DELİKLİ DÖNER ELEKTROT KULLANARAK ELEKTROKİMYASAL DELME YÖNTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ VE DENEYSEL İNCELENMESİ. H. Bekir ÖZERKAN

Transkript

1 DELİKLİ DÖNER ELEKTROT KULLANARAK ELEKTROKİMYASAL DELME YÖNTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ VE DENEYSEL İNCELENMESİ H. Bekir ÖZERKAN DOKTORA TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEMMUZ 2010 ANKARA

2 H. Bekir ÖZERKAN tarafından hazırlanan DELİKLİ DÖNER ELEKTROT KULLANARAK ELEKTROKİMYASAL DELME YÖNTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ VE DENEYSEL İNCELENMESİ adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Can ÇOĞUN Tez Danışmanı, Makine Müh. Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği / oy çokluğu ile... Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Can ÇOĞUN (Makine Mühendisliği, Gazi Üniversitesi) Prof. Dr. Mehmet TÜRKER (Metal Eğitimi, Gazi Üniversitesi) Prof. Dr. İlhan M. GÖKLER (Makine Mühendisliği, O.D.T.Ü.) Prof. Dr. Bedri TUÇ (Makine Mühendisliği, Gazi Üniversitesi) Prof. Dr. Haluk DARENDELİLER (Makine Mühendisliği, O.D.T.Ü.)..... Tarih: 06/07/2010 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Doktora derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU. Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

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

4 iv DELİKLİ DÖNER ELEKTROT KULLANARAK ELEKTROKİMYASAL DELME YÖNTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ VE DENEYSEL İNCELENMESİ (Doktora Tezi) H. Bekir ÖZERKAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Temmuz 2010 ÖZET Bu çalışmada, alışılmamış imal usullerinden elektrokimyasal işleme yöntemi esas alınarak yeni bir hibrit elektrokimyasal delik delme (EKD) yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen EKD yönteminde takım dönme hareketi ile birlikte içinden püskürtme uygulanmaktadır. Bu amaçla küçük boyutlarda bir EKD tezgâhı tasarlanmış ve üretilmiştir. Ayrıca, klasik EKD yönteminin hibritleştirilmesini sağlayan basınç başlığı da üretilerek sisteme monte edilmiştir. Sistemin en önemli özelliği işlemelerde takım ilerleme hızının akım geri beslemeli kontrol ile ayarlanmasıdır. Bu işleme ünitesinde talaşlı imal usulleriyle gerinme pekleşmesinden dolayı işlenmesi güç olan Hadfield çeliği ve işlenebilirliği iyi olan AISI 1040 çeliği aynı işleme koşullarında işlenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Her iki çelikle yapılan deneylerde işleme geriliminin, takım dönüş hızının, elektrolit konsantrasyonun ve püskürtme basıncının artışıyla İİH değerleri artmıştır. Ortalama yanal açıklık değerleri sadece takım dönüş hızının artışı ile artış göstermiştir. AISI 1040 çeliğine açılan delik kesitlerinin Hadfield çeliğine göre daha düzgün yapıda olduğu görülmüştür. Çalışmada ayrıca TM çelik malzemenin EKD ile işlenebilirliği de deneysel olarak incelenmiştir. TM çelik malzeme bu üç çelik malzeme içerisinde en hızlı çözünen malzeme özelliğini göstermiş ve en düşük yanal açıklık bu malzemede görülmüştür. Ayrıca Hadfield ve AISI 1040 çeliklerine göre yüksek İİH değerleri elde edilmiştir. Bununla birlikte dönmesiz takımlı işlemeler

5 v yüksek basınç etkisi ile TM çelikte başarılmıştır. Elde edilen sonuçlar bu yeni hibrit EKD yöntemi ile düzgün şekilli derin deliklerin işlenmesi güç malzemelere kolaylıkla açılabileceğini göstermiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler :Elektrokimyasal işleme, Elektrokimyasal delme, Akım geri beslemeli kontrol, Döner takım, Hadfield çeliği, AISI 1040 çeliği, TM çelik Sayfa Adedi : 210 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Can ÇOĞUN

6 vi DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF ELECTROCHEMICAL DRILLING METHOD USING ROTATIONAL TUBULAR ELECTRODE (Ph. D. Thesis) H. Bekir ÖZERKAN GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY July 2010 ABSTRACT In this study, a new hybrid electrochemical drilling (ECD) method based on electrochemical machining (ECM) in non-conventional machining processes was developed. In developed method, tool makes rotational motion with inner flushing process. For this purpose, a new ECD machine has been designed and manufactured in small scales. The most important feature of the new system is the regulating tool electrode feed rate with current feedback control. On this machining unit, the Hadfield steel whose strain hardening behavior makes it difficult to machine with conventional methods, and AISI 1040 steel whose machinability is good, were machined with the same machining voltage, tool rotational speed, electrolyte concentration and flushing pressure in both steel experiments. MRR values increased with the machining parameters in both steel experiments. And also average radial overcut values increased with only tool rotation speed for these steels. However the AISI 1040 steel hole shapes were more regular than Hadfield steel. Also in this study the machinability of PM steel with ECD was investigated experimentally. PM steel is showed more fastly dissolution behaviour among these three steel materials and the lowest radial overcut is observed to this material. And also the highest MRR values were obtained in comparison with Hadfield and AISI 1040 steel. However with high pressure effect non rotational tool machinings were achieved in P/M

7 experiments. Results show that regular shaped depth holes can be drilled by with this new hybrid ECD method. vii Science Code : Key Words : Electrochemical machining, electrochemical drilling, Current feedback control, Rotational tool, Hadfield steel, AISI 1040 steel, PM steel Page Number : 210 Adviser : Prof. Dr. Can ÇOĞUN

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, moral veren hocam ve danışmanım Prof. Dr. Can Çoğun a teşekkürlerimi sunarım. Yine kıymetli tecrübelerinden faydalandığım tez izleme jürimde bulunan ve deney numunesi tedarikinde yardımlarını esirgemeyen hocalarım Prof. Dr. Mehmet TÜRKER e ve Prof. Dr. M. İlhan Gökler e teşekkür ederim. Tez konumla ilgili çalışmalarıyla bilinen ve geçmiş yıllarda yapmış olduğu çalışmalara ait orijinal yayınlarını kargo ile bana gönderen Hindistan Teknoloji Enstitüsü öğretim üyelerinden Prof. Dr. Vijay Kumar JAİN e çok teşekkür ederim. Bu çalışmada kullanılan deney düzeneğinin imalatında desteğini esirgemeyen MAKİM Makine İmalat San. ve Tic. Ltd. Şti. (Furkan Mühendislik) yöneticileri Ahmet GÖNÜLLÜ ve Tacettin İLERİ ile birim sorumlusu Zekai SAVRAN a ve diğer çalışanlarına teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca deney düzeneğinin elektronik kontrol kısmının tasarımında, imalatında ve deneysel çalışmalarım esnasında yaşadığım teknik sorunların giderilmesinde katkı ve desteklerini esirgemeyen kıymetli arkadaşım Elektronik Mühendisi Mehmet Emin AYDOĞAN a çok teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında bütün bilgi ve olanaklarını benimle paylaşan çok değerli arkadaşlarım Yrd. Doç. Dr. Ebru Kondolot SOLAK a, Öğr. Gör. Asım GENÇ e ve teknisyen Kadir YILMAZ a teşekkürlerimi sunarım.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... v TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER...ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ....xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xiii RESİMLERİN LİSTESİ... xx SİMGELER VE KISALTMALAR...xxv 1. GİRİŞ ELEKTROKİMYASAL İŞLEME TEKNOLOJİSİ Elektrolizin Temel Prensipleri Elektrokimyasal İşleme Teorisi EKİ Tezgahı EKİ ile Gerçekleştirilen Uygulamalar EKİ de Temel İşleme Parametreleri Elektriksel parametreler Elektrolit ile ilgili parametreler Takım ile ilgili parametreler İşparçası ile ilgili parametreler ELEKTROKİMYASAL DELİK DELME EKİ de İşleme Performansı Karakteristikleri ELEKTROKİMYASAL İŞLEME ÜNİTESİNİN TASARIM VE İMALATI EKİ Ünitesinin Mekanik Gövdesi... 76

10 x Sayfa 4.2. Deney Düzeneğinin Elektronik Kontrol Ünitesi ve Bilgisayar Yazılımı Doğru Akım (d.a.) Güç Kaynağı Elektrolit Sağlama ve Basınçlandırma Bölümü Basınç Başlığı ve Takım Bağlama Mekanizması DENEYSEL ÇALIŞMA Elektrokimyasal Delme Ünitesi İşleme Parametreleri İşparçası Elektrot (Takım) Takım yalıtımı Elektrolit ve İşleme Ortamı Veri Toplama Sistemi Deneylerin Yapılması Ölçümlerin değerlendirilmesi DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA Hadfield ve AISI 1040 Çeliklerinin EKD Deney Sonuçları Hadfield çeliği EKD deney sonuçlarının işleme performansı açısından irdelenmesi AISI 1040 çeliği EKD deney sonuçlarının işleme performansı açısından irdelenmesi TM Çelik Malzemenin EKD Deney Sonuçları TM çelik malzemenin EKD deney sonuçlarının işleme performansı açısından irdelenmesi Hadfield, AISI 1040 ve TM Çeliklerinin EKD Deneylerinin Takım aşınması Yönünden İncelenmesi

11 xi Sayfa 6.4. Tartışma SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR EKLER EK-1 Takıma ilerleme ve dönme hareketi yaptırılmasında kullanılan MAXON d.a. motoru teknik özelikler broşürü EK-2 MIP 10 pozisyon kontrol entegre kartı broşürü EK-3 EKD deneylerinde kullanılan d.a. güç kaynağı teknik özellikleri EK-4 EKD deneylerinde kullanılan d.a. güç kaynağı ait teknik boyutlar EK-5 Takımın değişik devirlerde döndürülmesinde kullanılan d.a. güç kaynağı teknik özelikleri EK-6 Tezgah kontrol kartı devre şeması EK-7 Tezgah kontrol kartı üretim için çizilen teknik resmi ÖZGEÇMİŞ

12 xii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 1.1. EKD yöntemlerinin karşılaştırılması Çizelge 2.1. Elektrolitler ve değişik işparçalarına ait işleme hızları Çizelge 5.1. EKD ünitesi teknik özellikleri Çizelge 5.2. Deneylerde kullanılan işleme parametreleri Çizelge 5.3. Deney tasarımı Çizelge 5.4. Deneylerde kullanılan AISI 1040 ve Hadfield çeliği işparçası malzemelerinin kimyasal bileşimi Çizelge 5.5. Deneylerde kullanılan TM malzemenin kimyasal bileşimi Çizelge 5.6. Siyanoakrilik dielektrik yalıtım malzemesinin kimyasal özellikleri Çizelge 6.1. Hadfield çeliği ön deney işleme parametreleri Çizelge 6.2. Hadfield çeliği 1-21 no lu deney sonuçları Çizelge 6.3. Hadfield çeliği no lu deney sonuçları Çizelge 6.4. Hadfield çeliği no lu deney sonuçları Çizelge 6.5. AISI 1040 çeliği 1-22 no lu deney sonuçları Çizelge 6.6. AISI 1040 çeliği no lu deney sonuçları Çizelge 6.7. AISI 1040 çeliği no lu deney sonuçları Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları

13 xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 1.1. Aşındırıcılı elektriksel işleme yöntemlerinin şematik olarak gösterimi, A:Aşındırıcılı, D: Dielektrik, E: Elektrolit, F: Yüzey bitirme, J: Jet, C: Kimyasal, G: Taşlama, US: Ultrasonik... 6 Şekil 1.2. Hibrit elektrokimyasal delik delme işlemleri... 8 Şekil 1.3. EKD ile farklı koşullarda delinmiş delik çaplarında ki değişim, a) Sırasıyla 1, 2 ve 3 no lu, b) 4, 5, ve 6, c) 7, 8 ve 9 no lu deneyler Şekil 1.4. a) EKD deney düzeneği, b) yüzeyi yalıtılmış ince bakır elektrot Şekil 1.5. Değişik işleme koşullarında elde edilmiş delik geometrileri Şekil 1.6. STEM ile işlenmiş delik profilleri a) 12 V, f=0,6 mm/dak, t on =500 μs, BTL= 1,1 mm; b) 12 V, f=0,5 mm/dak, t on =750 μs, BTL= 1,3 mm; c) 12 V, f=0,6 mm/dak, t on =500 μs, BTL= 0,7 mm Şekil 1.7. Teorik ve deneysel olarak çizilmiş delik kesit profilleri; V= 6 V, 2,5 M NaNO 3, işleme boşluğu = 0,25 mm, takım çapı = 0,3 mm Şekil 1.8. Klasik EKD de; a) Takım ilerleme hızı-iih değişimi, b) Takım ilerleme hızı-ra değişimi Şekil 1.9. a) Sayısal modelleme ile 1,5 μm.dak 1 hızla ilerleyen 5 μm çaplı takım kullanılarak 5, 10, 15, 20 ve 25 μm işleme derinliklerinde elde edilmiş işparçasının işlenmiş son halinin kestirimi (1) 25 ns ve (2) 50 ns; b) 1,5 μm dak 1 hızında, 5 μm çaplı takım ile 25, 50, 75 ve 100 ns de gerilim uygulamalarında elde edilmiş geometrik görünümün sayısal model kestirimi Şekil a) İşleme hızının vurum süresi ve elektrot çapına göre değişimi, b) Minimum vurum süresi ve oluşan işlem boşluğu değerlerinin takım çapına bağlı olarak değişimi, c) Takım çapının işleme boşluğu gerilimine bağlı olarak değişimi Şekil a) Klasik EKD de delik çapının vurum süresi ile değişimi, b) Elektrokimyasal aşındırma ile üretilmiş mikro boyutlu WC takımlar, c) Farklı işleme gerilimlerinde açılmış delik görünümleri... 30

14 Şekil Sayfa xiv Şekil Elektrokimyasal delik delmede deneysel ve teorik tasarlanan takımların karşılaştırılması Şekil a) Anot delik şeklinin sonlu elemanlar analizi ile oluşturulmuş zamana bağlı simülasyon sonuçları, b) deneysel ve simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması Şekil İşleme parametrelerinin (a) delik giriş çapı ve (b) konikliğine etkisi (Me: Kons. (g/l), V f : İşleme gerilimi (V), f: Takım hızı (mm/dak), P: Elektrolit püskürtme basıncı (bar) Şekil a) EKD ile eşzamanlı delik delinmesinin şematik gösterimi, b) Çok sayıda delik delinmiş plaka ve bir deliğin kesitinin SEM resimleri Şekil a) Düz ve kama uçlu boru tipi takımlar, b) 20 0 eğimle düz (1) ve kama (3) uçlu; 40 0 eğimle düz (2) ve kama uçlu (4) takımlarla açılmış delik görünümleri Şekil EKD de değişik elektrolit uygulamaları a) doğrusal içten püskürtme, b) klasik içten emme, c) vakum oluşturarak içten emme Şekil Lazer enerjisinin ve EKİ geriliminin İİH ya etkisi a)- c ) nanosaniye kızılötesi lazerli delme, b)- d) milisaniye yeşil lazerli delme Şekil a) Helisel kanallı takım kullanımında yanal püskürtmenin şematik gösterimi, b) takım dönme hızının delik giriş-çıkış çaplarına etkisi Şekil Sabit ve döner takımlarla delik delmede takım ilerleme hızının (a)-(b) ve elektrolit püskürtme hızının (c)-(d) İİH ya etkisi Şekil EKD de oluşan hatalı delik şekilleri Şekil 2.1. EKİ nin şematik görünüşü, a) işleme öncesi durum, b) işleme sonrası işparçasının aldığı son şekil Şekil 2.2. Demirin EKİ süresince oluşan elektrokimyasal reaksiyonlar Şekil 2.3. Elektrokimyasal işleme ünitesinin şematik gösterimi Şekil 2.4. EKİ sisteminin kontrol akış şeması... 54

15 Şekil Sayfa xv Şekil 2.5. Çeşitli elektrokimyasal işleme tiplerinin şematik görünümü Şekil 2.6. EKİ de sürekli d.a. güç kaynağı kullanıldığında gerilim ve akım şekli Şekil 2.7. EKİ de kesikli d.a. güç kaynağı kullanıldığında işleme boşluğu mesafesine göre (h g ) değişen gerilim (a), akım (b) ve elektriksel yük (c) dalga biçimleri Şekil 2.8. Elektrolit uygulama yöntemleri Şekil 3.1. Klasik EKD yönteminin şematik görünümü Şekil 3.2. STEM yönteminin şematik görünümü Şekil 3.3. Kapiler delme yönteminin şematik görünümü Şekil 3.4. Elektro akım delmenin şematik görünümü Şekil 3.5. ESD ile a) çok sayıda düz ve açılı, b) iç kısımlara delik delinmesi Şekil 3.6. Jet elektrokimyasal delme yönteminin şematik gösterimi Şekil 4.1. Tasarlanan EKİ deney düzeneğinin mekanik gövdesinin şematik görünümü Şekil 4.2. Maxon servo motorun PC kontrol akış şeması ve hareket kontrol için geliştirilmiş hazır paket programın ara yüz görünümü Şekil 4.3. Maxon servo motorun, a) bilgisayarlı ve PLC bilgi girişli kontrol edilmesi, b) İzleyici veya I/O modlu kontrol akış şeması, c) MIP kontrol şekli Şekil 4.4. İşleme boşluğu için yazılan bilgisayar programının çalışma algoritması Şekil 4.5. Elektrokimyasal işleme mekanizması veri akış şeması Şekil 4.6. EKİ yönteminde akım-işleme boşluğu mesafesi değişimi Şekil 4.7. Akımın geri beslemeli kontrolü ile işleme boşluğunun sabit tutulması.. 84

16 Şekil Sayfa xvi Şekil 4.8. EKİ esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda genel ayarlar kullanıcı arayüzü Şekil 4.9. İşlemeye başlamadan önce takımı işparçasına göre konumlandırmak için kullanılan DOKUNDUR fonksiyonu arayüzü Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda el ile kontrol menüsü kullanıcı arayüzü Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda sabit hızlı işleme menüsü kullanıcı arayüzü Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda akımlı işleme menüsü kullanıcı arayüzü Şekil EKD de takımın sabitlendiği basınç başlığı şematik görünümü Şekil 5.1. Tel erozyonla kesilmiş Hadfield çeliği numunelerinin geometrileri Şekil 5.2. AISI 1040 numunenin şematik görünümü ve boyutları Şekil 5.3. MPIF standart 35 e göre numune yapısının gösterimi Şekil 5.4. TM çelik numunenin şematik görünümü ve boyutları Şekil 5.5. Takım yalıtımı Şekil 5.6. Datinf Measure programında ölçüm öncesi birim ayarlaması Şekil 5.7. Numune kesitleri üzerinden delik çaplarının ölçülmesi Şekil 6.1. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak) Şekil 6.2. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak) Şekil 6.3. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak) Şekil 6.4. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak)

17 Şekil Sayfa xvii Şekil 6.5. İİH nın farklı püskürtme basınçlarında (bar) işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) Şekil 6.6. İİH nın farklı püskürtme basınçlarında (bar) işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400dev/dak) Şekil 6.7. İİH nın farklı takım dönüş hızlarında (dev/dak) işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (20 bar) Şekil 6.8. İİH nın farklı takım dönüş hızlarında (dev/dak) işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (40 bar) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (4,5 V-100 g/l-75 dak) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (5,5 V- 100g/l- 38 dak) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (6,5 V- 100g/l- 26 dak) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (7,5 V- 100g/l- 21,5 dak) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (7,5 V- 125g/l- 21 dak) Şekil no lu işlemede I (A)- t (s) grafiği (7,5 V- 150 g/l- 20,5 dak) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 20 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 40 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak)

18 Şekil Sayfa xviii Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200dev/dak) Şekil İİH nın farklı püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (20 bar) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (40 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 20 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 40 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=0 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=0 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak)

