genelde yüksek uzunluk/çap oranlarına sahip hassas delikler için tercih edilir [27]. Bu teknik geniş ölçüde uçak motor endüstrisinde örneğin nikel bazlı alaşımlar gibi sert metallerden yapılmış türbin palelerindeki soğutma kanallarının açılmasında kullanılmaktadır. Bu endüstride EDM ile delme yönteminin kullanıldığı bir diğer uygulama da jet motorunun halka tipi yanma odalarında tek bir operasyonla 36 delik açılmasıdır. Hastelloy ve HS 188 alaşımlarından yapılmış yanma odaları konik çift çeperli içi boş silindirlerdir ve sonuçta birbirlerine kaynak ile tutturulurlar. Her iş parçası 1-6,25 mm kalınlığında yüksek kobalt alaşımına açılmış ve çapları 0,75-2,5 mm arasında değişen 7000 deliğe sahiptir. Kullanılan elektrotlar 400 mm uzunluğundadır ve yüksek yoğunluklu bakır-grafitten yapılmıştır. Bir operasyonda 36 delik birden açmak için kullanılan güç kaynağı her biri 2A lik 36 kanala sahiptir ve böylece toplam akım oranı 720A dir [27]. Bir CNC sistemi deliklerin ± 0,25 mm lik bir toleransla yerleştirilmesini sağlar. %15-20 lik bir aşınma oranı elde

49 29 edilmiştir ve elektrotlar 2,5 mm derinliğinde bir delik açmak için 3 mm lik bir derinliğe beslenmek zorunda kalınmıştır. Bu etki elektrotun ucunda dairevi bir aşınmaya neden olarak mermi şeklinde bir burun oluşturmuştur. Bu sorunla başa çıkmak için otomatik bir elektrot ince ayar cihazı kullanılmıştır [27]. Çok sayıda delik delme işlemi statik kanatçıklarda ve dönen paletlerde de kullanılmaktadır. Bu uygulamalar otomatik elektrot besleme sistemlerinin, çok yönlü elektrot kılavuzlarının ve iş parçası nakil mekanizmalarının gelişmesine öncülük etmiştir. Sonuç olarak mevcut makineler 0,3 mm ye kadar küçük çapların 50 den fazla elektrotla aynı anda delinmesini mümkün kılmıştır. Ayrıca jet motor komponentlerinde, 1.6 mm kalınlığındaki Stellite süper alaşımından yapılmış ve 45 açıya sahip 1,27 mm çaplı 60 delik, EDM ile delinmektedir [27]. Endüstriyel uygulamalarda genellikle iki ayrı Elektro erozyon tezgah tipi kullanılır. Bunlar; 1. Tel (Wire) Elektro erozyon 2. Dalma (Probe-Die Sinker) Elektro erozyon 3.3. TEL Elektro erozyon Tel EDM, EDM nin özel bir şekli olup elektrot olarak bobin şeklinde makaraya sarılan iletken tel sürekli olarak ilerletilerek, nümerik kontrollü bir tabla ile işe göre hareket ettirilmektedir. Bu işlem ya hassas yapılan testere ile kesme ve ya oyma işlemine benzer, ve ya dişi zımba gibi iç yüzeyler işlenebilir. EDM işleminde yukarıda açıklandığı gibi istenilen delik ve ya parça şekline ve ölçüsüne göre bir elektrot kullanılmakta iken bu metotta ise genellikle elektrot olarak pirinç ve ya bakır tel kullanılır ki bu da düz plaka malzemelerden çevresel ve ya çok değişik profilleri olan parçaların işlenmesini mümkün kılmaktadır. Tel EDM tezgahlar aracılığı ile konikler, kanallar, paraboller, elipsler vb,karmaşık şekilli parçaların üretimi sağlanır. Bu işlem son yıllarda tungsten karbür, süper alaşımlar, çok kristalli elmas, çok kristalli bornitrür ve saf molibdeni kesmek için kullanılmaktadır. En güvenli işleme

50 30 metotlarından biri EDM dir. Çünkü yüksek hızlarda ayna ve iş parçasının dönme tehlikesi, keskin talaşların oluşması ve ya büyük freze çakılarının kullanımı söz konusu değildir. Ancak düşük voltaj kullanıldığında elektriksel tehlike oluşturabilir. Bu işlemde en büyük tehlikenin, kıvılcımın oluştuğu seviyenin altında dielektrik sıvının azaldığında meydana gelmesi ve dolayısı ile yangına yol açması genel bir problemdir. Bu durumda dielektrik sıvı alev alma noktası üzerine çıkacak ve EDM kıvılcımları ateşlenmenin kaynağını sağlayacaktır. Daha büyük elektrot çapları kullanıldığında bu risk daha artırılır. Emniyet tedbiri olarak ise akışkan seviyesi önceden belirlenen seviye altına düştüğü zaman tezgahın otomatik olarak kapatılmasıdır. Dielektrik seviyenin üst sınırda olması emniyet tedbiridir fakat her tezgaha otomatik yangı söndürücüler bağlanmalıdır. Uygulama Alanları; Damgalar, tornalama takımları, torna için templateler, düşey EDM için elektrotlar, broşlar, ve çeşitli kalıpların yapımında kullanılır. Tel EDM keza metallurji alanında bir çok uygulama alanı bulunmaktadır. Örneğin kimyasal değişikliğin belirlenmesi için döküm parçadan küçük bir parçanın çıkartılması, kaynak kesitlerinin incelenmesi, mekanik testler (çekme, yorulma, aşınma, vb) için numunelerin hazırlanması gösterilebilir. Tel EDM siteminin fonksiyonel diyagramı Şekil Şekil 3.3 de gösterilmiştir [39]. Şekil 3.1. Tel erozyon sisteminin donanım kurulumu

51 31 Tel EDM nin fonksiyonel diyagramı Şekil 3.3 de gösterilmiştir [18]. Şekil 3.2. Tel erozyon ile malzeme işleme Şekil 3.3. Tel EDM nin fonksiyonel diyagramı Diğer üretim yöntemlerine göre elektrik iletkenliği olan sert malzemelerde çok ince kanalların açılabilmesi, kesmeden doğacak kalıcı gerilmelerin oluşmaması gibi avantajları vardır. Kıvılcım oluşturulurken iş parçası ile takım arasında dielektrik sıvı

52 32 kullanılır.geniş üretim endüstrisinde CNC prensipleri Tel EDM makine tezgahlarına da uygulanabilir [40]. Tel Erozyonu, dielektrik sıvı ortamında tel elektrot ve iş parçası arasında meydana gelen ardışık kıvılcımlarla malzemeden talaş kaldırılan elektro-termal bir yöntemdir [41]. Tel Erozyon yöntemiyle kesme işleminin mekaniği, dielektrik sıvı ortamında şiddetli elektron çarpışmaları, yüksek basınç ve ısı gibi faktörlerin de etkisiyle oldukça karmaşık ilişkiler kombinezonuna dayanmaktadır, ancak yöntemin talaş kaldırma mekanizması henüz tam olarak anlaşılamamıştır [42,43]. Kesme işleminde ısınma ve soğumayı içeren karmaşık bir süreç meydana gelmekte ve boşalım enerjisi, boşalım süresi, tabla hızı, dielektrik sıvı basıncı, tel tansiyonu, tel hızı, ve malzeme özellikleri gibi işlem faktörleri iş parçasında oluşan kraterlerin büyüklüğünü, dolayısı ile yüzey yapısını ve işlem etkinliğini belirlemektedir [44]. Yöntemde pek çok değişkenin etkili olması ve bu faktörlerin izafi etkileri uygun parametre seçimini zorlaştırmaktadır. Bundan dolayı, WEDM işleminde uygun parametre seçimi genellikle imalatçı firma tarafından önerilen şartlarda ve kullanıcı tecrübelerine dayanılarak yapılmaktadır [45] Dalma Elektro Erozyon Dalma elektro erozyon tezgahı EDM tezgahının özel bir türüdür. Bu tezgahta iki ayrı kısım mevcuttur. Bunlar; elektrot ve iş parçasıdır. Elektrik ileten metallere gerilim uygulandığında elektrot ismini alırlar. Elektro erozyon işleminde iki elektrot kullanılır. Biri alet (tool), diğeri iş parçasıdır. Bu iki elektrot arası dielektrik sıvısı ile doludur. Dielektrik sıvısı elektrik iletmeyen bir sıvıdır. Elektro erozyon tezgahında elektrot ile iş parçası arasına bir voltaj (Kıvılcım aralığı voltajı) tatbik edilir ve elektrot, iş parçasına özel bir servo mekanizma tarafından yaklaştırılır. Elektrot ile iş parçası arasında en yakın olan noktada dielektrik kırılır ve iyonlaşır. Buradan akım geçişi (ark-enerji boşalması) başlar. Dielektrik basıncı arkı dar bir alana hapseder. Noktasal olarak yüksek bir akım geçişi (1-5 milyon Amper/cm²) ve iyon bombardımanı ile iş parçası ve elektrot üzerinde yüksek miktarda sıcaklık oluşur. Bu sıcaklık bir kısım metalin buharlaşmasına, bir kısmının erimesine sebep olur.

53 33 Elektronik anahtarlama ile akım kesilerek ark söndürülür. İyonlaşmış bölgeye hücum eden dielektrik sıvının, erimiş metale temasıyla metalin bir kısmı tanecikler halinde koparak dielektrik sıvının içinde yüzmeye başlar. Böylece bir miktar talaş kaldırılmış ve en yakın iki nokta uzaklaşmış olur. Akımın verilip kesilmesiyle sürekli bir ark dizisi oluşturularak her defasında farklı bir nokta kopartılır ve şablonun şekli karşıya geçirilir. Bir süre sonra, mesafenin uzaklaşması yüzünden ark atlayamaz olur. Bu durumda özel servo mekanizması elektrotu iş parçasına yaklaştırır, istenen derinliğe kadar daldırır istenirse geri çeker. Dielektrik sıvı arkın oluşması ve dar alana hapsedilmesi için gerekli ortamı oluşturduğu gibi, koparılan taneciklerin ortamdan uzaklaştırılması ve açığa çıkan yüksek ısının azaltılmasını sağlar. Elektrotlara gerilim uygulandığı ve birbirlerine yaklaştırıldığında belirli bir mesafede kıvılcım atlaması olur. Eğer elektrotlar birbirlerine değerse kısa devre olur ve erozyon işlemi gerçekleşmez [39,40,46]. Dalma EDM sistemine ait elemanlar Şekil 3.4 de çalışma prensibi Şekil 3.5 de gösterilmiştir [48]. Şekil 3.4 Dalma EDM elemanlarının fiziksel olarak gösterimi EDM sistemini çalışma prensibi Şekil 3.5 de detaylı olarak gösterilmiştir [49].

54 34 Şekil 3.5. EDM sisteminin çalışma prensibi Elektro erozyon yönteminin elektro-termal bir süreç olmasından dolayı yüzey ve yüzey altında ısıdan etkilenen bir bölgenin olması kaçınılmazdır. Genellikle işlem şartları ve malzeme özelliklerine bağlı olarak yüzeyde sert bir tabaka ve kılcal çatlaklar meydana gelmekte, bu oluşumlar malzemenin hasar sürecini etkilemektedir [50,51]. Bu durum, malzemeye göre uygun işlem şartlarının belirlenmesini gerekli kılmaktadır [52].

55 35 4. TASARLANAN PROTOTİP Prototip, geliştirilmek istenen bir ürünün ya da bir parçanın orijinal ilk örneği anlamına gelir. Ürün geliştirme sürecinde prototip üretim aşaması ürün tasarımının güvenirliliğinin test edilmesi, eksikliklerin tespit edilerek giderilmesi ve ürüne son halinin verilebilmesi açısından kaçınılmaz bir aşamadır. Seri üretim aşamasına geçmeden önce üretilmesi gereken örnek ilk ürün, yani prototip, çoğu zaman kayda değer zaman ve maliyetler gerektirmektedir [53]. Bu çalışma da elektro erozyon yöntemi kullanılarak tornalama işlemi yapan bir tezgahın prototipinin tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Öncelikle imalatı yapılacak olan tezgahın tasarım kriterleri belirlenmiş ve tasarım kriterlerine uygun olarak geliştirilen tezgahın planlaması bölümlere ayrılarak incelenmiş ve imalat işlemlerine başlanmıştır. İmalat için belirlenen aşamalar şu şekilde sıralanmıştır. 1. Mekanik aksam imalatı 2. Divizör sisteminin imalatı 2. Mekanik aksam ve servomotor adaptasyonu 3. Servo kontrol sisteminin geliştirilmesi 4. Elektriksel bağlantı işlemlerinin gerçekleştirilmesi 5. Jeneratör (güç kaynağı) ünitesinin imalatı 6. Mekanik aksam sonlandırma işlemlerinin (limit switch) adaptasyonu 7 Dielektrik sıvı püskürtme sisteminin imalatı 8. PLC yazılımın geliştirilmesi 9. Operatör panel yazılımının geliştirilmesi 10. Otomatik yangın söndürme sisteminin imalatı 11. Elektrotların üretimi 12. Test çalışmaları Sonuç olarak yukarıda belirtilen sıralamaya uygun olarak geliştirilen tezgahın işlevselliğini görebilmek için üretimi yapılan elektrotlara göre, performans analizinin test edilmesi işlemiyle çalışma sonlandırılmıştır.

