Ortogonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisi ve Kayma Bandını Etkileyen Parametrelerin Araştırılması

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 10, No: 2, 2013 (59-71) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 10, No: 2, 2013 (59-71) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Ortogonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisi ve Kayma Bandını Etkileyen Parametrelerin Araştırılması Ender OYMAN 1, Kubilay ASLANTAŞ 2, İbrahim PAZARKAYA 3 1 Afyon Kocatepe Üni., İscehisar MYO, İscehisar-Afyonkarahisar 2 Afyon Kocatepe Üni., Teknoloji Fak. Makine Müh. Bölümü, Afyonkarahisar 3 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyon MYO, Afyonkarahisar. aslantas@aku.edu.tr Geliş Tarihi: Kabul Tarihi: Özet Bu çalışmada, kesme parametrelerinin ve takım kaplama malzemesinin (AlTiN, AlCrN ve TiN) talaş morfolojisi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. AISI 316L paslanmaz çeliği, kaplanmış kesici takımlarla, ortagonal şartlarda tornalanmıştır. Sonuçlara göre, bütün kesme parametreleri ve kaplama türleri için elde edilen talaş formu, testere tipi olarak gerçekleşmiştir. Kesme hızının artması testere talaş formundaki segment sayısının artmasına neden olmaktadır. Segmentler arasındaki mesafe (Adım) artan kesme hızına bağlı olarak azalmaktadır. Böylece azalan adım ile birlikte talaş boyutu da küçülmektedir. Bununla birlikte artan ilerleme hızı talaş kesitini arttırmaktadır. Deforme olmuş talaş kalınlığı da artan ilerleme hızı ile artmaktadır. Kesme parametreleri kayma bandı genişliğini kaplama türüne göre daha fazla etkilemektedir. Artan kesme hızıyla kayma bandı genişliği de azalmaktadır. Ayrıca ilerleme hızının artması ise kayma bandı genişliğini bir miktar arttırmaktadır. Anahtar Kelimeler: Talaş morfolojisi, Kayma bandı, AISI 316L Paslanmaz Çelik, Ortagonal kesme Investigation of parameters affecting chip morphology and shear band in orthogonal cutting process Abstract In this study, effect of cutting parameters and coating material ( AlTiN, AlCrN ve TiN)on chip morphology were investigated. Orthogonal cutting tests were carried out by using coated cutting tools for AISI 316L stainless steel. According to results, saw type chip form was obtained for all cutting parameters and coating types. Increasing of cutting speed results in an increase in number of segment in saw type chip. The distance between the segments (pitch) increases with increasing cutting speed. Therefore the chip dimension becomes smaller due to decreasing the pitch. Additionally, increasing the feed rate results in an increase in chip cross section. The thickness of deformed chip thickness also increases with increasing the feed rate. The cutting parameters have an important effect on shear band thickness rather than that of coating type. The shear band thickness decreases with increasing cutting speed. Besides increasing the feed rate results in an increase in shear band thickness. Keywords: Chip morphology, Shear band, AISI 316L Stainless Steel, Orthogonal cutting Bu makaleye atıf yapmak için Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ., Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisi ve Kayma Bandını Etkileyen Parametrelerin Araştırılması Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2013, (10) How to cite this article Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ., Investigation of parameters affecting chip morphology and shear band in orthogonal cutting process Electronic Journal of Machine Technologies, 2013, (10) 59-71

