BÖLÜM 22 TALAŞ KALDIRMA İŞLEMLERİ

Transkript

1 BÖLÜM 22 TALAŞ KALDIRMA İŞLEMLERİ Talaşlı imalat çok farklı ve karmaşık geometrilerde parçaların istenen boyut, tolerans ve yüzey kalitesinde üretilmesini sağlayan en yaygın imalat biçimidir. Döküm işlemiyle de karmaşık geometrilere sahip parçalar üretilebilir, ancak (özellikle kum dökümde) elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı imalattaki kadar iyi değildir. Bu bölümde geleneksel talaş kaldırma işlemleri üzerinde durulacaktır TORNALAMA (TURNING) Tornalama işleminde tek uçlu bir kesici takım kendi ekseni etrafında belli bir devirde döndürülen silindirik bir parçanın yüzeyinden talaş kaldırır. Kesici takıma silindirik parçanın eksenine paralel doğrultuda bir ilerleme hareketi (feed) verilir. Şekil 22.1 de tipik bir silindirik tornalama (cylindrical turning) işlemi görülmektedir. Şekil 22.1 Silindirik tornalama işlemi İş parçasının devriyle kesme hızı arasındaki ilişki: N V D o N: devir (dev/dak), V: kesme hızı (m/dak), D o = iş parçasının ilk çapı (m) Tornalama işlemi sonucunda iş parçasının çapı D f ye iner. D f Do 2d 1

2 Tornalama işleminde ilerleme (f, feed) kaldırılmamış talaş kalınlığını (t) belirler. Tornalama işleminde kaldırılmamış talaş kalınlığı bu nedenle f ile gösterilir. İlerleme mm/dev olarak ifade edilir. İş parçasının bir devrinde kesici takımın yana doğru ne kadar ilerleyeceğini gösterir. İlerlemeyi takımın doğrusal hızına (ilerleme hızı) çevirmek için f yi iş parçasının devriyle çarpmak gerekir: N f f r : kesici takımın ilerleme hızı, mm/dak Silindirik parçanın bir uçtan diğer uca tornalanması için gerekli süre (T m, dak.): f r T m L f r Do L f V Birim zamanda kaldırılan talaş hacmi (R MR, mm 3 /dak), kaldırılan toplam talaş hacminin, tornalama süresine bölünmesiyle elde edilir: R MR f V d Bu eşitlikte f nin birimi mm olarak alınır. Torna Tezgahında Gerçekleştirilebilen Diğer İşlemler: Torna tezgahlarında silindirik tornalama dışında başka işlemler de yapılabilir (Şekil 22.2): (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) Alın tornalama (face turning, facing, end facing): Kesici ucun radyal olarak çeperden silindir merkezine doğru ilerletilmesiyle uçta düz dairesel bir yüzey elde edilmesi amacıyla uygulanır. Konik tornalama (taper turning): Kesici uca silindir eksenine paralel değil, eksenle belli bir açı yapacak şekilde ilerleme verilerek konik bir şekil elde edilir. Profil tornalama (contour turning): Kesici uç doğrusal değil, eğrisel bir ilerlemeyle talaş kaldırır. Form tornalama (form turning): Kesici kenar iş parçasına verilecek şekle sahiptir. Pah alma (chamfering): İş parçasının ucundan kısa mesafede belli bir açıyla talaş kaldırılır Kesme (cutoff): Kesici uca radyal doğrultuda bir ilerleme verilerek kesme işlemi gerçekleştirilir. Vida açma (threading): Açılacak vida şekline uygun sivri uçlu bir kesici takımla yüksek ilerleme değerlerinde ve istenen kesme derinliğinde talaş kaldırılarak yüzeyde vida dişi oluşması sağlanır. Delik işleme (boring): Kesici uca doğrusal bir ilerleme verilerek mevcut bir delikten talaş alınması işlemidir. Delik delme (drilling): Matkap ucunun silindir ekseni üzerinde ilerlemesiyle delik açılabilir. Tırtık çekme (knurling): Bu işlemde talaş kaldırma yoktur. Kendi ekseni etrafında dönme serbestisi olan bir tırtık aparatıyla dönmekte olan iş parçası yüzeyine baskı yapılarak tırtık izi oluşturulur. 2

3 Şekil 22.2 (a) alın tornalama, (b) konik tornalama, (c) profil tornalama, (d) form tornalama, (e) pah alma, (f) kesme, (g) vida açma, (h) delik işleme, (i) delik delme, (j) tırtık çekme Üniversal Torna (Engine Lathe): Şekil 22.3 te üniversal torna tezgahının başlıca parçaları görülmektedir. Üniversal torna elle kumanda edilen bir tezgahtır. Küçük ve orta üretim hacimlerinde yaygın şekilde kullanılır. Fener mili kutusu (headstock), iş parçasının bağlandığı iş milinin (spindle) dönmesini sağlayan tahrik mekanizmalarını içerir. Gezer punta (tailstock), uzun iş parçalarının serbest ucunun desteklenmesini ve merkezlenmesini sağlar. Kesici ucun bağlandığı parçaya kalemlik (tool post) denir. Kalemlik, çapraz kızağa (cross slide), o da arabaya (carriage) bağlıdır. Arabanın kızak (ways) üstünde kayma serbestisi vardır, böylece kesici takımın eksenel ilerlemesi sağlanır. Yatak (bed), araba ile gezer puntanın bağlı olduğu parçadır. Ayrıca tezgahın rijitliğini sağlar. 3