19 xix Şekil Sayfa Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=0 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l-(b) 125 g/l-(c) 150 g/l (20 Bar); (d) 100 g/l- (e) 125 g/l- (f) 150 g/l (40 Bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 0 dev/dak- (b) 200 dev/dak- (c) 400 dev/dak (20 bar); (d) 0 dev/dak- (e) 200 dev/dak- (f) 400 dev/dak (40 bar) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=0 dev/dak) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) Şekil OYA nın farklı takım dönüş hızlarına (dev/dak) göre değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c), 150 g/l (20 bar); (d) 100 g/l, (e) 125 g/l, (f), 150 g/l (40 bar)

20 xx RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 1.1. Farklı işleme parametrelerinde işlenmiş deliklerin SEM resimleri, a) 3 V, 45 Hz, 30 g/l; b) 7 V, 45 Hz, 30 g/l; c) 3 V, 55 Hz, 30 g/l Resim 1.2. a) Mikro kıvılcımların ve dağınık akımların etkilediği işlenmiş mikro delik görüntüsü, b) Uygun işleme değerlerinin kombinasyonuyla delinmiş mikro delik (3,5 V, vurum süresi oranı 0,5, 20 g/l NaNO 3, gerilim frekansı 45 Hz, takım titreşim frekansı 200 Hz) Resim 1.3. a) 23 khz, b) 100 Hz, c) 150 Hz değerlerinde takıma titreşim frekansı verilerek bakır levhaya açılmış deliklerin SEM resimleri Resim 1.4. Bakır levha üzerine açılmış mikro deliğin SEM resmi ve işleme süresince gerilim değişim grafiği, 3V, takım titreşim frekansı= 150Hz Resim 1.5. a) 100 mm kalınlığında 304SS folyoya 4 mm takım ile iki aşamalı işleme ile açılmış mikro delik (1.aşama: 4,8 V, 32 ns vurum süresi, 50 dak işleme süresi; 2.aşama: 5,2 V, 32 ns vurum süresi, 10 dak işleme süresi, 0,9 koniklik açısı), b) 6 mm çaplı takımla 20 mm kalınlığındaki numunede delinmiş delik (4,2 V, 21 ns, 30 dak işleme süresi, koniklik 1 o ) Resim 1.6. a) Sürekli d.a. ile paslanmaz çelik levhaya açılmış (W takım) mikro delik çap 420 mm, derinlik 200 mm, b) Kesikli d.a. ile paslanmaz çelik levhaya açılmış (Cu takım) mikro delik çap 220 mm, derinlik 300 mm, c) 150 mm genişliğinde, 300 mm derinliğinde 300 mm çaplı W (yüzeyi CVD ile SiC kaplanmış) takım ile oluşturulmuş kanalın mikro resmi Resim 1.7. a) Sırasıyla delik giriş ve çıkış görünümleri, b) Saf sulu EKİ ile yazılmış PW-ECM yazısı Resim 1.8. a) Üçgen ve kare kesitli takımlar (kenar uzunluğu 0,508 mm), b) Üçgen kesitli takım (kenar uzunluğu 0,484 mm), c) Saf sulu EKİ (takım tireşimşiz) ile üretilmiş üçgen ve dörtgen kavite, d) takım titreşimli EKİ ile üretilmiş üçgen delik Resim 1.9. EEİ işlenmiş a) 20 mm çaplı düz silindirik uçlu, b) disk çapı 54 mm olan disk uçlu elektrotlar... 23

21 Resim Sayfa xxi Resim a) Silindirik düz uçlu takımla oluşturulmuş 60 mm çaplı mikro yarımküre (45 mm takım çapı, 6 V), b) Disk uçlu takımla oluşturulmuş (40x20x80 mm) mikro kolonun ön görünüşü (65 mm disk çapı, 6 V) Resim a) EKİ ile paslanmaz çelik levha üzerine 100 ns vurum süresinde, 2 V gerilim ve 3 M HCl/6 M HF elektrolit ile işlenmiş mikro kanalın SEM görüntüsü, b) 100 ns vurum süresinde, 2 V gerilimle işlenmiş mikro boyutlu küp şekil Resim a) EKİ ile üretilmiş mikro boyutlu piramit (takım 5μm çaplı W tel; 2 V, 25 ns vurum süresi; 3M HCl/6M HF) b) EKİ ile üretilmiş mikro boyutlu pizmatik şekil (kaba işleme 143 ns vurum süresi, hassas işleme 50 ns vurum süresi; takım 30 μm çapta silindirik W tel; 3M HCl/6M HF) Resim a)-f) 50 mm çaplı Pt tel takım ile 50 ns vurum süresinde değişik konsantrasyonlarda ki elektrolitlerle işlenmiş deliklerin yüzey görünümleri, g) değişik gerilim ve vurum sürelerinde 50 mm çaplı pilatin tel takım ile delinmiş deliklerin mikro görüntüleri Resim a) WC mikro takım (1,5 M H 2 SO 4, 4,1 V, t= 210 s, 3 mm boy, 5 μm çap, ve 0,2 koniklik), b) mikro-milin görünümü, c) 7 mm çaplı takım ile 20 mm kalınlığında 304 SS folyoya açılmış mikro kanal (t= 10 dak., 9 μm genişlik, 10 μm derinlik), d) EKD ile açılmış delik profili (ϕ6 μm takım, 8 μm giriş çapı, 7,3 μm çıkış çapı, t= 30 dak) Resim a) Ø 50 mm pilatin takım ile Cu levha üzerine açılmış delikler (0,1 M HClO 4 / 0,01 M CuSO 4 ), 1) t on =5 ms, 2) t on =100 ns, b) Ni levha üzerine açılmış delikler (0,2 M HCl, 2,2 V), c) W takımla, Ni levhada 5 mm derinliğinde oluşturulmuş spiral şekil, (0,2 M HCl, 3 ns, 2 V) Resim Kenarları izole edilmiş takımla işlenmiş mikro deliğin giriş (a) ve çıkış (b) görüntüleri (58 µm çaplı takım, 500 µm işleme derinliği, 6 V, 60 ns); mikro duvarın üst (c) ve kesit (d) görüntüleri (duvar genişliği 15 mm, yüksekliği 160 mm) Resim a) Kare kesitli Ni takım, b) EKD ile işlenmiş delik geometrisi... 31

22 Resim Sayfa xxii Resim Hastelloy B-2 malzemesine 100 mm derinliğinde açılmış deliğin SEM resmi, a) delik girişi, b) delik çıkışı, c) 5 mm çaplı W takım Resim Vakumlu EKD ile değişik elektrolitik sıvı akış hızlarında açılmış delik görünümleri, takım hızı v=6 mm/s ve başlangıç işleme boşluğu h=80 mm, a) Q= 10 ml/dak; b) Q=15 ml/dak, c) Q= 20 ml/dak Resim a) Hava ortamında yeşil lazerle açılan deliğin giriş-çıkış mikro görüntüleri (200 mj, 10 s), b) JEKD-LD ile açılan deliğin giriş-çıkış mikro görüntüleri (200 mj, 40 V, 20 s) Resim a) Tel erozyon ile silindirik takım üretimi, b) silindirik kesitli takım, c) kenarı kesik silindirik takım, d) 100 mm çapında 750 mm derinliğinde açılmış mikro delik Resim Elektrokimyasal frezeleme ile oluşturulmuş mikro boyutlu a) şekilli delik, b) bir dizi kare şekilli kolon, c) spiral delik Resim Mikro boyutlu deliğe açılmış yivler Resim 4.1. EKİ düzeneği Resim 4.2. Çalışmalarda kullanılan d.a. güç kaynağı Resim 4.3. Pistonlu basınç pompası ve elemanları Resim 4.4. Basınç pompası bağlantısı, tahrik ve kontrol ekipmanları Resim 4.5. Basınç pompası by-pass mekanizması ve geri dönüş hortum bağlantısı Resim 4.6. Basınç pompası bağlantısının üstten görünüşü Resim 4.7. Elektrolit sağlama ve basınçlandırma sisteminin genel görünüşü Resim 4.8. Basınç başlığı ve tezgah başlığı bağlantısının görünümü Resim 4.9. Takımın kılavuz elemandan geçirilerek sabitlenmesi Resim 5.1. Deneylerde kullanılan EKD ünitesi Resim 5.2. Elektrot kesit görünümleri, a) tek delikli, b) çok delikli

23 xxiii Resim Sayfa Resim 5.3. Takımın sabitlenmesi Resim 5.4. EKD de elektrolit uygulaması Resim 5.5. Tezgah panosunda veri toplama ve aktarma sistemi Resim 6.1. Ön deneyler sonunda Hadfield çeliğine açılmış delik şekilleri (1-9 ve 11 no lu delikler dönmesiz takımlı işleme, 10 no lu delik döner takımlı işleme) Resim 6.2. Hadfield çeliğinden 1 ve 2 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri (h=8 mm) Resim 6.3. Hadfield çeliğinden 3 ve 4 no lu numunelerine açılmış delik görüntüleri Resim 6.4. Hadfield çeliğinden 5 ve 6 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri (h=8 mm) Resim 6.5. İşlenmiş deliklerde delik giriş ve çıkış çaplarının değişimi (h=8 mm) Resim 6.6. Delik duvarında oluşan çıkıntı yapıların görünümü Resim 6.7. AISI 1040 çeliğinden 1 ve 2 no lu numunelerde açılmış delik görüntüleri Resim 6.8. AISI 1040 çeliğinden 3 ve 4 no lu numunelerde açılmış delik görüntüleri Resim 6.9. AISI 1040 çeliğinden 5 ve 6 no lu numunelerde açılmış delik görüntüleri Resim Düşük elektrolit püskürtme basınçlı işlemelerde delik kesitinde oluşan çap değişimi (P=20 bar) Resim Yüksek elektrolit püskürtme basınçlı işlemelerde delik kesitinde oluşan çap değişimi (P=40 bar) Resim AISI 1040 çeliğine açılmış düzgün delik profilleri (h=8 mm) Resim TM çeliği 1 ve 2 no lu numunelerine açılmış delik görüntüleri Resim TM çeliği 3 ve 4 no lu numunelerine açılmış delik görüntüleri

24 xxiv Resim Sayfa Resim TM çeliği 5 ve 6 no lu numunelerine açılmış delik görüntüleri Resim TM çeliğinden 7-8 numunelere açılmış delik görüntüleri Resim TM çeliğinden 9-10 numunelere açılmış delik görüntüleri Resim Dönmesiz takımlı deneylerde elde edilen dalgalı delikler Resim EKD ile TM çeliğe açılan deliklerin giriş çapının büyümesi Resim TM numunelere EKD ile açılan deliklerde meydana gelen çap değişimleri (h=14 mm) Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm) Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm) Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm)

25 xxv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama A Atomik ağırlık d Delik çapı, mm e Malzemenin kimyasal eşdeğer ağırlığı, g h İşleme derinliği, mm H g f I İşleme boşluğu mesafesi, mm Takım ilerleme hızı, mm/s İşleme akımı, A J Akım yoğunluğu, A/cm 2 K Konsantrasyon, g/l m Çözünen malzeme miktarı, g n P q R r a r c t t f t off t on t pp V ΔV Y fi Z Takım dönme devir sayısı, dev/dak Elektrolit püskürtme basıncı, Bar Elektriksel yük, A/s Elektrolitin iç direnci, W-m Delik taban köşe yarıçapı, mm Takım yarıçapı, mm İşleme süresi, s Gerilim vurum frekansı, Hz Gerilim sönüm süresi, ns Gerilim vurum süresi, ns Gerilim vurum periyodu, ns İşleme gerilimi, volt Gerilim değişimi, volt Başlangıç işleme boşluğu mesafesi, mm Valans değerliliği

26 xxvi Kısaltmalar Açıklama AECG Abrasive Electrochemical Grinding AECH Abrasive Electrochemical Honing AEDG Abrasive Electrical Discharge Grinding AEDM Abrasive Electrical Discharge Machining BH Boyutsal Hata BTL Bare Tip of Length CD Capilarry Drilling ECAM Electrochemical Arc Machining ECD Electrochemical Drilling ECDM Electrochemical Discharge Machining EEİ Elektroerozyon ile İşleme EKD Elektrokimyasal Delme EKİ Elektrokimyasal İşleme ESD Electro Stream Drilling İİH İşparçası İşleme Hızı, mm 3 /dak JED Jet Electrolytic Drilling LAE Laser Assistance Etching LAT Laser Assistance Turning LECM Laser assistance Electrochemical Machining MAF Magnetic Abrasive Finishing OYA Ortalama Yanal Açıklık, mm PAT Plasma Assistance Turning PW-ECM Pure Water Electrochemical Machining STEM Shaped Tube Electrolitic Machining USMEC Ultrasonic Machining with Electrochemical A. UAEDM Ultrasonic Assistance Electrical Discharge M.

27 1 1.GİRİŞ İşlenmesi zor, üstün özellikli malzemeler özellikle havacılık, otomobil, kesici takım, kalıp ve model imalat sanayinde çok yaygın olarak kullanılmakta olup bunlar aşınma, ısıl, korozyon dayanımı ve mekanik özellikleri oldukça geliştirilmiş malzemelerdir. Makine imalatçılarına büyük ekonomik kazanç sağlayan bu yeni ileri teknoloji malzemelerin, geliştirilmiş ürün özellikleri ve birçok yerde karmaşık geometrideki tasarımlarda kullanılma isteği, geleneksel imalat yöntemlerini bu malzemeleri şekillendirmede uygulanamaz kılmıştır. Dolayısıyla, imalatçılar ve araştırmacılar, alışılmamış imal usulleri üzerine yoğunlaşmışlar ve yeni imalat yöntemleri arayışına girmişlerdir. Günümüz imalat sanayinde, üstün özellikli sert malzemelerin (mukavemetli süper alaşımlar, seramikler, kompozitler) alışılmamış imal usulleri ile işlenebilirliği üzerine yapılan çalışmalar oldukça fazla olup, bilinen yöntemlerin fiziksel ve kimyasal işleme prensipleri birleştirilerek yeni hibrit imalat yöntemleri geliştirilmektedir. Hibrit yöntemler genellikle, arzu edilen boyut hassasiyeti, karmaşık şekillerin mikro/makro boyutlarda üretilebilirliği, yüksek yüzey kalitesi ve işleme maliyetleri yönünden incelenmekte olup geliştirilen birçok yeni yöntem mevcuttur. Genellikle çalışmalar ısıl, elektriksel, kimyasal veya mekanik enerjinin kullanıldığı alışılmamış imalat yöntemlerinin birkaçının birleştirilerek hibritleştirilmesi üzerinedir. Malzemeleri işlemek için geliştirilmeye çalışılan yöntemleri iki sınıfta değerlendirmek mümkündür. Bunlardan birincisi ısıl, kimyasal, elektriksel ve mekanik işleme etkilerinin doğrudan ve tek başına malzemelerin şekillendirilmesinde kullanıldığı, diğeri ise temel alınan bir alışılmamış imal usulünün işleme etkisine yardımcı olarak diğer bir yöntemin birleştirildiği hibrit imal usulleridir. Uygulanabilirlik açısından bakıldığında, çalışmalarda denenmiş birçok hibrit alışılmamış imalat yöntemi henüz tezgâh olarak endüstride kullanım alanına sahip değildir. Geliştirilmekte olan yöntemlerin çoğu, temel alışılmamış imalat yöntemlerinden olan elektrokimyasal işleme yönteminin diğer imalat yöntemleri ile hibritleştirilmesi üzerinedir.

28 2 Elektrokimyasal işleme yöntemi, günümüz küçük ve orta ölçekli imalat endüstrisinde, tezgâh ve işleme maliyetleri yönünden pahalı bir işleme tekniği olduğundan yaygın değildir. Ancak, büyük ölçekli, hassas imalat işlemlerinin gerçekleştirildiği uçak-uzay, elektronik, bilgisayar ve mikro-mekanik endüstrilerinde, çok hızlı imalat tekniği olması, işleme esnasında takım ile işparçasının fiziksel temasının olmaması, takım aşınmasının meydana gelmemesi (aynı takımla çok sayıda parçanın işlenmesi), işparçası sertliğinin önemli olmaması, ve çapaksız, çatlaksız, ısıl etkilenmemiş yüzeylerin elde edilmesinden dolayı araştırmacılar tarafından üzerinde en fazla çalışma yapılarak hibritleştirilmeye çalışılan bir imalat yöntemidir. Birçok avantajı olmasına rağmen elektrokimyasal işleme yönteminin, elektro-erozyon, lazerle işleme tezgâhları gibi ticari anlamda bir imalat tezgâhı olarak dünya çapında pek fazla üreticisi mevcut değildir. Daha çok bilimsel araştırma ve geliştirme amacıyla laboratuarlarda üretilmiş, bileşenlerinin birbirinden bağımsız, rastgele yerleştirildiği küçük boyutlu işleme üniteleri mevcuttur. Günümüzde elektrokimyasal işleme yöntemi ile makro boyutlu işlemelerin yanı sıra elektrokimyasal çapak alma, honlama ve yüzey taşlama şeklinde de hibrit uygulamaları mevcuttur. Aynı zamanda, özellikle sürekli yeni gelişmelerin yaşandığı havacılık (uçak turbin kanatçıklarındaki soğutma delikleri), elektronik ve bilgisayar (baskı devre kartları), otomotiv (yakıt püskürtme enjektörleri) ve tıp (diş ve cerrahi implantlar) alanlarında, oldukça sert ve kırılgan malzemelere mikro boyutlu delik delme işlemlerinde sıkça tercih edilen bir üretim tekniği olmuştur. Genel olarak elektrokimyasal işleme yöntemi, makro ve mikro boyutlarda, üstün yüzey kalitesinde ve kabul edilebilir koniklikte delik delme işlemleri için alternatif bir yöntem olarak uygulama alanı bulmuş ve araştırmacıların elektrokimyasal işleme üzerinde yoğunlaştığı taraf, elektrokimyasal delik delme teknikleri olmuştur. M. Faraday ın elektrokimyasal çözündürme etkisi (1833) temel alınarak geliştirilmeye çalışılan delik delme teknikleri genel olarak; elektrokimyasal delik delme (ECD), şekillendirilmiş tüplü elektrolitik işleme (STEM), elektro akım delme (ESD), jet elektrolitik delme (JED) ve kapiler delme (CD) şeklinde sınıflandırılabilir. Bu yöntemlerin içerisinde sadece elektrokimyasal delik delme işleminde tuzlu çözeltiler ve düşük akım değerleri kullanılmaktadır. Halit tuzlu elektrolitlerin kullanıldığı

29 3 klasik elektrokimyasal delik delmede işleme boşluğunun reaksiyon ürünleri tarafından sürekli tıkanarak delme derinliğini kısıtlaması gibi büyük bir dezavantaj diğer asitli elektrokimyasal delme yöntemlerinin geliştirilmesine sebep olmuştur. STEM, ESD, JED ve CD yöntemlerinde, tuzlu çözeltiler içerisine düşük oranda, değişik tipte asit karıştırılarak asidin çözündürücü etkisinin de katkısı delme işlemlerinde kullanılmaktadır. Bunların klasik EKD den sonra geliştirilmiş tekniklerdir. Bu yöntemlerin içerisinde sadece STEM tezgâh olarak üretilmekte ve işletmelerde kullanılmaktadır. Yöntemlerin hepsi takımın sabit tutulduğu ve içerisinden işleme sıvısının püskürtüldüğü teknikler olarak bilinmektedir. Elektrokimyasal delik delme tekniklerinin en öneli avantajı elektriksel iletken olmak kaydıyla tüm metallere delik delinebilmesidir. Buna karşın yöntemde eşzamanlı olarak kontrol edilmesi gereken birçok işleme parametresi mevcuttur. Günümüzde elektronik, bilgisayar ve kimya alanında yaşanan hızlı gelişmeler ışığında işleme verilerinin çok hassas ayarlanabildiği cihaz ve donanım sistemleri ile elektrokimyasal işleme yöntemleri sürekli geliştirilmektedir. Kısacası yapılan araştırmalar istenilen şekil ve boyutlarda deliklerin üretilmesi yönünde hızla ilerlemektedir. Tezin Amacı Yüksek sertlik, aşınma dayanımı, tokluk ve deformasyon sertleşmesi gibi özelliklerinden dolayı birçok metal malzemenin geleneksel imalat yöntemleriyle mikro/makro ölçekte, istenilen yüzey kalitesinde ve karmaşık şekillerde işlenemediği bilinen bir gerçektir. Geleneksel işleme yöntemlerinin yetersiz kaldığı birçok imalatta kullanılan mekanik enerji türü değiştirilerek yeni hibrit alışılmamış imal usulleri geliştirilmektedir. Bu gelişim yeni malzemelerin üretimine bağlı olarak hızlı bir şekilde ilerlemektedir. Hibrit imalat usullerinin içerisinde delik delme işlemleri hem üç boyutlu karmaşık şekillendirmelere uygulanabilirlik açısından öncülük etmekte hem de yeni delik delme usullerinin geliştirilmesine neden olmaktadır. Elektrokimyasal alanda yaşanan hızlı gelişmelerin ışığında elektrokimyasal çözündürme etkisi ile sert metallerin işlenebilirliği bu tip araştırma ve geliştirmelerin odak noktası olmuştur. İşlenmesi güç metallere elektrokimyasal yöntemle delik delme işlemini çekici kılan yararları ise; artık gerilmelerin, takım aşınmasının

