Proje No: 104M384. Bazı Doğal Taşların Dairesel Testere Kesim Yöntemiyle Kesilebilirlik Sınıflaması ve Kesme Mekanizmasının Sayısal Modellemesi

Transkript

1 Proje No: 104M384 Bazı Doğal Taşların Dairesel Testere Kesim Yöntemiyle Kesilebilirlik Sınıflaması ve Kesme Mekanizmasının Sayısal Modellemesi Doç. Dr. Yılmaz ÖZÇELİK Prof. Dr. Bahtiyar ÜNVER Araş. Gör. Fatih BAYRAM Araş. Gör. Nazmi Erhan YAŞITLI NİSAN 2008 ANKARA

2 ÖNSÖZ Bu projede dairesel testere ile doğal taş (mermer) kesiminde kesimde etken parametrelerin optimum koşullarının hem laboratuvar ortamında hem de sayısal modelleme yöntemi ile nasıl belirlenebileceği ortaya konulmuştur. Optimum noktalar belirlenirken soket aşınması ve kullanılan enerji göz önüne alınmış ve sonuçta kesilecek taşa uygun ilerleme ve çevresel hızlar belirlenmiştir. Kayaç cinsine bağlı olarak geliştirilen kesim abakları ve sınıflama sistemleri ile de granit hariç tüm hakiki mermer ve kireçtaşları için uygun kesim noktalarının belirlenebilmesi sağlanmıştır. Tüm bu çalışmalarda Design Expert 7.0 istatistiksel analiz programından yararlanılmıştır. Ayrıca kesme derinliğinin ve soket konsantrasyonunun kesim koşullarına etkisi de bu çalışmada ortaya konmuştur. Bu çalışma ile işletmelerde hatalı testere ve soket kullanımının önüne geçilmiş ve kesilecek kayaca uygun kesim parametrelerinin ve elmas soket yapısının nasıl belirlenmesi gerektiği de ortaya konmuştur. Böylece doğal taş sektöründe bu tip makinaların daha verimli kullanılmasına katkıda bulunulmuştur. Bu çalışmanın en önemli kısımlarından bir tanesi de dairesel testereyle doğal taş kesim mekanizmasının sayısal olarak 3 boyutlu dinamik olarak modellenebileceğinin ortaya konulmuş olmasıdır. Bu çalışmada kullanılan PFC3D programının alımı projede olmasına rağmen TUBİTAK tarafından alınmamış ancak proje için çok önemli olduğundan proje yürütücüsünün başka bir projesinden satın alınarak çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Burada kesilen blokların modelleri bu programda oluşturulmuş, gerekli veri atamaları yapılmış ve kesimlerin dinamik olarak sayısal modellemesi yapılmıştır. Sonuçlar laboratuvar sonuçları ile karşılaştırılarak gerçek verileri çok iyi yansıttığı ortaya konulmuştur. Böylelikle zaman, para ve işgücü kaybına yol açan laboratuvar deneyleri yerine sayısal modelleme ile dairesel testere ile kesimde optimum koşulların eğer kayaç özellikleri biliniyorsa rahatlıkla tespit edilebileceği de ortaya konulmuştur. Bu proje TUBİTAK tarafından 104M384 nolu proje kapsamında desteklenmiştir. Maddi desteğinden dolayı TÜBİTAK a, numune temininde desteğini esirgemeyen ve ücretsiz olarak numuneleri veren tüm mermer işletmelerine, yardımlarından ve yönlendirici katkılarından dolayı Prof. Dr. Seyfi KULAKSIZ a, yardımlarından dolayı Araş. Gör. Emre YILMAZKAYA ve Öğr. Gör. Ediz Sadık KANBİR e teşekkür ederiz. i

3 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ. i İÇİNDEKİLER. ii ŞEKİLLLER DİZİNİ.... iv ÇİZELGELER DİZİNİ. vii ÖZET.... ix ABSTRACT. xi 1. GİRİŞ DOĞAL TAŞ (MERMER) BLOKLARINDAN LEVHA/PLAKA ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE KESİM TEKNOLOJİLERİ Doğal Taş Levha/Plaka Üretimi ve Kullanılan Makinalar Dairesel Testere Sistemiyle Kesim Dairesel Testereli Kesim Makinaları ve Yapıları Elmaslı Dairesel Testerelerin Seçimi ve Kullanımları Dairesel Testereli Kesim Makinalarında Kesim İşlemi Dairesel Testereli Kesim Makinalarında Kesme Yöntemleri Dairesel Testereli Blok Kesicilerinde Kesim Aşamaları Dairesel Testere Sistemiyle Kesme Mekanizması Dairesel Testerelerle Kesme İşlemi Kinematiği BİLGİSAYAR KONTROLLÜ TAM OTOMATİK DAİRESEL TESTERELİ KESİM MAKİNASI Makinanın Mekanik Tasarımı Motorlar ve Redüktörler Doğrusal Kızaklar ve Vidalı Miller Makinanın Elektrik ve Elektronik Tasarımı Yük Ölçerler Enerji Analizörü Sonlandırma Şalterleri Yaklaşım Sensörleri Debi Ölçer Titreşim Ölçer Makinanın Otomasyon Tasarımı.. 55 ii

4 4. PROJE KAPSAMINDA YÜRÜTÜLEN ÇALIŞMALAR Hazırlık Çalışmaları Laboratuvar Çalışmaları Aşınma Ölçüm Sisteminin Tanıtılması İSTATİSTİKSEL ANALİZLER Design Expert 7.0 Programının Tanıtılması Laboratuvarda Kesme Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar Tasarım Özetlerinin Oluşturulması Analizler Birim Aşınmayla İlgili İstatistiksel Değerlendirmeler Birim Enerjiyle İlgili İstatistiksel Değerlendirmeler Optimizasyon Diğer Hakiki Mermerler ve Kireçtaşları İçin Optimum Değerlerin Bulunması Doğal Taş Cinsine Göre Optimum Kesim Noktaların Bulunması ve Kesim Abaklarının Oluşturulması Kesme Derinliği ve Soketlerdeki Elmas Konsantrasyonunun Kesme Performansına Etkisinin İncelenmesi AYRIK ELEMANLAR YÖNTEMİ VE PFC3D SAYISAL MODELLEME PROGRAMI İLE DAİRESEL TESTERELİ KESME SİSTEMİNİN MODELLENMESİ PFC3D Sayısal Modelleme Programı Modellerin Oluşturulması Kaya Mekaniği Deneylerinin Modellenmesi Dairesel Testereli Kesim Sisteminin Modellenmesi Model Geometrisi ve Tanelerin Oluşturulması Modelleme Çalışmaları ve Sonuçlar Modelleme Sonuçlarının Değerlendirilmesi SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR. 117 iii