4 Şekil 22.3 Üniversal tornanın şematik gösterimi Arabanın eksenel doğrultuda ilerlemesi vida mili (leadscrew) tarafından sağlanır. Çapraz kızak ise, kesici ucun radyal yönde ilerlemesini sağlar. Alın tornalama, pah alma ve kesme gibi işlemler bu sayede mümkün olur. Üniversal tornalar genellikle yatay tezgahlardır. Bu tezgahlarda iş mili yatay konumdadır. İş parçası boyunun çaptan büyük olduğu durumlarda yatay üniversal tornalar kullanılır. Eğer iş parçası oldukça büyükse ve çap boydan fazlaysa dikey üniversal torna kullanılır. Torna kapasitesi işlenebilecek en büyük iş parçası çapı ve uzunluğuyla ifade edilir. İş Parçasının Tezgaha Bağlanması: İş parçası farklı şekillerde tezgaha bağlanabilir: 1) Fırdöndü (dog): İş milinden gelen dönme hareketinin iş parçasına aktarılması fırdöndüyle sağlanır. Fırdöndü aynası (dog plate) sıkı bir şekilde iş miline bağlanır. Fırdöndünün altındaki vida sıkılanarak iş parçası sabitlenir. Fırdöndünün üst kısmındaki yatay uzantı, fırdöndü aynası (dog plate) üstündeki kanala oturtulur (Şekil 22.4 (a)). İş parçası bir uçta gezer puntayla, diğer uçta ise konik boşluk içeren iş miline yerleştirilen puntayla merkezlenir. 2) Ayna (chuck): Ayna üç veya dört ayaklı (jaw) olabilir. Ayna iş miline sıkıca bağlanır. İş parçası aynadaki deliğe yerleştirilir. Sonra ayaklar radyal yönde hareket ettirilerek iş parçası sıkılır. Ayaklar aynı miktarda hareket ettiğinden iş parçasının merkezlenmesi de sağlanmış olur (Şekil 22.4 (b)). Kısa iş parçalarında tek ucun aynaya bağlanması yeterlidir. Uzun iş parçalarında ise diğer uçta gezer punta desteği gerekir. 3) Pens (collet): Pens iş miline sıkıca bağlanır. Pensin uzunluğunun yarısı boyunca uzanan üç tane kanat vardır. Kanatlı kısmın çapı uca yaklaştıkça artar. İş parçası pensin ortasındaki silindirik boşluğa yerleştirilir. Pensin üzerine geçirilen bilezik (sleeve) uca doğru yaklaştırılarak iş parçası sıkıştırılır. 4

5 Diğer Torna Tezgahları Şekil 22.4 (a) Fırdöndü, (b) 3-ayaklı ayna, (c) pens Üniversal tornadan farklı özellikleri olan torna tezgahları da vardır. Bunlardan biri revolver torna (turret lathe) dır. Üniversal tornadaki gezer puntanın yerini altı tane kesici ucun bağlanabildiği altıgen revolver almıştır. Buna ek olarak çapraz kızağın yerinde de dört tane kesicinin bağlandığı dörtlü bir revolver vardır. Ayrıca arka tarafta tek kesicinin bağlanabildiği bir tutucu (tool holder) daha vardır. Böylece, çok sayıda ve farklı geometrilerde kesici uçların hızlı bir şekilde değiştirilebilmesi mümkün olur. Böylece karmaşık şekle sahip parçaların daha kolay bir şekilde ve daha kısa sürede işlenmesi mümkün olur. Şekil 22.4 Revolver tornanın şematik gösterimi Otomat çubuk işleme tezgahı (automatic bar machine) küçük çaplı ve kısa silindirik parçaların üretilmesinde kullanılır. Bu tezgahlarda bağlama elemanı olarak penslerden yararlanılır. Tezgahın arkasında otomatik çubuk besleme mekanizması vardır. Esasında iş parçası uzun bir çubuk halindedir. Gerekli uzunluktaki parçanın işlenmesi bittiğinde kesilerek 5