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını 1. GİRİŞ Paslanmaz çeliklerin mükemmel korozyon dayanımları, düşük ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilir olmaları, kolay şekillendirilebilmeleri ve estetik görünümleri bu malzemeye geniş bir kullanım alanı sunmaktadır. Bu nedenle paslanmaz çelik malzemeler birçok çalışmaya konu olmuştur. Paslanmaz çelik malzemeler arasında, çalışmalara en çok konu olanları ise AISI 304 ve 316 dır. Bu çalışmalarda işlenebilirlik, takım aşınması ve kesme parametrelerinin optimizasyonu yoğun olarak çalışılmaktadır. Turgut vd. [1] yapmış oldukları çalışmada, AISI 303 paslanmaz çeliklerin işlenmesinde, kesme hızı ve ilerleme hızının talaş biçimine etkisini deneysel olarak araştırmışlardır. Başlangıçta, kullanılan kesici için tavsiye edilen ilerleme hızının sabit tutarak dört ayrı kesme hızında deneyler yapmışlardır. Bu deneyler sonrasında en iyi yüzey kalitesini veren kesme hızını belirlemişler ve bu kesme hızında üç farklı ilerleme hızı için deneyler yapmışlardır. Kesme hızının yüksek olması, talaşın kıvrılma yarıçapını düşürmüş ve kalınlığını arttırmıştır. Talaş kalınlığının artması, kayma düzlemi açısını küçültmüş ve malzemenin daha zor deforme olmasına yol açarak, kesme bölgesinde basıncın artmasına, dolayısıyla kesme kuvveti değerlerinin büyümesine yol açmıştır. Duan ve Zang [2] yaptıkları çalışmada, talaş oluşum mekanizmalarını doğru bir şekilde tahmin eden güvenilir bir method geliştirmeyi amaçlamışlardır. Bu amaçla, bir dizi yüksek hızda işleme deneyi gerçekleştirmişler ve aynı deneylerin sonlu elemanlar yöntemi ile analizlerini yapmışlardır. Sonuç olarak, talaş açısının testere tipi talaş oluşumunda önemli bir etkiye sahip olduğu bulunmuştur. Talaş açısı arttığında, testere tipi talaş derecesi ve kesme kuvvetleri azalmış fakat talaş bölünme frekansı artmıştır. Bonnet vd. [3], TiN kaplı karbür takımlarla AISI 316L östenitik paslanmaz çeliğin kuru kesme şartlarında ara yüzdeki sürtünme katsayısını tanımlayabilmek için bir sürtünme modeli geliştirmeyi amaçlamışlardır. Çalışmanın sonucunda sürtünme katsayısının öncelikle kayma hızına daha sonra basınca bağlı olduğunu tespit etmişlerdir. Miguelez vd. [4] Ti6Al4V alaşımının ortogonal tornalanmasında adiyabatik kayma bandı genişliğinin numerik analizleri üzerine bir çalışma yapmışlardır. Adiyabatik kayma bandı genişliği, ilerlemenin artışı ile artmış, kesme hızının artışıyla azalmıştır. Ayrıca, nümerik modelleme ile elde edilen teorik sonuçlar ile deneysel sonuçların korelasyonu kabul edilebilir bulunmuştur. Kara vd. [5], yapmış oldukları çalışmada, AISI 316L paslanmaz çeliğin ortagonal kesme şartlarında karbür kesici takımlar ile işlenmesi sonucunda oluşan talaş şekillerinin kaplama türüne göre değişimini araştırmışlardır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, elde edilen talaşın daha çok testere talaş formunda olduğunu tespit etmişlerdir. Artan ilerleme hızına bağlı olarak talaşın minimum ve maksimum kalınlığının da arttığını, bununla birlikte kaplama türünün talaşın kıvrılma yarıçapını ve talaş morfolojisini önemli oranda etkilediğini tespit etmişlerdir. Deshayes vd. [6] yapmış oldukları çalışmada, testere talaş