5 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1. Doğal taş (mermer) işleme akım şeması Şekil 2.2. Dairesel testereli blok kesim makinası. 14 Şekil 2.3. Çift ayaklı dairesel testereli blok kesim makinasının fotografik ve şematik görünümleri. 15 Şekil 2.4. Dört ayaklı dairesel testereli blok kesim makinasının fotografik ve şematik görünümleri. 16 Şekil 2.5. Tek testereli dairesel blok kesim makinası Şekil 2.6. Çok testereli dairesel blok kesim makinası Şekil 2.7. Dev testereli dairesel blok kesim makinası Şekil 2.8. Testere gövdesi ve elmas soketlerin konumu ve görünümü.. 19 Şekil 2.9. Baş (kafa) kesme makinası. 21 Şekil 2.10 Yan kesme makinası 22 Şekil 2.11 Köprü kesme makinasının hareketlerini gösteren şematik görünüm 23 Şekil 2.12 Köprü kesme makinası. 23 Şekil 2.13-a Yatay yarma makinası.. 24 Şekil 2.13-b Düşey yarma makinası. 24 Şekil Dairesel testerenin sabit yönde dönmesi sırasında elmas tanesinin çıkıntı yüksekliği ve matriks desteği.. 27 Şekil Elmas tane büyüklüğü ile kesilen kaya arasındaki ilişki. 27 Şekil Dairesel testerelerin su ihtiyacı ile çapları arasındaki ilişki ve kesim sırasında su kullanımı. 29 Şekil Yukarı ve aşağı kesme yöntemlerinin görünümü 33 Şekil Kesme zonunun şematik olarak görünümü. 36 Şekil Kesici elmastaki potansiyel gerilme dağılımı.. 37 Şekil Talaş oluşumu sırasında meydana gelen üç aşama. 39 Şekil Kesme sırasında küre şekilli elmas tanenin talaş oluşturma prensibi. 40 Şekil Yukarı yönlü kesme için kesme işlemi kinematiği.. 42 Şekil Aşağı yönlü kesme için kesme işlemi kinematiği 43 Şekil 3.1. Çalışmada kullanılan dairesel testereli kesim makinası 46 Şekil 3.2. Makinada kullanılan AC motorların görünümü 48 Şekil 3.3. Motorlarda kullanılan redüktörler.. 49 Şekil 3.4. Makinada kullanılan doğrusal kızak ve vidalı mil sistemi. 50 Şekil 3.5. Makinada kullanılan yük ölçerler ve platform. 51 Şekil 3.6. Enerji analizörü 52 iv

6 Şekil 3.7. Makinada kullanılan sonlandırma şalterleri. 53 Şekil 3.8. Makinada kullanılan yaklaşım sensörleri. 53 Şekil 3.9. Makinada kullanılan debi ölçer. 54 Şekil Makinada kullanılan titreşim ölçer 54 Şekil Makina üzerinde oluşturulan pano 55 Şekil Kullanılan otomasyon programının görünümü 56 Şekil Verilerin MS Excel programında görünümü 56 Şekil 4.1. Çalışma kapsamında izlenen yöntem. 58 Şekil 4.2. Doğal taş numunelerinin boyutlarının şematik ve laboratuvarda görünümü. 59 Şekil 4.3. Dairesel testerelerin görünümü. 60 Şekil 4.4. X,Y ve Z tepkisel kesme kuvvetlerinin pozitif yönlerinin tabla üzerinde gösterimi 64 Şekil 4.5. Dairesel testereli kesim makinası için tasarlanan yeni aşınma ölçüm sistemi 65 Şekil 4.6. Ölçüm tablasının genel görünümü 66 Şekil 4.7. Testere üzerinde su kanallarında özel olarak açtırılan yiv. 68 Şekil 5.1. Çalışmanın istatistiksel değerlendirme aşamasında izlenen yöntem. 69 Şekil 5.2. Farklı çevresel hızlarda ilerleme hızı ile birim aşınma ilişkisi Şekil 5.3. Farklı çevresel hızlarda ilerleme hızı ile birim enerji ilişkisi.. 73 Şekil 5.4. Birim aşınma için geliştirilen modelin tahmin grafiği Şekil 5.5. Birim aşınma için tahmin edilen-ölçülen değerler arasındaki ilişki Şekil 5.6. Birim enerji için geliştirilen modelin tahmin grafiği.. 80 Şekil 5.7. Birim enerji için tahmin edilen-ölçülen değerler arasındaki ilişki.. 81 Şekil 5.8. Optimum noktaların arzu edilebilirlik düzeyinde gösterimi. 82 Şekil 5.9. Birim aşınmaya göre optimum noktanın gösterilmesi. 83 Şekil Birim enerjiye göre optimum noktanın gösterilmesi 83 Şekil Grafiksel yöntem kullanılarak optimum kesim koşullarının belirlenmesi.. 84 Şekil Hakiki mermer cinsi için birim aşınmaya göre hazırlanan kesim abağı 87 Şekil Hakiki mermer cinsi için birim enerjiye göre hazırlanan kesim abağı.. 87 Şekil Kireçtaşı cinsi için birim aşınmaya göre hazırlanan kesim abağı. 88 Şekil Kireçtaşı cinsi için birim enerjiye göre hazırlanan kesim abağı 88 Şekil mm çaplı dairesel testerede farklı elmas konsantrasyonları için kesme derinliğinin birim aşınmaya etkisi.. 90 Şekil mm çaplı dairesel testerede farklı elmas konsantrasyonları için kesme derinliğinin birim enerjiye etkisi.. 91 v

7 Şekil mm çaplı dairesel testerede farklı elmas konsantrasyonları için kesme derinliğinin birim aşınmaya etkisi.. 92 Şekil mm çaplı dairesel testerede farklı elmas konsantrasyonları için kesme derinliğinin birim enerjiye etkisi.. 93 Şekil Farklı çapta testerelerde kesme derinliğinin ve elmas konsantrasyonunun birim aşınmaya etkisi 94 Şekil Farklı çapta testerelerde kesme derinliğinin ve elmas konsantrasyonunun birim enerjiye etkisi 94 Şekil 6.1. Modelin hazırlanmasında takip edilen genel akım şeması Şekil 6.2. Tek eksenli basma dayanımı ve elastisite modülünün belirlenmesi için PFC3D programında kurulan model Şekil 6.3. Tek eksenli çekme dayanımı için PFC3D programında kurulan model Şekil 6.4. PFC3D programında modelleme ile belirlenen elastisite modülü grafiği Şekil 6.5. PFC3D programında modelleme ile belirlenen tek eksenli basma dayanımı Şekil 6.6. PFC3D programında modelleme ile belirlenen tek eksenli çekme dayanımı Şekil 6.7. PFC3D programında oluşturulan model Şekil 6.8. Dairesel testere olarak kullanılan dairesel çeperin modele yerleştirilmesi Şekil 6.9. Kesim modelinin çalıştırılması Şekil Kesim esnasında üç yönde meydana gelen kuvvetlerin kaydedilmesi 105 Şekil Kesim bitene kadar verilerin kaydedilmesi Şekil Afyon menekşe orta bölgesi için sayısal model ile laboratuvar verileri arasındaki ilişkiler Şekil Afyon menekşe bloğunun tamamının kesiminden elde edilen sayısal model verileri ile laboratuvar verileri arasındaki ilişkiler Şekil Afyon beyaz orta bölgesi için sayısal model ile laboratuvar verileri arasındaki ilişkiler Şekil Afyon beyaz numunesinin tamamının kesiminden elde edilen sayısal model verileri ile laboratuvar verileri arasındaki ilişki Şekil Sivrihisar bej numunesi kesiminde orta bölgeden elde edilen sayısal model ile laboratuvar verileri arasındaki ilişki Şekil Sivrihisar bej numunesinin tamamının kesiminden elde edilen sayısal model verileri ile laboratuvar verileri arasındaki ilişki vi