56 36 Bu aşamaların ne şekilde yapıldığı ve imalat işlemleri aşağıda başlıklar halinde verilmiştir Mekanik Aksam Tasarımı ve İmalatı Mekanik aksam tasarımı için öncelikle hareket yönlerinin tayini ve geliştirilecek prototipin ölçüleri tespit edilmiştir. Bu aşamada mekanik aksamın, iş parçası ve elektrot hareketleri için ön tasarımı Şekil 4.1. de gösterilmiştir. Buna göre iş parçasının bağlanacağı alt tabla için X Y ve C ekseni, elektrotun hareket edeceği eksen için Z ekseni belirlenmiştir. İş parçasının eksenel olarak X ve Y yönündeki hareketleri elektro erozyon tezgahlarında standart olup (bu eksenler genellikle manuel olarak kontrol edilmektedir) bu çalışmada bu standardın yanı sıra C ekseni olarak tanımlanmış iş parçasının dönerek işleme yapabilmesini sağlayacak olan divizör ekseni eklenmiştir. Divizör ekseni ile elektro erozyon yöntemi ile tornalama (çap azaltma işlemi) ve yüzey temizleme işlemlerinin yapılabilmesi amaçlanmıştır. X ve Y eksenlerindeki hareketi kolaylaştırmak için eksenlere kızaklar yerleştirilmiş ve bu kızaklara yataklamaları yapılmıştır. Buna göre tezgah bilgisayar kumandalı dört eksen hareket sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bunlar X ekseni, Y ekseni, C ekseni, Z eksenidir. Elektrot İş parçası Şekil 4.1. EDM tezgahı için eksen kontrol ön tasarım modeli

57 37 Eksen hareketi için tasarlanan mekanik aksama ait tasarım şekilleri aşağıda verilmiştir. Buna göre X ekseni için taşıyıcı mil ve ilerleme hareketlerini sağlamak amacıyla kızak ve bilya kullanılmıştır. Ayrıca taşıyıcı mili servomotor miline bağlamak için GS-14 Rotex marka kaplinler alınmış ve tornalanarak motora uygun ölçülerde adaptasyon sağlanmıştır. Mekanik aksam ve servomotorların montajı için gerekli genel ölçüler alındıktan sonra işleme için Autocad programı kullanılarak rapım resimleri hazırlanmış ve parçaların imalatı tamamlanmıştır. Şekil 4.2. İmal edilen C ekseni donanımı Punta Divizör Alt Plaka Ayna Şekil 4.3. C Ekseni için punta, divizör ve ayna bağlantı ön tasarım çizimi

58 38 Divizör için prototip olduğu da göz önüne alınarak 80 mm lik bir ayna alınmış ve sabit bilyalı bir parçaya monte edilmiştir. Divizör ucundaki mil ile servomotor mili arasındaki güç aktarımını sağlamak için GS-14 Rotex Kaplin kullanarak gerçekleştirilmiştir.kaplin boşlukları servomotor mil çapına uygun olarak 14mm olarak işlenmiştir. Bilya Kaplin Servomotor Şekil 4.4. Servomotor ve kaplin bağlantı şekli Şekil 4.5. Servomotor divizör bağlantısı (C Ekseni)

59 39 Alt plaka : 15mm Şekil 4.6. Alt plaka için ön tasarım çizimi C eksen hareketi için kullanılan divizör sistemi için 15 mm lik alt tabla plakası oluşturulmuştur. Şekil 4.7. de dönme hareketini sağlayacak olan servomotor ile divizör mekaniğinin adaptasyonunu sağlayacak olan kaplin bağlantısı gösterilmiştir. Servomotorun mil çapı 14 mm olarak ölçülmüş ve buna uygun olarak kaplinler için parça resimleri tasarlanmıştır. Şekil 4.7. Y ekseni servo bağlantı sistemi

60 40 Y ekseninde hareket edecek olan tezgah servomotor tarafından Y eksen miline kaplin ile bağlanacak olan mekanik aksama ait işleme çizimi (Şekil 4.8). Kaplin Servomotor Şekil 4.8. Y ekseni servomotor bağlantısı Şekil 4.9. Y eksenine monte edilecek olan servomotorun mile bağlantı noktasının çizimi

61 41 Mil ile servomotoru bağlantısı için kullanılacak olan kaplinin Y eksen miline bağlanması için Y eksen mil çapı da kapline uygun olarak 14 mm olarak işlenmiştir. Şekil X ekseni için servomotor mil bağlantı çizimi X eksen hareketinde kullanılacak olan servomotorun tezgaha adaptasyonunu sağlamak ve kullanılacak olan levhanın tezgaha montajı için gerekli olan ölçümler Şekil 4.11 de verilmiştir. Şekil X ekseni: tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka için yan görünüş

62 42 Şekil X ekseni servomotor bağlantısı Şekil X ekseni için tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka

63 43 Şekil Y ekseni için tezgah ile servomotor arasına konulacak olan plaka Şekil Divizör ve ayna için merkezleme işlemi çizimi Yukarıdaki çıkarılan ölçümlere göre tasarlanan sistemin görünüşü aşağıda verilmiştir. (Şekil 4.16 ve Şekil 4.17)

64 44 Şekil Alt tabla aksamın montaj ön tasarımı Şekil Sistemin alt tabla genel görünüşü Z ekseni için hassas hareket sağlaması amacıyla lineer raylı kızaklar kullanılmıştır. Lineer raylı kızaklar çift taraflı olacak şekilde tasarlanmış ve monte edilmiştir.

65 45 Elektrotun bağlı olduğu başlığın sağa veya sola kaçması durumunda iş parçası üzerinde istenmeyen hasarların oluşmaması sağlanmıştır. Salgı sorununu ortadan kaldırmak için elektrotun bağlanacağı kafanın merkez noktası bulunarak, merkez noktasına eşit uzaklıktaki yönlere (sağ-sol) lineer raylı kızaklar eklenerek hassas bir işleme yeteneği sağlanmıştır (Şekil 4.18). Ayrıca elektrotun bağlantı işlemi yapan aparat için yalıtım malzemesi olarak fiber kullanılmıştır. Lineer Raylı Kızaklar Şekil Z ekseni mekanik imalat şekli Eksen hareketleri için, gerçekleştirilen mekanik aksama ait tasarlanan sistemin bilgisayar ortamında yapılan montaj görünümü Şekil 4.19 da verilmiştir. Ayrıca bilgisayarda eksenel hareketler için simülasyon gerçekleştirilmiştir. Modelleme ve simülasyon ortamı olarak Solid Works yazılımından faydalanılmıştır.

66 Şekil Mekanik aksamın Solid Works tasarımı 46

67 Şekil İmal edilen tezgahın mekanik görünümü 47

68 Dielektrik Sıvı Püskürtme Sistemi Tasarımı Dielektrik sıvı elektro erozyon yöntemi ile talaş kaldırma sisteminin önemli bir ünitesi olarak çalışmaktadır. Tasarlanan dielektrik sıvı püskürtme sistemi için kullanılan materyaller ise aşağıda verilmiştir litrelik dielektrik sıvı tankı 2. 0,37 KW lık sıvı pompalama motoru 3. 3 m lik dielektrik sıvı pompalama hortumu 4. 2 m lik dielektrik sıvı dönüş hortumu 5. Dielektrik sıvı geçiş ayar kolu Şekil Dielektrik sıvı püskürtme sistemi

69 Güç Kaynağı (Jeneratör Ünitesi) Tasarımı Elektro erozyon ile işleme için gerekli olan talaş kaldırma ünitesi, temel olarak aşağıdaki bileşenlerden oluşmuştur. 1. DC güç kaynağı ( Çok hızlı açma-kapatma işlemi yapabilmeli) 2. Dielektrik Sıvı 3. İş parçası ve Elektrot 4. Servo Sistem Malzeme işleme yöntemlerinden biri olan elektro erozyon ile işlemede önemli olan faktör, talaş kaldırma oranın iyi bir şekilde ayarlanabilmesidir. Talaş kaldırma oranı ve yüzey pürüzlülüğü elektrik akımının boşalma süresi ve akımın büyüklüğüne bağlıdır. Akım artarsa talaş kaldırma miktarı da artar aynı zamanda yüzey pürüzlülüğü de artar. Erozyon frekansı arttırılırsa, yüzey pürüzlülüğü azalır olur ama buna bağlı olarak elektrot da daha fazla aşınır. EDM de kullanılan güç kaynakları genel olarak iki gruba ayrılabilir [10]. 1. Aşınmalı Çalışma, sürekli enerjili; bu tip güç kaynaklarında sürekli olarak akım vardır. Bunun sebebi iyi bir yüzey oluşturmaktır. Eğer aşınma süresi sonunda çalışma devam ederse elektrot aşınır, frekans düşer ve talaş kaldırma oranı azalır. 2. Aşınmasız Çalışma; frekanslı ve boşalma akımı süreklidir. Burada talaş kaldırma oranı belirlenebilir. Elektro erozyon ile işlemede talaş kaldırma işlemi için iyi bir jeneratörü tasarlayabilmek için erozyon sistemi içinde olan kıvılcım aralığı (aralık) voltajını iyi tespit etmek ve buna göre güç ünitesini tasarlamak gerekir. EDM sistemi, iş parçası

70 50 ile elektrot arasında meydana gelen aralık voltajının kontrolüne göre çalışmaktadır. Bunun yanı sıra güç kaynağı tasarımı sırasında, elektrot ile iş parçası arasında meydana gelen kıvılcımın vurum süresi ve işlem bitiminde ne kadarlık bir süre bekleneceği gibi hususlar önemli olduğu için göz önüne alınmalıdır. kıvılcım aralığı voltajının çalışma modeli Şekil 4.22 de gösterilmiştir (11). Şekil Kıvılcım aralığı gerilimi çalışma devresi Şekil Kıvılcım aralığı gerilimi oluşma devresi

71 51 Tek Faz Doğrultucu Filtreleme ve Sinyal Durumu Akım Seçici ve Gerilim Kıyıcı İş Parçası Transformatör Katı Kontrol Devresi 220 V 50 Hz PLC Operatör Panel & PC Şekil Geliştirilen güç kaynağı blok diyagramı Parametrelere bağlı olarak laboratuar boyutlarında geliştirilen mekanik aksam ve buna bağlı olarak imalatı yapılan güç kaynağı ünitesi için 1000µF kapasitesinde filtreleme amaçlı kondansatör ve 10µH değerinde sahip bobin kullanılmıştır. Kıvılcım aralığı (GAP) voltajı 80 V ta kırılmaktadır. Bu sırada elektrot üzerinden kademeye bağlı 25A lik bir akım geçişi olmaktadır. Güç kaynağının frekansı 12,5 KHz dir. Bu nedenle t on -t off süreleri sınırlandırılmıştır. Tasarımı yapılan güç kaynağına ait komperatör şeması Şekil 4.25 de gösterilmiştir. Şekil Komperatör kartı açık devre şeması Bu devre Z eksenindeki servo kafayı kıvılcım aralığı voltajı dejarş aralığı noktasına kadar hareket ettirerek boşalma akımının akmasını sağlar.