morfolojisine odaklanmış ve sonlu eleman modelini oluşturarak talaş tipini önceden tahmin etmeye çalışmışlardır. Talaş morfolojisi ve sertlik ölçümleri metalografik analize dayalı çalışmada AISI 4340 çeliğini, sonlu eleman programı kullanarak ortagonal kesme koşullarında talaş oluşumunu simüle etmişlerdir. Kesme derinliğinin talaş morfolojisini önemli ölçüde etkilemediğini tespit etmişlerdir. Kayma bandı boyunca oluşan lokal malzeme yumuşamasının yüksek plastik deformasyon oluşturarak, talaşın bu noktadan kırılmasını kolaylaştırdığını tespit etmişlerdir. Kayma bandı genişliğinin talaş yüzeyinden takım ucuna doğru gidildikçe büyüdüğünü gözlemlemişlerdir. Calamaz vd. [7] yapmış oldukları çalışmada, titanyum alaşımlarını ortagonal kesme şartlarında işlemede, talaş morfolojisi ve kayma bandını analiz etmek için 2D sonlu eleman modeli oluşturmuşlardır. Geliştirilen model deneysel olarak elde edilen talaş formuna yakın sonuçlar vermiştir. Her iki model için talaşta meydana gelen kayma bantlarının oluşumu deneysel verilerle de karşılaştırılmıştır. Geliştirilen yeni modelden elde edilen verilerin deneysel veriler ile daha uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır. Qibiao vd. [8] yapmış oldukları çalışmada 1045 çelik üzerinde farklı kesme hızlarında talaş oluşum mekanizmasını incelemişlerdir. Elde ettikleri sonuçlara göre; artan kesme hızına bağlı olarak şekil değiştirme miktarı ve hızı da artmaktadır. Bununla birlikte talaştaki testere dişlerinin oluşum frekansı ve segment sayısının kesme hızıyla arttığı ifade edilmiştir. Yapılan literatür araştırması sonucunda, kaplamanın talaş morfolojisi ve kayma bandı üzerindeki etkisinin çokta çalışılmadığı sonucuna varılmıştır. Bu noktadan hareketle, farklı kaplama malzemelerine sahip 60

3 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) karbür kesici takımlar kullanılarak, ortagonal kesme şartlarında farklı kesme hızı ve ilerleme hızlarında talaş kaldırma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Kaplama türüyle birlikte kesme hızı ve ilerleme değerinin de kayma bandını nasıl etkilediği araştırılmıştır. 2. MATERYAL VE METOT AISI 316L östenitik paslanmaz çeliğinin işlenmesinde kesme parametreleri ve kaplama türünün, talaş şekli üzerindeki etkisini ortaya koymak adına bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Çalışmada AISI 316L östenitik paslanmaz çeliği kuru ve ortagonal kesme şartlarında tornalanmıştır. Kesme parametrelerinin etkisini net olarak ortaya koymak adına geniş bir kesme ve ilerleme hız aralığı seçilmiştir. Ayrıca seçilen kaplama türleri de gerek sanayi uygulamalarına ve gerekse akademik çalışmalara konu olan TiN, AlTiN ve AlCrN dir. Deneylerden elde edilen talaşlar, bakalit kalıp içerisine alınarak, optik mikroskop ile analizleri yapılmıştır. Yapılan optik analizlerde testere talaşa ait bazı boyutsal parametrelerin ölçümü gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçları ve kesme parametreleri birlikte değerlendirilerek, testere tipi talaşın oluşumu hakkında değerlendirilmelerde bulunulmuştur. 