8 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 2.1. Doğal taş blokları işleme aşamaları Çizelge 2.2. Dairesel testere seçimine etkiyen parametreler Çizelge 2.3. Dairesel testere çapları ile teknik özellikleri arasındaki ilişkiler Çizelge 2.4. Dairesel testere çaplarına karşı testere çevresel hızları ve gerekli motor devirleri ilişkileri Çizelge 2.5. Dairesel testere üretici firmalar tarafından önerilen çevresel hızlar Çizelge 4.1. Kesimi gerçekleştirilen doğal taşlar. 59 Çizelge 4.2. Soketlerde kullanılan matriksin genel özellikleri. 60 Çizelge 4.3. Dairesel testerelerde kullanılan elmas tane boyu. 60 Çizelge 4.4. İmalatı gerçekleştirilen dairesel testerelerin boyutları ve elmas konsantrasyonları 61 Çizelge 4.5. Çalışma kapsamındaki doğal taşların fiziki ve mekanik özellikleri.. 62 Çizelge 4.6. Kesim makinasında uygulanan kesim koşulları. 63 Çizelge 5.1. Kesme deneylerinde uygulanan deney programı ve Afyon Menekşe ticari isimli hakiki mermer numunesi için deney sonuçları Çizelge 5.2. Çalışmada kullanılan istatistiksel tasarım özellikleri Çizelge 5.3. Faktörlere ait tanımlayıcı istatistiki bilgiler Çizelge 5.4. Yanıtlara ait tanımlayıcı istatistiki bilgiler Çizelge 5.5. Birim aşınma model seçimi için yapılan analizlerin istatistiksel sonuçları Çizelge 5.6. Birim aşınmaya ait çoklu regresyon analizi sonuçları.. 75 Çizelge 5.7. Birim aşınmaya ait çoklu regresyon modelinin varyans analizi.. 76 Çizelge 5.8. Birim enerji model seçimi için yapılan analizlerin istatistiksel sonuçları Çizelge 5.9. Birim enerjiye ait çoklu regresyon analizi sonuçları.. 79 Çizelge Birim enerjiye ait çoklu regresyon modelinin varyans analizi Çizelge Afyon Menekşe için optimum noktaların belirlenmesinde kullanılan tasarım sınırlamaları 82 Çizelge Afyon Menekşe doğal taş numunesi için optimum çalışma koşulları.. 82 Çizelge Diğer hakiki mermer numunelerine ait optimizasyon sonuçları Çizelge Kireçtaşı numunelerine ait optimizasyon sonuçları Çizelge Diğer hakiki mermer ve kireçtaşlarına ait optimizasyon sonuçları.. 86 vii

9 Çizelge Çizelge 6.1. Çizelge 6.2. Kesme derinliği ve elmas konsantrasyonunun etkilerinin incelenmesi için yapılan kesimler.. 90 Afyon menekşe için bloğun orta bölgesinin kesimi sırasında modellemeden ve laboratuvardan elde edilen düşey yöndeki tepkisel kesme kuvvetleri (F v ) Afyon menekşe için bloğun orta bölgesinin kesimi sırasında modellemeden ve laboratuvardan elde edilen düşey yöndeki tepkisel kesme kuvvetleri (F v ) viii

10 BAZI DOĞAL TAŞLARIN DAİRESEL TESTERE KESİM YÖNTEMİYLE KESİLEBİLİRLİK SINIFLAMASI VE KESME MEKANİZMASININ SAYISAL MODELLEMESİ ÖZET Doğal taş (mermer) ocaklarından gelen bloklardan levha/plaka üretimi için, işleme tesislerinde çeşitli yöntemler ve bu yöntemlere uygun makinalar kullanılmaktadır. Bu işleme yöntemlerinden biri de dairesel testereli kesim yöntemidir. Doğal taş bloklarının, son ürün elde edilmesi için işlendiği yerler olan doğal taş işleme tesislerinde amaç, mümkün olan en düşük maliyetle piyasa tarafından ihtiyaç duyulan miktarda ve istenen kalitede ürünün üretilmesinin sağlanmasıdır. Bu amaç doğrultusunda doğal taş işleme tesislerinde verimli bir biçimde işlemlerin sürdürülmesi gerekmektedir. Doğal taş işleme tesisleri yatırım maliyetleri oldukça yüksek makinalardan oluşmaktadır. Bu makinaların bilinçli ve verimli kullanımları, mevcut mermer işleme tesislerinin hem verimliliklerini artıracak hem de üretim maliyetlerini düşürecektir. Doğal taş işleme tesislerinde yapılan kesim işlemlerinde en önemli konu, kesilen kayaca uygun testere soketlerinin ve çalışma parametrelerinin seçimidir. Bu soketlerin seçimi ve uygulanacak çalışma koşullarının belirlenmesi dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Böyle bir seçim ise oluşturulacak bir kesilebilirlik sınıflaması ile mümkündür. Sınıflama sistemleri, madencilik sektörünün diğer alanlarında kullanılmasına rağmen; doğal taş işlemeciliğinde kesilebilirlik üzerine böyle bir sınıflama bugüne kadar geliştirilmemiştir. Bu çalışmanın amacı, doğal taş işlemeciliğinin her aşamasında yaygın olarak kullanılan dairesel testereli kesim yöntemi üzerine bir kesilebilirlik sınıflamasının ortaya konması ve kesme mekanizmasının sayısal modellenmesidir. Bunun için ülkemizde bulunan bazı doğal taşlar (kireçtaşları ve hakiki mermerler) laboratuvarımıza getirilmiş ve üniversitemizde çalışma gurubumuz tarafından geliştirilen tam otomatik bilgisayar kontrollü dairesel testereli kesim makinasında kesimleri gerçekleştirilmiştir. Kesim çalışmalarında optimizasyon parametresi olarak kullandığımız elmas soketlerdeki aşınmalar ve kullanılan enerji her bir kesimden sonra belirlenmiştir. Burada elmas soketlerde meydana gelecek birim aşınmalarla ve birim enerjilerle kesim parametreleri (testerenin kesme derinliği, testere dönüş hızı, ilerleme hızı, üç yönlü tepkisel kesme kuvvetleri vs.), arasındaki ilişkiler ortaya konmuş, elde edilen veriler kullanılarak her bir doğal taşın ve her bir doğal taş türü için (hakiki mermer ve kireçtaşı olarak) kesilebilirlik abakları oluşturulmuştur. Ayrıca sayısal modelleme çalışmaları, ayrık elemanlar yöntemi mantığıyla çalışan PFC3D programıyla gerçekleştirilmiştir. Sayısal ix

11 modelleme çalışmalarında ilk olarak laboratuvarda yapılan kaya mekaniği deneyleri modellenmiş, böylece dairesel testereli kesme sistemi modellemesinde kullanılacak kayaçlar için PFC3D programında kullanılacak uygun parametreler belirlenmiştir. Daha sonra kesme modeli oluşturularak laboratuvarda yapılan kesimlere paralel olarak farklı çevresel ve ilerleme hızlarında Afyon Menekşe, Afyon Beyaz ve Sivrihisar Bej numuneleri için sayısal model çalışmaları yapılmıştır. Son olarak kesimde elde edilen tepkisel kesme kuvvetleri ile laboratuvarda elde dilen tepkisel kesme kuvvetleri arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Yapılan modelleme ve laboratuvar çalışmaları sonucunda, modelleme verileri ile gerçek veriler arasında doğrusal ve oldukça yüksek ilişkili sonuçlar (R 2 = R 2 = ) ortaya çıktığı, dolayısıyla taş kesme sektöründe rahatlıkla uygulanabileceği ortaya konmuştur. Anahtar Kelimeler: Doğal taş işlemeciliği, dairesel testereli kesim, kesilebilirlik abakları, elmas soket aşınması, sayısal modelleme, PFC3D x