6 alınır, sonra pens gevşetilerek çubuk uygun konuma gelinceye kadar arkadan itilir ve yeniden talaş kaldırma işlemi başlar. Bu tezgahlara otomat denmesinin nedeni bu işlemlerin hepsini tezgahın kendisinin yapmasıdır. Otomat çubuk işleme tezgahları tek akslı (single spindle automatic bar machine) ve çok akslı (multiple spindle automatic bar machine) olmak üzere iki çeşittir. Tek akslılarda aynı anda sadece bir tane iş parçası üzerinden talaş kaldırılabilirken, çok akslılarda tüm iş millerine bağlı olan iş parçalarından aynı anda talaş kaldırılabilir. Bu da üretimi hızlandırarak maliyeti azaltır. Şekil 22.5 te 6 akslı bir tezgahta gerçekleştirilen bir işlem görülmektedir. Her iş milinde farklı bir iş parçası üzerinden talaş kaldırılmaktadır. Tüm parçalar üzerinden talaş kaldırma işlemi bittiğinde, iş millerinin tümünün bağlı olduğu tanbur (drum) kendi ekseni etrafında bir adım döner ve talaş kaldırma işlemi devam eder. Şekil 22.5 (a) Üretilecek parça, (b) parçanın üretiminde uygulanan işlem sırası Otomat vida tezgahı (automatic screw machine) otomat çubuk işleme tezgahlarının özel bir çeşidi olup, vida üretiminde kullanılır. Geleneksel torna tezgahlarının kontrolü mekanik olarak sağlanır. Bu tezgahlarda operatörün önemli fonksiyonu vardır. Günümüzde tornalar da dahil olmak üzere birçok takım tezgahının kontrolü bilgisayarlı sayısal denetimlidir (CNC, computer numerical control). Bu tip tezgahlarda parça geometrisini ifade eden program tezgaha entegre bilgisayara yüklenir. Operatöre düşen sadece iş parçasını tezgaha bağlamak, gerektiğinde kesicileri değiştirmek ve işlem bittikten sonra tezgahı durdurup iş parçasını çıkarmaktır. Bilgisayar destekli tezgahlarda son derece karmaşık geometrilere sahip parçaları hızlı bir şekilde üretmek mümkündür. Delik İşleme (Boring) Delik işleme esas itibariyle bir torna işlemidir. Ancak bu işlemde dış silindirik yüzeyden değil, iş parçası üstünde önceden açılmış olan silindirik delik yüzeyinden talaş kaldırılır. Delik işlemedeki amaç mevcut deliği genişletmek veya istenen tolerans değerlerini elde etmektir. Delik işleme geleneksel torna tezgahlarında yapılabileceği gibi, bu iş için özel olarak tasarlanmış delik işleme tezgahları da (boring machines or boring mills) vardır. Delik işleme yatay (horizontal boring) veya dikey (vertical boring) olmak üzere iki çeşittir. Yatay delik işlemede eğer iş parçası üstündeki delik belli bir derinlikte sona eriyorsa, iş parçası aynaya bağlanır ve kesici uca yatay doğrultuda bir ilerleme verilir (Şekil 22.6 (a)). 6

7 Eğer delik baştan sona uzanıyorsa, iş parçası arabaya bağlanır. Kesici takımın bağlandığı çubuk, iş miliyle gezer punta arasında merkezlenir. Böyle bir durumda kesici uca dönme hareketi, iş parçasına ilerleme hareketi verilir (Şekil 22.6 (b)). Bu işlemlerde kesici takımın bağlandığı çubuğun yeterince rijit olması gerekir. Bu nedenle genellikle elastik modülü 620 GPa olan tungsten karbür (WC) esaslı malzemeler kullanılır (Şekil 22.7). Şekil 22.6 Yatay delik işleme Şekil 22.7 Delik işlemede kullanılan kesici takım ve bağlandığı karbür çubuk Dikey delik işleme uzunluğu çapından küçük, ağır ve büyük iş parçalarına uygulanır. İş parçası, kendi ekseni etrafında dönme hareketi yapabilen bir tabla üstüne oturtulur. Tabla çapı 12 m olan tezgahlar vardır. Şekil 22.8 de gösterilen dikey delik işleme tezgahında aynı anda birden fazla kesici takım talaş kaldırabilir. Çapraz raya (cross-rail) bağlı olan iki kesici 7

8 takımdan biri alından talaş alırken, diğeri delik işleme için kullanılabilir. Sütuna bağlı olan diğer kesici takım ise dış silindirik yüzeyden talaş kaldırabilir. Tüm kesici takımlara yatay ve dikey doğrultularda ilerleme verilebilir. Şekil 22.8 Dikey delik işleme tezgahı (vertical boring machine) 22.2 DELİK DELME (DRILLING) Silindirik delik açmak için matkap ucuyla (drill bit) gerçekleştirilen işlemdir. Matkap ucunda iki tane kesici kenar vardır. Belli bir devirde dönen matkap ucuna sabit duran iş parçasının yüzeyine dik doğrultuda bir ilerleme verilerek talaş kaldırmak suretiyle delik açılır. Matkap ucunun devriyle (N) kesme hızı (V) arasındaki ilişki: N V D N: dev/dak, V:m/dak, D: matkap çapı, m. Matkap ucunun bir devrinde iş parçası yüzeyine dik doğrultuda girme mesafesine ilerleme denir. f ile gösterilir ve birimi mm/dev dir. Delik delme işleminde önerilen ilerleme değerleri, matkap ucunun çapıyla orantılıdır. Çap arttıkça ilerleme artırılır. Devirle ilerleme çarpımı ilerleme hızını verir (f r, mm/dak): f r N f 8

9 İş parçasının bir yüzeyinden karşı yüzeyine kadar uzanan deliklere açık delik, belli bir derinlikte sona eren deliklere ise kör delik denir (Şekil 22.9). Şekil 22.9 (a) Açık delik, (b) kör delik Açık delik açmak için gerekli zaman (T m, dak): t A Tm f r t: iş parçası kalınlığı, mm f r : ilerleme hızı, mm/dak A: matkap uç açısı payı, mm. Açık delik için A mesafesinin de kat edilmesi gerekir. uç açısı A D tan(90 ) 2 2 Kör deliklerde, delik derinliği (d) iş parçası yüzeyinden, delik ucuna kadar olan mesafe şeklinde tanımlanırsa A nın işlem süresine etkisi olmaz. Bu durumda: d Tm f r Delik delme işleminde, birim zamanda kaldırılan talaş hacmi (R MR ) matkap ucunun kesit alanıyla, ilerleme hızının çarpımına eşittir: R MR 2 D 4 f r Bu bağıntı, matkap ucu tam çap derinliğe ulaştıktan sonra geçerlidir. Matkap ucunun yüzeyden A mesafesi kadar derinliğe indiği zaman aralığında geçerli değildir. 9