2.1 İş Parçası ve Kesici Takım Özellikleri Deneysel çalışmalarda Ø89x75 mm ebatlarında ve 2 mm et kalınlığında AISI 316L paslanmaz çelik boru kullanılmıştır. Kullanılan AISI 316L paslanmaz çeliğinin kimyasal analizi Çizelge 1 de verilmiştir. AISI 316L çelik boru Ø89x75 mm ebatlarında hazırlandıktan sonra kuru kesme şartlarında tornalama işlemine tabi tutulmuştur. İş parçasının et kalınlığı 2 mm olduğundan ayna ayaklarının boru geometrisini bozmaması için iç çapına uygun malafa kullanılmıştır. Çizelge 1 Deneysel çalışmalarda kullanılan AISI 316 L çeliğinin kimyasal bileşimi Çelik Türü Kimyasal Bileşim (% Ağırlıkça) C Cr Ni Si Mn Mo S P AISI 316 L 0,030 17,0 12,0 1,0 2,0 2,50 0,030 0,045 Talaş kaldırma işlemi sırasında kesici takım ucu olarak Sandvik Coromant firmasının üretmiş olduğu SNMG QM kodlu takım talaş açısı 0 0 olan, H13A kaplamasız ve talaş kırıcısız karbür kesici takım kullanılmıştır. Çalışmanın amacı sadece kaplama türü ve kesme parametreleri etkisini araştırmak olduğundan talaş kırıcısız takım kullanılmıştır. Bu kesici takımlar üzerine, 1-3 μm arasında değişen kalınlıklarda TiN, AlTiN, AlCrN olmak üzere 3 farklı kaplama Oerlikon Balzers Kaplama Sanayi ve Ticaret Ltd. Şti. tarafından kaplanmıştır. Yapılan kaplamanın etkisini görmek için kaplamasız kesici takım kullanarak 4 farklı kesici takım ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Kesici takım tutucusu olarak Sandvik Coromant firmasının kesme işlemi esnasında 75 yaklaşma açısına sahip PSBNR 2525M 12 kodlu takım tutucusu kullanılmıştır. Her ne kadar 75 lik yanaşma açısına sahip takım tutucu kullanılmış olsa da kesme deneyleri sırasında yanaşma açısı 90 olacak şekilde takım bağlanmıştır (Şekil 1). Seçilen kesme parametreleri, üretici firmanın önerdiği değerler aralığında olmasına dikkat edilmiştir. Buna ilave olarak bu aralığın altında ve üstünde de birer ilave parametre kullanılmıştır. 61

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını Kesici Takım Ucu İş Parçası V Takım Tutucu Malafa f Şekil 1. Ortagonal kesme işleminde kullanılan deney düzeneği ve iş parçasının boyutları. 2.2 Mikro Talaş Morfolojisi Kesme deneyleri sırasında elde edilen talaş formları sınıflandırılarak mikroskop incelemeleri için hazır hale getirilmişlerdir. Her bir kesme şartında elde edilen talaşlar bakalit kalıp içerisine alınarak, parlatma ve dağlama işlemine tabi tutulmuştur. Dağlayıcı olarak 1 birim HNO 3 ( nitrik asit ), 1 birim HCl ve 1 birim saf su içeren bir karışım kullanılmıştır. Böylece talaştaki kayma bandları ve tane yapısındaki değişimi net olarak gözlemleme imkânı bulunmuştur. Yapılan mikroskop incelemeleriyle talaş üzerinden dört farklı büyüklüğün (Şekil 2) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. H max; testere tipindeki talaşın en alt nokta ile en üst nokta arasındaki mesafe, H min ise testere tipindeki talaşın en alt noktası ile iki talaşın kesiştiği yer arasındaki mesafe, Adım ise talaşın en üst iki noktası arasındaki mesafe alınmıştır. Sb ise kayma bandı genişliği olup, talaş oluşumu sırasındaki deformasyona uğramış bölgenin genişliğine karşılık gelmektedir.özel bir ekran kumpası yazılımı ile fotoğraflar üzerinden mikron hassasiyetinde ölçümler yapılmıştır. Adım Hmin Hmax Şekil 2. Mikro fotoğraf analizlerinde testere talaş geometrisi üzerinden alınan ölçümlerin geometrik tanımı. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1 Talaş Formunun Makro Ölçekte İncelenmesi Kaplama türünün talaş formu üzerindeki etkisini gözlemlemek amacıyla farklı kaplama türlerine sahip kesici takımlar için oluşan talaş şekillerinin makro fotoğrafları Şekil 3 te görülmektedir. Fotoğraflarda ilk dikkati çeken unsur, sadece kaplama türünün değişmesiyle makro bazda talaş formunun de önemli oranda etkilenmiş olmasıdır. Örneğin; kaplamasız kesici takımla (WC) elde edilen talaş helisel bir forma 62