12 SAWABILITY CLASSIFICATION OF SOME NATURAL STONES WITH CIRCULAR SAWING AND NUMERICAL MODELLING OF SAWING MECHANISM ABSTRACT Different methods and machines are being used in natural stone processing plants for slab production from marble blocks. One of these methods is circular sawing method. Natural stone processing plant can be defined as a plant in which natural stone blocks are processed for final product. The purpose in these plants is the production of required and desired quality natural stones according to market demand at possible lowest cost. It is necessary for this purpose that the processes should be carried out efficiently. Natural stone processing plants consist of various machines having a high investment cost. Efficient and conscious utilization of these machines satisfy increment in efficiency while decrease the production cost of natural stone. The most important subject in sawing processes at natural stone processing plants is selection of suitable diamond segments and sawing parameters. The selection of these segments and sawing parameters should be selected carefully. This selection is possible only using sawability classification. Although classification systems are used in other areas of mining sector, the classification system for sawability in natural stone processing has not been developed yet. The purpose of this study is to put forward the sawability classification related with circular sawing method and numerical modeling of sawing mechanism. For this purpose, some natural stones (limestones and real marbles) in our country were sampled and sawed in laboratory with full automatic servo controlled circular sawing machine designed by our working group. Segment wear and consumed energy used as optimization parameters were determined after each sawing operation. Relationships among unit wear, unit energy and sawing parameters (depth of cut, peripheral speed of blade, advance rate, three directional reactional sawing forces etc.),were determined and according to obtained data, sawability charts for each natural stone and each natural stone type (as a real marble and limestone) were developed. In addition, numerical modeling of sawing mechanism was carried out by PFC3D operated with discrete element model logic. Firstly in numerical modelling studies, rock mechanics experiments performed in laboratory were modelled and rock parameters used in PFC3D software for modeling of circular sawing mechanism were determined. Then, sawing model was constituted and run at different sawing conditions (different peripheral xi

13 speeds and different advance rates) for Afyon Violet, Afyon White and Sivrihisar Beige parallel to laboratory sawing studies. Finally in numerical modeling studies, relationships between reactional sawing forces obtained from model and laboratory sawing operations were investigated. The linear and high relationships between data obtained from model and laboratory studies were carried out. This numerical model should be used in natural stone sawing reliably. Keywords: Natural stone processing, circular sawing, sawability charts, diamond segment wear, numerical modeling, PFC3D xii

14 1. GİRİŞ Eski çağlardan beri doğal taşlar, önemli bir yapı ve süsleme malzemesi olarak kullanılmıştır. Yeterince sağlam olması, cazip renk ve desenler göstermesi, kullanışlı olması gibi nedenlerden dolayı doğal taşlar, yapı ve süsleme malzemesi olarak tercih edilmektedir. Doğal taş ocaklarından elde edilen blokların insanların hizmetine sunulması için bazı aşamalardan geçmesi gerekmektedir. Doğal taş bloklarının, son ürün elde edilmesi için işlendiği yerler olan doğal taş işleme tesislerinde amaç, mümkün olan en düşük maliyetle piyasa tarafından ihtiyaç duyulan miktarda ve istenen kalitede ürünün üretilmesinin sağlanmasıdır. Bu amaç doğrultusunda doğal taş işleme tesislerinde verimli bir biçimde işlemlerin sürdürülmesi gerekmektedir. Mevcut makinaların bilinçli ve verimli kullanımları, doğal taş işleme tesislerinin hem verimliliklerini artıracak hem de üretim maliyetlerini düşürecektir. Doğal taş işleme tesislerinde bloklardan levha/plaka üretimi için kullanılan makinalardan biri de dairesel testereli kesim makinalarıdır. Dairesel testereli kesim makinaları, yarı şekilli veya şekilsiz doğal taş bloklarından levha/plaka üretimi için kullanılmaktadır. Bu makinalarda kesme aparatı olan dairesel testere düşey ve/veya yatay yönde tek testereden olabildiği gibi, çoklu dairesel testereden de oluşabilir. Buna karşılık düşey ve yatay yönde birbirine dik testere veya testere gruplarından oluşabilmektedir. Dairesel testereler özel alaşımlı çelikten imal edilmiştir ve kesme işlemi testere çevresine çeşitli yöntemler ve belirli aralıklarla kaynak edilmiş elmas soketlerle gerçekleştirilmektedir. Kesim işlemi hakiki mermer türü kayaçlarda tek hamlede yapılırken, granit türü sert kayaçlarda birkaç kademede gerçekleştirilmektedir. Ülkemizde doğal taş işleme tesislerinde yapılan kesim işlemlerinde en önemli konu, kesilen kayaca uygun testere soketlerinin seçimidir. Bu işlem ülkemizde çoğunlukla bilimsel temellere oturtulmadan deneme-yanılma yöntemi veya testere üreticileri ile kullanıcılar arasındaki ikili ilişkilere dayandırılarak yapılmaktadır. Doğal taş üreticilerinin uygun soket seçimi yapabilmeleri için uygulayacakları kesim koşullarını ve bunlarla kullanılacak elmas soket parametreleri (matriks cinsi, elmas tane boyu vb.) arasındaki ilişkileri belirlemeleri gerekmektedir. Kayaçların kesim koşullarının (testere çevresel hızı, kesme (ilerleme) hızı, testere çapı, testere titreşimi, su tüketimi vb.) elmas soketlerde meydana gelen aşınmalar üzerinde etkili olduğu bir gerçektir. Bu yüzden kesim koşullarının elmas soketlerdeki aşınmalar üzerine etkilerinin ve soket parametreleri ile olan ilişkilerinin bilinmesi önemli bir konuyu oluşturmaktadır. Bu bilgilerin edinilmesiyle kesim parametrelerinin ayarlanması ve optimum kesim koşullarının belirlenmesi sağlanabilir. Kesim işleminin optimum hale 1

15 getirilmesi için makinanın değişken parametreleri olan çevresel hız ve ilerleme hızının kesme derinliği göz önünde tutularak kayaca uygun olarak belirlenmesi gerekmektedir. Geleneksel olarak deneysel çalışmalar, araştırmayı ve araştırma sonucunda ortaya çıkacak olan gelişmeyi sonuca götüren en önemli araçtır. Deneysel çalışmalar için gerekli olan insan gücü, zaman, gerekli olan donanım ve malzeme ihtiyacının hem fazla olması hem de maliyetinin yüksek olması, alternatif yöntemlerin kullanılması gerektiğini ortaya çıkarmıştır. Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişme ve bilgisayarların çözüm hızındaki artış ile birlikte ortaya çıkan ve son yıllarda büyük bir gelişim gösteren sayısal modelleme yöntemleri bilimin birçok alanında olduğu gibi madencilikle, özellikle de kaya mekaniğinde, deneysel çalışmalara alternatif yöntemler olmuştur. Deneysel çalışmalara göre hem sonuca çabuk ulaşması, hem ucuz olması hem de çıktılarının gerçek sonuçlarla uyumlu olması sebebiyle bilimin birçok alanında deneysel çalışmaların yerini almıştır. Kaya mekaniği alanında, tünel tasarımında, şev stabilitesi tasarımında, uygun yeraltı ve yerüstü üretim yöntemlerinin belirlenmesinde etken olan kuvvet, gerilme, deformasyon ve yenilme bölgesi gibi mühendislik verilerinin hızlı, güvenilir ve ekonomik olarak belirlenmesinde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Hem ülkemizdeki hem de dünyadaki doğal taş sektöründe dairesel testereli kesim sisteminde kesme koşullarının belirlenmesinde sayısal modelleme yöntemi uygulamasına literatürde rastlanılmamıştır. Kayaçların parçalanması, delinmesi ve kesilmesi işlemlerinin daha iyi olarak anlaşılmasına ve bu işlemler sırasında ortaya çıkan problemlerin çözümüne yönelik olarak literatürde birçok çalışma, araştırma ve inceleme bulunmaktadır. Lindsquist et.al. (1981), kayaç çeşidinin, kesici ucun şeklinin ve delip geçme hızının kayaçların parçalanmasına etkisini incelemişler ve sonuçta bu üç parametrenin her birinin kayaçların parçalanmasında çok büyük etkisinin olduğunu ortaya koymuşlardır. Cook et.al. (1984), dairesel, düz uçlu kesici uç kullanarak batırma deneyleri yapmışlardır. Deneyler esnasında yük deformasyon eğrileri ile akustik emisyon verilerini kaydetmişlerdir. Ayrıca deney sonrasında bazı numuneleri keserek örneklerin fotoğraflarını çekmişlerdir. Yapılan bu işlemler sonucunda, kesici ucun köşelerinde konik Herzian çatlaklarının oluştuğu bölgenin hemen altında geniş çatlakların ve yüzey parçalarının meydana geldiğini görmüşlerdir. Petterson (1999), 45 mm çaplı ve 4 farklı kesici uca sahip karotiyerle granitte delme deneyleri yapmıştır. Deney sonrasında parçalanma tane boyu dağılımını inceleyebilmek için, toplanan numuneler elenerek tane boylarına göre fraksiyonlara ayrılmış ayrıca kayacın nasıl parçalandığını belirleyebilmek için karot alınan numunenin tabanından kesitler almıştır. 2