10 Delik Delmeyle İlgili Diğer İşlemler: Matkap tezgahlarında delik delme dışında başka işlemler de yapılabilir (Şekil 22.10): (a) (b) (c) (d) (e) Rayba işlemi (reaming): Mevcut bir deliği biraz genişletmek, delik çapında gerekli toleransı sağlamak ve deliğin yüzey kalitesini iyileştirmek amacıyla yapılan işlemdir (Şekil (a)). Kılavuz salma işlemi (tapping): Mevcut bir deliğin yüzeyine iç vida dişi açma işlemidir. Silindirik havşa açma (counterboring) Konik havşa açma (countersinking) Punta deliği açma (centering) Şekil (a) Rayba işlemi, (b) kılavuz salma, (c) silindirik havşa açma, (d) konik havşa açma, (e) punta deliği açma Matkap Tezgahları: Delik delme işlemi torna ve freze gibi tezgahlarda yapılabileceği gibi bu iş için özel matkap tezgahları da vardır. Sütunlu matkap (upright drill press) yaygın şekilde kullanılan matkap tezgahlarından biridir (Şekil 22.11). Zemin üzerinde durur, bir yatay kaide (base) üzerinde yükselen bir sütun ve bu sütuna bağlı delme başlığı (drilling head) ve tabladan oluşur. Delme başlığından gelen güç matkap miline (spindle) dönme hareketini verir. Matkap ucu matkap miline bağlanır. Mile aşağı doğru bir ilerleme verilerek tabla üzerindeki iş parçasına delik açılır. 10

11 Şekil Sütunlu matkap Masa tipi matkap (bench drill) sütunlu matkabın küçüğüdür. Zeminde değil, bir masa veya tezgah üzerinde durur. Radyal matkap (radial drill) büyük iş parçaları için kullanılır. Silindirik bir sütuna bağlı bir kol (arm) ve bu kola bağlı delme başlığından oluşur. Delme başlığı, kol üstünde radyal doğrultuda hareket edebilir. Kol ise hem dikey doğrultuda hareket edebilir hem de sütun etrafında dönebilir (Şekil 22.12). Bu sayede iş parçasının istenen her noktasında delik açılabilir. Çok milli matkap (multiple spindle drill) çok sayıda matkap ucu içerir. Aynı iş parçası üzerinde farklı noktalarda farklı işlemler yapılabilir. Şekil Radyal matkap 11

12 22.3 FREZELEME (MILLING) Kendi ekseni etrafında dönen çok uçlu kesici takımla prizmatik iş parçasının üst ve/veya yan yüzeylerinden talaş kaldırma işlemine frezeleme adı verilir. Geleneksel freze tezgahlarında talaş kaldırma esnasında iş parçasına yanal bir ilerleme verilir. Bazı yeni freze tezgahlarında ise, iş parçası sabit kalır, ilerleme kesici takıma verilir. Frezeleme işleminde ilerleme ile kesici takımın dönme ekseni birbirine diktir. Frezeleme işlemiyle delik delme işlemi arasındaki en önemli fark budur. Delik delmede matkap ucuna verilen ilerleme, dönme ekseniyle aynı doğrultudadır. Frezelemede kullanılan kesici takımlara freze çakısı adı verilir. Freze çakılarında birden fazla kesici kenar bulunur ve bu kenarlara diş denir. Frezeleme düz yüzey elde etmek için kullanılabileceği gibi, karmaşık yüzey (pres kalıbı, basınçlı döküm kalıbı gibi) oluşturma amacıyla da kullanılabilir. Tornalama gibi yaygın şekilde kullanılan bir talaş kaldırma işlemidir. Frezeleme kesintili bir talaş kaldırma işlemidir. Freze çakısı üstündeki dişlerden her biri çakının bir devrinde sadece belli bir aralıkta talaş kaldırır, sonra boşa çıkar. Belli bir aralıkta talaş kaldırmadan döner. Sonra tekrar talaş kaldırmaya başlar (Şekil 22.13). Kesintili talaş kaldırma işlemi çakının her devrinde dişleri çevrimli bir şekilde darbe kuvvetine ve ısıl şoka (sıcaklık iniş-çıkışı) maruz bırakır. Çakı malzemesi ve geometrisi bu çevrimli yükleme şartlarına dayanacak şekilde olmalıdır. Frezeleme Çeşitleri: Frezeleme işlemleri başlıca iki gruba ayrılır: (a) çevresel frezeleme (peripheral milling), (b) alın frezeleme (face milling) (Şekil 22.13). Şekil (a) çevresel frezeleme, (b) alın frezeleme Çevresel frezelemede freze çakısının dönme ekseni, frezelenecek yüzeye paraleldir ve talaş kaldırma işlemi çakının dış çeperindeki kesici kenarlar tarafından gerçekleştirilir. Farklı çevresel frezeleme çeşitleri vardır (Şekil 22.14): (a) Silindirik frezeleme (slab milling) işleminde freze çakısının genişliği iş parçasının genişliğinden fazladır. Tek pasoda tüm yüzey frezelenebilir. (b) Kanal veya kama kanalı frezeleme (slotting or slot milling) işleminde 12