72 52 Şekil 4.25 de verilen devrede U1 opamp devresi gerilim karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. İnverting(-) ve noninverting(+) uçlarına uygulanan kıvılcım aralığı voltajı Z ekseninde hareketi sağlayan servo mekanizmanın ark akımlarını akıtmasıyla (akımın boşalması durumu) opamp çıkışı (-) değer alır. U2 opampıda karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Servo voltaj potansiyometresi ile oluşturulan (+) uçtaki gerilim U1 in çıkış gerilimi ile karşılaştırılır ve U1 in çıkışının (+) olduğu durumlarda çıkışı (-) gösterir. U3 ve U4 opampları tamponlamak için kullanılmıştır. Şekil Çıkış mosfet sürücü kartı açık devre şeması Şekil 4.26 da PLC nin PWM çıkışından elde edilen sinyaller Q1 transistörüne uygulanır. Sinyal t off (0) değerini aldığında Q1 transistöru iletime geçer ve Q2 ve Q3 push-pull yükselteç katında Q2 transistörünün iletime geçmesine neden olur. Q2 transistöru iletime geçtiğinde Mosfetin iletime geçmesi için gereken geyt-source gerilimi uygulanır. Ve mosfet iletime geçer. Akım sınırlama dirençleri üzerinden aşındırma akımı geçmiş olur. Aşındırma durumundan anlaşılması gereken, elektrotun iş parçası üzerinden kaldıracağı talaş için gerekli olan akımdır. 0 PWM sinyali 1 (t on ) değerini aldığında Q1 yalıtılır ve Q3 R7 direnci üzerinden iletime geçmiş olur. Geyt-source kapasitif etki gösterdiği için Q3 den (-) Vp gerilimi

73 53 uygulanması geyti ters yönde şarj eder ve mosfet daha iyi bir karakteristikle yalıtılmış olur. Şekil Güç kaynağı ünitesi açık devre şeması (besleme kartı) Şekil 4.27 de devrede 7812 ve 7912 serisi regülatör entegreleri kullanılmıştır. Devreye uygulanan AC gerilim köprü diyot üzerinden doğrultulmaktadır. Doğrultulan AC gerilim kapasitörler ile filtre edilmektedir. Filtre edilen gerilim 7812 ve 7912 regülatör entegreleri üzerinden regüle edilir. Bu şekilse sistemin gereksinim duyduğu uygun gerilim elde edilmiş olur. Transistörlü olan regülatör katı DC servomotor sürücüsü için tasarlanmıştır. Devre 5 Ampere kadar gerilim sağlayabilmektedir. Kart üzerindeki trimportlar aracılığıyla DC servomotor için gerekli olan gerilim Q3 ve Q6 transistörlerin zener diyot üzerinden kıyaslanmasıyla sağlanır. Q1 ve Q4 transistörleri çıkış transistöru olarak kullanılmaktadır. Tasarımı yapılan güç kaynağı fotoğrafı Şekil 4.28 de verilmiştir. Panel içinde transformatör katı, AC-DC dönüşümü, tek faz doğrultma işlemi ve filtreleme işlemi

74 54 1.katta, kıvılcım aralığı voltajı, t on, t off, bekleme süresi ve geri çekme sürelerini ayarlama işlemi 2.katta ve DC servomotoru sürme işlemi ve diğer devre kartları da 3.kata yerleştirilmiştir Talaş Kaldırma Sistemi ve Sürme Devresi Kıvılcım aralığı voltaj kısmı Trafo Devresi ve Filtre Şekil Tasarlanan güç kaynağı ünitesi Talaş kaldırma işlemini gerçekleştirecek olan jeneratör kısmının tasarımı da Şekil 4.28 de gösterilmiştir. Tek faz olarak girilen gerilim ilk katta 2,5 KVA lık bir trafo ile düşürülmekte ( 80 V DC) ve filtre edilmektedir. İkinci katta servo mekanizmanın talaş kaldırma kıvılcım aralığı voltajı ayarlanmaktadır. Üçüncü katta ise sürme

75 55 devresi akım ayarlama vb. gibi talaş kaldırma işlemini etkileyen ayarlamaların yapıldığı kısımdır. Akım kademeleri için ayrıca direnç kullanılmıştır. Akım 5 kademeli olarak ayarlanmış ve jeneratör sisteminin arka tarafına monte edilmiştir (Şekil 4.29). Kademeler rölelerle sıra ile devreye alınarak kaldırılacak boşalım akımı ayarlanabilmektedir. Şekil Akım kademeleri ( 5 Kademe -25 Amper)

76 56 Tasarlanan güç kaynağı ünitesi için talaş kaldırma işlemin de önemli olan iki parametre ye ait (gerilim-akım) dalga formları Şekil 4.30 da gösterilmiştir. Dalga şekillerinin bölüm 2, 2.3 de bahsedilen Şekil 2.7 ile boşalım anındaki dalga formuyla eşdeğer olduğu görülmektedir. t Şekil Güç kaynağı akım ve gerilim çıkış dalga formları t 4.4. Kontrol Sistemi Tasarımı Tasarlanan kontrol ünitesine ait temel bileşenler aşağıda verilmiştir. 1. Programlanabilir lojik kontrol (PLC) birimi 2. Servomotor ve sürme devresi 4. Operatör paneli (touch panel) Programlanabilir lojik kontrolör (PLC) Programlanır lojik kontrolör (programmable logic controller, PLC) endüstriyel otomasyon sistemlerinin kumanda ve kontrol devrelerini gerçekleştirmek için kurulan donanım birimlerini uygun şekilde I/O (input-ouput, giriş-çıkış) birimleri sunan ve kontrol ve denetim yapısına uygun iletişim arabirimi sunan iç yapısına yazılan programı kullanıcı isteğine göre otomatik olarak yerine getiren önemli bir

77 57 kontrol ünitesidir. Klasik kontrol ünitesinde kullanılan denetim elemanları olan, röleli kumanda sistemlerinin yerine kullanılması düşünülmüş bir endüstriyel bilgisayar özelliği taşımaktadır. Gelişen teknolojiye bağlı olarak bu aygıtlar endüstriyel otomasyon devrelerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde üretilen PLC ler ise, lojik temelli işlemlere ek olarak aritmetik ve özel matematiksel işlemlerin yapılmasını sağlayan komutları da içerirler. Komut kümesinin genişlemesi sonucu daha karmaşık kumanda ve kontrol işlevleri gerçeklenmektedir [54]. Sekil PLC nin temel yapısı Bir PLC nin iç yapısı kabaca Sekil 4.32 deki gibi verilebilir. Bütün sayısal bilgisayarlar gibi PLC; bir işlemci, bellek ve giriş-çıkış arabirimlerinde oluşur. Sayısal işlemci (mikrobilgisayar veya mikrokontrolör), PLC sistem programı altında kullanıcı programını yürütür, PLC nin çalışmasını düzenleyen ve bu işlemleri yapmak için gerekli birimleri bulunan bir elemandır. Bellek, sistem programının bulunduğu sistem belleği, kullanıcı programının bulunduğu program belleği ve veri belleği gibi bölümlerden oluşur. Sistem belleği ve PLC ye ilişkin değiştirilmeyen veriler için salt okunur bellek (ROM); program belleği ve veri belleği için rasgele erişimli bellek (RAM ) kullanılır. Veri belleği, giriş-çıkış işaret durumlarının tutulduğu giriş-çıkış görüntü belleği ve kullanıcıya ayrılmış bellek alanlarından oluşur. Sistem belleği, üretici firmanın geliştirdiği PLC işletim sistemi programının yüklü olduğu bellek alanı, program belleği ise kullanıcı tarafından yazılan programın yüklendiği bellek alanıdır [54].

78 58 Sekil Bir PLC nin iç yapısı Veri belleği alanında bulunan giriş görüntü belleği, programın yürütülmesi sürecinde, giriş birimindeki noktaların işaret durumlarının (var-yok; 0-1) saklandığı bellek alanı; çıkış görüntü belleği ise kullanıcı programının yürütülmesi sürecinde, çıkış noktalarına ilişkin hesaplanan değerlerin saklandığı bellek alanıdır. Kullanıcıya ayrılmış bellek alanına genellikle 1 bit, 8 bit, 16 bit ya da 32 bit lik boyutlarda erişilebilir. 1 bit olarak erişilebilen bellek gözlerine marker, flag, internal Output, auxiliary relay gibi isimler verilir. Bu alanlar kullanıcı programında hesaplanan 1 bitlik ara değerleri saklanması amacıyla kullanılır. Kontaklı kumanda devrelerindeki yardımcı rölenin işlevini görürler. Kullanıcıya ayrılmış bellek alanları kalıcı (retentive) veya kalıcı olmayan (non-retentive) ve değişik özelliklerde değişken bellek bölümleri biçiminde düzenlenir. Sistemin çalışması için, mekanik sistemin çalışmasını sağlayan elektrikli yada elektronik elemanların durumuna bağlı olarak mekanik sistemin hareketinin denetlenmesi için elemanların durumunu dijital sinyallere çevirilerek bir kontrolöre bildirilmeli ve bu kontrolör de mekanik sistemin durumunu verilen komutları içinde daha önceden hazırlanmış algoritmaya göre değerlendirip, karar verme süreci içinde mekanik sisteme hükmedecek ve sistemin konumunu değiştirmek için dijital sinyalleri üretmeli ve bu sinyaller de tahrik elemanları (genellikle motorlar kullanılmaktadır) aracılığı ile mekanik sistemin yeni durumunu belirlemelidir. Bir mekanizmada eğer şartlar tam olarak elektriksel sinyallere dönüştürülüp bir

79 59 kontrolöre iletilir, kontrolör içerisinde bu şartlara göre bir algoritma yazılır, kontrolörün çıkışına elektriksel sinyaller ile çalışabilecek tahrik elemanları bağlanırsa mekanizma istenilen şekilde kontrol edilebilir. Bu çalışma ile imalatı yapılan olan sistem bir elektro erozyon tezgahıdır. Tezgah mekaniğinin konumu elektriksel sinyaller kullanılarak kontrol birimine iletilmektedir. Tezgah mekaniğinin konumu değiştirilmek istendiğinde elektriksel sinyaller aracılığı ile mekaniği harekete geçirecek olan tahrik elemanları kontrol edilmektedir. Kontrol birimi içerisinde geliştirilecek olan algoritma, bu sinyallerin durumlarını kontrol ederek mekanizmanın istenildiği gibi çalışması sağlayacaktır. Kontrol birimi içinde geliştirilecek olan bu algoritmayı çalıştırabilmek için birçok kontrolör kullanılabilir. Bu kontrolörlerden en çok tercih edileni PLC cihazıdır. PLC nin tercih edilmesinin en büyük sebebi programlanabilmelerinin çok basit olması ve aynı anda bir çok hizmeti hızlı ve güvenli bir şekilde yerine getirebilmesidir. Günümüzde üretilen PLC ler ve bu PLC ler içinde ki algoritmayı geliştirecek olan ara birim yazılımlarını kullanarak sistemlerin kontrolünü PLC ile yapmak önceki yıllara göre oldukça yaygınlaşmıştır. Bu yaygın kullanımın sonucunda üretici firmalar PLC lerin teknolojilerini oldukça geliştirmiştir, kullanılabilecek giriş çıkış sayılarını teorik olarak kullanılabilecek en üst sayılara çıkarmış, çevrim zamanlarını çok düşürerek encoder gibi frekansı yüksek sinyalleri bile algılanabilmesini sağlamış, kullanıcıların kolaylıkla anlayabilecekleri PLC programlama ara yüzleri geliştirmişlerdir. Sistemlerin özelliklerine göre avantajları ve dezavantajları Çizelge 4.1 de gösterilmiştir.

80 60 Çizelge 4.1. Kontrol sistemlerin avantajlarının karşılaştırılması [55] Sistemler Özellik Röle PLC Bilgisayarlar Sistemleri Sistemleri Mikroişlemci Fonksiyon başına düşen Çok düşük Yüksek Düşük Düşük maliyet Fiziksel Ölçüleri Çok büyük Küçük Çok Küçük Küçük Çalışma Hızları Yavaş Çok hızlı Hızlı Hızlı Gürültüye Karşı Direnç Çok iyi Kötü İyi Kötü Sistemi tasarlamak için Fazla Çok Fazla Az Çok Fazla gerekli süre Sistemi kurmak için gerekli süre Fazla Az Çok az Fazla Karmaşık sistemler için Yetersiz Yeterli Yeterli Yeterli Sistemde değişim Çok zor Zor Çok Basit Çok zor yapılması Bakım ve arızalı parçanın değişimi Zor Zor Kolay Zor Çizelge 4.1. den de görüleceği gibi endüstriyel otomasyon sistemlerinde PLC kullanımının avantajlı olduğu görülmektedir. Panasonic (Nais) firması tarafından üretilen aşağıdaki tabloda gösterilen özelliklere sahip PLC çalışma kapsamında kullanılmıştır (Çizelge 4.2).

81 61 Çizelge 4.2 Panasonic FP-X serisi PLC özellikleri İşlemci hızı 0.32 ηs Çalışma anında program düzenleme 32K program hafızası FP-X 24 V sensör güç kaynağı Eklenebilen kartlar 16 İstasyonlu master/master ağı 50 Micro saniye işlem hızı USB Girişi I-PD kontrol Otomatik ayarlı PID 100KHz Hareket hızı Kayan nokta birimi Modbus Master & Slave 8 Kanal hızlı sayacı Panasonic FPX PLC nin önemli üstünlükleri, aynı anda dört eksen çıkış verme özelliğine sahip olması, PWM çıkış verebilmesi, USB ile programlanabilme özelliğine sahip olması, ekstra modüllerin eklenebilmesi, takılacak bir pil vasıtasıyla adreslerdeki bilgilerin saklanabilmesi, doğrudan operatör panel ile haberleşme yapabilmesi ve yazılımının kolay bulunabilmesidir. Panasonic firmasına ait FPX 30TD model PLC ye ait bağlantı durumunu gösterir durum Şekil 4.33 de gösterilmiştir. Şekil Panasonic FPX PLC genel görünümü PLC üzerinden hem servo kontrol ünitesi, hemde analog modül ekleyerek jeneratör ünitesinin kontrolü sağlanmıştır. Bu durum Şekil 4.34 de gösterilmiştir.