5 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) sahipken TiN ve AlCrN kaplı takımlarla kesmede elde edilen talaşların belirli bir formunun olduğunu söylemek zordur. AlTiN ile elde edilen talaşta da nispeten helisel formun olduğunu söylemek mümkündür. Bir diğer önemli tespit ise, talaş kıvrılma yarıçapı ile ilgilidir. Kaplamasız takımda (WC) elde edilen talaşın kıvrılma yarıçapının minimum olduğu söylenebilir. Buna karşın AlCrN ve TiN kaplı takımlardan elde edilen talaş kıvrılma yarıçapı daha küçüktür. a)wc b)tin c)alcrn d)altin Şekil 3. Kaplamanın talaş şekli üzerindeki etkisi (V=345,73 m/dak, f=0,21 mm/dev) Şekil 4 te sabit ilerleme değerinde ve TiN kaplamalı kesici takım ile yapılan kesme işlemi sonrasında elde edilen talaş şekilleri verilmiştir. Kesme hızı arttıkça, oluşan talaş formunun daha belirsiz bir şekil aldığı ifade etmek mümkün. Bununla birliktekesme hızının arması talaş yarıçapının da büyümesine neden olmaktadır. Bununda nedeni, artan kesme hızı ile şekil değiştirme hızı da artmaktadır. Bir anlamda talaş kesme bölgesinden daha hızlı koparılmaya ve uzaklaştırılmaya zorlanmaktadır. V=113,28 m/dak V=237,20 m/dak V=503,49 m/dak Şekil 4. Kesme hızının talaş şekli üzerindeki etkisi (f= 0,21 mm/dev, TiN). Şekil 5 te sabit kesme hızında ve farklı ilerleme değerlerinde her bir takım türü için elde edilen talaş şekilleri verilmiştir. Şekil 5 te dikkati çeken ilk husus, ilerleme hızının artması ile birlikte talaş kıvrım yarıçapı büyümektedir. Kaplama türünün talaş formu üzerinde bir miktar değişime neden olduğu söylenebilir. Fakat bu değişim büyük ölçekli değildir. Düşük ilerleme hızlarında TiN ve AlCrN kaplamalı takım ile elde edilen talaşlarda, talaş yarıçapı birbirlerinden farklıdır. İlerleme hızının artması, deforme olmuş talaş kalınlığını arttırmıştır ve talaş formunu daha düzenli hale getirmiştir. Talaş formları arasında farklılıklar oluşmasının nedeni; ilerleme hızının artması ile birlikte birim zamanda kesici takımın koparmaya çalıştığı iş parçası malzemesi miktarının artmasından kaynaklanmaktadır. Bu da sıcaklığın artmasına sebebiyet vermektedir. Kullanılan kesici takım kaplamalarının termal iletkenlik 63

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını katsayıları farklı olduğundan talaşa geçen ısı miktarı farklılıklar göstermektedir. Termal iletkenlik katsayısı düşük olan kesici takım kaplamaları, ısının büyük bir miktarını talaşa aktaracağı için ısınmış olan talaş daha yumuşak bir yapıya sahip olacağından daha çok kıvrılmasına sebebiyet verecektir. Nitekim daha önceki bir çalışmada bu ifadeyi destekler niteliktedir []. İlerleme Değeri (mm/dev) f=0,06 mm/dev f=0,13 mm/dev f=0,21 mm/dev AlTiN AlCrN TiN WC Şekil 5. İlerleme hızının ve kaplama türünün talaş formu üzerindeki etkisi (V= 237,2 m/dak). 3.2 Talaş Formunun Mikro Ölçekte İncelenmesi Şekil 6 da ilerleme hızı sabit tutularak, artan kesme hızına ve değişen kaplama türüne bağlı olarak oluşan talaş formlarının mikro fotoğrafları verilmiştir. Bu şekilden de görüleceği üzere, kesme hızının artması ile birlikte talaş kalınlığı da azalmıştır.. Şekil 6 da dikkati çeken bir diğer unsur da H max ile H min arasındaki farktır (Δ =H max -H min ). Bu değerin, en küçük olduğu kaplama türü de AlCrN dür. Buna karşın en düşük kesme hızı olan V=113,28m/dak. da H min değerinin daha küçük olduğu ve kayma bandı bölgesinde mikro çatlakların meydana geldiği gözlemlenmiştir. Bunun da nedeni; düşük kesme hızında meydana gelen kesme sıcaklığının daha düşük olması sebebiyle segmentlerin birbiri üzerinde kaymasının daha geç ve daha zor olmasıdır. Çünkü, kesme bölgesindeki sıcaklığın azalması termal yumuşamayı doğrudan 64