30 4 oluşmaması, şekil bozulması meydana gelmemesi, çapaksız eşzamanlı olarak çok sayıda delik delinebilmesi, yüksek h/d oranı ve üstün yüzey kalitesinin elde edilebilmesi şeklinde sıralanabilir [1-3]. Elektrokimyasal delik delme yönteminde elektrolit olarak tuzlu çözeltiler tercih edilmekte olup EKD yöntemleri arasında işlemelerde elde edilen delik derinliği ve çapı oranı (h/d) en küçük olanıdır [4]. Bu yöntemde delik delme esnasında elektroliz sonucu oluşan iyonik artıkların ve katı çökeltilerin işleme boşluğunu tıkayarak arzu edilen delik geometrisi ve boyut hassasiyetinin elde edilmemesi, derin delme işlemlerindeki en büyük sıkıntıdır [4-6]. Dolayısıyla yöntem imalat sektöründe, makro ve mikro boyutlu delik delme işlemlerinde ticari boyutta kullanılmadığı gibi derin, küçük çaplı deliklerin açılması üzerine literatürde çalışmaya rastlanmamıştır. h/d oranını artırmak ve işleme performansı karakteristiklerini iyileştirmek amacıyla elektrokimyasal delik delme tekniği, takımın tasarımında ve dinamik hareketinde, elektrolit tipinde, işleme akımının uygulamasında değişiklikler yapılarak üzerinde yoğun çalışma yapılması gereken bir konudur. Yöntemin en önemli avantajları elektrolitik sıvı olarak ucuz tuzlu çözeltiler ve küçük değerlerde akım kullanılmasıdır. Bu da işleme maliyetlerini diğer tekniklere göre oldukça düşürdüğünden dolayı yöntemin yüksek sertlikte malzemelere derin delik delme işlemleri gerçekleştirmeye dönük olarak geliştirilmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir. Bu amaçla, bugüne kadar araştırmalarda hiç denenmemiş olan hibrit bir yöntem tasarlanmış ve uygulanmıştır. Bu yöntemde işleme esnasında ince pirinç tüp takımların içerisinden yüksek basınçta işleme sıvısı püskürtülmüş ve takıma değişik devirlerde dönme hareketi verilmiştir. Bu şekilde eş zamanlı olarak takıma dönme hareketi verilerek ve içinden püskürtme işlemi gerçekleştirilerek klasik elektrokimyasal delme yöntemi hibritleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında minyatür bir elektrokimyasal işleme hücresi tasarlanıp imalatı gerçekleştirilmiş olup, deneysel çalışmalar bu düzenekte gerçekleştirilmiştir. EKD yönteminde en önemli nokta, işleme esnasında takımın işparçasına doğru izafi hareketi ve hızıdır. Geliştirilen hibrit imalat ünitesinde tezgâh kafa hareketi kontrolü sisteme monte edilen bir elektronik kart üzerinden bilgisayar yazılımı ile

31 5 gerçekleştirilmiştir. Bu tip kontrolün diğer araştırmalarda kullanılan işleme sistemlerinde bulunandan en önemli farkı, takım hızının akım geri beslemeli olarak kontrol edilmesidir. Takım hızı kontrolünün temel prensibi işleme esnasında değişebilen akım değerine göre takımın işparçasına yaklaşıp-uzaklaşmasıdır. Bu sayede sabit işleme boşluğu değerlerinde EKD ile işleme yapılmıştır. Değişik işleme parametrelerinde (gerilim, akım, elektrolit sıvı tipi, püskürtme basıncı, takım dönüş hızı) yüksek manganlı çelik (Hadfield çeliği), AISI 1040 çeliği ve FLN kodlu toz metal çelik işlenerek işparçası işleme hızı (İİH), ortalama yanal açıklık (OYA), boyutsal hata oranı (% BH), işlenen delik kesitleri incelenmiştir. Tez çalışması kapsamında takıma dönme hareketi kazandıran ve içinden elektroliti basınçlı püskürten delik delme başlığı da imal edilip sisteme montaj edilmiştir. Sistem, elektrokimyasal yöntemle istenilen boyutlarda delme uygulamalarını gerçekleştirebilmektedir. Tüm işlemelerde takımın ön uç kısmı hariç delik içerisine giren bölümü yalıtım malzemesi ile kaplanmıştır. Tezde geliştirilen hibrit yöntemin diğer çalışmalardan önemli bir diğer farkı ise, tüp elektrotun içerisinden püskürtülen sıvının işparçası yüzeyinde birikerek oluşturduğu az miktarda ki elektrolit kütlesinin işleme ortamı olarak kullanılmasıdır. Böylelikle işlem sıvısının sıcaklık artışı engellenmiş ve sıcaklık değişiminin işleme performansına etkisi giderilmiştir. Akım değişimi, kafa hızı, ilerleme miktarı ve işleme süresi bilgisayar yazılımı ile görüntülenip kaydedilmiştir. İşlenen yüzeylerin boyut ölçümleri görüntü işleme paket programı ile yapılmış ve yorumlanmıştır. Konuyla ilgili literatürdeki çalışmalar Geliştirilen hibrit yöntemler incelendiğinde, genellikle elektro-erozyon ile işleme (EEİ), elektrokimyasal işleme, ultrasonik işleme ve lazerle işleme gibi yöntemlerin işleme prensiplerinin birbirleriyle veya geleneksel imalat yöntemlerinin mekanik işleme prensipleri ile birleştirilmesi sonucu geliştirilmiş yöntemler olduğu görülmektedir. Günümüzde dünya genelinde geliştirilmeye çalışılan alışılmamış hibrit işleme yöntemlerini aşağıdaki şekilde sıralamak mümkündür [7].

32 6 Aşındırıcılı elektro-kimyasal taşlama (AECG)-(İngiltere, Rusya, Çin, Japonya), Aşındırıcılı elektro-kimyasal honlama (AECH)-(Rusya, Çin, Almanya, Polonya), Elektro-kimyasal ark ile işleme (ECAM)-(Rusya, Polonya, Hindistan), Elektro-kimyasal erozyon ile işleme (ECDM)-(Rusya, İngiltere, Hindistan), Aşındırıcılı elektro erozyonla taşlama (AEDG)-(İngiltere, A.B.D., Rusya, Japonya), Aşındırıcılı elektro erozyonla işleme (AEDM)-(Japonya, Hindistan), Manyetik abrasif yüzey bitirme işlemi (MAF)-( Japonya, Rusya. A.B.D), Ultrasonik elektro-kimyasal işleme (USMEC)- (Rusya), Ultrasonik etkili elektro-erozyonla işleme (UAEDM)-(Fransa, Japonya, Rusya, Çin, A.B.D), Lazer etkili ve plazma etkili tornalama (LAT, PAT)-(A.B.D, Rusya), Lazer etkili elektrokimyasal işleme (LAECM)-(A.B.D, Rusya, İngiltere, Polonya) [7]. Üzerinde sıkça araştırma yapılan yöntemlerin başında aşındırıcılı ve elektrokimyasal etkili hibrit yöntemler gelmektedir (Şekil 1.1) [7,8]. Şekil 1.1. Aşındırıcılı elektriksel işleme yöntemlerinin şematik olarak gösterimi, A:Aşındırıcılı, D: Dielektrik, E: Elektrolit, F: Yüzey bitirme, J: Jet, C: Kimyasal, G: Taşlama, US: Ultrasonik [7,8]

33 7 Çalışmanın ana konusunu teşkil eden klasik EKD kullanılarak yapılan araştırmaların çoğu, metal malzemelerin küçük boyutlarda işlenebilirliği üzerine olup genellikle elektrokimyasal mikro işleme (EMM) adı altında sunulmuştur [7-22]. Üzerinde en fazla çalışma yapılan hibrit elektrokimyasal işleme yöntemi ise elektro-erozyon ile işleme (EEİ) ve elektrokimyasal işlemenin (EKİ) birleştirilmesiyle geliştirilmiş elektro-kimyasal erozyon ile işleme (ECDM) dir. Bu yöntemin elektriksel iletken olmayan ve yarı iletken malzemelerin işlenmesinde oldukça etkili olduğu yapılan çalışmalardan bilinmektedir [23-29]. Takıma titreşim hareketi verilerek klasik EKD nin hibritleştirildiği çalışmalar ise oldukça azdır [7, 20, 30]. Yapılan literatür taraması sonucunda takıma dönme hareketinin verilerek hibritleştirildiği EKD çalışmalarının çok az sayıda olduğu görülmüştür [9-11]. Bu çalışmaların hepsinde deneysel olarak işleme bölgesine yanal püskürtme uygulaması denenmiş olup, takıma içten püskürtme ve dönme hareketinin birlikte verildiği çalışma bulunmamaktadır. Çalışmalarda genelde dönme hareketinin işleme performansına ve şekil tamlığına etkisi araştırılmış olup deneysel işlemelerin hepsi çok ince metal plakalara kısa süreli mikro delik delme şeklindedir. Döner takımla derin delik delmeyi hedefleyen herhangi bir çalışma mevcut değildir. Bu çalışmanın temel işleme prensibini oluşturan elektrokimyasal işleme yöntemi esas alınarak, üzerinde araştırmalar yapılan hibrit delik delme yöntemleri Şekil 1.2 de şematik olarak gösterilmiştir [12]. İşlemlerden klasik elektrokimyasal delme (ECD) işlemi, kontrollü ve hızlı elektrolitik çözündürme işlemi olarak tarif edilmektedir. Burada işleme esnasında katot takım, işparçasından çok küçük bir boşlukla ayrılmakta ve elektrik akımın elektrolitik hücreye uygulanmasıyla anot iş parçası bölgesel olarak hızlı bir şekilde çözünmektedir [13]. Bu yöntemde kurşun, bakır ve paslanmaz çelikten yapılmış, dış yüzeyi yalıtılmış boru şeklindeki takım içerisinden yüksek basınçlı elektrolitin püskürtülmesiyle, takım işparçası arasındaki reaksiyon ürünlerinin uzaklaştırılması, ortamın soğutulması ve yüksek hızda işparçasından malzeme çözündürülmesi işlemleri gerçekleşmektedir. Yöntemde i NaCl, NaNO 3, NaClO 3 ve bunların karışımları olan elektrolitler iyi sonuçlar vermiştir [2,3]. Yöntemin en büyük kısıtlaması delme esnasında metal malzemenin tuzlu çözelti ile

34 8 reaksiyonu sonucu oluşan çökelti ürünlerin işleme boşluğunu tıkaması ve buna bağlı olarak işlemenin durmasıdır. Sonuç olarak, klasik EKD de düşük h/d değerlerinde delik delinmektedir [5-7]. Bu sorun EKD nin kullanımını sınırlandırmış olup değişik hibrit elektrokimyasal delik delme (asit katkılı EKD) yöntemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır [2,3]. Bu amaçla geliştirilmiş ilk hibrit elektrokimyasal delme yöntemi olan şekillendirilmiş tüplü elektrolitik işlemede (STEM) düşük derişimli asitler kullanılmaktadır. Şekil 1.2. Hibrit elektrokimyasal delik delme işlemleri [12] Asitin kuvvetli çözündürücü etkisiyle klasik EKD de oluşan çökeltilerin işlemi tıkaması veya engellemesi gibi bir problemin meydana gelmemesi STEM yönteminin en büyük üstünlüğüdür. Böylelikle, STEM de EKD den daha yüksek h/d oranları elde etmek mümkündür [12,31]. Literatürde elektrokimyasal jet ile işleme (ECJM)

35 9 adı altında sınıflandırılan delik delme yöntemleri Şekil 1.2 de görüldüğü gibi üç farklı şekilde sınıflandırılmıştır [12,32]. Üç yöntemin ortak özelliği asitli elektrolitin yüksek basınç altında delme işlemlerinde kullanılmasıdır. Bunlardan birincisi kapiler delme (CD) işlemi olup bu yöntem, elektro-erozyon ile işleme (EEİ) yöntemiyle elde edilemeyecek derinlikteki ve STEM deki çaplardan daha küçük deliklerin açılmasında tercih edilmektedir [1, 12, 33, 34]. Elektro akım delme (ESD) yöntemi ise makro ve mikro boyutta delme işlemleri için tavsiye edilen ve üzerinde fazla çalışma yapılmamış bir delik delme yöntemidir. Burada, elektrolit negatif yüklü platinyum tel tarafından kutuplanarak katot görevi yapmaktadır. İşlem, çok küçük çaplı kılcal bir cam nozulun ucundan asit elektrolitin basınç altında işparçasına çarptırılarak işparçasının çözündürülmesi esasına dayanmaktadır [1,12,34]. Jet elektrolitik delme (JED) işleminde ise; nozul ucu işparçasında açılan deliğe işleme esnasında girmez (Şekil 1.2). Yüksek basınçlı elektrolit işparçası yüzeyine çarptırılarak anodik çözünme işlemi ile delik delinmektedir [32-35]. Bu yöntemde nozul, negatif yüklü katot takım olarak kullanılmakta ve elde edilebilecek en küçük çap, nozul delik çapına ve elektrolit sıvı basıncına bağlı olarak değişmektedir. EKD nin, kullanılan takım şekli ve elektrolit tipi değiştirilerek hibritleştirilmesi ile ilgili birçok deneysel ve teorik çalışma mevcuttur. Elektrokimyasal mikro delik delme üzerine yapılan deneysel bir çalışmada [36], işleme sıvısı olarak NaNO 3, NaClO 3 ve NaCl elektrolitleri değişik konsantrasyonlarda denenmiş ve işleme esnasında mikro kıvılcımların en düşük NaCl çözeltisinde oluştuğu ifade edilmiştir. 275 mm çaplı platinyum, 596 mm ve 357 mm çaplı çelik teller kullanılarak bakır işparçasına kör delik delindiği (Resim 1.1) bu çalışmada gerilim değerinin ve gerilim frekansının artmasıyla işleme akımının da arttığı ve Faraday kanununa göre İİH nın artan akım değeriyle artış gösterdiği vurgulanmıştır. Ancak, Faraday elektroliz kanunun küçük ve dar işleme boşluklarında (5-15 mm), kutuplama geriliminin sabit kalmamasından dolayı etkisini azalttığı belirtilmiştir. Dolayısıyla, işleme boşluğu mesafesinin sürekli değiştiği ve bu mesafenin mikro işlemelerde İİH yı etkileyen çok önemli bir parametre olduğu ifade edilmiştir.

36 10 Resim 1.1. Farklı işleme parametrelerinde işlenmiş deliklerin SEM resimleri, a) 3 V, 45 Hz, 30 g/l; (b) 7 V, 45 Hz, 30 g/l; (c) 3 V, 55 Hz, 30 g/l [36] EKD ile açılmış deliklerde karşılaşılan en önemli sorun işleme esnasında takımdan işparçasına mikro kıvılcımların atlaması ve dağınık yönlü akımların rastgele işparçasından metal iyonu koparmasıyla oluşan şekil bozukluğudur [37-39]. İşleme bölgesinde elektrolit direncinin artması, elektrolit ısınması, gaz kabarcıkların çıkması, işleme artıklarının akım bölgesinden tümüyle uzaklaştırılamaması gibi sebeplerin mikro kıvılcım ve dağınık yönlü akımın etkilediği bölgelerin oluşumunda çok etkili olduğu bilinmektedir [40]. Bu sorunları azaltmak için bütün işleme parametrelerinin işlemeyi eşzamanlı olarak etkilediği düşünülerek en ideal değerlerinin tespit edilmesi gerekir. Bu amaçla Munda ve arkadaşları [39], EKD de işleme parametrelerinin seçime ilişkin bir matematiksel model geliştirmişler ve teorik modelden elde ettikleri en uygun değerleri karşılaştırmak için NaNO 3 derişimli elektrolit içerisinde 335mm çaplı çelik tel ile bakır plakaya değişik koşullarda delikler delmişlerdir. İşlenen yüzeylerde mikro kıvılcım ve dağınık akımın etkilediği bölgenin (Resim 1.2) işleme geriliminin artışı ve elektrolit derişimin düşürülmesiyle azaldığı ifade edilmiştir. Ayrıca işleme gerilimi vurum frekansının artması ile akımın t on /t off (vurum süresi/bekleme süresi) sayısının da arttığı tespit edilmiştir. Buna bağlı olarak takım ilerlemesinin kesikli olduğu ve bu kesikli takım hareketinin işleme boşluğundan iyonik metal artıkların uzaklaştırılmasında çok etkili olduğu belirtilmiştir. Çalışmanın en önemli sonucu, uygun işleme gerilimin seçilmesi ve takımın titreşim frekansının artmasıyla işleme bölgesinde oluşturulan basınç dalgalanmasının etkisiyle işleme ürünlerinin kolaylıkla uzaklaştırıldığıdır. Buna bağlı olarak mikro kıvılcımların ve dağınık yönlü akımın şekil bozukluğu üzerine etkisinin

37 11 azaldığı ifade edilmiştir. Munda ve arkadaşları, 2,83 V, 2,16 vurum süresi oranı (t on /t off ), 10 g/l elektrolit konsantrasyonu, 35 Hz gerilim frekansı değerlerinde bu iki önemli sorunun etkilediği alanın 0,0001 mm nin altına düştüğünü vurgulamışlardır. Resim 1.2. a) Mikro kıvılcımların ve dağınık akımların etkilediği işlenmiş mikro delik görüntüsü, b) uygun işleme değerlerinin kombinasyonuyla delinmiş mikro delik (3,5 V, vurum süresi oranı 1/2, 20 g/l NaNO 3, gerilim frekansı 45 Hz, takım titreşim frekansı 200 Hz) [39] Daha sonra Bhattacharyya ve arkadaşları [41], yaptıkları deneysel çalışmayla takıma titreşim hareketinin verilerek mikro kıvılcımların oluşumunun azaltıldığını ve daha düzgün delik şekillerinin elde edildiğini tespit etmişlerdir. Piezo-elektrik seramik dönüştürücü ve sesli osilatör ile belirli frekanslarda takıma titreşim hareketi verilerek elektrokimyasal yöntemle 237,2 μm, 112 μm ve 102,5 μm çaplı paslanmaz çelik takımlarla bakır işparçalarının işlendiği çalışmada titreşim hareketinin İİH ve delik boyut hassasiyetine etkisi incelenmiştir Hz titreşim frekansı aralığında boyut hassasiyeti en iyi deliklerin (Resim 1.3) açıldığı ifade edilmiştir. Ayrıca, titreşim frekansının artmasıyla işleme esnasında işparçasından kopan iyonların işleme boşluğundan kolaylıkla uzaklaştırıldığı ve bundan ötürü İİH değerlerinde artış sağlandığı belirtilmiştir.