82 62 Geri Besleme Değerleri ( Servo Kontrol Ünitesi ve Güç Kaynağı Ünitesi) Dijital Giriş (Input) FPX PLC Dijital Çıkışlar (Output) Servo Kontrol Ünitesi Analog Çıkış Modülü Bekleme Süresi Geri Çekme Süresi D/A- 1 D/A- 2 Kıvılcım Hassasiyet aralığı Voltajı Şekil PLC giriş ve çıkış modülleri kullanımı blok diyagramı Servo kontrol sistemi Teknolojideki hızlı ilerleme makinelerin daha hassas ve hızlı tahrik üniteleri ile donatılmasını gerekli kılmaktadır. Son yıllarda alışılagelmiş tahrik sistemlerinin yerini programlanabilme ve hassas hareket kontrolü uygulanabilme özelliklerinden dolayı servo ve adım motorlar almaya başlamıştır [56]. Servomotorlar, yüksek hassasiyetleri ve tork kapasiteleri nedeniyle otomasyon uygulamalarında tercih edilmektedir. AC servomotorlar mikro işlem teknolojisindeki hızlı ilerlemenin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. Servomotorlar kendi içyapıları ve sürücülerinden dolayı, hassas bir şekilde konumlandırma yapabilirler. Fırçasız yapıları ile bakım masrafının ortadan kalkması ve yüksek hız kapasiteleri belirgin özellikleridir. Servomotorlar temel olarak DC servomotorlar ve AC servomotorlar olarak ikiye ayrılır. AC servomotorlar da kendi içinde senkron ve indüksiyon olarak iki tiptir. Senkron motorlar yapıları itibariyle indüksiyon motorlarına benzemekle

83 63 birlikte, rotor yapısı nedeni ile rotoru aynı hızda senkron bir şekilde dönebilmektedir [56-57]. Tasarlanan servo kontrol ünitesinde kullanılan servomotorlara ait özellikler Çizelge 4.3 de verilmiştir. Çizelge 4.3. AC Servomotorların teknik özellikleri ve sürücü tipleri Gerilim Devir Akım Güç Tork Eksen (VAC- Sayısı (A) (W) (Nm) VDC) (d/dk) Servomotor Sürücü Tipi X 220 AC 1, , ASDA Y 220 AC 1, , ASDA C 220 AC 1, , SGDH-04AE Z 12 DC 6, DC Servomotor Şekil EDM tezgahları için servo kontrol sistemi blok diyagramı PC üzerinden gönderilen pozisyon bilgileri PLC aracılığı ile servo sürücülere gerçek zamanlı bilgi olarak gönderilmektedir. Servo sürücüler pozisyon bilgilerine göre (Darbe Miktarı) istenilen pozisyona hareket etmektedir. Bu sırada servomotorlara bağlı encoderlerden alınana gerçek zamanlı bilgiler ile karşılaştırarak sürücünün

84 64 karşılaştırma yapmasına imkan sağlamaktadır. Servomotorların genel çalışma sistemine ait blok diyagram ise Şekil 4.36 da gösterilmiştir [58]. θ Giriş + Servomotor - Çıkış θ Şekil Servomotor çalışma sistemi blok diyagramı Pozisyon kontrolü aşamasında pozisyon açısı θ, istenilen pozisyon θ olarak ele alınırsa sürücü devrenin bu aşamada üreteceği sinyalin büyüklüğü açı olarak θ = θ - θ olur [59]. Kontaktör Şekil Çevre birimlere bağlanma Servo Sürücü sistemini kurmadan önce aşağıdaki işlemlerin doğru bir şekilde yapılması gerekir [60].

85 65 1. Güç girişleri olan R,S,T veya L1, L2'nin bağlantısının doğru yapılmalıdır. 2. U,V,W çıkışlarının kablo bağlantılarının doğru yapılmalıdır. 3. Harici rejeneratif direnç kullanırken, direnci P ve C 'ye bağlanması gerekir, ve P ile D arasının açık devre olması gerekir Çizelge 4.4. Konnektörler ve Terminaller AC servomotorlar üç faz yada tek faz olarak kullanılabilmektedir. Çalışma durumuna bağlı olarak birisi kullanılabilmektedir. Bu çalışmadan tek faz kullanılarak ona göre bir bağlantı yapılmıştır. Bu bağlantı Şekil 4.38 de gösterilmiştir [61]. Aşağıdaki bağlantı şemasında:

86 66 1MC/a (Start butonu) : kontak a (normalde açık). OFF ve Alarm İslemede : kontak b (normalde kapalı). 1MC/x : elektromanyetik kontaktör bobini 1MC/a : mühürleme 1MC : ana devre güç kontağı Şekil Servo sürücü bir faz bağlantı şekli Sürücü üzerinde yer alan U-V-W uçları servomotora bağlanmış, L1-R ve L2-S uçarı kısa devre edilerek tek faz bağlantısı tamamlamıştır. Şekil Servo sürücü bir faz bağlantı şekli Servo sürücüye ait temel bağlantı şeması Şekil 4.40 da gösterilmiştir.

87 Şekil Delta servo sürücü temel bağlantı şeması 67

88 68 Çizelge 4.5. CN1 konnektör bağlantı yapısı Otomasyon dünyasındaki CNC tezgâhların ve robotların yeri ve önemi kaçınılmazdır. Mikroişlemci ve güç elektroniği teknolojisindeki hızlı gelişmeler kontrol teknolojisinde yeni sürücü bileşenlerinin doğmasına sebep olmuştur. Mekanik sistemlerde sürücü elemanı olarak motor ve bileşenleri yeni teknolojik gelişmeler ile daha da fazla önem kazanmıştır. Servo sürücü gereksinimlerinde lineer bir bileşen olmasından dolayı kontrolü kolay olan servomotor sistemleri günümüzde birçok uygulamada kullanılmaya başlanmıştır [61]. Tasarımı yapılan servo kontrol ünitesinde kullanılan servo sürücü darbe modunda çalıştırılmış ve Şekil 4.41 da gösterilen bağlantı yapısı seçilmiştir.

89 69 Şekil Servo sürücü Pt modu bağlantı şekli Servo sürücüleri sistemi koruma amacı ile 6A lik sigortalar kullanılmıştır. PLC ve servo sürücülerin devreye girme sırasını belirlemek ve koruma amacı ile kontaktörler kullanılmıştır. Sürücüler ve PLC için 24 V luk güç kaynağı eklenmiştir. Servo sürücülerden alınan bilgiler bilgisayar aktarmak için PLC kullanılmıştır. PLC gönderilen sinyaller için servo sürücü giriş bağlantı Şekli 4.42 de verilmiştir.

90 70 Şekil Servo sürücü giriş sinyali bağlantısı Sürücüden alınan çıkış bilgileri için Şekil 4.43 deki işlem uygulanmıştır. Şekil Servo sürücü çıkış sinyali bağlantısı Ayrıca elektrot un bağlı olduğu kafayı hareket ettirecek olan Z ekseni için DC servomotor sürme devresi tasarlanmıştır. Bir doğru akım ayarlayıcısına değişik yöntemlerle kumanda ederek akım ayarlanabilir; Bu yöntemlerden birkaçı, darbe genişlik modülasyonu (PWM), darbe periyodu modülasyonu (PFM) dir [62].

91 71 Elektrot un bağlı olduğu kafayı hassas hareket ettirecek olan Z ekseni için tasarlanan sürücüye ait açık devre şeması Şekil 4.44 de, fotoğraf ise Şekil 4.45 de gösterilmiştir. Şekil Z ekseni için DC servomotor sürme devresi Devrenin çalışma durumu ise; Sb ucuna girilen opamp üzerinden yükseltilir ve Q1 veya Q2 transistörlerini iletime geçirir. Sb sinyal ucundan uygulanan sinyal RV1 potu üzerinden ayarlanan seviye ile op-amp (-) ucuna uygulanır. Op-amp ın çıkışı uygulanan sinyale göre (-) veya (+) çıkış olacaktır. Bu durumda Q5 veya Q6 üzerinden çıkış akımını çekecektir. R4 veya R9 üzerinde gerilim düşümü olacak Q2 veya Q1 transistörlerini seçecektir. Böylelikle DC servomotora komperatör devresinden uygulanan Sb sinyali yükseltilerek uygulanmış olur. Şekil Z ekseni için servomotor sürücüsü

92 72 Tasarlanan kontrol sisteminin otomasyon işlemini yapacak olan PLC programı ladder diyagramı Ek-1 de verilmiştir Operatör paneli tasarımı Operatör Panel (Touch Panel) endüstriyel uygulamalarda çok sık kullanılan kullanıcının sistemi kontrol edebileceği dokunmatik ekranlardır. Bir nevi mini bilgisayar olarak da adlandırılabilir. Bu tez çalışması ile geliştirilen sistemin servo kontrol ünitesinin ve güç kaynağı ünitesinin kullanıcı denetimini sağlamak için Easy View marka MT506S modeli renkli operatör panel kullanılmıştır. Geliştirilen servo kontrol sistemi, PLC tabanlı ve operatör panel (OP) kontrollü bir sistem olup operatör panel denetimi blok diyagramı Şekil 4.46 da gösterilmiştir. Operatör Panel FPX PLC Güç Kaynağı Ünitesi Servo Kontrol Ünitesi Şekil Operatör panel kontrolü blok diyagramı Operatör panel yazılımının geliştirilebilmesi için kontrolör olarak kullanılan PLC içindeki algoritmanın tamamlanmış olması gerekir. Geliştirilen algoritmaya uygun olarak adreslenen veriler ve bu verilerin erişilebildiği adresler tanımlanmak zorundadır. Operatör panel yazılımı kullanılarak operatör panel üzerinde nesne tabanlı olarak geliştirilen yazılım operatör panel içine yüklenmektedir. Yükleme esnasında operatör panel bilgisayar arasında standart olarak geliştirilen RS232 haberleşme sistemi mevcuttur. Fakat günümüz bilgisayar teknolojilerinde RS232

93 73 portu kullanılamadığından USB (Universal Serial Bus) kullanılmak zorundadır. Bu sorunun çözümü için kolay bir şekilde temin edilen dönüştürücüler (RS232-USB) kullanılarak yazılım gönderme işlemi çözülebilmektedir. Geliştirilen operatör panel yazılımının kontrolör olarak kullanılan PLC ile sürekli haberleşmesi ve kullanıcı etkileşimi sağlamak amacı ile PLC ile operatör panel arasında sürekli bir haberleşme sağlamak amacıyla PLC ve OP arasına bir haberleşme kablosu yapılmıştır. Operatör paneli ve PLC ara kablo bağlantı şeması Şekil 4.47 de gösterilmiştir. PLC TARAFI: OP TARAFI Tool Port 9-Pin Erkek Lehim Üstten Görünüş Lehim Üstten Görünüş 2. Veri iletim ucu 2. Veri iletim ucu 4. Veri alım ucu 3. Veri alım ucu 3. Toprak ucu 5. Toprak ucu 7-8 Kısa Devre PLC OP Şekil PLC ve OP arası haberleşme kablo bağlantı şeması Operatör panel yazılımında zamanla yapılabilecek düzenlemeler ve diğer işlemler için bilgisayar üzerinden hem düzenleme yapabilme hemde online çalışma imkanı sağlamak amacıyla RS232 haberleşme kablosu geliştirilmiştir. Haberleşme

94 74 kablosunun bilgisayar tarafına RS232-USB dönüştürücü kullanarak bilgisayar ile olan haberleşme işlemi tamamlanmıştır. PC-Operatör paneli programlama kablosu bağlantı şeması Şekil 4.48 de gösterilmiştir. PC TARAFI: OP TARAFI 9-Pin Dişi 9-Pin Erkek Lehim Üstten Görünüş Lehim Üstten Görünüş 2. Veri alım ucu 2. Veri iletim ucu 3. Veri iletim ucu 3. Veri alım ucu 5. Toprak ucu 5. Toprak ucu 7-8 Kısa Devre 7-8 Kısa Devre PC OP Şekil PC ile OP arası haberleşme kablo bağlantı şeması Şekil 4.47 ve Şekil 4.48 deki bağlantıların tamamlanmasıyla kullanıcı kontrol sistemi için birimler arası haberleşme sağlanması işlemi tamamlanmıştır. Kullanılan operatör panelin PLC ile olan haberleşmesinin tam olarak yerine getirilebilmesi için kullanılan yazılım (Eeasy Builder 500) aracılığı ile hangi marka PLC nin kullanılacağının ayarlanması işleminde sonra kontrolör (PLC) içinde geliştirilen algoritmada belirtilen adresleme işlemleri yazılım tarafından otomatik olarak oluşturulmaktadır. Ayrıca veri iletim hızının yüksek olması haberleşmenin çok hızlı

95 75 olduğunu göstermektedir. (Baud Rate oranı olduğu Şekil 4.49 da görülmektedir.) PLC seçimi OP model seçimi Şekil Operatör panel sistem parametrelerini ayarlama formu PLC programında belirtilen adreslere (adresler giriş ve çıkış adresleri olarak belirtilmiş ve buna göre adreslenmiştir) operatör panel üzerinden gönderilen değerler sitemin çalışma algoritmasını oluşturmaktadır. OP-PLC ve PC ile bağlantı durumu Şekil 4.50 de gösterilmiştir.

96 76 PLC Operatör Panel Şekil Operatör panel ve PLC bağlantı şeması Geliştirilen operatör panel yazılımı EBW-500 programı kullanarak geliştirilmiştir. Operatör panel kontrolünde işleme seçeneği göre kullanıcı işlem yapabilmektedir. Kullanıcı isteğine bağlı olarak işleme seçeneği seçilmek suretiyle işlem yapılabilmektedir. Geliştirilen operatör panel yazılımının bilgisayar üzerinden online kontrol edilebilmesi önemli bir avantaj olarak görülmektedir. Geliştirilen operatör panel yazılımı endüstriyel uygulamalarda kullanılan klasik kontrol sisteminin aksine işleme parametreleri kullanıcı isteğine bırakmaktadır. Kullanıcı klasik kontrol sistemlerinde olan kademe seçiminin yanında istediği değeri PLC üzerinden hem servo kontrol ünitesine hemde jeneratör ünitesine gönderebilmektedir. Operatör panel için geliştirilen yazılıma ait şekiller aşağıda açıklanmıştır. Buna göre kullanıcı sisteme enerji verdikten sonra kullanıma açılan operatör panel ekranında işleme uygun seçeneğini seçtikten sonra tezgahı çalıştırabilmektedir.