7 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) etkilemektedir. Sıcaklığın düşük olması nedeniyle daha gevrek olan talaş segmentleri birbiri üzerinde kayarken, mikro çatlak oluşumuna neden olabilir. Kesme Hızı (m/dak) V=113,28 V=237,2 V=503,49 AlTiN AlCrN TiN WC Şekil 6. Kesme hızı ve kaplama türünün, mikro ölçekte talaş şekline olan etkisi (f=0,21) 3.3 Kaplama Malzemesi ve Kesme Hızının Etkisi Yapılan deneysel çalışma sonrasında elde edilen talaşların bir kısmının optik mikroskop ile fotoğrafları alınmıştır. Talaşların mikro görüntülerinden faydalanılarak testere talaş tipinin maksimum yüksekliği, minimum yüksekliği, adım ve Sb değerleri ölçülmüştür. Üç farklı kaplama ve kaplamasız kesici takım için elde edilen H max değerinin kesme hızına bağlı değişimi Şekil 7 de verilmektedir. Şekil 7 de verilen grafikte dikkati çeken ilk unsur; TiN ve AlCrN kaplı kesici takımlar için H max değerinin diğerlerine nazaran daha büyük olduğudur. Bu iki kaplama türünde, kesme hızının artışına bağlı olarak elde edilen H max değerleri önemli bir düşüş göstermektedir. V=165,03 m/dak. kesme hızı değeri bir eşik değer olarak 65

8 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını düşünülebilir. Çünkü V 165,03 m/dak değerleri için elde edilen H max değerleri tüm kesici türleri için benzer bir durum sergilemiştir. Oysaki V=113 ve 165m/dak olan kesme hızlarında H max değerleri gözle görünür şekilde yüksektir. H max Şekil 7. Kesme hızı ve kaplama türlerine bağlı olarak H max ın değişimi (f=0,21 mm/dev). Şekil 8 de ise kesme hızına ve kaplama türüne bağlı olarak adım mesafesinin değişimi verilmektedir. Artan kesme hızına bağlı olarak adım mesafesi her kaplama türü için de azalmaktadır. Bütün kesme hızlarında maksimum adım mesafesi kaplama türlerine göre değişiklik gösterirken, minimum adım mesafesi bütün kesme hızları için AlTiN kaplamalı kesici takımda gerçekleşmiştir. Artan kesme hızı şekil değiştirme hızının da artmasına neden olacaktır (Deklem 1-4). Denklem 1 ve 2 de verilen ifadede de görüleceği üzere talaş hızı (Vch) ve kayma hızı (Vs) kesme hızıyla doğru orantılıdır. Zaten Denklem 1 ve 2 nin ifadesi Şekil 9 da verilen geometrik ilişkinin matematiksel ifadesidir. Artan kesme hızı şekil değiştirme hızının da artmasına neden olacaktır (Deklem 1-4). Denklem 3 te verilen şekil değiştirme hızı ifadesi ( ) ise kayma hızıyla ilişkilidir. 66

9 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Adım Şekil 8. Kesme hızı ve kaplama türlerine bağlı olarak segmentler arası (Adım) mesafenin değişimi (f=0,21 mm/dev). Kayma Düzlemi Kesici Takım İş parçası Şekil 9. Ortagonal kesme işleminde kayma bölgesindeki hız vektörleri = ( ) (1) = ( ) (2) Denklem 1 ve 2 de verilen ifadesi kayma açısını ifade etmektedir. Kayma açısı ortagonal kesme işleminde deforme olmamış talaş kalınlığına (ilerleme hızı) ve deforme olmuş talaş kalınlığına bağlı olarak aşağıdaki ifadeyle hesaplanmaktadır. 67