16 Verilerin değerlendirilmesi sonucunda Petterson (1999), delme işlemi sırasında, yanal çatlakların aktif olduğunu fakat deneylerin sonuçlarının, kayaç parçalanmasını tanımlayabilecek doğrudan bir formulasyon türetmeye izin vermediğini belirtmiştir. Kahraman et.al. (2003), delme işlemi sırasında kayaçların parçalanmasına kayaç parametrelerinin etkisini araştırmıştır. Young modülü, tek eksenli basma dayanımı ve çekme dayanımının kayaçların delinmesi sırasında delme hızına etki eden hakim parametreler olduğu sonucuna varmıştır. Ilio ve Togna (2003), dairesel testere ile kayaç kesmede teorik aşınma modeli geliştirmişlerdir. Geliştirmiş oldukları teoriyi literatürden elde ettikleri deneysel sonuçlarla test etmişlerdir. Geliştirdikleri teorik model ile deneysel çalışmalar arasında oldukça yakın ilişki elde etmişlerdir, ayrıca çalışmanın sonucunda, soketlerdeki elmas konsantrasyonunun ve matris içeriğinin kesmede ve aşınmadaki önemini vurgulamışlardır. Tönshoff et.al. (2002) de kesme sürecinin temelleri ile diskin ve sürecin tasarımının bunlarla ilgisini gözden geçirmiştir. Dairesel testereli kesme sisteminde aşağı ve yukarı kesim türleri Jennings and Wright (1989) ve Büyüksağiş (2007) tarafından çalışılmıştır. Çalışma sonucunda yukarı doğru kesimde her ne kadar kesim enerjisi ve testerelerde aşınma daha az bulunmuş olsa da makina dengesi daha önemli bir faktör olduğundan aşağı doğru kesimin daha uygun olduğu sonucuna varmışlardır. Xu et.al. (2003) ise, dairesel testereli kesme sistemiyle granit keserek, kesimde meydana gelen kuvvetleri incelemişlerdir. Kesimlerde teğetsel ve normal kuvvetleri belirleyebilmek için düşey ve yatay kuvvetleri ayrıca, kesimde harcanan gücü ölçmüşlerdir. Çalışmanın sonucunda kuvvet bileşenlerinin ve oranlarının farklı granitler için çok farklı sonuçlar vermediği sonucuna varmışlardır. Xu (1999), dairesel testereli kesme makinasında beş farklı granit kesmiştir. Bu kesimlerde, kesme kuvvetlerini ölçmüş ve kesimlerde harcanan özgül kesme enerjilerini hesaplamıştır. Kesim yapılan granit yüzeylerini mikroskopta incelemiş ve kayaç sürtünme katsayısının harcanan enerji ile ilgisini ve sonuç olarak da kayaç sürtünme katsayısı arttıkça kesimde harcanan enerjinin de arttığını ortaya koymuştur. Büyüksağiş ve Göktan (2005), kesme verimliliği için özgül enerjiyi bir kriter olarak ele almışlar ve 7 farklı hakiki mermer için optimum kesme koşullarını belirlemek amacıyla dairesel testere ile kesimler yaparak sonuçta çoklu regresyon analizi ile özgül kesme enerjisini; Cerchar aşındırma indeksi, Mohs sertliği ve tek eksenli basma dayanımı ile ilişkilendirmişlerdir. 3

17 Ersoy et. al. (2005), deneysel olarak dairesel testerelerle sert ve aşındırıcılığı yüksek kayaçların kesimi sırasında testerelerde meydana gelen aşınmaları incelemişlerdir. Çalışmanın sonucunda, testerelerde meydana gelen aşınmayı; özgül kesme enerjisi, kuvars içeriği, eğilme dayanımı ve Schmidt sertliği ile ilişkilendiren istatistiksel bir model geliştirmişlerdir. Ersoy ve Atıcı (2004), 16 farklı kayaçta sabit çevresel hızda, farklı ilerleme hızlarında ve kesme derinliklerinde kesimler yapmışlar, değişik kayaçlar için optimum kesme koşulunu ve kayacın dokusal, fiziki ve mekanik özellikleriyle spesifik kesim enerjisi arasında ilişkileri türetmişlerdir. Kayaçların parçalanması, yenilmesi, delinmesi, kazılması ve kesilmesi gibi süreçlerin modellenebilmesi, modelleme sonuçlarının kabul edilebilir olabilmesi için çok güçlü alt yapıya sahip sayısal yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Yukarıda bahsedilmiş konuların modellenmesine yönelik olarak birçok bilim alanında da tercih edilen sonlu farklı elemanlar yöntemi (FDM), sonlu elemanlar yöntemi (FEM), sınır elemanlar yöntemi (BEM) ve ayrık elemanlar yöntemi (DEM) kullanılabilmektedir. Alehossein and Hood (1996), FRANC sonlu elemanlar programı ile normal ve makaslama gerilme yoğunluk faktörlerinin modellenmesini yapmışlar ayrıca kesici ucun batırılmasında meydana gelen çatlak probleminin benzetişimini gerçekleştirmişlerdir. Tan et.al. (1996, 1997, 1998), sınır elemanlar sayısal modelleme yöntemini, parçalanmış kayacın yenilme sonrası davranışın ve elastik bölgede meydana gelen gerilmelerin belirlenmesine uygulayarak yanal çatlakların gelişimi, yüzey çatlaklarının oluşumu ve yüzey parçacıklarının meydana gelişini modellemişlerdir. McKinnon and Barra (1998), Itasca Consulting Group (Itasca, 1995a), tarafından geliştirilen ve FDM temeline göre çalışan FLAC3D sayısal modelleme programı ile kırılmanın başlangıcını ve gelişimini modellemişlerdir. Fang and Harrison (2002a, b), aynı programı kullanarak heterojen bir kayaçtaki gevrek kırılmayı modellemişlerdir. Tang (1997), Tang et.al. (1998), Tang et.al. (2000a-d), sonlu elemanlar temeline dayalı yöntemle tek eksenli basma deneyinde meydana gelen gevrek kayaç yenilmesini ve bu esnada meydana gelen mikro sismikliği modellemişlerdir. Ioras et.al. (2002), dairesel kesme sisteminde klasik kesme teorilerini ve kendi geliştirmiş oldukları gerilme analizlerini anlatmışlar ve ANSYS sonlu elemanlar prensibine göre çalışan sayısal modelleme programında gerilme analizlerinin yapılabileceğini belirtmişlerdir. Huang (1999), Huang et.al. (1998), kayaca yanal bir gerilme uygulandığında kesici ucun alnında oluşan plastik zonun gelişimini ve çekme kırılmalarının başlangıcına etkisini sayısal modelleme yöntemi ile incelemişlerdir. 4