13 çakı genişliği iş parçası genişliğinden azdır. Testere frezeleme (saw milling) çok ince çakılar kullanılarak iş parçasının iki parçaya ayrılacak şekilde kesilmesidir. (c) Yan frezeleme (side milling) iş parçasının yan yüzeylerinin frezelenmesidir. (d) Çift frezeleme (straddle milling) iki yan yüzeyin birlikte frezelenmesidir. Şekil (a) silindirik frezeleme, (b) kama kanalı frezeleme, (c) yan frezeleme, (d) çift frezeleme Çevresel frezeleme işlemi freze çakısının dönme yönü ve ilerleme yönüne bağlı olarak ikiye ayrılır. Eğer çakıdaki dişler iş parçası yüzeyine temas ettiklerinde dişin çevresel hızının yönü, iş parçasının ilerleme yönüne zıtsa buna zıt yönlü frezeleme (up milling), aynı yöndeyse eş yönlü frezeleme (down milling) denir (Şekil 22.15). Zıt yönlü frezelemede kaldırılan talaş önce incedir sonra kalınlaşır. Eş yönlü frezelemede ise en kalından başlayıp sonra incelir. Zıt yönlü frezelemede freze çakısı iş parçasına yukarı doğru bir kuvvet uygularken, eş yönlü frezelemede aşağı doğru bir kuvvet uygular. Bu nedenle zıt yönlü frezelemede, iş parçası tezgah tablasına daha özenli bir şekilde bağlanmalıdır. Zıt yönlü frezelemede kaldırılan talaşın uzunluğu, eş yönlü frezelemeye kıyasla daha uzundur. Bu, her iki yöntemle sabit hacimde talaş kaldırıldığında, eş yönlü frezelemede kesici dişlerin iş parçasıyla daha kısa süre temas halinde olması anlamına gelir. Bu durum takım ömrünü olumlu etkiler. Ancak döküm parçalar gibi sert yüzeye sahip parçalarda eş yönlü frezelemede kalın talaşla işlem başladığından, kesici diş daha büyük darbe yüküne maruz kalır ve takımın ömrü kısalır. Şekil (a) Zıt yönlü frezeleme, (b) eş yönlü frezeleme 13

14 Alın frezeleme işleminde freze çakısının dönme ekseni, talaş kaldırılacak yüzeye diktir talaş kaldırma işlemi çakının hem dış çeperindeki hem de alt yüzeyindeki kesici kenarlar tarafından gerçekleştirilir (Şekil 22.13). Farklı alın frezeleme çeşitleri vardır (Şekil 22.16): (a) Geleneksel alın frezeleme (conventional face milling) işleminde freze çakısının çapı iş parçasının genişliğinden fazladır. Çakı iş parçasının her iki yanından taşar. (b) Kısmi alın frezeleme (partial face milling) işleminde freze çakısı yüzeyin belli bir kısmından talaş alır ve iş parçasının sadece bir tarafından taşar. (c) parmak frezeleme (end milling) işleminde freze çakısının çapı, iş parçası genişliğinden azdır. (d) profil frezeleme (profile milling) işlemi bir tür parmak frezeleme işlemidir. İş parçasının yan yüzeyleri frezelenir. (e) cep frezeleme (pocket milling) işlemi de bir tür parmak frezelemedir. Bu işlemde iş parçası yüzeyinde belli derinlikte girinti oluşturulur. (f) Eğrisel frezeleme (surface contouring) eğrisel bir yüzey formu oluşturulması işlemidir. Freze çakısının uç kısmı küreseldir. Bu işlemden kalıp üretiminde yararlanılır. Bu da bir çeşit parmak freze işlemidir. Şekil (a) Geleneksel alın frezeleme, (b) kısmi alın frezeleme, (c) parmak frezeleme, (d) profil frezeleme, (e) cep frezeleme, (f) eğrisel frezeleme. Frezeleme İşleminde Kesme Şartları Frezeleme işleminde kesme hızı, freze çakısının çeperinin çevresel hızına eşittir ve çakının devrinden hesaplanabilir. V N D V: kesme hızı (m/dak), N: devir (dev/dak), D: freze çakısının çapı (m) Freze işleminde ilerleme freze çakısının tümü için değil, çakıdaki bir diş için tanımlanır (mm/diş). Tek dişin talaş kaldırma boyunca ne kadar ötelendiğini gösterir ve kaldırılan talaşın ulaşacağı en büyük kalınlığı bu parametre belirler. İlerleme arttıkça kalınlık artar. Tek diş için tanımlanan ilerlemenin freze çakısındaki diş sayısıyla çarpımı, çakının bir devrinde ne kadar ötelendiğini gösterir (mm/dev). Bu da devirle çarpılırsa ilerleme hızı elde edilir: 14

15 f r N n t f f r : ilerleme hızı (mm/dak), n t : çakıdaki diş sayısı, f: tek diş için tanımlanan ilerleme (mm/diş) İlerleme hızının kesme alanıyla çarpımı birim zamanda kaldırılan talaş hacmini (R MR ) verir. Buna göre birim zamanda kaldırılan talaş hacmi: R w d MR f r R MR : mm 3 /dak, w: kesme genişliği (mm), d: kesme derinliği (mm) Bu eşitlik freze çakısının iş parçasına yaklaşma mesafesini (A mesafesi) ihmal eder (Şekil 22.17). Frezeleme işlemi için gerekli süre hesaplanırken ise bu mesafenin dikkate alınması gerekir. Çevresel frezeleme işleminde Şekil deki geometriden: Frezeleme süresi (T m ): A d ( D d ) T m : dak T m L A f r Şekil Çevresel frezelemede yaklaşma mesafesi Alın frezelemede ise freze çakısının hem yaklaşma hem de uzaklaşma mesafeleri göz önüne alınmalıdır. Şekil de görüldüğü üzere alın frezelemede iki farklı durum söz konusu olabilir. Her iki durumda da bu iki mesafe birbirine eşittir (A=O). Birinci durumda freze çakısının merkezi iş parçası yüzeyinin ortasıyla çakışıktır ve her iki mesafe freze çakısının yarıçapına eşittir. İkinci durumda ise freze çakısı tam çap değil, belli bir w genişliğinde talaş kaldırır. Bu durumda: Her iki durumda da: A O w( D w) T m L 2A f r 15