10 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) = Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını (3) = 2,59 (4) Denklem 3 te verilen ifade de h Şekil 9 dan da görüleceği üzere deforme olmamış talaş kalınlığıdır. h aynı zamanda ortagonal kesme şartlarında ilerleme değerine eşit olur. Oxley ve Welsh tarafından önerilen kayma bandı teorisine göre kayma bandı genişliği aşağıdaki analitik ifadeyle hesaplanabilmektedir (Şekil 10)[9]. Δ =, (5) Talaş Kesici Takım İş Parçası Şekil 10. Oxley ve Welsh tarafından önerilen kayma bandı genişliği Deneysel çalışma sonrasında elde edilen kayma genişliği ( Sb) değerleri, kaplama türü ve kesme parametrelerine göre değişimleri Şekil 11 de verilmiştir. Şekil 11 den de görüldüğü üzere, artan kesme hızı kaplama türüne nazaran kayma bandı genişliğini daha fazla etkilemektedir. AlTiN kaplamalı kesici takım ile yapılan kesme işleminde oluşan Sb mesafesinin çok fazla değişmediğini söylemek mümkündür. En kararlı eğilim gösteren takımlar TiN kaplamalı ve kaplamasız kesici takımlardır. Bu durum; kaplamasız kesici takım ile yapılan kesme esnasında oluşan sıcaklığın, diğer kesici takımlara oranla daha fazla kesici takıma geçmiş olmasıyla açıklanabilir. TiN kaplamalı kesici takımda ise kaplama termal bir bariyer görevi gördüğünden talaşa geçen ısı miktarının daha fazla olduğunu söylemek mümkün. Bu da kayma bölgesinin sıcaklığının artmasına ve daha kolay oluşmasına sebep olmaktadır. 68

11 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Sb Şekil 11. Kesme hızı ve kaplama türlerine bağlı olarak kayma bandı genişliğinin (Sb) değişimi(f= 0,21 mm/dev). Şekil 6 daki mikroskop fotoğrafları ile Şekil 11 birlikte değerlendirildiğinde, Sb genişliğinin H max ve H min değerlerini doğrudan etkilediği söylenilebilir. Bir anlamda daha ince olan kayma bandı, talaş segmentlerinin birbirine göre hareketlerini kolaylaştırmakta ve H max ile H min arasındaki fark azalmaktadır. Kayma bandı genişliğinin artmasıyla birlikte segmentlerin oluşum süresi artmakta ve buna bağlı olarak ta Δ değerini arttırmaktadır. 3.4 Deneysel ve Teorik Sonuçların Karşılaştırılması Teorik ve deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında büyük oranda sonuçların birbirine yakın olduğu gözlemlenmiştir. Sonuçlar değer olarak aynı olmasa da Şekil 12 den de anlaşılacağı üzere grafik yönelmeleri birbirine paralel bir seyir izlemektedir. Kesme hızı arttıkça Sb mesafesi azalmaktadır. Dört kesici takım içinde Sb mesafeleri mikron arsında değişmektedir. En iyi ve doğrusal sonuçlar AlCrN kaplamalı kesici takımda gözlemlenmiştir. Kesme hızının artması ile Sb mesafesi küçülmüştür. Diğer kesici takımlarda ise bu eğilim tam olarak doğrusal değildir. V=503,49 m/dak kesme hızında, farklı ilerleme hızları göz önünde bulundurularak oluşturulan grafiklerde ise (Şekil 1 3) kesme hızına bağlı olarak oluşturulan grafiklere göre daha uyumlu bir seyir olduğu gözlemlenmiştir. AlTiN ve TiN kaplamalı kesici takımlar için oluşturulan deneysel ve nümerik sonuçlar birbirlerine daha yakın gerçekleşmiştir. Şekil 13 te verilen grafiklerden de anlaşılacağı üzere, ilerleme hızı arttıkça Sb mesafe değeri artış göstermektedir. Bununda sebebi ise, ilerleme hızı arttıkça birim zamanda kaldırılan talaş miktarının da artması gösterilebilir 69

12 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını Şekil 12. Kesme hızı ve kaplama türlerine bağlı olarak kayma bandının (Sb) değişimi (f= 0,08 mm/dev). Şekil 13. İlerleme hızı ve kaplama türüne bağlı olarak kayma bandının (Sb) değişimi (V=503,49 mm/dak). 70