18 Bu çalışmada kesimde etken parametrelerin optimum koşullarının hem laboratuvar ortamında hem de sayısal modelleme yöntemi ile belirlenmesi amaçlanmıştır. Dolayısıyla, proje kapsamında yürütülen çalışmaların iki ana bölümde gerçekleştirilmesi planlanmıştır. İlk etapta, ülkemizdeki bazı doğal taşların dairesel testere kesim yöntemiyle soket aşınması ve kullanılan enerjiye bağlı olarak kesilebilirlik sınıflaması yapılmıştır. Bunun için laboratuvarda araziden alınan doğal taş örnekleri üzerinde, bölümümüzde geliştirilen tam otomatik bilgisayar kontrollü dairesel testereli kesim makinası ile farklı koşullarda kesim işlemleri yapılmıştır. Bu kesim işlemlerinde elde edilen sonuçlar kullanılarak kesim parametreleri ile elmas soketlerde meydana gelen aşınmalar ve kullanılan enerji arasındaki ilişkiler ortaya konmuştur. Design Expert 7.0 istatistiksel analiz programında sonuçlar analiz edilerek her doğal taş için kesim abakları oluşturulmuştur. Bunun yanında her doğal taş cinsi için (hakiki mermer ve kireçtaşı) de kesim abakları oluşturulmuş ve optimum kesim koşulları tespit edilmiştir. Ayrıca, kesme derinliğinin ve soket konsantrasyonunun kesim koşullarına etkisi de incelenmiştir. Doğal taş sektöründe böyle bir sınıflama sisteminin eksikliği, işletmelerde hatalı testere ve soket kullanımına yol açmaktadır. Bu sınıflamayla, kesilecek kayaca uygun kesim parametrelerinin ve elmas soket yapısının belirlenmesi hedeflenmiştir. Böylece doğal taş sektöründe bu tip makinaların daha verimli kullanılmasına katkıda bulunulmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasını ise, dairesel testereyle doğal taş kesim mekanizmasının PFC3D programı kullanılarak sayısal modellemesi oluşturmaktadır. Sayısal modelleme için gerekli girdi parametreleri çalışmanın ilk etabında yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlardır. Bunlar ise, kesme sırasında makinaya monte edilen sensörler ve analizörler sayesinde elde edilen kesime ait çevresel hız, ilerleme hızı, kesme derinliği, üç yönde tepkisel kuvvet ölçüm değerleridir. Kesilen blokların modelleri PFC3D programında oluşturulmuş, gerekli veri atamaları yapılmış ve sonuçta kesimlerin dinamik olarak sayısal modellemesi yapılmıştır. Bu modelleme farklı kayaçlarda ve farklı kesim koşullarında dairesel testere ile kesim mekanizmasının ayrıntıları hakkında bilgiler edinmemizi sağlamıştır. Laboratuvarda elde edilen gerçek verilerle sayısal modellemeden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve birbirleriyle yüksek oranda örtüştükleri belirlenmiştir. Böylece dairesel testereli kesim sisteminin sayısal modellemesi gerçekleştirilmiş olup farklı doğal taşlarda farklı koşullarda kesim parametrelerinin değişimlerinin bu modellemeyle tespit edilebileceği ortaya konulmuştur. 5

19 2. DOĞAL TAŞ (MERMER) BLOKLARINDAN LEVHA/PLAKA ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE KESİM TEKNOLOJİLERİ Doğal taş bloklarından istenilen boyutlarda kırılma, kesilme işlemlerine doğal taş madenciliği denilir. Bu işler taş devrinden M.S lü yılların başlarına kadar insan gücü ve el aletleri ile gerçekleştirilmiştir. Bugün de insan gücü ve el aletleri ile sanatsal eserler ve dekorasyon amaçlı ürünler de bu yöntem devam etmektedir. Bloktan levha/plaka boyutlandırma, şekillendirme işlemleri tesislerde (atölye, fabrika vb.) modern yöntemlerle yapılmaktadır. Klasik ve modern yöntemlerin geniş açıklaması sırası ile aşağıda verilmektedir. Doğal taş blok veya kütle üretimi, kullanım alanlarına göre yapılmaktadır. Kullanım alanı, ham bloğun işlenmesi veya işlenmemesine karar vermede temel unsurdur. Doğal taş işlemeciliğinde kullanım alanları, taşın ticari-petrografik anlamda isimlendirilmesi ve bu verilere göre de tesiste makina ve teçhizatın planlanması ve seçimi temel kriterleri oluşturur. Doğal taş işleme tesisleri (atölye ve fabrikalar), üzerinde çalışılan doğal malzemelerin son ürün olarak işlendiği yerlerdir. Doğal taş işlemeciliğiyle ilgili açıklamalarda, işleme tesislerini tanımlayan çeşitli yönler ve tesislerin kuruluşundan gelen bazı proje kriterleri belirtilmelidir. İlk olarak, doğal taş işleme tesisinde kullanılacak teknolojinin ve çalışma akım şemasının kısaca tanımlanması tesisin daha iyi anlaşılması için önemli olacaktır. Pratik olması açısından bu tanımlama, bugün doğal taş işlemeciliğinde kullanılan iki temel grup olarak yapılabilmektedir (DAMIANI, 1994): Metamorfik ve metamorfik olmayan tüm karbonatlı kayaçlar olarak, mermer işlemeciliği Yüksek aşındırıcılık özelliği olan tüm silikatlı kayaçlar olarak, granit işlemeciliği Doğal taş işleme tesislerinde çeşitli boyutlarda ve kalınlıklarda kesilen levha/plakalar, kullanım amacına ve talebe göre ebatlama (boyutlandırma), cilalama, parlatma ve köşekenar çekme (pah kırma) işlemlerinden geçirilerek düzgün yüzeyli veya doğal taş yüzeyinde kumlama, çekiçleme yaparak istenen doğal taş ürünü elde edilmektedir. Genellikle birbirine paralel kesilmiş yüzeyler arasında kalınlığı 1-4 cm ve boyu kesilen doğal taş blok boyutuna bağlı olarak en az cm ve genelde cm olan yarı mamul doğal taş ürünlere levha (slab) adı verilmektedir. Yaklaşık dikdörtgen şekilli düzensiz 6

20 kenarlıdır veya genişliği (eni) belli, uzunluğu boyutsuz olabilir. Eğer levhanın kalınlığı 8 cm den büyük ise buna kalın levha adı verilir. Plaka (strip) ise yarı mamul ürün olup levha şeklinde fakat genişliği (eni) cm arasında uzunluğu blok boyu ile sınırlı kesilmiş ürünler olup gerçekte bunlar da levha ürünlerdir. Bu kitapta levha terimi levha/plaka şeklinde kullanılmıştır. Genellikle düzensiz doğal taş bloklarının kesiminden elde edilirler. Yer fayansı için kesilecek en büyük boyut 61x61 cm olabilmektedir. Doğal taş işlemeciliğinde piyasa tarafından en çok talep gören ürünler şunlardır (BAYRAM, 2002): Kesilmiş (ham) levha/plakalar (boyutlu veya boyutsuz) Cilalanmış veya yüzeyi eskitilmiş levha/plakalar Yapıların dekorasyonu için mermer fayans (karo): Yer döşemesi Bina iç ve dış cephe giydirmesi Bina iç ve dış duvar kaplaması Basamaklar, eşikler, pervazlar vs. Estetik işlemeler (süs eşyası vs.) Heykel ve sanat eserleri yapıları Yüzeyi işlenmiş/çekiçlenmiş taşlar Doğal taş işlemeciliğinde, ocaktan gelen ham doğal taş bloklarının fiziki durumları göz önünde bulundurularak işleme yöntemi seçilmektedir. Bu işleme yönteminin belirlenmesinde, blokların şekilleri, boyutları, kırık ve çatlak sistemleri önemli olmaktadır. Doğal taş işleme tesislerine ocaklardan üç farklı ürün gelmektedir: Düzgün boyutlu bloklar Yarı şekilli veya şekilsiz bloklar Blok halinde olmayan iri parçalar 7