16 Şekil Alın frezeleme işleminde yaklaşma ve uzaklaşma mesafeleri Freze Tezgahları (Milling Machines) Freze tezgahları iş mili dönme ekseni doğrultusuna bağlı olarak başlıca iki ana gruba ayrılır. Eğer iş mili dönme ekseni talaş kaldırılacak yüzeye paralelse buna yatay freze tezgahı denir ve çevresel frezeleme işlemlerinde kullanılır. İş mili dönme ekseni yüzeye dikse buna dikey freze tezgahı denir ve alın frezeleme işlemlerinde kullanılır (Şekil 22.19). Geleneksel freze tezgahları dirsek ve sütunludur (knee and column milling machines). İş tablası dirsek üzerine yerleştirilir. Sütun ise iş tablası ve konsolu destekler. İş tablasının x-y-z eksenleri doğrultusunda ötelenme serbestisi vardır. Şekil (a) Yatay freze tezgahı, (b) dikey freze tezgahı En yaygın şekilde kullanılan tezgah, yatay bir freze tezgahı olan Üniversal Freze Tezgahı dır (universal milling machine) (Şekil 22.20(a)). İş tablası üç doğrultuda ötelenmenin yanı sıra dikey eksen etrafında dönme serbestisine de sahiptir. Bu da açısal şekillerin ve helislerin oluşturulmasını kolaylaştırır. Şekil 22.20(a) da konsol, malafa ve kesici, şekli karıştırmamak için gösterilmemiştir. Koçbaşlı Freze (ram mill) tezgahında iş milinin bağlı olduğu kesici kafa (tool head) yatay doğrultuda hareket edebilen bir koçbaşına bağlıdır. Koçbaşı iler-geri hareket ettirilerek, 16

17 freze çakısı iş parçası üzerinde istenen konuma getirilebilir. Ayrıca kesici kafa koçbaşı ekseni etrafında döndürülebilir. Böylece açılı talaş kaldırma mümkün olur. Şekil (a) Universal freze tezgahı, (b) Koçbaşlı freze Yatak tipi freze tezgahları (bed-type milling machines) büyük hacimde talaş kaldırmak için kullanılır (Şekil 22.21). Dirsek ve sütunlu tezgahlara göre daha rijittirler. İş tablası dirsek yerine doğrudan yatak üzerine yerleştirilir. Sadece tek yatay doğrultuda hareket serbestisi vardır. İş mili ise sadece dikey doğrultuda hareket edebilir. Bu tip tezgahlar iş parçası yüzeyine her türlü şeklin verilebildiği çok amaçlı tezgahlar değildir. Amaç büyük iş parçalarından kısa sürede büyük miktarda talaş kaldırmaktır. Sadece bir tane freze çakısının bağlanabildiği tezgahlara tekli freze (simplex mill), iki ve üç tane çakının bağlanabildiği tezgahlara ise sırasıyla ikili freze (duplex mill) ve üçlü freze (triplex mill) denir. İkili frezelerde yatağın iki zıt tarafında birer tane kesici kafa vardır. Üçlü frezelerde bunlara ek olarak dikey bir kesici kafa vardır. Şekil 22.21Tekli yatak tipi freze 17

18 Planya tipi freze tezgahları (planer type mills) çok büyük iş parçaları için kullanılır. Yapı itibariyle planya tezgahına benzerler (Şekil 22.27). Ancak iş tablasının ileri-geri doğrusal hareketi planya işleminde olduğu gibi kesme hızını değil, sadece iş parçasının ilerlemesini ifade eder. İş parçası üzerine köprü şeklinde yerleştirilen konsol üzerine çok sayıda kafa bağlanarak, iş parçasının farklı konumlarında eş-zamanlı talaş kaldırma gerçekleştirilebilir. Kopyalı freze tezgahları (tracer mill) kalıp imalatında kullanılır. Önceden hazırlanan bir şablon üzerinde hareket eden bir izleyici vardır. Özel bir mekanizmayla izleyiciye bağlı olan kesici kafa, izleyicinin tüm hareketlerini aynen takip eder. Böylece iş parçası üzerinde son derece karmaşık üç boyutlu bir geometri oluşturulabilir. Son yıllarda geliştirilen bilgisayarlı sayısal denetim (BSD) freze tezgahları (CNC milling machines) kopyalı freze tezgahlarının yaptığı işi şablon kullanmaksızın yapabilirler. Oluşturulacak kalıp yüzeyini ifade eden geometrik form bir bilgisayar programı şeklinde tezgaha entegre bilgisayara yüklenir. Bu tezgahlarda genellikle birden fazla iş mili vardır. Tümü aynı anda kontrol edilerek birkaç talaş kaldırma işlemi aynı anda gerçekleştirilebilir. İşleme Merkezleri (machining centers) çok sayıda talaş kaldırma işlemini aynı anda gerçekleştirebilen bilgisayarlı sayısal denetim tezgahlarıdır (Şekil 22.22). Normal CNC tezgahlardan çok daha verimli çalışırlar. Bunun nedenlerinden biri otomatik freze çakısı değiştirme mekanizmasının olmasıdır. Tezgaha entegre bir kesici takım magazini vardır. Bu magazine 100 civarında farklı kesici takım yerleştirilebilir. Tanımlı bir bilgisayar programına bağlı olarak tezgah, bu kesici takımlardan gerekli olanı alır ve iş miline bağlar. Diğer bir üstünlük palet değişim mekanizmasıdır. İşleme merkezlerinde iki veya daha fazla sayıda palet vardır ve her palete farklı bir iş parçası vardır. İş parçasının işi bittiğinde hemen tezgahtan dışarı çıkarılır ve diğer palet tezgaha otomatik olarak yerleştirilir. Böylece iş parçasının sökülmesi ve bağlanması için harcanan zaman en aza indirilmiş olur. Ayrıca iş parçasının konumlanması bilgisayar programı çerçevesinde otomatik olarak gerçekleştirilir. Şekil İşleme merkezi 18