38 12 Resim 1.3. a) 23 khz, b) 100 Hz, c) 150 Hz değerlerinde takıma titreşim frekansı verilerek bakır levhaya açılmış deliklerin SEM resimleri [41] Munda, Bhattacharyya ve arkadaşları diğer bir çalışmalarında [42], daha önce geliştirdikleri matematiksel modele [39] takım titreşim frekansı parametresini de ilave ederek elde ettikleri teorik sonuçları, deneysel verilerle karşılaştırmışlardır. NaNO 3 derişimli elektrolit kullanılan çalışmada, 335 μm çapında yüzeyi yalıtılmış paslanmaz çelik takımla bakır işparçalarına mikro ölçekli delikler delinmiştir (Resim 1.4). İİH nın bütün işleme parametrelerinin (gerilim, konsantrasyon, vurum süresi) artışıyla arttığı, takım titreşim frekansı haricinde diğer işleme değerlerinin yanal açıklığı artırdığı ifade edilmiştir. Çalışmada, konsantrasyonun 20 g/l değerinin üzerine çıkmasıyla hidrojen gaz kabarcıklarında artış meydana geldiği ve bunun da mikro kıvılcımları oluşturarak yanal açıklık değerini artırdığı vurgulanan önemli bir noktadır. Takım titreşim frekansı ve gerilim frekansının birlikte artmasıyla mikro kıvılcımların oluşumuna etkisi bulunan işleme ürünlerinin işleme boşluğundan etkili bir şekilde uzaklaştırıldığı ve buna bağlı olarak da yanal açıklığın azaldığı belirtilen sonuçlar arasındadır. Ayrıca osiloskopla kaydedilen işleme süresi-gerilim grafiklerinde işleme esnasında küçük kıvılcım atlamalarına ait gerilim sıçramalarının oluşumu net bir şekilde tespit edilmiş (Resim 1.4) ve takım-işparçası arasında oluşan bu kıvılcım atlamalarının düşük elektrolit (15 g/l) konsantrasyonlarında meydana geldiği belirtilmiştir. Sonuç olarak, mikro kıvılcım atlamalarının işparçasından düzensiz malzeme kopmalarına ve istenilen boyut hassasiyetinin elde edilmemesine sebep olduğu ifade edilerek en uygun işleme parametrelerinin seçilmesi halinde bile bu kıvılcım oluşumunun önüne geçilemediği vurgulanmıştır. Araştırmacılar, en

39 13 küçük yanal açıklık değerine 300 Hz takım titreşim frekansı ve 53 Hz gerilim frekansında ulaşıldığını belirtmişlerdir. Resim 1.4. Bakır levha üzerine açılmış mikro deliğin SEM resmi ve işleme süresince gerilim değişim grafiği, 3V, takım titreşim frekansı=150 Hz [42] Elektrokimyasal çözündürmeyle 200 mm çapındaki tungsten karbür telden 50, 30, 20, 6 ve 4 mm çaplarında takımların üretilerek EKD ile 20 mm ve 100 mm paslanmaz çelik folyolara mikro deliklerin açıldığı bir çalışmada [43], delik çapının işleme süresine bağlı değişimi incelenmiştir. Kesikli akım ve H 2 SO 4 derişimli elektrolitin kullanıldığı delme işlemlerinde kısa vurum süresi ve yüksek akım frekansının delik geometrisinde yanal açıklığı ve konikliği azalttığı ifade edilmiştir. Araştırmacılar yanal açıklığın en düşük değerde olduğu delikleri, 12 mm delik çapıyla 100 mm kalınlığındaki numunede ve 8 mm çapla 20 mm kalınlığındaki numunede elde etmişlerdir (Resim 1.5). Takım ilerleme hızının şekil tamlığını elde etmede önemli olduğu ve 2 mm/dak gibi küçük ilerleme hız değerinde istenilen delik boyutlarına ulaşıldığı, delik ağzında koniklik oluşumunu azaltmak için iki aşamalı (1. aşamada düşük gerilim ve vurum süresi, 2. aşamada yüksek gerilim ve vurum süresi) işlemenin faydalı olduğu çalışmanın sonuçlarındandır.

40 14 Resim 1.5. a) 100 mm kalınlığında 304SS folyoya 4 mm çaplı takım ve iki aşamalı işleme ile açılmış mikro delik (1.aşama: 4,8 V, 32 ns vurum süresi, 50 dak işleme süresi; 2.aşama: 5,2 V, 32 ns vurum süresi, 10 dak işleme süresi, 0,9 koniklik açısı), b) 6 mm çaplı takımla 20 mm kalınlığındaki numunede delinmiş delik (4,2 V, 21 ns, 30 dak işleme süresi, koniklik 1 o ) [43] Sharma, Jain ve Shekhar [5], EKD ile 30 mm x 6,35 mm x 6,35 mm boyutlarında üst üste yerleştirilmiş 4 parça hız çeliğinden numuneye (Şekil 1.3) değişik işleme gerilimi ve ilerleme hızlarında delikler delerek İİH ve delik şeklinin değişimini incelemişlerdir. Anodik çözünme sonucu oluşan metal iyon çökeltilerinin işleme boşluğunu tıkamadan çözündürülmesi için 10% NaCl elektrolitinin içerisine 1% HCl katılmış ve takım içinden püskürtme yapılarak işlemeler gerçekleştirilmiştir. Yüzeyi perspeks ile yalıtılmış bakır borunun (dış çap=1,75mm, iç çap=0,677mm) takım olarak kullanıldığı çalışmada, üst üste yerleştirilerek delinen numuneleri işleme sonrası birbirinden ayırarak derinlik boyunca çap değişimi tespit edilmiştir. Hız çeliği işlemelerinde tespit edilen optimum işleme parametreleri aynı şekilde dizilmiş süper alaşım inkonel malzemesinin delinmesinde de kullanılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, hız çeliğinde inkonel alaşıma göre %25 daha yüksek İİH değerlerine ulaşıldığı, düşük işleme gerilimi ve yüksek ilerleme hızı seçilmesiyle en küçük yanal açıklık değerine erişildiği belirtilmiştir. Şekil 1.3 de görüldüğü gibi bütün işlemelerde en üstteki numunede açılan deliğin çapı alttaki iki numunedekinden küçük olarak tespit edilmiş ve en altta bulunan numunedeki delik çıkış çapı değerleri ise en küçük değerler olarak ölçülmüştür.

41 15 Şekil 1.3. EKD ile farklı koşullarda delinmiş delik çaplarında ki değişim, a) Sırasıyla 1, 2 ve 3 no lu, b) 4, 5, ve 6, c) 7, 8 ve 9 no lu deneyler [5] NaCl (12.5%) ve HCl (2.5%) karışımından oluşan elektrolit kullanılarak, yüzeyi kaplı ince bakır borularla nikel içerikli süper alaşımlara delik delinmesine yönelik yapılan bir çalışmada [6], HCl asidin işleme artıklarını ve metali hızlı çözündürücü etkisi ile delik profili daha düzgün yapıda elde edilmiştir. Takım ilerleme hızının 0,1 mm/s gibi çok küçük değerlerde hassas olarak kontrol edilebildiği EKD sisteminde (Şekil 1.4-a) takım ilerlemesi bir step motor ile sağlanmıştır. Çalışmada

42 16 işleme ortamı boru elektrotun içerisinden püskürtülen sıvının delinen bölge etrafına oluşturduğu küçük birikinti ile oluşturulmuştur. Takımın ucundaki yalıtılmamış kaplamasız uzunluğun artırılmasıyla d.a. güç kaynağından daha fazla akım çekilerek İİH nın arttığı ifade edilmiştir (Şekil 1.4-b). Şekil 1.4. a) EKD deney düzeneği, b) yüzeyi yalıtılmış ince bakır elektrot [6] Araştırmacılar [6], işleme esnasında takımı belirli zaman aralıkları ile çok az mesafelerde geri çekmişler ve böylelikle işleme boşluğunun etkili olarak çözünen iyonlardan temizlenmesi sağlamışlardır. Çalışmada, bu takım hareketinin minimum delik çapı ve yanal açıklık elde edilmesinde çok faydalı olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, yalıtılmamış takım ucu boyutunun, işleme gerilimin, elektrolitik sıvı konsantrasyonun artmasıyla İİH ile yanal açıklık değerlerinin artış gösterdiği ve takım hızı artışıyla yanal açıklık değerlerinin azaldığı vurgulanmıştır. Çalışmada, en düzgün delik geometrisine 9 V işleme gerilimi, 0,9 mm yalıtılmamış takım ucu ve 0,9 mm/dak takım hızı değerlerinde ulaşılmıştır (Şekil 1.5-b).

43 17 Şekil 1.5. Değişik işleme koşullarında elde edilmiş delik geometrileri [6] Şekillendirilmiş tüplü elektrokimyasal işleme (STEM) yöntemi kullanılarak yapılan bir diğer çalışmada [44], gerilim, takım ilerleme hızı, vurum süresi ve takımın yalıtılmamış uç uzunluğu gibi parametrelere bağlı olarak yanal açıklık ve İİH değişimi incelenmiştir. Elektrolitik sıvı olarak NaCl ve HCl asit karışımının kullanıldığı işlemelerde yüzeyi 115 mm kalınlığında perspeks ile kaplanmış bakır boru ile işleme parametrelerine bağlı olarak paslanmaz çelik malzemeye çapları 2,205 mm den 3,279 mm ye kadar değişen delikler açılmıştır. Derin delik delme (26 mm) işlemlerinin gerçekleştirildiği çalışmada, yanal açıklığın ve İİH nın gerilim ve vurum süresi değerlerindeki artma ile artış gösterdiği, en küçük yanal açıklığın lineer işparçası işleme hızının takım ilerleme hızına eşit olduğu durumda elde edildiği (Şekil 1.6) ifade edilmiştir. Ayrıca, takım ucundaki yalıtılmamış kısmın uzunluğunun (BTL) İİH yı artırma yönünde etkisinin belirgin olduğu ve düşük takım ilerleme hızının arzu edilen delik şekli ile boyut hassasiyetini elde etmede oldukça iyi bir seçim olduğu vurgulanmıştır.

44 18 Şekil 1.6. STEM ile işlenmiş delik geometrileri a) 12 V, f=0,6 mm/dak, t on =500 μs, BTL= 1,1 mm; b) 12 V, f=0,5 mm/dak, t on =750 μs, BTL= 1,3 mm; c) 12 V, f=0,6 mm/dak, t on =500 μs, BTL= 0,7 mm [44] Yong ve arkadaşları [22], takım-işparçası arasındaki işleme boşluğunun akım değişimine bağlı olarak bilgisayar programıyla kontrol edildiği minyatür bir elektrokimyasal işleme hücresi imal etmişlerdir. Bu hücrede kesikli gerilim uygulamasıyla paslanmaz çelik levha üzerine EKİ yöntemiyle mikro boyutlarda delik delme ve kanal açma işlemi gerçekleştirmişlerdir. Yazdıkları bilgisayar programı ile işleme boşluğu mesafesini mm aralığında kontrol etmişlerdir. Çalışmada 10% NaClO 3 derişimli elektrolit kullanarak, yüzeyi kimyasal buhar çökertme yöntemiyle SiC kaplanmış 302 mm çapında tungsten takım ve 180 mm çapında yüzeyi lusit kaplı bakır takım kullanarak işlemeler yapmışlardır. Sürekli ve kesikli doğru akım kullanarak deldikleri deliklerde kesikli akımla daha küçük çaplı ve kesit şekli daha düzgün deliklerin oluşturulduğunu (Resim 1.6 a-b) ifade etmişlerdir. Ayrıca üç eksenli kanal açma (Resim 1.6-c) işlemleri için akım geri beslemeli işleme tekniğinin işleme boşluğu mesafesini kontrol etmede ideal bir kontrol tekniği olduğunu belirtmişlerdir. Aynı boyda açılan delikler için, kesikli akımlı işlemelerde sürekli akımlı işlemelere oranla işleme süresinin daha uzun olduğu da çalışmanın önemli sonuçlarındandır.

45 19 Resim 1.6. a) Sürekli d.a. ile paslanmaz çelik levhaya açılmış (W takım) mikro delik çap 420 mm derinlik 200 mm, b) Kesikli d.a. ile paslanmaz çelik levhaya açılmış (Cu takım) mikro delik çap 220 mm derinlik 300 mm, c) 150 mm genişliğinde 300 mm derinliğinde 300 mm çaplı W (yüzeyi CVD ile SiC kaplanmış) takım ile oluşturulmuş kanalın mikro resmi [22] Delik kesit şeklinin bilgisayarla simülasyonun yapıldığı bir çalışmada [45], deneysel ve teorik olarak elde edilen delik kesitleri karşılaştırılmıştır. Araştırmacılar yaptıkları deneylerde çalışmada deliksiz ve düz uçlu 0,3 mm çapında bakır elektrot ile SKD 61 paslanmaz çelikten hazırlanmış numunelere NaNO 3 çözeltisinde EKD ile delikler delmişlerdir. İşleme süreleri olarak 60, 120 ve 240 s gibi küçük değerler seçilmiştir. Çalışmada geliştirilen analitik model sayesinde seçilen işleme parametrelerine uygun delik görünümünün önceden simülasyonunu yapılmış, deneysel ve teorik model sonuçlarının Şekil 1.7 de görüldüğü gibi uyumlu olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, artan işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu, işleme süresi ve azalan işleme boşluğu değerleriyle İİH nın artış gösterdiğini ifade etmişlerdir. Delik çapı değerinin gerilim ve işleme süresinin artışıyla büyük değerlere ulaştığı, konsantrasyon ve işleme boşluğu değerindeki artışın delik çapını çok az genişlettiği çalışmada elde edilen önemli sonuçlardandır.

46 20 Şekil 1.7. Teorik ve deneysel olarak çizilmiş delik kesit profilleri; V= 6 V, 2,5 M NaNO 3, işleme boşluğu = 0,25 mm, takım çapı = 0,3 mm [45] Yüksek gerilim uygulandığında ( V/m), saf suyun H + ve OH - şeklinde iyonlarına ayrılarak iletken sıvıya (elektrolit) dönüşmesi özelliğinden faydalanılarak işleme sıvısı olarak saf suyun kullanıldığı bir çalışmada [46], 3 mm çapında paslanmaz çelik tel takım ile 0.18 mm kalınlığında paslanmaz çelik levhaya, elektrokimyasal delik delme ve şekillendirme işlemleri (Resim 1.7) uygulanmıştır. İşlemelerden önce saf suya V/m değerinde gerilim uygulanmış, akım değeri 2 A/cm 2 nin üzerine kadar yükseltilerek saf suya iyonik özellik kazandırılmıştır. Saf suyun iyonlaştırılarak iletken hale gelmesinden sonra gerilim değeri düşürülerek işlemeler 28 V gerilim ve 2,3 A/cm 2 akım yoğunluğunda gerçekleştirilmiştir.

47 21 Resim 1.7. a) Sırasıyla delik giriş ve çıkış görünümleri, b) Saf sulu EKİ ile yazılmış PW-ECM yazısı [46] Çalışmada ayrıca üçgen ve kare kesit alanına sahip takımlar (Resim 1.8) ile saf sulu işleme ortamında titreşimli ve titreşimsiz olarak iki farklı tip işleme yapılmış olup takım titreşimli işlemeden elde edilen şekillerin daha hassas boyutlu olduğu ifade edilmiştir. Tüm işlemelerde mikro kıvılcımların oluşmasının ve işlenen yüzeylerde tahribata yol açmasının saf sulu EKD nin en büyük problemi olduğu ifade edilmiştir. Resim 1.8. a) Üçgen ve kare kesitli takımlar (kenar uzunluğu 0,508 mm), b) üçgen kesitli takım (kenar uzunluğu 0,484 mm), c) saf sulu EKİ (takım tireşimşiz) ile üretilmiş üçgen ve dörtgen kavite, d) takım titreşimli EKİ ile üretilmiş üçgen delik [46] Konvansiyonel yöntemlerle işlenebilirliği düşük olan vana çeliğinden (VV50) numunelerin (20 mm çap, 6 mm kalınlık) EKD ile işlendiği deneysel bir çalışmada [47], takım ilerleme hızı, elektrolit akış hızı, elektrolit tipi ve işleme geriliminin İİH, yüzey pürüzlülüğü ve yanal açıklığa etkisi araştırılmıştır. Delme işlemleri 8,6 mm çapında boru takıma içten püskürtme uygulaması ile gerçekleştirilmiştir. NaCl (100 g/l) ve NaNO 3 (250 g/l) tuzlu elektrolitlerin ayrı ayrı kullanıldığı işlemelerde İİH nın en çok takım ilerleme hızından etkilendiği ve yüzey pürüzlülüğünün takım hızının artışıyla birlikte azaldığı (Şekil 1.8) ifade edilmiştir. Ayrıca, düşük işleme hızlarında malzemeden düzenli olmayan iyonik kopmalar meydana geldiği ve NaNO 3 lı

48 22 işlemelerde NaCl çözeltisi kullanılan işlemelere göre daha iyi yüzey pürüzlülüğü ve yanal açıklık değerlerine ulaşıldığı belirtilmiştir. Araştırmacılar bunun sebebini NaCl elektrolitinde meydana gelen çözünme reaksiyonlarında ürünlerin topaklaşarak işleme bölgesini tıkadığı ve tıkanma anında akım değerinin kısa süreli olarak yükselerek işleme hızını değiştirmesinden kaynaklandığını ileri sürmüşlerdir [47,48]. Şekil 1.8. Klasik EKD de; a) Takım ilerleme hızı-iih değişimi, b) Takım ilerleme hızı-ra değişimi [47] Kenney ve arkadaşları [49], klasik EKD de takım-işparçası arasında oluşan aşırı gerilimin (over potential) işleme esnasında elektrolitin iletkenlik ve sıcaklık değerlerinde meydana gelen ani artışlardan ve çözünme ürünlerinin işleme boşluğunu tıkamasından dolayı oluştuğunu ifade etmişlerdir. Çalışmalarında bu aşırı gerilim değerini de (DV) geliştirdikleri sayısal modele ilave ederek başlangıç işleme değerlerine göre delik kesit geometrisinin önceden kestirimini yapmışlardır. Model, aşırı gerilim değerlerini işparçasının anodik çözünme akım değerlerine dönüştürerek elde edilecek işlenmiş geometrinin kestirimi iki boyutlu olarak gerçekleştirebilmektedir. Araştırmacılar modelde işlemenin kesikli d.a. ile yapıldığı varsayarak vurum süresi, bekleme süresi gibi parametreleri kullanmışlardır. Sonuç olarak, gerilim vurum süresi değiştirilerek oluşturulan simülasyonlarda (Şekil 1.9), uzun vurum sürelerinin işparçasından birim zamanda daha çok malzeme uzaklaştırdığı, kısa vurum sürelerinin ise şekil boyut hassasiyetinin elde edilmesinde faydalı olduğu ifade edilmiştir.