21 Ocaklardan gelen bu farklı ürünlerden başlayarak üretim aşamaları genel olarak aynı olmakla birlikte Çizelge 2.1 de verilen bölümlere ayrılabilir: Çizelge 2.1. Doğal taş blokları işleme aşamaları (BAYRAM, 2002) Düzgün Boyutlu Üretilmiş Doğal Taş Blokları İçin İşleme Aşamaları Sayalama Elmas lamalı katraklarla/çoklu elmas telli makinalarla levha üretimi Ebatlama Yüzey düzeltme işlemleri Son ürün haline getirme Yarı Şekilli veya Şekilsiz Doğal Taş Bloklar İçin İşleme Aşamaları Dairesel testereli blok kesme/çoklu elmas telli makinalarla levha üretimi Düşey veya yatay yarma Ebatlama Yüzey düzeltme işlemleri Kenar-köşe işleme işlemleri Çizelge 2.1 de verilen doğal taşlardan (bloklardan) levha/plaka üretim aşamaları, doğal taş işleme tesislerinde belli bir düzen içinde yapılmaktadır. Bu aşamaları içeren genel bir doğal taş (mermer) işleme akım şeması Şekil 2.1 de verilmektedir. 8

22 Şekil 2.1. Doğal taş (mermer) işleme akım şeması (BAYRAM, 2002) 9

23 Çizelge 2.1 ve Şekil 2.1 de bulunan doğal taş blok işleme aşamaları ve akım şeması doğrultusunda doğal taş ocaklarından gelen doğal taş blokları için işleme aşamaları genel olarak aşağıdaki şekilde sıralanabilmektedir: Ham blokların sayalanması Doğal taş levha/plaka üretimi Ebatlama Yüzey düzeltme/düzenleme işlemleri Son ürün haline getirme Bununla birlikte yukarıda verilen bazı işlemlerin sıralamasında küçük değişiklikler isteğe bağlı olarak yapılabilmektedir. Aşağıda doğal taş işleme aşamaları, teknolojileri ve makinaları hakkında genel bilgiler verilmektedir. Doğal taş ocaklarında üretilen şekilleri geometrik açıdan düzgün olmayan ham doğal taş bloklarının yüzeylerinin düzeltilmesi ve gereğinden büyük blokların daha küçük boyutta bloklar haline getirilmesi için yapılan işleme sayalama adı verilmektedir Doğal Taş Levha/Plaka Üretimi ve Kullanılan Makinalar Sayalanmış, yarı şekilli veya şekilsiz doğal taş bloklarının levhalara/plakalara ayrılması işleminde, çeşitli kesim sistemleriyle çalışan makinalar kullanılmaktadır. Kesim işlemi, makinanın kesme donanımına göre aşağıdaki sistemlerle yapılmaktadır (PRIMAVORI, 2002): a) Düz testere sistemiyle kesim b) Dairesel testere sistemiyle kesim c) Çoklu elmas tel sistemiyle kesim d) Elmas kemerli bant sistemiyle kesim Dairesel Testere Sistemiyle Kesim Doğal taş işleme tesislerinde düzensiz doğal taş bloklarında levha/plaka üretimi ve üretilen levha/plakadan ebatlandırılmış ürünler elde edilmesi için dairesel testereli kesim makinaları kullanılır. Bu yöntemin ve teknolojinin avantajları; 10

24 Makina ilk yatırım maliyetinin düşük olması Blok kesme makinasının çok amaçlı kullanılabilmesi, esnekliği Düzensiz boyutlu blokların verimli kesilebilmesi ve ekonomiye kazandırılması Küçük miktarlarda üretim için ekonomik olması Yarı mamul ve mamul ürün elde edilebilmesi Dairesel testere ve blok tablasının hareketi sonucu beş eksende kesim yapma esnekliğine sahip olması Değişik kalınlıklarda plaka kesilmesine olanak sağlaması Dairesel testereli blok kesim makinaları genellikle bloklardan son ürün olarak 60 cm genişliğinde plaka üretiminde kullanılan makinalar olmakla beraber dairesel testere çapı 500 cm yi bulan dev blok kesme makinaları bulunmaktadır (PRIMAVORI, 2002). Bu makinalarda kesme aparatı dairesel testere düşey ve/veya yatay yönde tek testereden olabildiği gibi, çoklu dairesel testereden de oluşabilir. Buna karşılık düşey ve yatay yönde birbirine dik yönde testere veya testere gruplarından oluşabilmektedir. Doğal taş bloklarından plaka/levha üretiminde kullanılan bu makinalar, kayaçların özelliklerine göre kesme tek hamlede yapılabilirken sert taş türü kayaçlarda kesim çok kademeli olarak gerçekleştirilmektedir. Çok lamalı blok kesme makinalarından farkı, bu makinalarda her çeşit kayaç kesimi yapılabilmesidir Dairesel Testereli Kesim Makinaları ve Yapıları Bir dairesel testereli kesme makinası; a) Kesme düzeneği (testere sistemi) ve kesme motoru, b) Bu motor ve düzeneğin ileri-geri ve aşağı-yukarı hareket ettiği çelik bir köprü düzeneği c) Köprüyü taşıyan çelik ve/veya beton iki-dört ayaklar (kolon) d) Köprü altında yer alan hareketli veya hareketsiz tabla (tezgah) e) Tabla üzerinde blok sabitleme ve taşıma arabası Dairesel testereli kesim makinaları kullanım amaç kriterlerine göre yukarıda belirtilen beş ana eleman unsurları değişiklik gösterirler. Bu nedenle bu makinaların sınıflamasında göz önüne alınan kriterler aşağıda verilmektedir: 11

25 Dairesel testere sayısı ve konumları Kesim makinasının yapısı Kesim amacı Kesme birimini taşıyan ayak ve konsol yapısı Bununla birlikte kesimin bloktan yarı mamul veya mamul ürün elde edilmesi ve ürünlerin boyutlandırılmasında kullanılması da kesim makinalarının adlandırılmasında kullanılmaktadır. Bu sınıflamaları daha geliştirirsek; 1-Dairesel testere sayısı ve konumu a) Tek testereli kesim makinaları b) Çok testereli kesim makinaları a) Klasik tezgahlı kesim makinaları 2-Kesim makinasının yapısı b) Nümerik (sayısal) kontrollü kesim makinaları c) Bilgisayar programlı sayısal (nümerik) kontrollü kesim makinaları a) Köprülü plaka/levha kesim makinaları (ST) b) Köprülü yarma/dilme makinaları 3-Kesme amacı c) Köprülü ebatlama makinaları d) Boyutlandırma (konsol yapılı) kesim makinaları Yan kesme makinaları Baş (kafa) kesme makinaları 4- Ayak veya konsol yapısı a) İki ayaklı b) Dört ayaklı Çelik konstruksiyon Beton konstruksiyon Çelik konstruksiyon Beton konstruksiyon c) Konsol tipi 12