97 77 Şekil Veri giriş ekranı Şekil 4.51 de kullanıcı operatör panel üzerinden işleme yapacağı seçeneği seçebilmektedir. Bu kısımda; Manuel modu seçtiğinde ekranda oluşan görüntü Şekil 4.52 de gösterilmiştir. Şekil Manuel mod işleme seçeneği Manuel modda kullanıcı işleme yapacağı iş parçasını ve elektrotu bağladıktan sonra eksenel hareket değerlerini girmelidir. Tek malzeme işlemede işlenecek malzemenin

98 78 konumuna göre belirtilen güç kaynağı parametrelerine bağlı olarak elektrot malzemeye tek noktada işlem yapabilmektedir. Eksenler için girilen değerler PLC in dijital çıkışlarından yön ve konum bilgisine göre hareket sağlamaktadır. İşleme derinlik miktarı mikron olarak girilmelidir. Derinlik miktarı elektrotun iş parçasına ilk işlem yaptığı nokta sıfır kabul edilmektedir. Kullanıcı ilk çalışma anında değeri sıfırlamak için sıfırla butonuna basmalıdır. Bu işlemden sonra işleme parametrelerinin ayarlanması için güç ayarı butonuna basmalıdır (Şekil 4.53). Şekil Güç ayarı ekranı Kullanıcı Şekil 4.53 de vurum frekansı, t on (PWM) oranını ve buna bağlı olarak bekleme ve geri çekme süreleri ile aralık voltajı (kıvılcım aralığı) nı ayarlamalıdır. Ayarlama işleminden sonra ister Şekil 4.52 deki yada Şekil 4.53 deki başla butonuna basarak işlemi başlatabilmektedir. Frekans kademeleri 0-12,5 KHz arasında ayarlanabilmektedir. Tezgahın uygun çalışma işlemini gerçekleştirmesi için frekans 1KHz den itibaren ayarlanmıştır. Şekil 4.51 de bulunan otomatik mod çalışma durumu seçildiğinde Şekil 4.54 da gösterilen ekran görüntüsü ile karşılaşmaktadır. Otomatik mod Reçete ile işleme seçeneği olarak adlandırılmıştır.

99 79 Şekil Otomatik mod çalışma ekranı Kullanıcı isteğine bağlı olarak geliştirilen reçete sistemi ile işlenecek malzemenin farklı konumlarına ister adım adım ister her adım bittiğinde diğer adıma geçiş şeklinde otomatik olarak ayarlanabilmektedir. Bu durumda kullanıcı için geliştirilen önemli bir fark her adım için farklı işleme parametreleri (Güç kaynağı ünitesi için) girebilmektedir. Zaman kısmında ki değer ise farklı eksenel noktalar için belirtilen işleme zamanlarıdır. Örneğin; kullanıcı üç noktada işleme yaptığını varsayarsak birinci noktada 40 s, ikinci noktada 20 s üçüncü noktada ise 50 s çalışması isteniyorsa belirtilen değerler işleme adımlarının yanında belirtilen alana girilmesi suretiyle yapılmaktadır. Bu adımların sayısı PLC içinde belirtilen sayı kadar oluşturulabilmektedir. Şekil 4.51 de bulunan kesikli (jog) mod çalışma durumu seçildiğinde Şekil 4.55 de gösterilen ekran görüntüsü ile karşılaşmaktadır. JOG modunun anlamı kullanıcı eksenel hareketleri istediği noktaya göz kararıyla getirmek istediği durumlarda yada herhangi bir hata yada yanlışlık durumunda eksenini koordinatlarını kendi belirlemek istediği durumlarda kullanmaktadır.

100 80 Şekil Kesikli çalışma (Jog) modu ekranı Kesikli çalışma (Jog) modunda kullanıcı tarafından belirlenen alanlara servomotorlara ait hız değerleri girilmekte yan taraflarında bulunan yön tuşlarına basarak ileri yada geri yönde harekete sağlayabilmektedir. Bu mod çalışmada eksen hareketlerinde eksen sonlandırıcı olarak X ve Y eksenlerin limit switch ler kullanılmıştır. Kullanıcının yanlış pozisyonlama yapması durumunda hareketli olan mekanik aksam X ve Y eksenlerinde bulunan sonlandırıcıları harekete geçirerek servo sürücülerin durdurulmasını ve dolaysıyla işlemi sonlandırmaktadır. İşlem sonlanması durumunda kullanıcı isteğine bağlı olarak ya referans noktasına yada son pozisyona geri dönmektedir. Bu durumun endüstriyel uygulamalarda sık rastlanan kullanıcı hatalarını da engellemektedir. Operatör panel kontrol ekranına ait diğer görüntüler Ek-2 de verilmiştir. Tasarım kriterlerine bağlı olarak geliştirilen tezgaha ait genel görünüm Resim 4.1 de gösterilmiştir.

101 81 1. Z ekseni hareket mekaniği 2. Dielektrik sıvı haznesi 3. C ekseni iş parçası sabitleme kolu 4. Servo ve sistem kontrol ünitesi 5. Güç kaynağı ünitesi 6. Operatör panel kontrol ekranı 7. Dielektrik sıvı püskürtme sistemi Resim 4.1. Tasarlanan sistemin genel görünümü

102 82 5. GELİŞTİRİLEN TEZGAHIN PERFORMANS ANALİZİNİN TEST EDİLMESİ Bu bölümde tasarlanan ve imalatı yapılan elektro erozyon tezgahının performansı test edilmiştir. Test aşamaları aşağıda geniş bir şekilde açıklanmıştır. Geliştirilen tezgahın işleme parametreleri ve servo kontrol ünitesine göre test sonuçları elde edilmiş ve bunların işleme parametreleri ile ilgili olan kısımları grafiksel olarak incelenmiş, elektro mikroskopla görüntüler alınmış ve diğer çalışmalarla kıyaslanarak yorumlanmıştır Elektro erozyon Tezgahı Prototip olarak geliştirilen elektro erozyon tezgahına ait teknik özellikler Çizelge 5.1 de verilmiştir. Çizelge 5.1. Elektro erozyon tezgahına ait teknik bilgiler Elektronik Güç Devresi Güç (220 V, 50 Hz, 1~) 2,5 KVA Boşalım Akım Kademeleri A Vurum Süresi Kademeleri * µs Bekleme Süresi Kademleri * µs Çalışma Süresi Kademeleri * 0,2-0,4-0,8-0,8-1,6-3,2-6,4-12,8 s Geri Çekme Süresi Kademeleri * 0,2-0,4-0,8-0,8-1,6-3,2-6,4-12,8 s Vurum Frekansı Khz ( 19 kademe) Tezgah Gövde Parametreleri İş Tablası Ölçüleri (X-Y) 550 * 300 mm Tabla Hareket Ölçüleri (X-Y) 200 * 80 Tabla Hareket Hassasiyeti (X-Y) 0,02 mm Maksimum İş Parçası Boyutları 80 mm Divizör Hassasiyeti 0,036 Divizör Kontrol Mekanizması AC Servomotor

103 83 Çizelge 5.1. (Devam) Elektro erozyon tezgahına ait teknik bilgiler X Ekseni Kontrol Mekanizması Y Ekseni Kontrol Mekanizması Z Ekseni Kontrol Mekanizması Z Ekseni Derinlik** Z Ekseni Hareket Hassasiyeti AC Servomotor AC Servomotor AC Servomotor En fazla 80 mm 0,01 Mikron Dielektrik Sıvı Püskürtme Sistemi Depo Ölçüleri 550 * 300 * 25 Pompa Kapasitesi 30 lt/dk * Verilen değerler standart değerlerdir, fakat bu değerler kullanıcı isteğine göre ayarlanabilmektedir ** İsteğe göre ayarlanabilmektedir ( Resim 5.2) Z ekseni hareket ayarlama kolu Elektrot bağlama kafası Resim 5.1. Geliştirilen elektro erozyon tezgahı

104 84 Resim 5.2. de geliştirilen elektro erozyon tezgahına ait elektrot bağlama ve iş parçasının bağlanmasıyla oluşturulan deney düzeneği gösterilmiştir. (a) (b) Şekil 5.1. Z eksen hareketi için a) Z ekseni hareket sonlandırma ön tasarım b) Z ekseni hareket sonlandırma imalatı Elektrot sıkma vidası Resim 5.3. Elektrot bağlama ünitesi Tezgahın çalışması esnasında elektrotun sabit kalmasını sağlamak için elektrot sıkma aparatı yapılarak sisteme adapte edilmiştir (Resim 5.3.).

105 85 Fiber Resim 5.4. Elektrot bağlama ünitesi Gönyeleme Resim 5.4 de görülen elektrot bağlama ünitesi içinde yalıtımı sağlamak amacıyla 10 mm kalınlığında fiber kullanılmıştır. Ayrıca elektrotun açısal işleme yapabilmesini sağlamak amacıyla gönyeleme yapabilme imkanı ayarlanmıştır. Bunun için eksenini her iki tarafına konulan yaylar ve bunları ayarlayabilen vidalar aracılığı ile bu imkan sağlanmıştır (Resim 5.4). Elektrotların bağlanabilmesi için kullanılacak elektrotların eksenel olarak merkez noktası baz alınarak metrik 8 olarak kılavuz belirlenmiş ve buna göre bağlama aparatı kullanarak elektrotun kafaya uygun şekilde takılması sağlanmıştır. Elektrotun kafaya bağlanması ile Resim 5.3 de görülen elektrot sıkma vidası ile işlem esnasında elektrotun oynamaması sağlanmıştır. Elektro erozyon işleminde iş parçasının düzgün bir şekilde işlenebilmesi için elektrotun iş parçasına dalma işlemi her noktada eşit bir şekilde olmalıdır. Çünkü elektrot iş parçasına yaklaşımında eşit bir uzaklık olmaması halinde en yakın noktada kırılma başlayacağı için istenilen işleme parametreleri doğru sonuç vermeyecektir. Resim 5.1 de görülen Z ekseni hareket ayarlama kolu ile işlenecek parçanın boyuna bağlı olarak elektrotun çalışma koordinatı kullanıcı isteğine bağlı olarak kolay bir şekilde ayarlanabilmektedir. Ayarlama işleminden sonra sabitleme kolunu kullanarak eksen sabitlenebilmektedir.

106 86 Elektrotun iş parçası üzerinden ne kadar dalma yapacağı yada ne kadarlık bir yüzeyi temizleyeceği operatör panel üzerinden ayarlanmaktadır. Operatör panel üzerinden belirlenen değere dalma işlemi başlamaktadır. Bu noktada referans olarak kabul edilen değer yada bir diğer tarifle dalmanın hangi noktadan başlayarak devam edeceği elektrotun iş parçasına ilk olarak talaş kaldırma değeridir. Yani elektrotun iş parçasına ilk kırılma yaptığı nokta referans olarak kabul edilmektedir. Elektro erozyon tezgahında elektrot bağlama işleminden sonra işlenecek iş parçasının da ayarlanması gerekmektedir. Bu çalışmada tornalama ve dairesel malzemelerin işlenebilmesi için C eksenine bağlı ayna ve punta arasına takılmalıdır. Kullanıcı tarafından yada imal edilecek ürününü C eksenine bağlaması gerekmiyorsa bu durumda işlenecek parça tablaya bırakılarak istenilen şekillendirme işlemleri de yapılabilmektedir. Resim 5.5 de iş parçası bağlama detayı gösterilmiştir. Buna göre aynaya takılan iş parçası istenilen koordinata konumlandırılan motorlar vasıtasıyla; tornalama, yüzey temizleme ve şekillendirme işlemi yapılabilecek duruma getirilmiştir. Resim 5.5. İş parçası bağlama detayı Tezgahın performans analizinin test edilmesi için yapılan deneysel çalışmalarda kullanılan elektrotlar, iş parçaları ve işleme parametrelerine ait detaylar aşağıda açıklanmıştır.