49 23 a) b) Şekil 1.9. a) Sayısal modelleme ile 1,5 μm.dak 1 hızla ilerleyen 5 μm çaplı takım kullanılarak 5, 10, 15, 20 ve 25 μm işleme derinliklerinde elde edilmiş işparçasının işlenmiş son halinin kestirimi (1) 25 ns ve (2) 50 ns; b) 1,5 μm dak 1 hızında, 5 μm çaplı takım ile 25, 50, 75 ve 100 ns de gerilim uygulamalarında elde edilecek geometrik görünümün sayısal model kestirimi [49] Elektro erozyon yöntemiyle silindirik düz ve disk şeklinde uç geometrilerine sahip tungsten karbür takımların (Resim 1.9) mikro ölçekli olarak üretilip, elektrokimyasal işleme ile paslanmaz çelik malzemelerde mikro şekillerin oluşturulduğu bir çalışmada [50], disk uçlu takımların işlenmiş geometrilerde koniklik değerini azalttığı belirtilmiştir. Resim 1.9. EEİ işlenmiş a) 20 mm çaplı düz silindirik uçlu, b) disk çapı 54 mm olan disk uçlu elektrotlar [50] Kesikli akım ile gerçekleştirilen işlemelerde, 0,1M H 2 SO 4 derişimli işleme sıvısının, mikro yapıların oluşturulmasında ve düzgün yüzeylerin elde edilmesinde en iyi

50 24 sonuçları verdiği belirtilmiştir. Ayrıca, işleme süresinin artmasıyla işleme boşluğu mesafesinde artış meydana geldiği ve bunun kesikli gerilim uygulamasıyla kısmen düşürüldüğü ifade edilmiştir. Disk uç şekline sahip takımların konikliği azaltmada oldukça etkili olduğu çalışmanın önemli sonuçlarındandır (Resim 1.10). Resim a) Silindirik düz uçlu takımla oluşturulmuş 60 mm çaplı mikro yarımküre (45 mm takım çapı, 6 V), b) Disk uçlu takımla oluşturulmuş (40x20x80 mm) mikro kolonun ön görünüşü (65 mm disk çapı, 6 V) [50] Kesikli gerilimin kullanıldığı diğer deneysel bir çalışmada [51], nano saniye mertebesinde gerilim uygulanarak 100 mm çapında elektrotlarla paslanmaz çelik (SS- 440) malzemeye mikro delikler delinmiştir. Gerilim vurum süresinin 1-5 MHz arasındaki değerlerde seçilmesiyle en ideal delik boyut hassasiyetinin elde edildiği ifade edilmiştir. Ayrıc,a işleme esnasında takım hızının küçük değerlerde (0,5-0,8 mm/dak) seçilmesi durumunda yanal açıklık değerlerinin azaldığı ve küçük takım ilerleme hızlarının boyut hassasiyetini elde etmede etkin bir faktör olduğu vurgulanmıştır. Asitli elektrolit ortamında nano-saniye mertebesinde gerilim uygulanarak, paslanmaz çelik malzemeler üzerine mikro boyutlu işlemelerin (Resim 1.11) yapıldığı bir başka çalışmada [52], boyut hassasiyetinin elde edilmesinde kesikli gerilim uygulamasının çok etkili olduğu ifade edilmiştir. Ayrıca malzeme çözünürlüğünün gerilim vurum süresinin artışına bağlı olarak doğrusal olarak arttığı ve işleme süresince işparçasında ergime, mekanik deformasyon ve malzeme içyapı değişikliği oluşmadığı vurgulanmıştır.

51 25 Resim a) EKİ ile paslanmaz çelik levha üzerine 100 ns vurum süresinde, 2 V gerilim ve 3 M HCl/6 M HF elektrolit ile işlenmiş mikro kanalın SEM görüntüsü, b) 100 ns vurum süresinde, 2 V gerilimle işlenmiş mikro boyutlu küp şekil [52] Cagnon ve arkadaşları [16], tungsten tellerin 2M derişimli KOH elektrolitte elektrokimyasal etki ile aşındırarak ürettikleri 5μm çaplı takımlarla paslanmaz çelik levhalarda mikro boyutlu yapılar oluşturmuştur. Yapılan işlemelerde elektrolitin işparçası yüzeyinde oluşturduğu iletken olmayan pasif tabakanın işleme başlangıcında hızlı bir biçimde uzaklaştırılması ve işparçasının kolay çözündürülmesi için elektrolit olarak HCl ve HF asit karışımlı sulu çözeltiler kullanılmıştır. Araştırmacılar, 143 ns gerilim vurumlarında kaba işleme yapıp, 50 ns vurum sürelerinde hassas işleme ile parçalara son şeklini (Resim1.12) vermişlerdir. Resim a) EKİ ile üretilmiş mikro boyutlu piramit (takım 5μm çaplı W tel; 2 V, 25 ns vurum süresi; 3M HCl/6M HF) b) EKİ ile üretilmiş mikro boyutlu pizmatik şekil (kaba işleme 143 ns vurum süresi, hassas işleme 50ns vurum süresi; takım 30 μm çapta silindirik W tel; 3M HCl/6M HF) [16]

52 26 Çalışmada ayrıca değişik vurum sürelerinde ve elektrolit karışımlarında paslanmaz çelik parçalara 50 mm çaplı platin tel takımlarla mikro delik delme işlemleri gerçekleştirerek vurum süresinin artmasıyla işleme boşluğunun ve delik geometrisinin genişlediği belirtilmiştir. Oluşturdukları delik şekilleri Resim 1.13 de görülmektedir [16]. Resim a)-f) 50mm çaplı platin tel takım ile 50 ns vurum süresinde değişik konsantrasyonlardaki elektrolitlerle işlenmiş deliklerin yüzey görünümleri, g) değişik gerilim ve vurum sürelerinde 50 mm çaplı platin tel takım ile delinmiş deliklerin mikro görüntüleri [16] Mikro delik delinmesi üzerine yapılan diğer bir çalışmada [53], platin levha katot olarak kullanılmış ve Co bağlayıcılı WC malzemeden mikro boyutlu (5 mm ve 7 mm çapta) takımlar H 2 SO 4 bazlı elektrolit içerisinde elektrokimyasal aşındırma ile üretilmiştir. Daha sonra bu takımlarla paslanmaz çelik plakaya EKİ yöntemiyle NaOH elektrolit ortamında mikro boyutlarda kanal (9 mm genişliğinde) ve delik (8 mm çapında) açma (Resim 1.14) işlemleri gerçekleştirilmiştir. İşlemelerde boyut hassasiyetini yakalamak için nano-saniye değerlerinde gerilim uygulandığı belirtilmiştir. Araştırmacılar, nano-saniye vurum sürelerinin çok küçük çaplı, derin olmayan delik delinmesinde tercih edilmesi gerektiğini, aksi halde uzun vurum sürelerinde takımdan işparçasına mikro kıvılcım atlamalarının oluştuğunu ve takım ucunun deformasyona uğrama riskinin yüksek olduğunu belirtmişlerdir.

53 27 Resim a) WC mikro takım (1,5 M H 2 SO 4, 4,1 V, t= 210 s, 3 mm boy, 5 μm çap, ve 0,2 koniklik), b) mikro-milin görünümü, c) 7 mm çaplı takım ile 20 mm kalınlığında 304 SS folyoya açılmış mikro kanal (t= 10 dak, 9 μm genişlik, 10 μm derinlik), d) EKD ile açılmış delik profili (ϕ6 μm takım, 8 μm giriş çapı, 7,3 μm çıkış çapı, t= 30 dak) [53] 500 ps gerilim vurum süresinde 100 nm boyut hassasiyetinde deliklerin üretildiği bir çalışmada [19], kesikli gerilim uygulamasının boyut hassasiyetini artırdığı ve nano/mikro boyutlarda işlemenin (Resim 1.15) EKİ ile mümkün olduğu ifade edilmiştir. Vurum süresinin artmasıyla işleme boşluğu mesafesinin arttığı, vurum süresinin azaltılmasıyla daha hassas delik boyutlarına ulaşıldığı ve asit elektrolitli işlemelerde yüzey kalitesinin tuzlu elektrolitlere göre çok iyi olduğu vurgulanmıştır. Ayrıca, asit karışımlı elektrolitlerin kullanılmasıyla işparçasının daha hızlı çözündüğü, keskin kenar ve köşelerin daha hassas üretildiği belirtilmiştir. Resim a) Ø 50 mm platin takım ile Cu levha üzerine açılmış delikler (0,1 M HClO 4 / 0,01 M CuSO 4 karışımı) 1) t on =5 ms 2) t on = 100 ns, b) değişik vurum sürelerinde (ns mertebesinde) Ni levha üzerine açılmış delikler (0,2 M HCl, 2,2 V), c) W takımla, Ni levhada 5 mm derinliğinde oluşturulmuş spiral şekil, (0,2 M HCl, 3 ns, 2 V) [19]

54 28 Park ve arkadaşları [54], elektrokimyasal mikro delik delmede (EMM) takım boyutunun İİH ya ve yanal işleme boşluğuna etkisini araştırmışlardır. Çalışmada, takım çapının veya işleme yüzey alanın artmasıyla, elektrolitin özdirencinin azaldığını ifade etmişlerdir. Kısa vurum süreli işlemelerde elektrolitteki gerilimin yeterli düzeyde artmadığından (Şekil 1.10-c) aynı vurum sürelerinde, takım çapı artırılarak yapılan işlemelerde, İİH nın azaldığı belirtilmiştir (Şekil 1.10-a). Şekil a) İİH nın vurum süresi ve elektrot çapına göre değişimi, b) minimum vurum süresi ve oluşan işlem boşluğu değerlerinin takım çapına bağlı olarak değişimi, c) takım çapının işleme boşluğu gerilimine bağlı olarak değişimi [54] Şekil 1.10-b de takım çapının artmasıyla, mikro işleme için uzun vurum sürelerine gerek duyulduğu ve buna bağlı olarak işleme boşluğunun arttığı görülmektedir. Araştırmacılar bu durumun işleme boşluğundaki elektrokimyasal hücre direnç değerinin azalmasından dolayı olduğunu ifade etmişlerdir. Empedans değerindeki azalmanın elektrolit direncinin azalmasıyla meydana geldiği ve bu durumda takım-

55 29 işparçası arasında akım akması için yeterli gerilimin oluşum süresinin kısaldığı bilinen bir gerçektir [2, 3, 54, 55]. Çalışmada, EMM de, mikro boyutlu takımların dış yüzeyleri izole edildiği zaman işlenen deliklerin daha düzgün profilli ve istenilen boyutlarda elde edildiği vurgulanmıştır [54]. Çalışmada takımın dış yüzeyi 3 mm kalınlığında enamel ile izole edilmiştir. Bu takımlarla işlenen mikro delikler Resim 1.16 da görülmektedir. Resim Kenarları izole edilmiş takımla işlenmiş mikro deliğin giriş (a) ve çıkış (b) görüntüleri (58 µm çaplı takım, 500 µm işleme derinliği, 6 V, 60 ns); mikro duvarın üst (c) ve kesit (d) görüntüleri (duvar genişliği 15 mm, yüksekliği 160 mm) [54] Kesikli gerilimin işleme performasına etkileri üzerine yapılan bir diğer EKD çalışmasında [13], 1 mm boyunda 5 mm çapında tungsten karbür takım ile paslanmaz çelikten folyoya (STS 420 malzeme, 40 mm çap, 80mm kalınlık) delikler delinmiştir. İşleme gerilimi, akımı, elektrolit konsantrasyonu, işleme süresi ve işleme boşluğu gibi parametreler değiştirildiği çalışmada mikro boyutlu delikler HCl (0.5M) sulu çözeltisinde oluşturulmuştur. Çalışmanın ilk aşamasında, Pt elektrotlar kullanılarak NaOH (2 M) sulu çözelti ortamında tungsten karbür takımlar (Şekil 1.12-b) elektrokimyasal işleme ile üretilmiş olup takımlarda boyut hassasiyetini yakalamak için düşük gerilim uygulaması (0,8 4 V) tercih edilmiştir. Sonuç olarak, kesikli gerilim uygulanmasında, vurum süresinin (Pulse On) artışıyla İİH nın arttığı ve küçük gerilim değerlerinde bekleme süresinin (Pulse Off) değiştirilmesinin boyutsal tamlığın, şekil düzgünlüğünün ve işlenen yüzeylerin pürüzlülük değerlerinin kontrol edilmesinde daha etkili olduğu vurgulanmıştır. Ayrıca, gerilimin ve vurum süresinin artmasıyla elde edilen mikro delik çapının büyüdüğü de (Şekil 1.11 a-c) ifade

56 30 edilmiştir. Tüm delme işlemlerinde yanal püskürtme uygulaması ile iyonik işleme ürünleri uzaklaştırılmış, ancak püskürtme basıncının etkisiyle takımın titreştiği ve kısa devre meydana geldiği gözlenmiştir. Dolayısıyla mikro takımlı işlemelerde yanal püskürtme basıncının düşük seviyede seçilmesi gerektiği belirtilmiştir. Şekil a) Klasik EKD de delik çapının vurum süresi ile değişimi, b) Elektrokimyasal aşındırma ile üretilmiş mikro boyutlu WC takımlar, c) Farklı işleme gerilimlerinde açılmış delik görünümleri [13] Kurita ve arkadaşları [14], işleme gerilimini, vurum süresini, elektrolitik sıvı konsantrasyonunu ve takımın hareket genliğini değiştirerek, 0,2 mm boyutunda kare kesitli Ni tel elektrotlarla, 0,2 mm kalınlığında Ni plakalara klasik EKD ile delik delmişlerdir (Resim 1.17). Çalışmada, akım geri besleme kontrollü ve kontrolsüz işlemeler yapılarak delik geometrisi, İİH ve yanal açıklık incelenmiştir. Takım hareketinin akım geri beslemeli kontrolünde işleme esnasında kısa devre oluşmadığı, işleme ürünlerinin işleme boşluğundan etkili bir şekilde uzaklaştırıldığı, sabit hızlı işlemelerde ise işleme boşluğunda elektrolitin direncinin değişmesine bağlı olarak az da olsa kısa devre meydana geldiği gözlenmiştir. Araştırmacılar, elektrolit direnci değişimini, işleme süresince takım-işparçası arasındaki sıcaklık ve işleme ürünleri yoğunluğu değişimine bağlı olduğunu belirtmişlerdir. Sonuç olarak, işleme akımının 180 ma değerine kadar artırıldığında işleme hızının artış gösterdiği, bu değerden sonra takım üzerinde H 2 kabarcıkların artışından dolayı elektrolit iletkenliğinin

57 31 azalarak işleme hızını azalttığı ifade edilmiştir. Ayrıca işleme hızının ve yanal işleme boşluğunun artan elektrolitik sıvı konsantrasyonu (3,5 g/dm 3 NaClO 3 ) ile arttığı, vurum süresinin İİH yı artırdığı ancak delik köşe yarıçapının takım yarıçapından oldukça büyük boyutlarda şekillendiği çalışmanın önemli sonuçlarındandır. a) b) Resim a) Kare kesitli Ni takım, b) EKD ile işlenmiş delik geometrisi [14] EKD ile açılan deliklerde, takım uç köşesinde ve akım yoğunluğun istenilen değerlere ulaşmadığı kısımlarda arzu edilen delik geometrisinin oluşmadığı bilinmektedir [2, 3, 14]. Jain ve arkadaşları [56], EKD yöntemiyle kör delik açılmasında delik köşe oluşumunda boyut hassasiyetini deneysel olarak inceleyip, deneysel verilerden takım boyutuna bağlı son delik boyutunu ve delik taban köşe şeklini teorik olarak tahmin etmek amacıyla matematiksel denklem türetmişlerdir. Düşük alaşımlı döküm ve dövme çelikler için türetilmiş bu denklem de r a son delik taban köşe yarıçapı, r c takım yarıçapı, A ve B ise katsayılardır. r a =A.e B rc (for r c >0) (1.1) Daha sonra bu genel denklemde A ve B sabitlerinin elektrolitik sıvı tipi, konsantrasyonu, takım-işparçası malzemelerinin özellikleri ve diğer işleme koşullarına bağlı olarak değiştiğini belirterek, üretilen delik taban köşe yarıçapının (r a ) işleme boşluğu mesafesi (H g ), elektrolit akış hızı (V), takım yarıçapı (r c ) ve takım ilerleme hızı (f) gibi parametrelere göre değişimini ifade eden ikinci bir denklem türetmişlerdir.

58 32 (r a /r c ) = 0,542[(H g.f)/(v.d)]-0,1578 (1.2) Jain ve Rajurkar [57], klasik EKD de delik şeklinin kestirimi için sonlu elemanlar yöntemi kullanarak bilgisayar destekli takım tasarımı üzerine çalışmışlar ve geliştirdikleri teorik modelin doğruluğunu karşılaştırmak için pirinç takımlarla düşük alaşımlı döküm ve dövme demirlere delik delmişlerdir. Tasarlanan takımların şekil ve boyutlarının deneysel verilerle uyum içinde olduğu belirtilmiştir (Şekil 1.12). Şekil Elektrokimyasal delik delmede deneysel ve teorik tasarlanan takımların karşılaştırılması [57] Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan bir diğer çalışmada [58], klasik EKD ile türbin kanatçıklarına soğutma delikleri açılmasında elektrik alan dağılımına bağlı olarak oluşacak delik şeklinin matematiksel olarak modellenip bilgisayarda işleme süresine bağlı simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak EKD işleminin başlangıcında elektrik alan yoğunluğunun ve İİH nın yüksek değerlerde olduğu, derine inildikçe elektrik alan yoğunluğunun azalarak işleme boşluğunu genişlettiği ve

59 33 İİH nın azaldığı belirtilmiştir. Deneysel sonuçlarla (10 V gerilim, 200 g/l NaNO 3, 0,1 mm işleme boşluğu) modellenen delik geometrisi boyutları arasında %10 luk bir değişim oluştuğu ve delik şeklinin Şekil 1.13-b de görüldüğü gibi oluştuğu ifade edilmiştir. (a) (b) Şekil 1.13 a) Anot delik şeklinin sonlu elemanlar analizi ile oluşturulmuş zamana bağlı simülasyon sonuçları, b) Deneysel ve simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması [58] Konvansiyonel yöntemlerle işlenmesi güç malzemelerden süper alaşım inkonelin EKD ile işlenebilirliği üzerine son yıllarda yapılmış bir çalışmada [59] STEM yöntemi tercih edilmiştir. STEM yöntemiyle dış çapı 1,73 mm ve iç çapı 1,17 mm olan titanyum boru tipi takım kullanılarak ağırlıkça %20 seyreltilmiş nitrik asit (HNO 3 ) çözeltisinde değişik işleme parametrelerinde delikler delinmiş ve oluşan delik kesit geometrileri incelenmiştir. Delik konikliğine en fazla etki eden parametrelerin takım ilerleme hızı, uygulama gerilimi ve elektrolitik sıvı basıncı olduğu ifade edilmiştir. Çalışmada, delik giriş çapının artan takım ilerleme hızıyla, konikliğin ise artan elektrolit konsantrasyonuyla azaldığı belirtilmiştir (Şekil 1.14). Yüksek sıvı püskürtme basıncı ile düşük takım ilerleme hızlarının delik ortasında çapı artırdığı ve düşük püskürtme basıncı, düşük gerilim ve yüksek ilerleme hızının en uygun seçimler olduğu çalışmanın diğer önemli sonuçlarındandır [59].

60 34 Şekil 1.14 İşleme parametrelerinin (a) delik giriş çapı ve (b) konikliğine etkisi (Me: Kons. (g/l), V f : İşleme gerilimi (V), f: Takım hızı (mm/dak), P: Elektrolit püskürtme basıncı (bar) [59] Reaktör, boru ve pompalarda yüksek korozyon direnci ihtiyacı olmasından dolayı tercih edilen nikel esaslı alaşımlardan olan Hastelloy B-2 (68% Ni, 28% Mo ile düşük oranlarda Fe, Cr, Si, Co, Mn, P, S, V içeren alaşım) malzemesinin en önemli özelliği klasik talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmesi esnasında gerinme pekleşmesine uğrayarak işlenememesidir [17]. Bu malzemenin EKİ ile işlenmesine yönelik yapılan bir çalışmada, 1 mol/l ve 2 mol/l HCl elektrolitte 5 mm çaplı tungsten elektrotla 3 mm derinliğe kadar değişik gerilim vurum sürelerinde delikler delinmiş, artan vurum süresinin açılan deliğin boyutunu artırdığı ifade edilmiştir. Çalışmada Hastelloy B-2 süper alaşımına, 100 mm derinliğinde delik açma işlemi (Resim 1.18) başarılmış olup, takım ilerleme hızının küçük değerde seçilmesiyle delik hassasiyetinin arttığı ve gerilim vurum süresinin artmasıyla takım işparçası arasındaki mesafesinin büyüdüğü belirtilmiştir [17].