26 Dairesel testereli blok kesme makinalarının temel yapısı, iki veya dört adet ayak (kolon) üzerinde bulunan bir köprü, köprü üzerinde bulunan kesim motoru ve testerelerden oluşmaktadır. Bloktan plaka kesimi için bir ana kesim motoru, buna bağlı düşey kesim yapan ana dairesel testere ve daha küçük motor gücünde yatay kesim yapan daha küçük çaplı testereden oluşmaktadır. Bu sistemde kesilecek bloğun yer aldığı ana tabla üzerinde yerleşim ve kilitlenebilme sistemi bulunan vagon yer alır. Ayrıca sistemin bir kumanda merkezi vardır. Ayaklar beton elemanlardan olabileceği gibi çelik konstruksiyon veya yarı çelik konstruksiyon olabilir. Düşey ve yatay dairesel motorları ve testereleri taşıyan köprü özel pik demir veya çelikten yapılmıştır. Köprü ayaklar üzerinde tek parça halinde yer alırken çok özel dövme ve ısıl işlem görmüş çelikten imal edilir. Köprünün hareketi aşağı-yukarı ve ileri-geri (sağa-sola) şeklinde yer alır veya alt tabla bloğu elektronik-hidrolik donanımla sağa-sola ve ileri-geri hareketi gerçekleştirir. Bu hareketler el ile yönlendirilebilir. Beton ayaklı köprülü kesicilerde, köprünün hareketi beton ayaklar üstünde yer alan sarmal (rulolu) kızaklar üzerinde yer alan kremayer dişli bağlantısı ile uyumludur. Ayarlama hareketi elektronik devreyle ve panelde bazı firmalarda 0,05 mm hassasiyete kadar kontrol edilebilmektedir. Ayar sistemi elektro-manyetik ve mekanik olumsuzluklardan etkilenmemektedir. Dairesel testereli blok kesim makinaları, sabit bir motora bağlı 3-10 mm gövde kalınlığında, cm çapında (400 cm çapa kadar çıkabilen) dikey dairesel testere ve cm çaplı yatay dairesel testere olan, bloklarından plaka üretimi gerçekleştiren makinalardır. Genel olarak dairesel testereli blok kesim makinasının görünümü Şekil 2.2 de verilmiştir. Kesim yapan testereler özel alaşımlı çelikten imal edilmiş olup çevresine belirli aralıklarla elmas soketler yerleştirilmiştir. Dairesel testereli kesim makinalarında dikey dairesel elmaslı testere, bloğun levhalar halinde dilimlere ayrılmasında kullanılır. Yatay testere ise dilimlere ayrılmış bloktan levhaların alt kenarlarının kesilerek tamamen levhanın serbest kalmasında kullanılır (ŞENTÜRK VD., 1996). Büyük testere düşey hareketi iki yönde olabilmektedir. Kesme kafasının testere düşey hareketi paslanmaz çelikten yapılmış miller üzerinde koruma düzeneği içinde sağlanmaktadır. Testere kesim aralıkları durumu ayarlanabilir anahtarlar ile yapılır. Testere hareketi testere gövdesine doğrudan bağlı olan flanşlı elektrik motor birimi ile sağlanmaktadır. Elektronik hız kontrol ünitesi ile dönüş hızı, makina üretici firmalarca

27 devir/dakikadan 2200 devir/dakikaya kadar değişebilen ve ayarlanabilir olarak üretilmektedir. Dakikada devir sayısının değiştirilmesi, kayaç cinsine bağlı olarak kesme verimliliği ve değişik çapta dairesel testere kullanma olanağı sağlamaktadır. Testerelerin kesim konumuna göre su soğutma düzeneği ile uyumu söz konusu olmaktadır. Yatay kesim yapan dairesel testere birimi ana kesme birimine göre motor gücü ve testere çapı bakımından daha küçüktür. Kablo taşıyıcısı Düşey ve yatay dairesel testere motoru Köprü Bilgisayar kontrollü kumanda ünitesi Yatay testere Düşey testere Ayaklar (kolon) Blok Vagon Raylar Şekil 2.2. Dairesel testereli blok kesim makinası Çift ayaklı dairesel testereli blok kesim makinalarında, iki kolon ve bu kolonlara bağlı bir köprü mevcuttur. Kesici testere ünitesi, kolonlar arasında bulunan köprü tarafından taşınmaktadır. Dairesel testereleri taşıyan gövde, aşağı-yukarı hareket edebilen köprü üzerindedir ve hidrolik piston ile ileri-geri hareket ettirilmektedir. Çift ayaklı kesim makinaları, kesici testere ünitesinin pozisyonuna göre ikiye ayrılmaktadır: Köprüye dik doğrultuda kesim yapan kesiciler ve köprüye paralel doğrultuda kesim yapan kesiciler. Köprüye dik doğrultuda kesim yapan kesim makinaları, bu yönde imal edilen ilk makinalardır ve sadece mermer kesiminde kullanılırlar. Blok taşıyan vagon, kesim yapan testereye doğru hidrolik pistonlarla beslenir. Kesici testere, bloğa dik yönde iki kolon arasındaki taşıyıcı köprü üzerinde hareket eder. Kesilecek levhanın kalınlığı, bu dairesel testerenin sağa-sola doğru hareketi ile sağlanır (Şekil 2.3). Köprüye paralel doğrultuda kesim yapan kesim makinaları, bu tip kesicilerin en son halidir ve daha sağlam bir yapıda imal edilmiştir. Blok, vagonun üzerine yerleştirilir ve 14

28 yatay harekete uygun hale getirilir. Kesilecek levhanın kalınlığı, vagonun ileri-geri hareketiyle sağlanır ve kesim gerçekleştirilir (DAMIANI, 1994; ŞENTÜRK VD., 1996; GÜNDÜZ, 2000). Bugünkü gelişen teknolojide beş eksende kesim yapılan dairesel testereli blok kesim makinaları geliştirilmiştir. Köprü Metal Ayaklar Düşey Testere Yatay Testere Mermer Bloğu Vagon Yan Görünüm Ön Görünüm Şekil 2.3. Çift ayaklı dairesel testereli blok kesim makinasının fotografik ve şematik görünümleri Dört ayaklı dairesel testereli kesim makinalarında, dört adet kolon bulunmakta ve kolonlar ikişerli olarak köprülerle birbirlerine bağlanmaktadırlar. Bu iki köprü üzerinde diğer bir köprü daha mevcuttur. Bu tip makinalarda kesim esnasında blok sabittir. Kesim için ve dairesel testere hareketi için gerekli boyuna ve yatay hareketler, bu dört kolon arasına yerleşmiş 15

29 köprülerle sağlanır. Bu tip kesim makinaları, en yaygın şekilde kullanılan blok kesicilerdir. Bu kesiciler seri ve hassas kesim yaparlar. Diğer tiplerde vagon hareketinin ortaya çıkardığı olumsuzluklar en aza indirilmiştir. Kesici dairesel testere sayısı tek olabileceği gibi çok sayıda dairesel testere bağlanabileceği ortak bir mille ayarlanabilir aralıkla yerleştirilir. Yatay testere tek olup dikey testerelerden daha küçük çaplıdır. Kesim konumuna göre çift de olabilir (DAMIANI, 1994; ŞENTÜRK VD., 1996; GÜNDÜZ, 2000). Dört ayaklı dairesel testereli kesim makinası görünümü Şekil 2.4 te verilmiştir. Dört ayaklılarda hareket üç boyutlu olup testereler yukarı-aşağı, sağa-sola ve ileri-geri hareket etmekte olup blok makina altında sabit kalmaktadır. Yatay testere bu belirtilen hareketlerin dışında levha genişliğine göre hidrolik olarak yukarı-aşağı hareket eder. Dairesel testereler motorlara kayış-kasnak sistemiyle bağlı olup bunların çaplarının değiştirilmesiyle devirlerinin de değiştirilmesi mümkündür. Makinanın tüm hareketleri bir kumanda panosu yardımıyla hassas olarak kontrol altında tutulur ve yönlendirilir. Testerelere hortumlar aracılığıyla iletilen su testereyi iki tarafından eşit olarak verilir, böylece hem daha iyi soğutma hem de tozların daha çabuk ortamda uzaklaştırılması sağlanır. Şekil 2.4. Dört ayaklı dairesel testereli blok kesim makinasının fotografik ve şematik görünümleri 16