19 İşleme merkezleri, BSD tornalama merkezlerinin de (CNC turning centers) geliştirilmesine yol açmıştır. BSD tornalama merkezlerinde tornalama işleminin yanı sıra delik delme, delik işleme, rayba gibi işlemler bilgisayar kontrolü altında yapılır (Şekil 22.23). Şekil BSD tornalama merkezi Torna ve freze işlemlerini birleştiren BSD freze-torna merkezlerinde (CNC mill-turn centers) tornalama tezgahlarında yapılabilecek işlemlere ek olarak, silindirik parçanın belli bir kısmında yassı yüzey elde edecek şekilde freze işlemi de yapılabilmektedir (Şekil 22.24). Şekil BSD freze-torna merkezlerinde yapılabilecek işlere bir örnek, (a) son ürün, (b) işlem sırası 19

20 22.4 VARGEL ve PLANYA İŞLEMLERİ Vargel ve planya işlemleri tek uçlu bir kesici takımın kullanıldığı doğrusal bir hat boyunca talaş kaldırılan işlemlerdir. Geleneksel vargel ve planya işlemlerinde amaç düzgün yüzey elde etmektir. Ancak farklı geometriye sahip özel kesici takımlarla yüzeyde kanal, V-çentik, dişli profili gibi farklı şekillerin oluşturulması için de kullanılabilirler. Vargel ve planya işlemlerinde temel fark kesici kafa ve iş tablalarının yaptığı harekettedir. Vargel işleminde kesici kafanın doğrusal bir hızı vardır. Kesicinin iş parçasının başından sonuna doğrusal bir hat boyunca yaptığı talaş kaldırma işlemine bir paso denir. Bir paso sonunda kesici tekrar iş parçasının başına döner. Bu arada iş parçasının bağlı olduğu tabla bir adım yana hareket eder (ilerleme) ve sonraki paso başlar. Planya işlemi daha büyük iş parçalarına uygulanır. Bu işlemde vargelin aksine iş tablası doğrusal bir hat boyunca hareket eder. Kesici takım sabit kalır. Bir pasoda baştan sona talaş kaldırma tamamlanınca iş parçası başa geri döner. Bu arada kesici takım da bir adım yana ilerler ve sonraki paso başlar (Şekil 22.25). Vargel ve planya işlemlerinde ilerleme birimi mm/paso (mm/stroke) dur. Şekil (a) Vargel işlemi, (b) Planya işlemi Vargel ve planya işlemlerinde sürekli ileri-geri hareket söz konusu olduğundan yüksek kesme hızlarında talaş kaldırmak mümkün değildir, torna ve frezelemeye kıyasla oldukça yavaş işlemlerdir. Ayrıca aynı freze işleminde olduğu gibi kesintili talaş kaldırma durumu vardır. Yani kesici bir paso sonunda iş parçasıyla temasını keser, sonra başa dönüp iş parçasına tekrar girer. Bu da ilk giriş esnasında kesicinin darbe yüküne maruz kalmasına neden olur. Şekil ve de sırasıyla vargel ve planya tezgahlarının temel parçaları görülmektedir. Vargel tezgahında kesici kafa koçbaşına (ram) bağlıdır ve koçbaşı ileri-geri hareket yapar. Planya tezgahında ise kesici kafa çapraz raya bağlıdır, bir paso sonunda çapraz kızak üstünde bir adım ilerler. Vargel ve planya tezgahlarında geri dönüşün hızlı olmasını sağlamak amacıyla hızlı-dönüş-mekanizması (quick-return-mechanism) kullanılır. Şekil Vargel tezgahı Şekil Planya tezgahı 20