61 35 Resim Hastelloy B-2 malzemesine 100 mm derinliğinde açılmış deliğin SEM resmi, a) delik girişi, b) delik çıkışı, c) 5 mm çaplı W takım [17] EKD ile aynı anda çok sayıda delik delinmesine yönelik bir çalışmada [60], krom ve çelik plakalar üzerine çok sayıda mikro boyutlu delik delmenin kolay, hızlı ve ekonomik olduğu belirtilmiştir. Geliştirilen bu uygulamada takım olarak, üzerine mm çaplarında (aralarındaki mesafe 800 mm) delikler bulunan 30 mm kalınlığında bakır elektrot kullanılmıştır. Bakır elektrotun alt kısmına ise aynı boyutlarda delikli yalıtım malzemesi yerleştirilmiş ve işparçası yüzeyine bastırılarak delik delme işlemleri gerçekleştirilmiştir (Şekil 1.15-a). Delme işlemlerinde 0,7 bar basınçla NaNO 3 derişimli elektrolit (27 C o ) bakır katot yüzeyinden sürekli akıtılmıştır. Araştırmacılar geliştirdikleri bu yeni teknikte kimyasal işleme sonrası yapılması gereken işparçası yüzeyinden yalıtım maskesinin temizlenmesi sorunun ortadan kalktığını ve aynı maskeli takımın aşınma olmaksızın defalarca kullanılabileceğini ispatlamışlardır. Şekil a) EKD ile eşzamanlı delik delinmesinin şematik gösterimi, b) Çok sayıda delik delinmiş plaka ve bir deliğin kesitinin SEM resimleri [60]

62 36 Wang ve arkadaşları [61], klasik EKD ile yaptıkları bir çalışmada kama uçlu boru tipi takımı (Şekil 1.16-a) eğik olarak işparçası yüzeyine yaklaştırarak, elde edilen yüzey profilinin düzgün uçlu takıma kıyasla daha kaliteli olduğunu ve elips geometrisinde delik kesitlerinin elde edildiğini ifade etmişlerdir. İşlemelerde elektrolit boru tipi takım içerisinden püskürtülmüş ve bu şekilde takım ile işparçası arası boşluk doldurularak işleme ortamı oluşturulmuştur. İşleme sıvısının kama uçlu borunun içinde ve çıkış kısmındaki akış davranışının düz uçlu boru elektrotta oluşan akış davranışına göre daha düzgün ve kararlı yapıda olduğu belirtilmiştir. Düz uçlu elektrotla işleme yapılırken takıma 20 0 ve 30 0 eğim açısı verildiğinde takım ile işparçası arasında oluşan kıvılcım atlaması ve yanmaların (Şekil 1.16-b) kama uçlu takımda oluşmadığı da aynı çalışmanın sonuçlarındandır. a) b) Şekil a) Düz ve kama uçlu boru tipi takımlar, b) 20 0 eğimle düz (1) ve kama (3) uçlu; 40 0 eğimle düz (2) ve kama uçlu (4) takımlarla açılmış delik görünümleri [61] Wang ve arkadaşları diğer bir çalışmada [62], klasik EKD yöntemindeki boru takımların içerisinden elektrolit püskürtme işlemi yerine vakum ortamı oluşturarak takım içerisinden elektrolitin emildiği delik açma işlemlerinde (Şekil 1.17) içten püskürtmeli işlemeye göre daha hassas boyutta deliklerin açıldığını belirtmişlerdir. Çalışmada dış yüzeyi çok ince yalıtılmış boru tipi takım içerisinden, vakum ile elektrolit emilerek işleme ürünlerinin işleme boşluğundan uzaklaştırılması sağlanmıştır. Bu şekilde işleme artıklarının işleme boşluğundan kolaylıkla

63 37 uzaklaştırıldığı, vakum basıncı arttıkça delik boyut hassasiyetinin iyileştiği ve daha düzgün, dalgalanma olmayan akım değerlerinde (işleme süresince maksimum 0,25% akım değişimi) delik delme işlemlerinin gerçekleştirildiği ifade edilmiştir. 0,8 mm çaplı boru tipi elektrotlarla yapılan bu çalışmada, Q=20 ml/dak debinin altındaki akış hızlarının istenilen delik profilini elde etmede yetersiz olduğu ve kör deliklerde tam ortada çıkıntı profili oluştuğu belirtilmiştir (Resim 1.19). Ayrıca %14 NaNO 3 derişimli elektrolitin vakum ortamında emilmesi durumunda elektrik akım şeklinin daha düzgün yapıda tespit edildiği ancak delme işlemi esnasında kıvılcım atlaması meydana geldiği vurgulanmıştır. Yanal açıklığın artan işleme gerilimi ve elektrolit derişimi ile artış gösterdiği araştırmacıların elde ettikleri sonuçlardandır. Çalışmada yanal açıklığın en fazla olduğu delik girişi çap değerini azaltmak için vakumlu EKD işlemlerinde düşük başlangıç işleme boşluğu ve yüksek takım ilerleme hızı değerleri önerilmiştir. Şekil EKD de değişik elektrolit uygulamaları a) doğrusal içten püskürtme, b) klasik içten emme, c) vakum oluşturarak içten emme [62]

64 38 Resim Vakumlu EKD ile değişik elektrolit akış hızlarında açılmış delik görünümleri, takım hızı v=6 mm/s ve başlangıç işleme boşluğu h=80 mm, a) Q= 10 ml/dak; b) Q=15 ml/dak, c) Q= 20 ml/dak [62] Son yıllardaki konuyla ilgili çalışmaların az sayıda olduğu yeni bir hibrit EKD tekniğinde ise lazer enerjisi ile elektrokimyasal enerji bütünleştirilmiştir [33,63,64]. Delik yüzeylerinde işleme esnasında ergiyip tekrar katılaşan tabaka oluşumu ve ergiyen metalin yüzeylerde küçük çapak sıçramalar (spatter) meydana getirmesi lazerle delik delmede delik şeklini bozan en önemli iki faktördür [64-67]. Delik şeklini bozan bu etkileri gidermek amacıyla lazer ve elektrokimyasal delik delme yöntemlerinin birleştirilerek hibritleştirildiği (JEKD-LD) bir çalışmada, NaNO3 ve NaCl derişimli elektrolitik jetin içerisinden lazer ışını geçirilerek paslanmaz çelik plakalara delik delinmiş ve sade lazer ışını ile açılan delikler karşılaştırılmıştır. Kızılötesi lazerli ve yeşil lazerli elektrokimyasal jet ile yapılan delme işlemlerinde yeşil lazer ışının elektrolit içerisinde zayıflama oranının kızılötesi lazere göre daha düşük olduğu ve yeşil lazer ışınının bu hibrit yöntem için en uygun lazer tipi olduğu ifade edilmiştir. Ayrıca lazer ışını zayıflamasının artan elektrolit konsantrasyonuyla değişmediği ancak ihmal edilebilir derecedeki sıcaklık artışıyla bile artış gösterdiği araştırmacıların belirttiği bir durumdur. Sonuç olarak yalnız lazerle yapılan işlemelerde JEKD-LD ye göre İİH nın yüksek olduğu ama yeşil lazerli hibrit yöntemde İİH nın kızılötesi lazerli delmeye göre daha yüksek elde edildiği vurgulanmıştır (Şekil 1.18).

65 39 Şekil Lazer enerjisinin ve EKİ geriliminin İİH ya etkisi a)- c ) nanosaniye kızılötesi lazerli delme, b)- d) milisaniye yeşil lazerli delme [64] İİH sonuçlarına karşın, JEKD-LD de delik şeklinin hava ortamındaki lazerli işlemeye göre daha düzgün (Resim 1.20), yanal açıklığın daha az ve tekrar katılaşan tabakanın ihmal edilebilir kalınlıkta olduğu ve küçük çapak sıçramalarının oluşmadığı ifade edilmiştir [64]. Resim a) Hava ortamında yeşil lazerle açılan deliğin giriş-çıkış mikro görüntüleri (200 mj, 10 s), b) JEKD-LD ile açılan deliğin giriş-çıkış mikro görüntüleri (200 mj, 40 V, 20 s) [64]

66 40 Yapılan literatür araştırması sonucunda bu tez çalışmasında kullanılan döner takım hareketi ve takım içinden elektrolitik püskürtme işleminin birlikte uygulandığı çalışma ile ilgili bir yayına rastlanmamıştır. Ancak, bu çalışmada geliştirilen EKD yöntemine benzer nitelikte üç çalışma mevcuttur. Bunlar takıma sadece dönme hareketinin verildiği ve yanal püskürtmenin denendiği çalışmalardır. Konuyla ilgili Wansheng ve arkadaşları [9], tel elektro erozyon yöntemini kullanarak mikro boyutlu takımlar üretip, paslanmaz çeliğe elektrokimyasal delik delme ve frezeleme işlemleri gerçekleştirmişlerdir. Araştırmacılar ilk olarak hem elektro erozyon hem de elektrokimyasal işleme yapabilen nümerik kontrollü küçük boyutlu bir imalat ünitesi üretmişler. Bu sistemde iki farklı güç kaynağı kullanılarak istenilen durumda sistem EEİ ve EKİ uygulamaları için kolaylıkla dönüştürülebilmektedir. Takıma dönme hareketinin ( dev/dak) verilebildi i sistemde NC program sayesinde mikro boyutlu kontur işleme de yapmışlardır. Araştırmacılar, delme işlemlerinde düz silindirik ve kenarı kesik silindirik elektrotları (Resim 1.21) denemişler kenarı kesik tip elektrotların boyut hassasiyetini elde etmede uygun tasarım olduğunu ifade etmişlerdir. Resim a) Tel erozyon ile silindirik takım üretimi, b) silindirik kesitli takım, c) kenarı kesik silindirik takım, d) 100 mm çapında 750 mm derinliğinde açılmış mikro delik [9] 15 g/l derişimli NaNO 3 elektrolitte, 7 V gerilim ve 25 ms vurum süresi ve 10 mm işleme boşluğu değerlerinde gerçekleştirilen delme işlemelerinde delik profilinde yüksek boyut hassasiyeti (çap 100 mm, derinlik 750 mm) elde edilmiştir. Araştırmacılar, mikro frezeleme işlemelerinde (Resim 1.22) 30 g/l derişimli NaClO 3

67 41 elektrolit, 5 V işleme gerilimi ve 3000 dev/dak takım dönme hızı değerlerini kullanmışlardır. Tüm işlemelerde işleme boşluğuna yanal püskürtme uygulaması yapılmıştır. Takıma verilen dönme hareketi ile işleme ürünlerinin işleme boşluğundan etkili bir şekilde uzaklaştırıldığı böylelikle işleme veriminin arttığı, karmaşık şekillerin basit takımlarla üretilebildiği ve yüksek h/d oranlarına çıkılabildiği vurgulanmıştır [9]. Resim Elektrokimyasal frezeleme ile oluşturulmuş mikro boyutlu a) şekilli delik, b) bir dizi kare şekilli kolon, c) spiral delik [9] Benzer bir çalışmada [10], mikro-boyutlu (200mm) helisel kanallı takımlarla (Şekil 1.19-a) 0,2 mm kalınlığında paslanmaz çelik malzemeye elektrokimyasal yöntemle delikler delinmiştir. Değişik değerlerdeki takım dönme hızlarının ( dev/dak), elektrolitik sıvı konsantrasyonun, işleme geriliminin ve vurum süresinin delik giriş-çıkış çap değerlerine, yanal açıklığa etkileri araştırılmıştır. NaNO 3 derişimli çözeltide yapılan işlemelerde takım dönme hızının artmasıyla delik girişçıkış çaplarının azaldığı (Şekil 1.19-b ), vurum süresi artışının ise buna zıt etki gösterdiği ifade edilmiştir. Ayrıca, işleme gerilimi ve elektrolitik sıvı konsantrasyonun artışıyla deliklerin çap ve yanal açıklık değerlerinin arttığı gerilim bekleme süresinin artmasıyla boyut hassasiyeti yüksek küçük çaplı deliklerin elde edildiği belirtilmiştir.

68 42 Şekil a) Helisel kanallı takım kullanımında yanal püskürtmenin şematik gösterimi, b) takım dönme hızının delik giriş-çıkış çaplarına etkisi [10] Uç kısmına dairesel ve kare geometrilerde delik açılmış bakır takıma dönme hareketi verilerek içerisinden elektrolitik sıvının püskürtüldüğü benzer bir çalışmada [11], AISI 1035 çeliğine EKD ile delikler açılmıştır. NaCl derişimli işleme sıvısının kullanılarak derin olmayan deliklerin açıldığı işlemelerde, takım dönme hızının düşük devirlerde seçilmesine rağmen sabit takımlı işlemelere göre İİH nın artış gösterdiği belirtilmiştir. İşleme gerilimi, takım ilerleme hızı artırılması ve elektrolit püskürtme hızının azaltılmasıyla İİH nın artış gösterdiği ve İİH da en yüksek değerlere 450 mm 3 /dak ile dairesel kesitli döner takımlarla ulaşıldığı vurgulanmıştır. Şekil 1.20 a-b ve Şekil 1.20 c-d de dairesel ve kare delikli takımlar (sabit ve döner) kullanıldığında İİH nın takım ilerleme hızı ve elektrolit püskürtme hızı ile değişimi görülmektedir. İşlemelerin tümü takım-işparçası çiftinin tamamen elektrolitin içine gömülü olduğu ortamlarda gerçekleştirilmiştir. Böylelikle, delik giriş ve çıkış çaplarının delik kesit boyutlarından az sapma gösterdiği görülmüştür.

69 43 Şekil Sabit ve döner takımlarla delik delmede takım ilerleme hızının (a)-(b) ve elektrolit püskürtme hızının (c)-(d) İİH ya etkisi [11] Jo ve arkadaşları [68], tel elektro erozyon yöntemiyle mikro boyutlu disk uçlu takımlar üreterek paslanmaz çelik plakalara EKD ile yivli delikler açmışlardır. Delme işlemlerinde vurum süresi, vurum gerilimi, işleme süresi değiştirilmiş ve işlemeler iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak çelik plakaya EKD ile yüzeyi yalıtılmış elektrotla konikliği ihmal edilebilir doğrusal delik delinmiş, sonra disk uçlu takıma dönme hareketi verilerek belirli delik mesafelerinde yiv şekilleri oluşturulmuştur (Resim 1.23). Bu mikro boyutlu deliklere yivlerin açılması esnasında disk uçlu takıma delik ekseninden delik duvarına doğru dönme ve ilerleme hareketi verilmiştir. Çalışma konvansiyonel yöntemlerle açılması mümkün olmayan, delik kesit çaplarından daha büyük iç çaplara sahip değişik şekilli mikro boyutlu deliklerin EKD yöntemiyle kolaylıkla oluşturulabileceğinin göstergesidir.

70 44 Resim Mikro boyutlu deliğe açılmış yivler [68] Konuyla ilgili yayınların incelenmesi sonucunda EKD yöntemi kullanılarak mikro boyutlu, derin olmayan delik delme işlemlerinin yapıldığı görülmektedir. Literatürde, h/d oranı yüksek (derin) delik delinmesi ile ilgili çalışma yoktur. Araştırmacılar daha çok elektrolit tipi, konsantrasyonu, takımın hareket şekli, gerilim uygulama türü, elektrolit püskürtme tipi, ve takım yalıtımı gibi değerleri değiştirerek İİH, delik şekli, yüzey kalitesi, h/d oranı ve yanal açıklık parametrelerini incelemişlerdir. Yöntemin hibritleştirilmesine yönelik ise çoğunlukla asit tipi elektrolitleri (STEM), takım titreşimini, yüksek gerilim ve elektrolit püskürtme basıncını (CD, ESD, JED), takımın dönme hareketini ve lazer enerjisinin elektrokimyasal enerji ile bütünleştirilmesini (JEKD-LD) delik delme çalışmalarında denemişler ve olumlu sonuçlar almışlardır. Halit tuzlu (NaCl, NaOH, KOH, NaClO 3 v.b.) elektrolitlerin işleme bölgesinde büyük oranlarda çökelti oluşturmasından dolayı bu bölgenin tıkanmasına ve işlemenin durmasına sebebiyet verdiği bilinmektedir. Ayrıca, istenilen delik şeklinin bozulduğu ve boyut hassasiyetinin elde edilemediği de literatürden bilinmektedir (Şekil 1.21). Ali ve arkadaşları EKD ile açılan deliklerde

71 45 karşılaşılan şekil bozukluklarını Şekil 1.21 de görüldüğü gibi sınıflandırmışlardır. Görülen delik duvarında dalgalanma problemi (Şekil 1.21-b) diğer araştırmacıların geliştirdikleri matematiksel model simülasyonlarında elde edilen delik kesit şekillerine benzemektedir (Şekil 1.13). Şekil EKD de oluşan hatalı delik şekilleri [59] Klasik EKD tuz derişimli elektrolitlerle küçük çaplarda derin delik delinmesi elverişli olmadığından, yöntemin geliştirilmesine yönelik yapılan hibritleştirme çalışmaları sonucunda literatüre geçmiş STEM, CD, ESD ve JED yöntemleri ile işleme performansı oldukça yükseltilmiştir (Çizelge 1.1). Bu hibrit yöntemler içerisinde sadece STEM ticari boyutta tezgah olarak üretilmiş olup ülkemizde Eskişehir de bulunan TUSAŞ Motor Sanayi A.Ş. fabrikasında bir adet bulunmaktadır. Tezgâh TUSAŞ ta turbin kovanlarına çapı 1-1,5 mm arasında değişen 5-8 cm derinliğinde aynı anda çok sayıda soğutma deliklerinin delinmesinde kullanılmaktadır. İşlemeler seyreltilmiş H 2 SO 4 derişimli elektrolit ortamında yapılmaktadır. CD, ESD ve JED yöntemleri ticari olarak geliştirilmemiş olup işleme performanslarının artırılması yönünde çalışmalar devam etmektedir.

72 46 Çizelge 1.1. EKD yöntemlerinin karşılaştırılması [2,3,12,33] Klasik EKD Hibritleştirilmiş elektrokimyasal delme yöntemleri Elektrokimyasal delme yöntemleri Elektrolit tipi EKD (ECD) STEM CD ESD JED NaCl, NaNO 3, NaClO 3 HNO 3, H 2 SO 4 HNO 3, H 2 SO 4, HCl HNO 3, H 2 SO 4, HCl HNO 3, H 2 SO 4 Elektrolit basıncı (bar) Takım Takım ilerleme hızı (mm.dak 1 ) Bakır, kurşun, paslanmaz çelik, pirinç boru Ti tüp Kılcal cam tüp ile Au, Pt veya Ti tel Kılcal uçlu cam tüp ile Au, Pt veya Ti tel , ,5 0 Uygulama gerilimi (V) Delik çapı min. 1 0,5 0,2 0,1 0,125 maks.(mm) 7,5 6,5 0,5 1 Delik derinliği/çapı oranı (h/d) 8/1 16/1 16/1 100/1 16/1 Yüzey pürüzlülüğü (mm) Pt Klasik EKD nin iyi yüzey kalitesi elde edilmesi, artık gerilme oluşmaması, takım aşınmasının meydana gelmemesi, çapaksız delme ve aynı anda çok sayıda delik delinmesine elverişli olması gibi üstün özelliklerinin olmasına rağmen açıklanan sebeplerden dolayı uzun, küçük çaplı delik delmeye elverişli değildir. Bu nedenle tez çalışmasının ilk aşamasında takım ilerleme hızının bir bilgisayar yazılımı ile 0,1 mm/s değerinde hassas olarak kontrol edildiği küçük boyutlarda bir EKD tezgâhı üretilmiştir. Delik delme işlemlerinde takım olarak seçilen 0,5 mm çapında, 40 mm boyunda ve iç çapı 0,18 mm olan pirinç boruların tezgâh kafasına sabitlendiği basınç başlığı da imal edilerek sisteme monte edilmiştir. Basınç başlığı işleme esnasında boru takımı sabitleme özelliğinin yanında aynı anda takıma dönme hareketi verilerek içerisinden elektrolitin yüksek basınçla püskürtülmesini de sağlamaktadır. Deneysel işlemelerde elektrolitik sıvı yüksek basınçlı pistonlu pompa (maks. 150 bar) ile

73 47 basınçlandırılmıştır. Delme işlemleri takım yüzeyi yalıtılarak gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen bu yeni teknikle yüksek sertlikteki metal malzemelerde konikliğin oluşmadığı, yanal açıklığın çok az olduğu, küçük çaplı derin deliklerin delinmesi hedeflenmiştir.