107 Elektrot (Takım) Elektrik iletkenliği olan bütün malzemeler elektrot yapımında kullanılabilmektedir. Elektro erozyon ile işlemede kullanılacak elektrotlarda aranılan özellilerin başında ısıl-fiziksel özellikler, yüksek ısıl kapasite ve yüksek ergime sıcaklığı değerleridir. Elektrotlarda aranılan bu özelliklerin değerleri işleme sırasında elektrotlarda meydana gelen elektrot aşınması ile ters orantılıdır. İş parçasını aşındırarak işleme yapan EEİ elektrot malzemesinin iyi elektrik iletmesi, ucuz olması ve kolay temin edilebilirliği gibi özelliklerinden dolayı bakır en fazla tercih edilen elektrot malzemelerindendir. Bakır elektrotların yanında, bakır, tungsten, bakır-grafit, grafit, pirinç gibi malzemelerde kullanılmaktadır. Bakırdan sonra kolay işlenebilirliği ile grafit tercih edilmektedir. Tungsten malzeme ise iletkenliğinin ve talaş kaldırma oranının yüksek olmasına rağmen, pahalı olması nedeniyle pek tercih edilmemektedir. EEİ tezgâhlarında işlenecek söz konusu kalıp ve modeller işlenecek hacmin pozitif veya negatif bir benzeri olan elektrotlara ihtiyaç duyar. Söz konusu kalıp ve modeller daha karmaşık olduklarında EEİ de kullanılan elektrot sayısı da artmaktadır [63,66,67]. Ayrıca EEİ sırasında, işleme hassasiyetini arttırmak için kaba, yarı kaba ve ince işlemeye elektrotun aşınmasına bağlı olarak ihtiyaç duyulmaktadır. Bu işlemeler içinde ayrı ayrı elektrot kullanılmaktadır [67]. Kalıp ve modellerde klasik yöntemlerle gerçekleştirilmesi zor veya mümkün olmayan çeşitli delik ve boşlukların EEİ için gerekli olan zaman, toplam üretim zamanın %25 i ile %40 nı almaktadır. Bu EEİ de oluşacak maliyetin ve işleme zamanının %50 si elektrot yapımına ait olduğu bilinmektedir [66]. Örneğin el tipi telsiz telefon kapağının EEİ ile işlenmesi için 100 takım elektrot yapımının gerektiği, ayrıca EEİ için 20 saat işçilik gerekirken, bu elektrotların yapımı için 80 saat gerektiği bildirilmiştir [34].

108 88 Çizelge 5.2. Tipik elektrot (takım) malzemeleri ve karakteristikleri [68] Malzeme Elektrot Aşınma Hızı İşparçası İşleme Hızı Üretimi Bakır Düşük Yüksek (Kaba işlemede) Kolay Prinç Yüksek Yüksek Kolay Tungsten En Düşük Düşük Zor Tungsten Bakır Düşük Düşük Zor Dökme Demir Düşük Düşük Kolay Çelik Yüksek Düşük Kolay Çinko Alaşımlar Yüksek Yüksek Kolay Bakır Grafit Düşük Yüksek Zor Kolay işlenebilirlik, yüksek iş parçası işleme hızı (İİH) ve düşük elektrot aşınma hızı (EAH) ideal elektrot malzemesi özellikleridir (Çizelge 5.2). Bakır bu niteliklerin çoğuna sahip olduğundan elektrot yapımında en sık kullanılan malzemedir. Deneylerde kullanılan elektrotlar saf bakır elektrot, kompozit elektrotların performanslarının değerlendirilmesinde referans oluşturması açısından 20 mm çapta ve 150 ve 160 mm boyda elektrolitik bakırdan, hassas işleme yapabilmesi için ucu 0,1 mm genişliğinde tornalanarak üretilmiş elektrotlar ve grafit kullanılmıştır. Çizelge 5.3. Dolu bakır elektrot kimyasal özellikleri (deneylerde kullanılan) Element Cu O Sn % 99,94 0,0035 0,018 Çizelge 5.4. Bakır ın fiziksel özellikleri Fiziksel Özellikleri Yoğunluğu: 8.920g/mL Kaynama noktası: 2927 C (3200K) Erime noktası: C ( K) Mineral Sertliği: 3 Molar hacmi: 7.11 ml/ mol Isı iletkenliği: 4 W/cmK Özgül ısı: 0.38 J g-1 K-1 Atomlaşma Entalpisi: 338 kj mol-1 Buharlaşma Entalpisi: 300 kj mol-1

109 89 Deneylerde kullanılan bakır elektrotlar freze tezgahında istenilen şekillerde işlenmiştir. (Resim 5.6 Resim 5.9) Resim 5.6. Bakır elektrot Resim 5.7. Bakır elektrot ve bağlama aparatı Resim 5.8. Silindirik dolu bakır elektrotlar

110 90 Resim 5.9. Şekilli bakır elektrot ve bağlama aparatı Resim 5.9 da geliştirilen elektrot, elektro erozyon tezgahında farklı noktalarda şekillendirme yapma amacı ile üretilmiştir. Deneysel numunelerde kullanılmak üzere üretilen bakır elektrotun yanı sıra kalıp imalatında sık kullanılan grafit elektrotu da üretilmiştir. Grafit, yumuşak, yağlı, kağıtta iz bırakan, siyah renkli bir katı maddedir. Grafit, yağ haline getirilip makinelerde, çalışan parçaların birbirine sürtünürken aşılmasını azaltmak ya da engellemek amacıyla yağlayıcı olarak kullanılır. Kurşun kalemlerin içindeki uç da, içine kil katılarak biraz sertleştirilmiş grafittir. Grafit yapay olarak da hazırlanabilir; bunun için kok kömürünün çok yüksek sıcaklıklarda işlenmesi gerekir. Grafit çok yüksek sıcaklıklara dayanabilir, ayrıca çok iyi bir elektrik iletkenidir. Bu nedenle, çamaşır makinesi ve elektrikli süpürge gibi aygıtlardaki elektrik motorlarının fırçaları grafitten yapılır. Son dönemlerde, uzay kapsüllerinin ısı kalkanlarının yapımında da grafitten yararlanılmaya başlanmıştır. Hem elmas, hem de grafit kristal yapılıdır, ama kristalleri farklı biçimlerdedir. Elmasta her karbon atomu, dört başka karbon atomuna bağlanarak üç boyutlu katı bir

111 91 yapı oluşturur; grafitte ise karbon atomları, üst üste yığılmış geniş, yassı levhalar oluşturacak biçimde, iki boyutlu düzlemde birbirlerine bağlanmıştır. Bu levhalar birbirlerinin üzerinden kolayca kayar; grafitin iyi bir yağlayıcı olma özelliği de bundan kaynaklanır. Grafitin kağıt üzerinde iz bırakmasının nedeni de, bu ince atom levhalarının grafitten ayrılarak kağıdın üzerinde birikmesidir 1. Elmas ve grafit birbirinin allotropudur. Her ikisi de C atomunun değişik dizilişinden oluşmuştur.elmas ve grafit'in bazı fiziksel özellikleri aşağıda verilmiştir. Çizelge 5.5. Elmas ve grafitin bazı fiziksel özellikleri Elmas Grafit Özellik Erime noktası Yüksek Düşük Molekül şekli Düzgün dörtyüzlü Düzgün altı kenarlı Sertlik Sert Yumuşak Işık geçirgenlik Geçirir Geçirmez 2 Resim Grafit elektrot ve bağlama aparatı

112 İş Parçası Elektro erozyon ile işlenecek kalıp ve modeller seri imalat endüstrisinde ara ürün olup, bütün üretim zinciri içinde önemli ve kilit bir yer tutarlar. Genelde kalıp ve modeller bütün üretim programları içinde küçük bir yatırım ifade ederken, üretim akışının ve maliyetinin belirlenmesinde, üretimlerdeki ölü zamanların tespitinde, üretim kalitesinin ölçülmesinde ve üretimlerdeki ayrık parçalara ait maliyetin belirlenmesinde kritik öneme sahiptir [63 65]. Geleneksel yöntemlerle işlenemeyecek sertlikteki malzemeler EEİ de rahatça işlenebilir. İşleme sonunda malzeme yüzeyinde sığ bir tabaka meydana gelir. İş parçası yüzeyinin, boşalım kanalı ile temasta olan bölgesi aşırı ısıdan eriyip dielektrik sıvı ile hızla soğuyarak katılaşır ve ergimiş-katılaşmış katmanı (beyaz bölge, bölge-a) oluşturur (Şekil 5.2) [30]. Şekil 5.2. EEİ deki iş parçası yüzeyinde oluşan katmanlar: Bölge A: Ergimiş-katılaşmış katman (beyaz bölge), Bölge B: Isıl olarak etkilenmiş katman, Bölge C: Geçiş katmanı Uygulanan EEİ parametrelerine bağlı olarak bu katmanın kalınlığı 1-40 µm arasında değişmektedir. İşlem esnasında oluşan sıcaklığın etkisiyle temelde hidrokarbon bileşiklerinden oluşan dielektrik sıvının kimyasal yapısı bozulur. Kimyasal bozulmadan ortaya çıkan karbon, ergimiş-katılaşmış katmana nüfuz ederek buranın

113 93 karbonca zengin ve ana metalden oldukça farklı bir metalürjik yapıya sahip olmasına sebep olur. Bu katman oldukça sert (60-65 HRC) bir yapıya sahiptir. Ergimişkatılaşmış katmanın hemen altında ısıl olarak etkilenmiş bölge (bölge-b) bulunur. Isıl olarak etkilenmiş bölgenin oluşmasında, ergimiş-katılaşmış katmandan malzeme difüzyonu ve hızlı ısınma-soğuma etkilidir. Dielektrik sıvı ile doğrudan temasta olmayan bu bölge, karbondan az etkilendiği için sahip olduğu sertlik değeri beyaz bölgeye göre daha düşüktür. Ancak işlem sırasında meydana gelen ısıl etkilenmeler bu bölgenin metalürjik yapısının değişmesine neden olur. Bu da malzemenin yorulma mukavemetini azaltmaktadır. Isıl olarak etkilenmiş bölgenin altında iş parçasının orijinal tane yapısından farklı geçiş bölgesi (Bölge-C) bulunur. Bu bölgenin özellikleri ana metale çok yakın olmasına rağmen bir çok kaynakta bu bölge tavlanmış olarak tanımlanır [30]. Deneylerde iş-parçası olarak her iki yüzeyi taşlanmış, 60x95x45 mm boyutlarında SAE-1040 (Ç1040) malzemeden üretilmiş dikdörtgenler prizması şekilli çelik parçalar, iş parçasının yoğunluğu 7,90 gr/cm3 olarak alınmış ve yoğunluğu g/ml 120*80*75 mm boyutunda demir kullanılmıştır (Resim 5.11). İşlemenin daha hassas olması ve torna tezgahı ile olan karşılaştırmasını yapma amacıyla demirin yüzeyi torna tezgahında işlenmiştir (Resim 5.11). Resim Yüzeyi işlenmiş (torna tezgahında) iş parçası üst görünümü

114 94 Resim SAE-1040 (Ç1040) çeliği iş parçası Resim 5.12 de freze tezgahında işlenmiş çelik görülmektedir. Deneylerde yapılan işlemlerle karşılaştırma yapılabilmesi için bu iş parçası freze tezgahında da işlenmiştir. Ayrıca silindirik yapıda üretilen iş parçaları resimleri de Resim 5.13 de gösterilmiştir. Resim Silindirik yapıda iş parçaları (çelik ve demir) Silindirik iş parçalarının 15 mm ve 20 mm çaplarında ve 200 mm uzunluğunda deney numuneleri elde edilmiştir.

115 Dielektrik Sıvı EEİ de en çok kullanılan dielektrik sıvı hidrokarbon bileşikleri ve sudur. Bunların yanı sıra organik bileşikler olan glikol ve etilenin farklı hacimsel oranlardaki sulu çözeltileri de kullanılmaktadır [26]. Hidrokarbon bileşikleri ham petrolden rafine edilmiş yağlar olup, bunların arasında en iyi düşük akışkanlığa sahip bilinen gaz yağıdır. Dielektrik su olarak saf suyun kullanımı Tel-EEİ de, Mikro EEİ de ve karbon ihtiva edilmemesi ile düşük viskozitenin avantajlı olduğu özel Dalma-EEİ tezgâhlarında geçerlidir [26, 69]. Ayrıca deneysel amaçlı gaz jeti uygulamaları da mevcuttur [25]. İşlemede yüzey pürüzlülüğünün ve işleme zamanın arttırılması için dielektrik sıvı içine metal tozlarının atıldığı uygulamalarda mevcuttur [70 72]. Sistemde soğutma sıvısı olarak motorin dielektrik sıvı kullanılmıştır. Tüm işlemelerde yandan püskürtmeli yöntem kullanılmıştır (Resim 5.14, Resim 5.15). Resim Dielektrik sıvı püskürtme sistemi işleme görüntüsü

116 96 Resim Yandan püskürtmeli dielektrik sıvı uygulama görüntüsü 5.5. İşleme Parametreleri İşleme parametrelerini belirlemeden önce temel olarak bilinmesi gereken bazı kavramlar aşağıda açıklanmıştır İş parçası işleme hızı (İİH) İİH, birim zamanda iş parçası yüzeyinden kaldırılan malzeme hacmidir (Eş. 5.1.). Birim zamanda iş parçası yüzeyinden kaldırılan malzeme hacmi, işleme akımı, elektrot malzemesi, kutuplama, ortalama çalışma gerilimi, vurum süresi, bekleme süresi, dielektrik sıvı (tipi, uygulama şekli, içerisine katılan çeşitli malzeme tozları, uygulama basıncı), iş parçası ergime sıcaklığı gibi parametrelere bağlıdır [68]. İİH [mm 3 /dk] İş parçasından kaldırılan hacim [mm 3 ] İşleme süresi [dk] (5.1)

117 Elektrot aşınma hızı (EAH) Oluşan her kıvılcım iş parçasından olduğu gibi elektrottan da bir miktar malzeme kaybına neden olmaktadır. Bundan dolayı, işleme tamamlandığında elektrotta belirgin bir aşınma meydana gelmektedir. EAH, birim zamanda elektrotta meydana gelen aşınma miktarıdır ve Eş. 5.2 ile ifade edilebilir [68]. EAH [mm 3 /dk] Elektrottaki aşınan hacim [mm 3 ] İşleme süresi [dk] (5.2) Bağıl aşınma (BA) BA, EAH değerinin İİH değerine oranı şeklinde tanımlanmaktadır [68]. BA EAH [mm 3 /dk] İİH [mm 3 /dk] (5.3) Boşalım akımı ve vurum süresi BA yı etkileyen en önemli parametrelerdir. Düşük ergime sıcaklığına sahip elektrot malzemeleri, yüksek ergime sıcaklığına sahip elektrot malzemelerine göre daha fazla aşınır. Bundan dolayı düşük ergime sıcaklığına sahip elektrot malzemelerinin kullanımında elde edilen BA değerleri daha yüksektir. Ayrıca elektrotun negatif kutuplanmasında işleme akımı artıkça pozitif kutuplamaya göre BA değerleri daha düşük çıkmaktadır İşleme polaritesi Polarite olarak elektrot (+) iş parçası (-) olacak biçimde ayarlanmıştır. İstenildiği takdirde bu polarite ters yönlü olarak da değiştirilebilmektedir. İş parçasının polaritesinin tezgahın çok işlevli olması göz önüne alınarak mıknatıslı bir parça ile seyyar olarak imal edilmiştir (Resim 5.16 ve Resim 5.17).