13 Oyman E., Aslantaş K., Pazarkaya İ. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) SONUÇ Bu çalışmada, AISI 316L paslanmaz çeliğinin kaplamasız, TiN, AlCrN, ve AlTiN kaplı karbür kesici takımlarla ortagonal şartlarda kesilmesi sonucunda elde edilen talaş morfolojisi araştırılmıştır. Kesme deneyleri sonucunda elde edilen talaş formunun, artan kesme hızına bağlı olarak, testere talaş formu daha net olarak ortaya çıkarken, ilerleme hızının değişimi H max, Adım ve Sb değerlerinin artmasına neden olmaktadır. Mikro boyutta yapılan değerlendirmeler göstermiştir ki, kaplama malzemesi en çok kayma bandı genişliğini etkilemektedir. Bununla birlikte adım ve H max değerlerinin de değişimine neden olduğu ama bu değişimin kesme hızı kadar etkili olmadı saptanmıştır. Makro boyutta ise kaplama malzemesinin talaşın kıvrılma yarıçapını önemli oranda değiştirdiği elde edilen diğer bir bulgudur. Bununda nedeninin, kaplama malzemesinin termal iletkenlik katsayısından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Düşük termal iletkenlik katsayısı, kesme esnasında oluşan ısının büyük bir kısmını talaşa iletilmesine neden olmaktadır. Bu da talaşın (özellikle küçük talaş kesitlerinde) daha çabuk kıvrılmasına neden olmaktadır. 5. KAYNAKLAR 1. Turgut Y., Yeyen H.E. ve Korkut İ., 2009 "AISI 303 Östenitik paslanmaz çeliklerin işlenmesinde kesme hızı ve ilerlemenin talaş biçimine etkisi", 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), Mayıs, Karabük. 2. Duan, C., Zhang, L A reliable method for predicting serrated chip formation in high-speed cutting: analysis and experimental verification, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 64, Pages Bonnet, C., Valiorge, F., Rech, J., Claudin, C., Hamdi, H., Berghau, J.M. and Gilles, P., 2008 "Identification of a friction model-application to the context of dry cutting of an AISI 316L stainless steel with a TiN coated carbide tool". International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48: Miguélez, M.H., Soldani, X., Molinari, M Analysis of adiabatic shear banding in orthogonal cutting of Ti alloy, International Journal of Mechanical Sciences, 5. Kara F., Aslantaş K. ve Çiçek A., 2010 "Ortagonal kesme işleminde kaplama malzemesinin talaş morfolojisi üzerinde etkisinin araştırılması", 2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi Balıkesir, Kasım. 6. Deshayes L., Mabrouki T., Ivester R. and Rigal J-F., 2004 "Serrated chip morphology and comparison with finite element simulations", 2004 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Anaheim, California USA. November Calamaz M., Coupard D. and Girot F., 2008 "A new material model for 2D numerical simulation of serrated chip formation when machining titanium alloy Ti 6Al 4V", International Journal of Machine Tools & Manufacture 48: Qibiao Y., Zhanqiang L., Bing W., 2012, "Characterization of chip formation during machining 1045 steel. Int J Adv Manuf Technol 63: 71

14 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013, (10) Ortagonal Kesme İşleminde Talaş Morfolojisini ve Kayma Bandını 9. Tay AO, Stevenson MG, de Vahl DG, Oxley PLB 1976 "A numerical method for calculating temperature distributions in machining, from force and shear angle measurements", Int J Mach Tool Des Res 16(4):