74 48 2. ELEKTROKİMYASAL İŞLEME YÖNTEMİ 2.1. Elektrolizin Temel Prensipleri Bir elektrolit çözelti içerisine zıt kutuplu iki iletken elektrotu daldırıp akım geçirildiğinde, çözeltinin içerisindeki iyonlar elektrotlara doğru hareket eder. Elektrotlara ulaştıklarında elektron alır veya verirler. Böylelikle kimyasal değişim gerçekleşir. Bir elektrolit içerisinden akım geçirilerek oluşturulan bu şekildeki kimyasal değişime ELEKTROLİZ adı verilir. Bu alandaki ilk çalışmaların çoğu yılları arasında Michael Faraday tarafından gerçekleştirilmiştir. Faraday geçirilen akım miktarının kimyasal tepkimenin hızı ile doğru orantılı olduğunu göstermiş ve kulon akım yükünün bir eşdeğer gram madde (molekül ağırlığının ilgili iyonun değerliliğine bölünmüş hali) ayrıştırdığını göstermiştir [33,69] kulon akım miktarı 1 Faraday olarak kabul edilmiş ve yukarıda belirtilen iki bulgu Faraday ın elektroliz yasası olarak bilinmektedir. Elde edilen bu sonuçlara göre elektrolit içerisindeki tüm iyonlar 1,6*10-19 kulonluk elektrik birimi kadar bir akım taşırlar [2, 3, 69]. İyonlar uygun elektrotlara ulaştıklarında elektron alarak veya vererek yüklerini bırakabilirler ve eğer nötral bir yapı oluşursa bu durum metal iyonlarının atomlara dönüşmesi hali olarak bilinmektedir [69]. Faraday ın elektroliz kanunları aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir [33]. Çözünen malzeme miktarı m elektrik akımı ile doğru orantılı olarak değişmektedir. m a I.t (2.1) Çözünen malzeme miktarı m malzemenin kimyasal eşdeğer ağırlığı e ile orantılıdır. m a e (2.2) A e» (2.3) Z Burada; I elektroliz akımı (A), t işleme süresi (dak), e kimyasal eşdeğer ağırlığı (g), A atomik ağırlık, Z işparçasının valans değerliliğidir.

75 Elektrokimyasal İşleme Teorisi Elektrokimyasal işleme yöntemi (EKİ), Faraday ın elektroliz kanunlarını sunmasından yaklaşık bir asır sonra 1929 yılında Gusself tarafından tanıtılmış ve hızla gelişerek günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır [2,3]. Elektrokimyasal işleme yöntemi, elektroliz (elektrokimyasal çözünme) ile atomik boyutta işparçasından malzemenin çözündürülerek şekillendirilmesi olarak tanımlanmaktadır [1-3, 33]. Kısaca elektriksel iletken metalleri, anodik çözündürme ile şekillendirme yöntemi olarak ifade edilen elektrokimyasal işleme yöntemi, elektrolitik sıvı içerisinde pozitif yüklü işparçası ile negatif yüklü takımın birbirlerine temas etmeden aralarında çok kısa bir mesafe bırakılarak işparçasının takıma bakan kısmının elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda çözündürülmesi ve böylelikle takımın ön yüzey kesit şeklinin işparçasında oluşturulması işlemidir (Şekil 2.1) [1-3]. İşparçasından çözündürülmüş metal iyonlarının işleme boşluğundan uzaklaştırılması elektrolit (işleme sıvısı) tarafından sağlanır. İşleme aralığının sabit tutulması takımın servo kontrollü ilerletme mekanizması yardımıyla işparçasına doğru hareket ettirilmesi ile kontrol edilir. Yöntemde, işleme performansını etkileyen en etkin parametreler işleme gerilimi, gerilim dalga şekli, elektrolit tipi ve konsantrasyonu, takım ilerleme hızı ve elektrolit püskürtme tipidir [1-3]. Elektrolit olarak genellikle halit tuzlarının (NaN0 3, NaCl, KOH, KCl, NaClO 3 ) sulu çözeltileri kullanılmaktadır [1-3,70]. İşleme esnasında takım-işparçası teması olmaması ve EEİ den farklı olarak işparçası üzerine kıvılcım boşalımı meydana gelmediğinden, diğer yöntemlere kıyasla işlenen yüzeylerde ısıdan etkilenen bölge ve takım aşınması oluşmamaktadır.

76 50 Şekil 2.1. EKİ nin şematik görünüşü, a) işleme öncesi durum, b) işleme sonrası işparçasının aldığı son şekil Bir metalin elektrokimyasal olarak işlenmesi o metalin mekanik özelliklerine bağlı değildir. Çok sert metaller yumuşak olanlar kadar kolay çözünürler. Çözünen metalin miktarı geçirilen elektrik miktarına bağlı olup buradan çözündürülen metalin çözünme hızı saptanabilmektedir. Elektrokimyasal işlemede, yüksek doğru akım (0,5-5 A/mm 2 ) ve düşük gerilim (10-30 V) tercih edilmektedir [1-3]. İşleme akımı anot işparçası ve katot takım üzerinden elektrolit sıvı aracılığı ile dolaştırılmakta ve elektrolitik sıvı, takım ile işparçası arasındaki işleme boşluğuna yüksek hızda püskürtülerek işparçasından atomik boyutlarda çözünen metal partiküllerini, gaz kabarcıklarını uzaklaştırmakta ve ortamı soğutarak elektrolitin aşırı ısınmasını engellemektedir. Takım ile işparçasına uygulanan gerilimin etkisiyle elektrotlarda kimyasal reaksiyonların meydana geldiği bilinmektedir [33]. Şekil 2.2 de demirin NaCl sulu çözeltisinde çözünmesi sırasında oluşan kimyasal reaksiyonları görülmektedir. H 2 O H + + OH - NaCl Na + + Cl -

77 51 Elektrokimyasal reaksiyonlar esnasında negatif yüklü anyonlar OH - ve Cl - anot işparçasına doğru, pozitif yüklü katyonlar ise H + ve Na + katot takıma doğru ilerler. Şekil 2.2. Demirin EKİ süresince oluşan elektrokimyasal reaksiyonlar [33] Anot tarafında Fe iki elektron vererek Fe ++ iyonuna dönüşür. Fe Fe e 2H 2 O O 2 + 4H + (O 2 gaz çıkışı) 2Cl - Cl 2 + 2e (Klor gaz çıkışı) Katot tarafında gerçekleşen reaksiyonda ise hidrojen gazı ve hidroksil iyonları meydana gelir. 2H 2 O + 2e H 2 + 2(OH) - (H 2 gaz çıkışı) Sonrasında demir iyonları su ile reaksiyona girerek demir hidroksit meydana gelmektedir. Fe + 2H 2 O Fe(OH) 2 + H 2 (H 2 gaz çıkışı) Metal elektrolit reaksiyonları sonrasında pozitif yüklü demir çözünmekte ve hidrojen ile klor gazı oluşmaktadır [33,70].

78 EKİ Tezgâhı Elektrokimyasal işleme tezgâhları 1960 lı yılların başında işlenmesi güç metal ve alaşımlar için geliştirilmiş olup, başlangıçta havacılık sanayi için geliştirilmiş daha sonra otomobil, medikal ve mikro parça imalat endüstrisinde tercih edilmiştir. Takip eden yıllarda bilgisayar kontrollü elektro-erozyon ile işleme yöntemi geliştirildikten sonra EKİ ye olan ilgi endüstriyel alanda azalmıştır. Bununla birlikte yöntem düzgün yüzey istenilen uygulamalarda hala birçok avantaj sunmaktadır [71]. Bir elektrokimyasal işleme tezgahının ana parçaları; takım ilerletme kontrol sistemi, elektrolit sirkülasyon sistemi, güç kaynağı sistemi ve işparçası bağlama aparatıdır (Şekil 2.3). Takım ilerletme mekanizması, takım ile işparçası arasındaki işleme boşluğunu işleme süresince sabit tutmak için gerekli bir sistemdir [72,73]. Doğru akım güç kaynağı ise sabit gerilim değerinde akımı kontrol etmek için kullanılan bir sistem olup genellikle 30V ve 1000A lik güç kaynakları sık kullanılmaktadır [1-3]. Elektrolit besleme ünitesi elektroliti işleme ortamına, belirli konsantrasyonda, basınçta ve sıcaklıkta göndermek için kullanılan bir düzenektir. Kullanılmış elektrolitin işleme artıklarından arındırılması için filtrasyon işlemine tabi tutulur. EKİ tezgâhların en önemli avantajı elektriksel iletken tüm metalleri çok hızlı işlemesidir. Takım aşınmasının olmadığı bu tezgâhlarda en önemli dezavantaj elektrolitik sıvının temas ettiği tezgâh parçalarının korozyona uğramasıdır. Bu sistemde işleme tankının, takım ve işparçası bağlama aparatlarının paslanmaz elemanlardan seçilmesi gereklidir. Korozyon sorunun önlenmesi için tezgâhın birçok parçası sert plastik esaslı malzemelerden ve korozyona dayanıklı pahalı metal malzemelerden yapılmaktadır [2]. Tezgâhın maliyetinin büyük bir kısmını d.a. güç kaynağı ünitesi oluşturmaktadır. Sistemin diğer pahalı donanımları ise elektrolit besleme ve filtrasyon ünitesidir. Şekil 2.3 te bir EKİ tezgahı şematik olarak görülmektedir.

79 53 Şekil 2.3. Elektrokimyasal işleme ünitesinin şematik gösterimi [2] EKİ tezgâhları yarı otomatik veya tam otomatik kontrol tezgâhlar olarak yapılmakta olup pahalı tezgâhlardır [1,33]. Günümüzde ticari alanda çok az sayıda üreticisi mevcuttur. Bu tezgâhlarda en hassas nokta takım-işparçası arasındaki işleme boşluğunun işleme boyunca sürekli sabit tutulmasıdır. Yöntemde birçok parametre olmasına rağmen gerilim, gerilim dalga şekli, elektrolit konsantrasyonu (iletkenlik), elektrolit sıcaklığı ve elektrolit püskürtme basıncı takım hızının ve işleme boşluğu mesafesinin sabit tutulmasında etken kontrol parametrelerdir. Şekil 2.4 te EKİ sisteminin kontrol akış şeması görülmektedir. İşleme süresince bütün parametreler sürekli olarak ölçülüp, tezgâhın elektronik kontrol ünitesinde yorumlanmakta ve takımı doğrusal hareket ettiren servo kontrol sistemine gönderilmektedir. Bu şekilde işlemelerde şekil ve boyut hassasiyetini etkileyen işleme boşluğu mesafesi kontrol edilmektedir.

80 54 Şekil 2.4. EKİ sisteminin kontrol akış şeması [33] 2.4. EKİ ile Gerçekleştirilen Uygulamalar EKİ ile üç boyutlu, karmaşık geometrilerin işlenmesi dışında yöntemin birçok değişik amaçlı geliştirilmiş uygulaması da mevcuttur. 1. Elektrokimyasal yüzey parlatma, takım ile işparçası arasındaki mesafenin klasik EKİ den daha büyük olduğu çok kısa süreli uygulamalardır. Genellikle, yüksek akımların tercih edildiği bu uygulamada asit derişimli elektrolitik sıvılar kullanıldığında daha pürüzsüz parlak yüzeyler elde edilmektedir [2,71]. 2. Elektrokimyasal taşlama, mekanik ve elektro-kimyasal etkinin birleştirilmesi ile oluşturulmuş klasik taşlamaya göre daha düzgün yüzeylerin elde edildiği bir uygulamadır. Aşındırıcı tanelerin (maks. hacimsel %10) metal matrisli bir yapının yüzeyine bağlandığı silindirik taşlarla yapılan bu işleme ile tungsten

81 55 karbür uçların, narin ve çok sert çelik parçaların taşlanması ve büyük dişlilerin aşınma izlerinin temizlenmesi işlemleri gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemin en önemli üstünlükleri; klasik taşlamaya göre yüksek işleme hızına ulaşılması, çok sert parçalarda yüksek işleme verimi elde edilmesi, çapak oluşmaması, işparçasında deformasyon oluşmaması ve üstün yüzey kalitesi elde edilmesidir. Bu uygulamada taşlama tekeri yüzeyindeki aşındırıcıların işlemeye etkisi %10 civarında olup, metal bağlayıcı elektrokimyasal etkinin bir parçası olarak %90 mertebesinde işlemeye katkıda bulunur. Aşındırıcı tanelerin görevi ise, işparçası ile taş arasında yalıtkan tabaka görevi yaparak işleme aralığını sabit tutmak ve korozyondan dolayı işparçası yüzeyinde oluşan pasif tabakayı temizlemektir (Şekil 2.5-a) [1-3]. 3. Elektrokimyasal çapak alma işleminde ise normal EKİ ye göre elektrolit hızı, basıncı ve akım değerleri daha düşük seviyede seçilmektedir. Bir diğer temel farklılık ise takımın sabit konumda kalması ve hareket etmemesidir. İşparçasında mekanik temasın olmadığı, düşük işçilik masrafları gerektiren otomasyona uygun bu yöntemde çok kısa sürede çapak alma işlemi gerçekleşmektedir (Şekil 2.5-b) [1-3]. 4. Elektrokimyasal honlama işleminde ise silindirik bir metal borunun yüzeylerine açılmış kanallara yerleştirilmiş yalıtkan hon taşları ile mekanik işleme yapılmaktadır. İç silindirik yüzeylerdeki koniklik, geometrik kusurlar ve yüzey dalgalanmaları bu teknikle giderilmektedir (Şekil 2.5-c). Bu honlama yöntemi ince duvarlı silindirlerin hassas bir şekilde honlanarak doğru boyuta getirilmesinde ideal bir yöntemdir. Klasik honlamaya göre hızlı, çapaksız ve mekanik deformasyon oluşmayan bu uygulamada yüzey pürüzlülüğü değerleri 0,2-0,5 mm arasında değişmektedir. Burada, işparçası yüzeyinden uzaklaştırılan malzemenin %75 i elektrokimyasal işleme, %25 ise aşındırıcıların mekanik etkisi ile sağlanmaktadır. Boyut toleransı ise 0,01 mm olarak bilinmektedir [1-3].

82 56 5. Elektrokimyasal delik delme yöntemi ise, yüzeyi dielektrik malzeme ile yalıtılmış içi boş boru tipi takımın içerisinden elektrolit püskürtülerek gerçekleştirilen bir işlemdir (Şekil 2.5-d). Genellikle uygulamada NaCl, KCl, NaNO 3 gibi halit tuzları kullanılmaktadır. Elde edilen en büyük h/d oranı 8/1 dir. Derin delik delme işlemlerinde işleme boşluğunun tıkanmasından dolayı uygun değildir. Bu dezavantajından dolayı yöntem hibridleştirilmiş olup STEM, ESD, CD ve JED gibi asitli elektrolitlerin kullanıldığı yöntemler geliştirilmiştir [1,2,33]. 6. Elektrokimyasal tornalama uygulamasında ise silindirik işparçalarının şekilli küçük takımlarla kolay ve simetrik bir şekilde işlenmesidir (Şekil 2.5-e). Yöntem, geleneksel torna ile işlenmesi çok zor işparçalarının yüksek akım uygulaması ile çapaksız ve üstün yüzey kalitesinde tornalanmasını mümkün kılmaktadır [1,2]. 7. Elektrokimyasal kesme, tungsten ve alaşımları gibi klasik yöntemlerle kesilmesi güç malzemeler için geliştirilmiş bir elektrokimyasal uygulamadır (Şekil 2.5-f). Disk şekilli ince takım yüksek hızlarda döndürülerek işparçasına yaklaştırılır ve takım-işparçası teması olmadan düşük kesme aralıklarında kesme işlemi gerçekleştirilir. Bu tip kesme işlemlerinde ince tellerin de takım olarak kullanıldığı bilinmektedir [2]. 8. Elektrokimyasal frezeleme ise işparçasının yatay yönde dönen silindirik bir takımla işlenmesi olarak tanımlanmaktadır. Yöntemde takım, dönme hareketi yaparken işparçası ise ilerleme hareketi de yapmaktadır (Şekil 2.5-g) [2,50].

83 Şekil 2.5. Çeşitli elektrokimyasal işleme tiplerinin şematik görünümü [1,2] 57

84 EKİ de Temel İşleme Parametreleri EKİ yöntemi çok parametreli bir işleme yöntemi olup bu giriş parametreleri ile işleme performansı arasında ki ilişkinin iyi bilinmesi gerekir. Elektrokimyasal işleme ile ilgili temel parametreler aşağıda sunulmuştur. 1) Elektriksel parametreler, 2) Elektrolit ile ilgili parametreler, 3) Takım ile ilgili parametreler, 4) İşparçası malzemesi kimyasal özellikleri Elektriksel parametreler EKİ de işlemede en önemli işlem parametreleri olan gerilim ve akım yoğunluğu değişimleri (u(t) ve i(t)) ile karakterize edilir. Bu yöntemde sürekli ve kesikli (puls) doğru akım güç kaynakları kullanılmaktadır. Takım-işparçası çiftine gerilim uygulandığında, işleme aralığı mesafesi akım yoğunluğuna bağlı olarak kendini ayarlamaktadır. Şekil 2.6 da sürekli doğru akım güç kaynağı kullanıldığında gerilim, akım ve elektriksel yük değerlerinin değişimi gösterilmiştir. Şekil 2.7 de ise sürekli doğru akım güç kaynağı kullanıldığında gerilim, akım ve elektriksel yük değerlerinin işleme boşluğu mesafesine göre değişimi gösterilmiştir. [74]. Şekil 2.6. EKİ de sürekli d.a. güç kaynağı kullanıldığında gerilim ve akım şekli

85 Şekil 2.7. EKİ de kesikli d.a. güç kaynağı kullanıldığında işleme boşluğu mesafesine göre (h g ) değişen gerilim (a), akım (b) ve elektriksel yük (c) dalga biçimleri [74] 59

86 60 EKİ nin elektriksel parametreleri aşağıda sunulmuştur; Gerilim vurum (t on ) süresi: Takım ve işparçasına gerilimin ilk uygulanmaya başlaması ile bitiş anı arasında ki süredir. Gerilim sönüm (t off ) süresi: Takım ve işparçasında gerilimin anlık kesildiği süredir. Gerilim vurum periyodu (t pp ): Doğru akım güç kaynağı tarafından uygulanan vurum ve sönüm sürelerinin toplamıdır. t on + t off = t pp (2.4) Gerilim vurum frekansı (t f ): Doğru akım güç kaynağı tarafından takım-işparçası çiftine birim zamanda uygulanan gerilim vurum periyotlarının sayısı. İşleme akımı (I): İşleme boşluğuna gerilim uygulandığında takım, işleme boşluğu ve işparçası üzerinden birim zamanda akan elektron sayısı. Akım yoğunluğu (J): İşleme aralığında birim alandan akan elektrik akım miktarı. C İ J=[ V - DV ] (2.5) Y fi Burada, V uygulanan gerilim (V), ΔV işleme esnasında gerilim değişimi (V), C i elektrolit iletkenliği (ohm -1.cm -1 ), Y fi başlangıçtaki ön işleme boşluğu (mm) değerleridir. Elektriksel yük (q): 1 Amper şiddetindeki elektrik akımının işleme boşluğundan 1 saniye süre ile akması durumunda taşıdığı elektrik yükü miktarıdır. q= I/t (2.6)

87 61 EKİ de kullanılan güç kaynakları Akım ve gerilim kontrolünün işleme esnasında sabit tutulmasını sağlamak amacıyla bu imalat yönteminde doğru akım (d.a.) güç kaynakları kullanılmaktadır. Genelde kullanılan d.a. güç kaynakları ile ilgili bazı değerler aşağıdadır [33]. Gerilim 1-30 Volt (kesikli ve sürekli form) Akım A arasında değişmektedir. İşleme aralığında tipik olarak A/cm 2 akım yoğunlukları elde edilmektedir. Yüksek hassasiyetli kısa devre koruma sistemi olan güç kaynaklarıdır Elektrolit ile ilgili parametreler EKİ de elektrolitin görevleri aşağıda sıralanmıştır [2,3]; 1. Takım-işparçası arasında elektron akışına köprü oluşturur. 2. Anodik ve katodik reaksiyonların oluşumunu sağlar. 3. İşlemi ortamını akım ısıtmasına karşı soğutur. 4. İyonik ve çökelti formundaki işleme ürünlerini işleme aralığından uzaklaştırır. EKİ de elektrolitik sıvıya ait özellikler işlem performansı üzerinde oldukça etkilidir. İşleme üzerinde etkili olan elektrolitik sıvıya ait özellikler aşağıda sunulmuştur: 1)Elektrolitin cinsi: EKİ de en çok kullanılan elektrolitik sıvı halit tuzlarının sulu çözeltileridir. Bunların yanı sıra suda düşük oranda seyreltilmiş asitli (HCl, H 2 SO 4, HNO 3 ) ve asit karışımlı tuzlu sulu çözeltiler de kullanılmaktadır. [2, 3, 71, 75]. İyi iletken elektrolitte, metallerin yüksek oranda çözünmesi gerçekleşir. Dolayısıyla, metallerin işlenmesinde uygun elektrolit seçimi önemlidir [69]. Çizelge 2.1 de değişik elektrolitlerde işlenen işparçalarına ait İİH değerleri görülmektedir [33]. Bu işleme yönteminde elektrolitin korozyon yönünden etkisinin mümkün olduğunca az olması gerekir. Bu nedenle nötral çözeltiler en sık kullanılan elektrolitlerdir [33,69]. NaCl, KCl, NaSO 4, NaNO 3, NaClO 3 ve NaOH en sık kullanılan elektrolit tuzlarıdır [33,75].