118 98 Resim İş parçası polarite bağlantısı Resim Elektrot polarite bağlantısı İşleme parametrelerinin belirlenmesi Günümüzde, kalıbın maruz kalacağı basma, çekme gibi kuvvetlerin göz önüne alınarak özel olarak üretilebildiği toz metalürji teknolojisiyle kalıp malzeme özellikleri gittikçe iyileşmekte ve buna paralel olarak işlenebilirliğinde de problemler ile karşılaşılmaktadır. Elektro erozyon işlemi, malzeme sertliğine bağlı olmadan her sertlikteki elektrik ileten metal malzemeden, çok karmaşık şekilleri işleyebilme kabiliyetinden dolayı çok tercih edilen yöntemlerdendir. Elektro erozyon ile işleme (EEİ) elektriksel olarak iletken bir iş parçasına yüksek frekanslı elektrik boşalımlarının kontrollü olarak uygulanması ve böylece iş parçasından küçük

119 99 parçacıkların ergitilerek ve buharlaştırılarak koparılması prensibine dayanan bir işleme yöntemidir. Deneylerde kullanılan işleme parametreleri liste halinde Çizelge 5.6 da verilmiştir. İşleme parametreleri içinde en önemlileri çalışma süresi, geri çekme süresi ve frekans ile ilgili kavramlardır. İş parçasında işlenecek yüzey alanın büyük olması, işleme esnasında dielektrik sıvının püskürtülme zorluğu, işlemenin ara sıra yapılamamasına neden olmakta ve kıvılcımlar çıkmaktadır. Bu nedenle, deney süresince kesintisiz (düzenli) işlemeyi sağlamak için çalışma süresi yüksek tutulmuş geri çekme süresi ise düşük tutulmaya çalışılmıştır. Geri çekme süresinin verilmesindeki amaç, elektrot ile iş parçası arasında koparılan talaşın düzenli uzaklaştırılmasını sağlamak ve oluşacak ark ve kısa devrelerden dolayı EEİ nin sürekli kesilmesini önlemektir. Deneyler süresince servomotor hız ayarı sabit tutulmuştur. İşleme parametrelerin de ayarlanan önemli bir özellik de dalma işlemi başladığında istenen dalma değerine ulaşıncaya kadar olan işleme parametreleri ayrı ayrı belirlenmiştir.bunun anlamı işleme ilk başladığında yüzeyin pürüzlü olmasına dikkat edilmemiş yani kaba işleme yaptırılmış, işleme derinliğine yaklaştıkça yüzey pürüzsüzlüğünü artırmak için farklı işleme parametreleri devreye girmiştir. Bu işlemler kontrolör tarafından otomatik olarak yapılmıştır. Çizelge 5.6. Deneysel işleme parametreleri İşleme Parametreleri Birim Değerler Boşalım Akımı Kademeleri Amper Vurum Süresi Saniye İstenilen değerde ayarlanabilmektedir.

120 100 Çizelge 5.6. (Devam) Deneysel işleme parametreleri Bekleme Süresi Saniye İstenilen değerde ayarlanabilmektedir. Dielektrik Sıvı Uygulama Ayarlanabilir yandan Şekli püskürtme Frekans Hz 19 kademe Kutuplama Elektrot (+), İş parçası (-) Dielektrik Sıvı Motorin (Mazot) Dielektrik Sıvı Kapasitesi Litre 20 litre İşlenen Malzemeler Çelik, Demir Elektrot Malzemeleri Bakır ve Grafit İşleme Derinliği Mikron İstenilen değerde ayarlanabilmektedir. Çizelge 5.6 da görüldüğü gibi işleme parametrelerinin bir çoğu kullanıcı isteğine göre ayarlanabilmektedir. Bunun anlamı kullanıcı tezgaha istediği değerleri girebilmektedir ki tezgahın otomasyon yönünün de iyi bir şekilde oluşturulduğu anlaşılmaktadır. Standart elektro erozyon tezgahlarında bir çok işlem potansiyometre kullanılarak kademe kademe yapılırken geliştirilen tezgah bir çok işlemi kullanıcı isteğine bırakmaktadır. Çalışmanın önemli bir avantajı da operatörün işlemek istediği ve kalıpçılıkta standart olarak kullanılan iş parçasına göre işleme parametrelerinin ayarlanabilmesinde imkan sağlamaktadır. Bunun için PLC içinde oluşturulan ve operatör panel yazılımına eklenen makro vasıtasıyla bir kontrol döngüsü oluşturulmuş ve işleme parametreleri iş parçasına göre de otomatik olarak ayarlanabilmektedir.

121 Test Öncesi Çalışmalar Geliştirilen elektro erozyon tezgahı için test sonuçlarını nasıl yorumlanacağı ve elde edilen verilerin değerlendirme şeklini anlayabilmek için, gerekli olan ön bilgilerin elde edilmesi gerekir. Elde edilen bilgilere göre daha doğru ve standart bir yorumlama yapma daha kolay olmaktadır. Buna göre; Bu çalışmada, talaşlı imalat üretim metotlarından biri olan elektro erozyon ile işleme parametreleri (boşalım akımı, vurum süresi, bekleme süresi, aralık voltajı, vurum frekansı), sertleştirilmiş metal işlemede verimli üretim metotlarından biridir. Üretim sonucu, yüzey pürüzlülüğünün ve elektrot aşınma oranının hesaplanması matematiksel modellerle oldukça zordur. Talaşlı imalat yöntemiyle üretilen parçalarda kaliteyi belirleyen faktörlerden birisi yüzey pürüzlülüğüdür. EEİ işlemi sonrası istenen yüzey kalitesine ulaşmak için EEİ çalışma parametreleri (boşalım akımı, aralık voltajı, vurum süresi, bekleme süresi, vurum frekansı) doğru seçilmeli, zaman kaybına yada yüksek maliyete sebep olmamalıdır. Bu yüzden uygulanacak kaba işleme yada bitirme işlemine göre erozyon parametreleri seçilmelidir. Elektro erozyon için seçilecek çalışma koşulları, talaş kaldırma performansını oluşturacak olan elektrot aşınması, talaş kaldırma oranı ve yüzey pürüzlülüğü sonuçları ile değerlendirilmektedir [73]. Elektro erozyon ile isleme performansını belirlemeye yönelik çok sayıda çalışma yapılmış ve yayınlanmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ile ilgili çalışmalar bu kapsamda daha küçük bir orandadır. K.M. Tsai ve P.J.Wang geliştirdikleri yari ampirik modellerinde yüzey pürüzlülüğüne etki eden parametreleri; vurum süresi, tepe akımı, polarite, giriş enerjisi, malzeme yoğunluğu, ektriksel iletkenlik, özgül ısı kapasitesi, ısıl iletkenlik, erime ve kaynama sıcaklıkları olarak belirlemişlerdir. Y.Chen ve S.M.Mahdavian geliştirdikleri teorik modellerinde boşalım akımı, vurum süresi ve bekleme süresinin etkilerini incelemişlerdir

122 102 Yüzey pürüzlülüğü, çeşitli talaşlı üretim yöntemleri ile imal edilen iş parçasının, işlenen yüzeyinde meydana gelen geometrik düzensizlikler olarak tanımlanmaktadır [74]. Bu geometrik düzensizliklere, kesme parametreleri, takım tezgahı rijitliği, kesici takım geometrisi ve kesme ısısı gibi faktörler neden olmaktadır. Talaşlı işleme sonrası, üç boyutlu bir yüzey şekli ve profili Şekil 5.3 de gösterilmiştir [73]. Şekil 5.3. Yüzey pürüzlülüğünün üç boyutlu gösterilmesi ANSI ve ISO standartlarına göre yüzey kalitesi, kabalık, dalgalık, izler ve hatalar olmak üzere dört bileşenden oluşmaktadır. Pürüzlülük veya kabalık; İmalat işlemlerinden kaynaklanan genellikle daha ince düzensizliklerden oluşur (örneğin, torna freze işlemlerinde oluşan ilerleme izleri).dalgalık, Pürüzlülük örnekleme uzunluğundan daha büyük olan geniş aralıklı düzensizlikleri kapsar. Dalgalık, tezgah-iş parçasında istenmeden oluşan dönme, titreşim, ısıl davranış veya kullanılan

123 103 kesici takımın (torna, freze) aşınmasından meydana gelebilir. Pürüzlülük, dalgalı bir yüzey üzerinde konumlanmış olabilir yani her ikiside aynı anda görülebilir. Bir yüzeyin dalgalılığı oldukça uzun dalga boyu düzensizliklerinin çukur ve tepeler arasındaki dik mesafesi olup, kısa dalga boyu düzensizliklerine karşı tepe- çukur yüksekliği ise yüzey pürüzlülüğüdür (Şekil Şekil 5.5) [73]. Şekil 5.4. Pürüzlü düz yüzey Şekil 5.5. Pürüzlü dalgalı yüzey İzler, yüzeyde oluşan izler kullanılan üretim metodu ile ilgili olarak meydana gelir. Hatalar, yüzey üzerinde bulunan bu kusurları, çatlaklar, delikler, artıklar, çizgiler oluşturmaktadır. Tüm talaşlı imalat ile işlenmiş malzemeler için hedeflenen yüzey pürüzlülüğünün elde edilmesi her zaman önemli bir parametredir. Yüzey pürüzlülüğü pek çok önemli parametreyi içine alan bir terim olup, bunlar özetle yüzey bitimi ve çatlaklardan arınma, kimyasal değişim, yanma, dönüşme ve aşırı tamperleme şeklinde ısıl hasar ve kalıcı çekme gerilmesi olarak sayılabilir. Bunlardan ilki yani bitirme yüzeyi talaş kaldırma işleminde en önemlisidir [15]. Pürüzlülük, imalat işlemlerinden kaynaklanan, kesici takım izlerinden, titreşimden kaynaklanabilir. Elektro erozyon işleminde meydana gelen pürüzlülük, doğrudan doğruya elektriksel boşalım enerji seviyesi ile ilgilidir (Şekil 5.6.). Erozyon yapılan yüzeyde boşalım enerjisi sonucu küçük kraterler oluşur. Bu kraterler de pürüzlülüğü

124 104 oluşturur. Herhangi bir elektro erozyon operasyonunda çalışma parametrelerindeki bir değişiklik üretilen parçanın bitirme yüzeyi üzerine oldukça farklı etkiye sahip olabilmektedir. Akım değeri arttıkça oluşan krater çukurları da derinleşmekte ve pürüzlülük artmaktadır [73]. Şekil 5.6. Farklı akım şiddetlerinde meydana gelen pürüzlülük değişimi EEİ metalürjik bir işlem başlattığı için yüzey pürüzlülüğü iş parçası malzemesine de bağlıdır. EEİ yüzey bitirme işlemi yapılmış iş parçası Ra değeri 0.2 ile 12.5 µm arasında ve boşalım enerjisine bağlı olarak da oluşan çukur boyutları değişmektedir. Oluşacak katmanların kalınlığını, sertliğin değişimi ve metalürjik özellikler etkilemektedir. Katman, beyaz katman ve ısıdan etkilenmiş bölgeye ayrılabilir. Mikro çatlaklar ve diğer kusurlar beyaz katmanda olmaktadır. Beyaz katman, ısıdan etkilenmiş bölgenin en dışında yer alır ve malzemenin üst yüzeyinde EEİ sonrasında eriyerek ve tekrar katılaşarak yüzeye paralel şekilde meydana gelir. Bu katmanın gözle görülmesi çok zordur, optik mikroskopla gözlemlendiğinde beyaz görülmektedir [73].