21 Planya tezgahında çapraz raya birden fazla kesici takım bağlanarak aynı anda birkaç noktadan talaş kaldırılabilir. Bazı planya tezgahlarında iki sütun olur. Her sütuna bir çapraz ray bağlanarak daha fazla kesici takım aynı anda kullanılabilir. İki sütunlu olması ayrıca tezgahın daha rijit olmasını sağlar. Tek sakıncası işlenecek parçanın eniyle ilgili bir sınırlama getirmesidir BROŞLAMA (BROACHING) Broşlama çok uçlu bir kesici takımın doğrusal hareketiyle gerçekleştirilen bir işlemdir (Şekil 22.28). Bu işlemde iyi bir yüzey kalitesi, hassas tolerans ve farklı geometriler elde edilebilir. Elde edilecek şekle bağlı olarak farklı takım tasarımları gerektirdiğinden takım maliyeti yüksektir. Şekil Broşlama İç ve dış broşlama olmak üzere iki çeşit broşlama vardır. Dış broşlama iş parçasının dış yüzeyine uygulanır. İç broşlama ise iş parçasında önceden oluşturulmuş bir delikten talaş kaldırmak suretiyle istenen geometride bir delik elde etmek amacıyla uygulanır (Şekil 22.29). Şekil (a) Dış broşlama, (b) İç broşlama Broş tezgahları broşun hareket doğrultusuna bağlı olarak yatay ve dikey olmak üzere ikiye ayrılır. Birçok broş tezgahı iş parçasını çekecek şekilde kuvvet uygulayarak talaş kaldırır. Bunun iki istisnası vardır. Biri broş presidir. Bu tezgah iç broşlama amacıyla kullanılır ve broş takımını deliğin içine doğru iterek talaş kaldırır. Bir diğeri sürekli broş tezgahıdır. Bu tezgahta kapalı çevrim bir kayış taşıyıcıya bağlanan iş parçaları sabit duran broş takımına sürterek geçerler. Bu tezgah sadece dış broşlama için kullanılabilir. 21

22 22.6 TESTERE İŞLEMİ (SAWING) Testere işlemi iş parçasını ikiye ayırma, istenmeyen kısmı kesip atmak veya bazı durumlarda ince kanal oluşturma amacıyla uygulanır. 3 çeşit testere vardır: (a) Kollu Demir Testere (hacksaw): Düz bir testere ileri-geri doğrusal hareket yaparak talaş kaldırır. Ayırma işlemlerinde kullanılır. Talaş kaldırma işlemi testerenin ileri hareketi esnasında gerçekleşir. İşlem kesintili olduğundan verim düşüktür. İşlem elle yapılabildiği gibi, tahrik mekanizmasına sahip bir tezgahda da gerçekleştirilebilir. Tezgah istenen hız, ilerleme ve kuvvet değerlerinde işlemi yapabilir (Şekil 22.30(a)). (b) Şerit Testere (bandsaw): Şerit testere ince sacdan kapalı bir döngü şeklinde yapılmış bir testeredir. Şerit testere tezgahı kayış-kasnak sistemine benzer bir tahrik mekanizmasına sahiptir (Şekil 22.30(b)). Yatay ve dikey olmak üzere iki çeşittir. Dikey şerit testereler ayırma işleminin yanı sıra, kanal açma veya şekilli kesme amacıyla da kullanılabilir. (c) Yuvarlak Testere (circular saw): Belli devirde dönen dairesel bir testeredir. Genellikle uzun çubuk ve boruların istenen uzunlukta kesilmesi amacıyla kullanılır (Şekil 22.30(c)). Şekil (a) Kollu demir testere, (b) Şerit testere, (c) Yuvarlak testere Aşındırıcıyla kesme (abrasive cutoff) ve sürtünmeyle kesme (friction sawing) işlemleri testereden farklı şekilde de olsa aynı amaçla kullanılır. Aşındırıcıyla kesmede ince disk şeklinde bir taş belli bir devirde kesme işlemini gerçekleştirir. Bu işlemle metal testereyle kesilmesi mümkün olmayan yüksek sertlikteki malzemeler kesilir. Sürtünmeyle kesmede ise yüksek devirde dönen çelik bir disk, iş parçasına sürtünerek iş parçasını ısıtır ve yumuşatır. Böylece yumuşayan iş parçasının yüzeyinden içeri doğru girerek kesme işlemini gerçekleştirir. 22

23 22.7 YÜKSEK HIZLARDA METAL KESME (HIGH SPEED MACHINING) Son yıllarda kesici takım malzemelerinde ve takım tezgahlarında kaydedilen gelişmeler geleneksel olarak kullanılan değerlere kıyasla çok daha yüksek kesme hızlarında talaş kaldırmayı mümkün hale getirmiştir. Bu sayede işlem süresi kısaltılarak maliyetin azalmasının yanı sıra, daha iyi yüzey kalitesi ve tolerans değerlerinde parça üretilebilmektedir. Bu nedenle hem endüstri hem de akademik çevrelerde yapılan araştırma çalışmalarının konusu haline gelmiştir. Yüksek kesme hızı değerinin ne olduğu tamamen talaş kaldırılacak malzemeye bağlıdır. Tablo 1 de belli başlı bazı malzemeler için geleneksel kesme hızı ve yüksek keme hızı değerleri verilmiştir. Kesilmesi kolay malzemelerde oldukça yüksek kesme hızları kullanılabilirken, titanyum gibi kesilmesi zor malzemelerde yüksek kesme hızı değeri sınırı oldukça aşağılardadır. Tablo 1 Bazı malzemeler için geleneksel ve yüksek kesme hızı değerleri Malzeme Geleneksel Hız (m/dak) Yüksek Hız (m/dak) Alüminyum Gri dökme demir Sfero dökme demir Otomat çeliği Alaşımlı Çelik Titanyum