125 105 Çizelge 5.7. Çeşitli imalat yöntemleriyle elde edilen ortalama yüzey pürüzlülük değerleri Ra (µm) Ortalama pürüzlülük Ra (µm) Çeşitli üretim metotları sonucu elde edilen yüzey pürüzlülük aralıkları Çizelge 5.7. de verilmiştir [74]. Talaşlı imalat işlemeleri tamamlandıktan sonra istenilen ölçü doğruluğuna ve pürüzlülüğe ulaşıldığı kontrol edilmektedir. Ortalama pürüzlülük, yüzeyin genel kalitesini göstermek için kullanılan geniş bir terimdir. İyi yüzey düşük pürüzlülük değerini ve tersi de her zaman yüksek pürüzlülük değerlerini gösterir. Yüzeyin yapısı ve gösterimi ISO ve ANSI standartlarında belirtildiği gibi semboller ile de gösterilmektedir. Pürüzlülük, Şekil 5.6 da gösterildiği gibi, ortalama merkez doğrusundan mikro-meter (1 µm = 0,00001 m) olarak ifade edilen Amerikan standardı, yüzeyden aritmetik ortalama sapması (AA) yada İngiltere de ortalama merkez doğrusu (CLA) olarak tanımlanmaktadır [15].

126 106 Şekil 5.7. R a yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi Rmax; ölçüm yapılan mesafe üzerinde ölçüm ucunun girip çıktığı en yüksek tepe ve en derin çukur arasındaki mesafe Rmax değerini oluşturmaktadır (Şekil 5.8) [73]. Şekil 5.8. R max yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi R z ; 10 nokta yüksekliği olup örnekleme uzunluğu içinde beş en yüksek tepe ve beş en derin çukurun arasındaki ortalama mesafedir (Şekil 5.9) [73]. (5.1.)

127 107 Şekil 5.9. R z yüzey pürüzlülük değerinin gösterimi Elektrotların is parçasına göre diklikleri oldukça önemlidir. Bunun nedeni özellikle talaş kaldırma oranları çok küçük değerlerde olduğu zaman, diklikten küçük bir sapma olması durumunda elektrot yüzeyleri tamamen is parçasına değmediği için daire yerine daire kesmesi seklinde oluşacak islenmiş bir yüzey elde edilecek ve kaldırılan talaş miktarında büyük vurumlar görülecektir [71] Test Aşamasında Karşılaşılan Sorunlar ve Çözüm Yolları Geliştirilen tezgahın test işlemleri sırasında uygun test sonuçları alınabilmesi için yapılan araştırmalardan ve sanayi ortamında yapılan incelemelere bağlı olarak uygun işlemler yapılarak çözümlenmiştir. Bu sorunlar; 1. C Ekseni (divizör) dönme hareketinin pozisyon alma işlemi servomotorun salınım yaparak pozisyon değeri alma isteği iş parçasının işleme esnasında hatalı işlem yapması göz önüne alınarak servomotor miline yüklenen kuvveti azaltmak ve daha hassas bir pozisyonlama yapma amacıyla dişli sistem kullanılmıştır. Bunun için servomotor miline 19 diş 28 mm çapında bir diş, ayna kısmına ise 60 diş sayısında 98 mm çapında bir diş yerleştirilmiş, hareket aktarımını sağlamak amacıyla 480 mm uzunluğunda kayış eklenerek sorun çözülmüş ve 1/36 iletim oranı oluşmuştur (Şekil 5.10 ve Resim 5.18).

128 diş,28 mm 60 diş,98 mm 480 mm Şekil Dişli sistem ön tasarım şekli Resim C ekseni dişli ekleme aparatı 2. Elektrotun iş parçasına sıfır noktada basmasını sağlayarak elektrotun iş parçasının her noktasına eşit mesafede vurum yapmasını sağlamak amacıyla kompratör kullanılarak hem elektrot hemde iş parçasının sıfırlaması yapılmıştır (Resim 5.19).

129 109 Resim Komperatör kullanımı 3. Dielektrik sıvı sisteminin basıncının yüksek gelmesi nedeniyle tezgah dışına sıvı püskürtme sorunu meydana geldiğinden dolayı, motor sıvı püskürtmesi T ek kullanılarak azaltılmış ayrıca sıvı için manuel bir anahtar monte edilerek basıncın miktarı el ile ayarlanmaya çalışılmıştır (Resim 5.20). Resim T bağlantı resmi

130 PLC üzerinden güç kaynağı ünitesinin analog olarak kontrol edilmesi zorunluluğundan dolayı PLC üzerine analog çıkış veren bir modül kullanarak sorun çözülmüştür. Analog modüller iki kanallı 14 bit çözünürlüğe sahiptir. (Resim 5.21). Resim Analog modül kullanımı 5. Kullanım esnasında meydana gelebilecek ani arızlardan dolayı, yada malzeme işleme esnasında karşılaşılabilecek sorunlardan dolayı acil durdurma düğmesi kullanarak sorun çözümlenmiştir (Resim 5.22).

131 111 Resim Acil durdurma düğmesi 6. Operatör panel üzerinden denetim işlemleri ve kullanıcı istekleri çok farklı olduğundan PLC üzerindeki aynı adresler farklı algoritmalarda çalıştığı için PLC içinde bir nevi fonksiyon oluşturulmuş ve istenildiği zaman kullanılarak sorun çözümlenmiştir. 7. İş parçasının bağlı olduğu alt tablanın sonlandırma noktalarının olmadığı düşünüldüğünde kullanıcı tarafından yanlış girilen bir pozisyon değeri servomotor tarafından yerine getirilme zorunluluğu bulunduğundan mekanik arızalar oluşturarak sisteme ciddi fiziksel hasarlar verebilmektedir. Bu sorunun çözümü için eksenlerin hareket mesafelerinin son noktaları tespit edilerek sınır anahtarları (limit switch) vasıtasıyla pozisyon sınırlandırma işlemi yapılarak sorun çözümlenmiştir (Resim 5.23 ve Resim 5.24).

132 112 Resim Sonlandırma anahtarları resimleri (Y ekseni) Resim Sonlandırma anahtarları resimleri (X ekseni) 8. Geliştirilen tezgahın kullanıcı denetimini sağlamak ve kolay kullanılabilirlik özelliğinin oluşturmak için, klasik elektro erozyon tezgahlarındaki kademe kademe ayarlama işlemi yerine bir çok parametre kullanıcı isteğine bağlı olarak değiştirme imkanı sunulmuştur. 9. PLC üzerinden güç kaynağı ünitesine gönderilen sinyallerin hem PLC ye hemde güç kaynağı ünitesine zarar vermemesi için opto-coupler devreler kullanılarak sinyal gönderme işlemi güvenli bir şekilde yapılması sağlanmıştır Test İşlemleri Test çalışmaları için yüzey pürüzlülüğüne etki eden temel faktörlerden olan boşalım akımı, vurum süresi, bekleme süresi, aralık voltajı ve vurum frekansı değerleri değiştirilerek geliştirilen elektro erozyon tezgahının çalışma rejimi test edilmiştir (Çizelge 5.8.).

133 113 Yapılan test çalışmaları temel olarak üç grup altında toplanmıştır. Birincisi kaba işleme olarak tarif edilmektedir. İkincisi ince işleme, diğer ise paralatmadır. Kaba işlemede stok malzeme ince işleme için bütün yüzeylerde aynı miktarda malzeme kalacak şekilde işlenir. İnce işlemede ise, istenilen yüzey toleransı elde edilecek şekilde parça yüzeyi işlenir. Kalıp imalatçılarının araştırmasına göre tüm işleme zamanının % 8-16 sını kaba işleme, % unu ince işleme, % ünü ise parlatma işlemi oluşturmaktadır [75]. Bu çalışmada, işleme yöntemleri göz önüne alındığında takım yolunun açılması işlemi kaba işleme olarak başlamakta, istenilen derinliğe yaklaştıkça ince işleme ve işleme sonrası parlatma işlemi yapılarak işlem sonlandırılmaktadır. Çizelge 5.8. Bakır ve grafit elektrotlar ile yapılan işleme parametreleri Boşalım Akımı (İşleme Akımı) (A) Vurum Süresi (µs) Aralık Voltajı (kıvılcım aralığı) (V)

134 114 Test işlemlerine ait işleme resimleri aşağıda gösterilmiştir. Resim Silindirik bakır elektrot ile tornalama işlemi (iş parçası demir ve çelik) Resim Şekilli bakır elektrot ile demir iş parçası işleme resmi

135 115 Resim Şekilli grafit elektrot ile demir iş parçası işleme resmi İşleme sonrası elde edilen ürünler ve test çalışması sonucunda oluşan yüzey durumları ise Resim 5.28 Resim 5.30 da gösterilmiştir. Resim Silindirik bakır elektrot ile elde edilen yüzey tornalama resmi

136 116 Resim Şekilli bakır elektrot ve grafit ile elde edilen yüzey işleme resmi Resim Değişik işleme parametreleri kullanılarak elde edilen yüzey resmi Yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı Elektro erozyon işlemleri sonucu iş parçası yüzeyinde oluşan yüzey pürüzlülüklerini ölçmek için SADT markalı LCD ekranlı 0,01µm hassasiyetli ANSI 2RC filtreli yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı kullanılmıştır. Cihaz üzerinde bulunan ölçüm aparatına bağlanmış (Resim 5.31) ve elektro erozyon uygulanmış yüzey üzerine pürüzlülük ölçüm cihazının ucu değdirilmiş ölçüm

137 117 yapılacak yüzey üzerinde farklı yerden ölçüm alınarak ortalama pürüzlülük değerleri sonuç olarak alınmıştır. Resim Yüzey pürüzlülüğü ölçüm işlemi Yüzey pürüzlülük test sonuçları ve diğer çalışmalarla kıyaslanması Test cihazından elde edilen yüzey pürüzlülük değerleri (Ra) Çizelge 5.9 da gösterilmiştir. Geliştirilen elektro erozyon ile işleme yönteminin iş parçası üzerine çeşitli işleme parametrelerinde (akım, vurum süresi, aralık voltajı), ile yapılan uygulama sonucu oluşan yüzey pürüzlülüğü ölçülmüş ve bulunan sonuçlar çizelgelerle gösterilmiştir. Boşalım akımı yada işleme akımı, elektro erozyon işlemede yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen parametredir. Boşalım akımı ve vurum süresi işlem performansını birinci derecede belirleyen etkenler olduğuna göre elektro erozyonda yüzey pürüzlülüğü için istenen çalışma durumu iyi bir şekilde belirlenmelidir. Çizelge 5.18 de düşük boşalım akımının olduğu bölgede, Ra yüzey pürüzlülüğünün az olduğu ve akımın artması ile artış gösterdiği tespit edilmiştir.

138 118 Çizelge 5.9. Bakır elektrot ve çelik iş parçasına ait yüzey pürüzlülük değerleri Aralık Voltajı Boşalım Akımı (İşleme Akımı) Vurum Süresi (kıvılcım aralığı) Ra (A) (µs) (V) (µm) , , , , , , , , , , , , , , ,21 İlk test çalışması olarak boşalım akımı sabit tutulmuş ve vurum süreleri değiştirilmiştir. Buna göre elde edilen sonuçlar Şekil 5.11 de gösterilmiştir. Ra (µm) µs 12 µs 25 µs 50 µs 100 µs Boşalım Akımı (Amper) Şekil Farklı akım yoğunluklarında vurum süresine bağlı iş parçası yüzey pürüzlülük değişimi

139 119 Şekil 5.11 değerlendirildiğinde iş parçası yüzey pürüzlülük değerleri (Ra), boşalım (işleme) akımının ve vurum süresinin artmasıyla artmaktadır. Akımın artmasıyla vurum süresi boşalım enerjisi artmakta, bu da iş parçasından daha fazla talaş kalkmasına neden olmaktadır. Böylece iş parçası yüzeyinde daha büyük kraterler oluşmaktadır. Daha büyük kraterler ise yüzey pürüzlülük değerinin artmasına neden olmaktadır. 6 Ra (µm) Amper 15 Amper 25 Amper Aralık Voltajı (V) Şekil Farklı aralık voltajına göre oluşan yüzey pürüzlülük değerleri Şekil 5.12 değerlendirildiğinde iş parçası yüzey pürüzlülük değerleri (Ra), aralık voltajı ve boşalım akımının artmasıyla artmaktadır. Böylece iş parçası yüzeyinde daha büyük kraterler oluşmaktadır. Daha büyük kraterler ise yüzey pürüzlülük değerinin artmasına neden olmaktadır. Şekil 5.11 ve Şekil 5.12 da yapılan çalışmada elde edilen iş parçası yüzeylerinin mikro fotoğrafları Şekil 5.13 de verilmektedir. Fotoğraflar MEUI ML7100 marka ekranlı mikroskop ve BOSCH marka dijital fotoğraf makinesi kullanılarak (Resim 5.32), ile 1x40 büyütmede elde edilmiştir.

140 120 Resim Yüzey resimleri mikro görüntü alma cihazı a) 25 Amper b) 10 Amper c) 5 Amper d) 15 Amper Şekil İş parçası yüzey durumunun boşalım akımına göre optik resimleri a) 25 Amper b) 10 Amper c) 5 Amper d) 15Amper