88 62 Çizelge 2.1. Elektrolitler ve değişik işparçalarına ait işleme hızları [33] İşparçası Malzemesi Bileşen K (g/l-h 2 O) İİH (mm 3 /dk.a) Gri demir NaCl NaSO Beyaz D.Demir NaSO ,6 Çelik NaClO Çelik, Fe, Ni, Co alaşımları Bakır ve alaşımları NaNO ,1 NaCl, KCl 300 2,1 NaCl, KCl 300 4,4 NaNO ,3 Tungsten NaOH Titanyum ve alaşımları NaCl, KCl 120 1,6 2) Elektrolit uygulama (püskürtme) yöntemi: Takım şekline ve işleme parametrelerine bağlı olarak değişik elektrolit püskürtme yöntemleri mevcuttur. Amaç işleme boşluğunda elektrokimyasal etki ile çözünen metal iyonlarının takıma yapışmasını önlemek ve işleme boşluğunda sürekli temiz elektrolit bulunmasını sağlamaktır. Etkili püskürtme ile şekil ve boyut tamlığı yüksek işlemeler yapılmaktadır. İşleme bölgesinde elektrolit iletkenliğinin ve direncinin işleme süresince sürekli aynı olması istenir. En çok uygulanan püskürtme yöntemleri Şekil 2.8 te şematik olarak gösterilmiştir [33]. Bu teknikler; a) Yanal püskürtme: Elektrolitin yardımcı bir aparat ile işleme aralığına yandan uygulandığı bir yöntemdir (Şekil 2.8-a, b). b) Takım içinden püskürtme: Elektrolitin işleme aralığına takıma açılan bir delik ile püskürtüldüğü yöntemdir (Şekil 2.8-c, d).

89 63 c) Takım içinden emme: Elektrolitin işleme aralığından takıma açılan bir delik ten vakumla emildiği yöntemdir (Şekil 2.8-e). d) Titreşimli: Takımın değişik frekanslarda aşağı yukarı doğrultuda titreştirilmesi ile sağlanan pompalamayı kullanan bir yöntemdir (Şekil 2.8-f) [2,12,33,62]. Şekil 2.8. Elektrolit uygulama yöntemleri 3) Elektrolit püskürtme basıncı: Elektrolitin işleme aralığındaki işleme ürünlerini ortamdan uzaklaştırması ve bu boşlukta sürekli akım geçişinden dolayı oluşan ısınmayı engellemesi için uygulanan farklı yöntemler vardır. Elektrolitin sadece yanal akış yöntemiyle uygulanması durumunda pozitif yüklü iyonik işleme ürünleri işleme aralığında takıma hızlı bir şekilde hareket ederek takım yüzeyine yapışabilir.

90 64 Takıma yapışan işleme ürünleri takım geometrisini değiştirerek işparçasında oluşturulması gereken şekli bozar. Basıncın uygulanmadığı durumlarda reaksiyon ürünlerinden çökeltiler işleme aralığını tıkayarak mikro kıvılcım boşalımına, kısa devre oluşumuna ve işlemenin durmasına sebebiyet verir. Basıncın uygulanması özellikle derin işleme koşullarında daha önemlidir. Çünkü düşük hızlı yanal akış, derin işleme koşullarında işleme aralığında yeterli akış davranışını gerçekleştiremez. İşleme aralığında biriken işleme ürünleri iletkenliği azaltarak akım verimini düşürür. Ayrıca, basıncın uygulanmaması halinde işleme bölgesinin tıkanmasından dolayı işleme derinliğinde belirgin oranda azalma meydana gelmektedir. Elektrolit basıncındaki artış İİH da artışa sebep olurken yüzey pürüzlülüğünü de azaltmaktadır [2, 3, 33, 36, 75]. Bunların yanı sıra, elektrolitin basınçlı uygulandığı yöntemlerde takımın keskin köşe ve kenarlarına bakan işlenmiş yüzeylerde yarıçap oluşum eğilimi basınç uygulanmadığı durumlara göre daha düşüktür. Bunun sebebi ise basıncın artmasıyla çözünmenin hızlanması ve dolayısıyla takım ilerleme hızının artarak işparçasının şekillendirilen yüzeylerinde daha kısa süre beklemesidir [2,3]. Tipik elektrolit basıncı kpa dır [33]. 4) Elektrolit akış hızı: Yüksek hızlı elektrolit akışı kabarcıklara neden olur. Bu kabarcıklar akışın türbülanslı olmasına yol açar. Elektrolitin yüksek akış hızı ve türbülanslı yapısı, işleme boşluğundan elektron akışı ile gerçekleşen anot ve katot reaksiyonlarının oluşum hızını düşürerek İİH değerini azaltır [2,3,11]. Ancak, EKD ile derin delik açma işlemlerinde işleme ürünlerinin yanal açıklıktan hızlı bir şekilde uzaklaştırılması için gereklidir. Yüksek hız değerlerinin yanal açıklığı düşürerek boyut hassasiyeti elde edilmesini sağladığı bilinmektedir [2,3,12]. Tipik elektrolit akış hızı m/s değerleri arasındadır [33]. 5) Elektrolit viskozitesi: Yüksek viskozite değerine sahip elektrolitik sıvılarla yapılan derin işlemelerde işleme atıklarının ortamdan uzaklaştırılması zordur. Bunun sebebi ise yüksek viskoziteye sahip elektrolitin işleme aralığında etkin bir dolaşım sağlayamamasıdır. Dolayısıyla düşük viskoziteli sıvı tercihi ile çok dar olan işleme aralığında sıvı dolaşımı etkin bir şekilde sağlanmaktadır [1-3].

91 65 6) Elektrolit sıcaklığı: EKİ de işleme esnasında elektrolit üzerinden sürekli akım geçişi olduğundan sıvı hızla ısınmaktadır. Sıcaklık artışı çözeltideki iyon hareketini ve elektron akışını hızlandırarak çözünme reaksiyonlarının oluşumunu da hızlandırmaktadır. Sıcaklık artışının belirli bir değere kadar İİH nın artışına olumlu etkisi olmasına karşın aşırı ısınma, elektrolitin kaynamasına ve takımın aniden ilerleyerek işparçasına yapışmasına sebebiyet vermektedir [1-3,76]. İşlemenin durmasına neden olan bu durumun engellenmesi için işleme ortamının uygun sirkülasyon ve püskürtme yöntemleri ile soğutulması gerekir. Tipik elektrolit sıcaklıkları C o dir [33] Takım ile ilgili parametreler EKİ de doğru takım tasarımı ve imalatı, arzu edilen işleme şeklinin ve boyutlarının elde edilmesinde çok önemlidir. Bu yöntemde işparçası şekli takım boyutlarından büyük olduğundan takım hassas yöntemlerle üretilmelidir. Takım tasarımında işlenecek geometri, takım besleme hızı, işleme gerilimi, işparçasının elektrokimyasal işlenebilirliği, elektrolit iletkenliği ve takım malzemesinin iletkenliği dikkate alınmalıdır. Bilgisayarlı bütünleşik imalat ile takım üretiminin ucuz ve mükemmel boyut hassasiyetinde olduğu bilinmektedir [2, 3, 54, 57]. Takım malzemesi seçiminde takımın iyi iletken ve arzu edilen geometriye uygun kolay işlenebilir olması istenir. İşlemelerde kullanılan tipik takım malzemeleri olarak Al (küçük parçalar ve kısa süreli işlemelerde), pirinç (ucuz, kolay işlenebilir ve çok yaygın), bronz, paslanmaz çelik (yoğun tuz derişimlerinde), karbon monel (yüksek akım uygulamalarında), bakır alaşımları, platin (akım iletkenliği çok yüksek) sayılabilir [47]. EKİ ile yapılan derin işlemelerde işleme geometrisinde koniklik oluşmaması ve işleme boşluğunun sabit değerde kalması için takımların yanal yüzeyleri yalıtkan malzemelerle kaplanmaktadır. Yüzeye eşit kalınlıkta uygulanabilmesi, dielektrik olması, şeffaf ve düz görünümlü olması, elektrolitin kimyasal etkisine dayanıklı olması, ısıl direncinin olması ve sıvı emişinin düşük olması yalıtım malzemelerinde aranan en önemli özelliklerdir [33].

92 İşparçası malzemesi ile ilgili parametreler EKİ de elektriksel iletkenliğe sahip bütün metaller işlenebilir. Fakat işparçası malzemesinin işlenebilirlik derecesi malzemenin valans değerliliği ve atomik ağırlığı gibi özellikleri ile değişmektedir [2, 3 33]. Malzemenin atomik ağırlığı arttıkça ve elektron valans değerliliği azaldıkça İİH değeri artmaktadır. Ayrıca, anodik çözünme sonucu oluşan çökelti ürünleri ve boyutları da her malzeme için farklıdır. Bu farklılık işleme bölgesinin tıkanmasına ve işlemenin durmasına sebep olabilir. İşparçası malzemesinin bazı ısıl-fiziksel özellikleri EKİ ile işlenebilirliği etkilemektedir. Bu özelliklerden en etkili olanları ise iletkenlik, yoğunluk ve ısıl kapasite değerleridir. Bu değerlerden iletkenlik ve ısıl kapasite işleme hızı ile doğru orantılı, yoğunluk ile ters orantılıdır [2,3].

93 67 3. ELEKTROKİMYASAL DELİK DELME Konvansiyonel imalat yöntemleri ile sert ve kırılgan metal malzemelere mikro ve makro boyutlarda delik delmek oldukça zordur. Son yıllarda havacılık (türbin kanatçıklarında ki soğutma delikleri), uzay, otomotiv, elektronik ve bilgisayar (baskı devre kartları), medikal (cerrahi implantlar), optik ve diğer hassas mikro imalatın gerçekleştirildiği alanlarda yaşanan hızlı gelişme sert ve kırılgan malzemelere küçük, mikro boyutlu deliklerin yüksek h/d oranlarında delinmesi ihtiyacını doğurmuştur [6, 12, 56-58]. Bu sektörlerin ihtiyacını karşılayacak istenilen şekil tamlığı ve boyut hassasiyetinde deliklerin EKİ yöntemleriyle kolaylıkla oluşturulduğu bilinmektedir [75, 77, 78]. Elektrokimyasal çözündürme ile gerçekleştirilen delik delme yöntemleri iki ana grup altında sınıflandırılabilir [12, 33, 56]: i. Elektrokimyasal delme işlemlerinde tuzlu çözeltilerin kullanıldığı klasik EKD, ii. Asitli elektrokimyasal delme yöntemleri. Asitli elektrolitlerin kullanıldığı yöntemlerde bazen asitlerin sulu çözeltileri bazen de asit ve tuzun suda birlikte çözündürülmesiyle hazırlanmış çözeltiler kullanılmaktadır. Asit esaslı elektrokimyasal delme yöntemleri, şekillendirilmiş tüplü elektrokimyasal işleme (STEM), kapiler delme (CD), elektro-akım delme (ESD) ve jet elektrokimyasal delme (JED) isimleri ile ifade edilmektedir [12, 33]. EKD yöntemlerinin üstünlükleri aşağıdaki şekilde belirtilmektedir: i. Üstün yüzey kalitesi elde edilmesi, ii. Artık gerilmelerin ve işlenmiş yüzeylerde ısıl etkilenmiş bölgelerin oluşmaması, iii. Takım aşınmasının olmaması, iv. Delik şeklinde çarpılma olmaması ve çapaksız delik delinmesi, v. İşparçası sertliğinin işlenebilirliğe etkisinin olmaması, vi. Aynı anda çok sayıda delik delinmesi.

94 68 Bu üstün özelliklerine rağmen EKD nin önemli bazı kısıtlamaları vardır: i. Derin delik delme işlemlerinde çökelti formundaki reaksiyon ürünlerinin işleme aralığından etkili uzaklaştırılamaması ve dolayısıyla delik derinliğin kısıtlı kalması, ii. Kör delik açılmasında delik tabanında çıkıntı profilinin oluşması, iii. Yanal açıklık oluşumu, iv. Delik şeklinde koniklik oluşması. Son yıllarda elektrokimyasal işleme uygulamalarının içerisinde delik delme yöntemleri hibritleştirilerek geliştirilmeye çalışılan yöntemlerdir. Bu çalışmaların odak noktası ise h/d oranının artırılması ve düzgün delik şekillerin başarılmasıdır. Klasik EKD yöntemi [3, 33] İlk geliştirilmiş elektrokimyasal delme yöntemidir. Yüzeyi yalıtılmış içi boş küçük çaplı boruların içerisinden elektrolitik sıvının püskürtülerek işleme aralığından elektron akışının sağlandığı bu yöntemde, anodik çözünme yüksek akım yoğunluklarında ön işleme boşluğunda takımın ön yüzeyine bakan işparçasında meydana gelmektedir. Bu yöntemde tipik olarak 1-20 mm çaplarında delikler 1 mm/dak takım hızıyla delinmektedir. Yüksek işleme hassasiyeti ve küçük delik boyutları için takım ilerletme hızının yüksek değerlerde seçilmesi tavsiye edilmektedir. Elektrolit püskürtme basıncındaki artış elektrolit iletkenliğini artırarak anodik çözünmeyi hızlandırmaktadır. Bunun sebebi yüksek basıncın etkisiyle elektrokimyasal reaksiyon sonucu oluşan hidrojen gaz kabarcıklarının boyutunun küçülmesi ve kirli elektrolitin bu ortamda bekleme süresinin kısalmasıdır. Takım yalıtımının çok ince bir katman şeklinde takım yüzeyine uygulanması ile koniklik ve yanal açıklık istenilen değerlerde elde edilmektedir. Takım yüzeyine iyi yapışan ve elektrik akımının ısıtma etkisinden fazla etkilenmeyen dielektrik yalıtım malzemelerinin tercih edilmesi gerekir. Bu yöntemde takım hızının belirli bir kritik değeri aşması halinde akım yoğunluğunda artış meydana geldiği bilinmektedir.

95 69 Ayrıca, lineer çözünme hızından daha yüksek ilerletme hızlarında takımdan işparçasına mikro kıvılcımların boşalması söz konusudur. Uygulamada halit tuzları kullanıldığından katı reaksiyon ürünü olan çökeltilerin işleme boşluğunu tıkayarak yüksek h/d oranlarına ulaşılmasını engellemektedir. Elektrolit püskürtme yöntemleri değiştirilerek bu sorun giderilmeye çalışılmaktadır. Ayrıca, yüksek elektrolit püskürtme basınçları ve takıma verilen titreşim hareketinin işleme ürünlerinin ortamdan kolaylıkla süpürülmesine önemli katkısı olmaktadır. Derin delik delinmesini engelleyen bu kısıtlamalarından dolayı yöntem günümüzde kullanılmamaktadır. Şekil 3.1 de klasik EKD uygulaması şematik olarak gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi kör delik işlemlerinde takım deliği ekseninde işparçası yüzeyinde bir çıkıntı oluşmaktadır. Bu durum delik boşluğuna bakan işparçası yüzeyinde akım yoğunluklarının düşük seviyede olması ve dolayısıyla bu ölü bölgelerde çözünmenin yeterli düzeyde oluşmamasından kaynaklanmaktadır. Şekil 3.1. Klasik EKD yönteminin şematik görünümü [33] Şekillendirilmiş tüplü elektrolitik işleme (STEM) [3, 5, 6, 12, 33] Genellikle işleme sıvısı olarak 10-25% derişimde sülfürik, nitrik ve hidroklorik asit elektrolitler tercih edilmektedir. Aside dayanıklı titanyum malzemeden yapılmış takımın dış yüzeyi asitlere dirençli malzemelerle izole edilmekte ve işleme esnasında

96 70 takım işparçasına sabit bir hızla ilerletilmektedir. STEM yöntemi aynı veya farklı çaplarda çok sayıda deliklerin açılması işlemlerine elverişli olup elektriksel iletken asit elektrolitlerin kullanılmasından dolayı işleme esnasında klasik EKİ den daha düşük gerilim değeri (STEM: 5-15 V d.a., ECD: V d.a.) yeterli olmaktadır. Yöntemde, işleme ürünleri asidin yüksek çözündürücü etkisiyle tekrar çözündürülerek işleme boşluğundan kolaylıkla uzaklaştırılmaktadır. Günümüzde ticari tezgâh olarak türbin kanatçıklarının soğutma deliklerinin, yakıt nozul deliklerinin, tel elektro-erozyona başlama deliklerinin ve yatak yağlama deliklerinin açılmasında tercih edilen bir yöntemdir. Tipik takım ilerleme hızının 0,75-3 mm/dak arasında seçildiği bu hibrit uygulamada h/d oranı olarak 300 değerlerine ulaşmak mümkündür. Aynı anda çok sayıda derin delik delinebilmesi (200 ve üzeri), paralel olmayan delik delme işlemlerinin yapılabilmesi ve metalürjik olarak etkilenmemiş yüzeylerin elde edilmesi yöntemin önemli üstünlükleridir. Şekil 3.2 de görüldüğü gibi klasik EKD de delik merkezinde meydana gelen çıkıntı bu işlemede daha küçük boyutlardadır. Nedeni ise akım yoğunluğunun düşük olmasına rağmen asidin çözündürücü etkisi bu şekil bozukluğunu kısmen de olsa gidermektedir. Yöntem düşük akım yoğunluklarında çok hızlı delik delme imkanı sunmaktadır. Şekil 3.2. STEM yönteminin şematik görünümü [1]

97 71 Kapiler delme (CD) [1, 12, 33, 34] Bu yöntemde 3-20 bar basınçla asit elektrolit bir cam tüp içerisinden püskürtülürken, cam tüpün içindeki platin tel katot görevi yapmaktadır. Platin tel, cam borunun ucundan püskürtülen elektrolitin akış bütünlüğüne ve yönüne en az etki edecek şekilde, tüpün uç noktasından yaklaşık 2 mm uzaklıkta tutulması gerekir. Bu yöntem, yüksek basınç etkisindeki gaz türbini kanatçıklarına kenar deliklerinin delinmesinde (0,2-0,5 mm çap, 8-16 mm derinlik) başarılı bir şekilde uygulanmış olup boyut toleransları ± 0.05 mm olarak elde edilmiştir. Uygulamada STEM den daha küçük delik çapları elde edilmektedir. Takım olarak cam tüpün kırılma tehlikesi ve yüksek akım uygulaması gerekliliği yöntemin kısıtlamalarıdır. Şekil 3.3 de görüldüğü gibi platin tel katot görevi yaparak elektrokimyasal hücre tamamlanmaktadır. Kapiler delme yönteminde V gibi yüksek işleme gerilimleri tercih edilmektedir. Sebebi ise işleme boşluğu mesafesi bu yöntemde klasik EKD ye göre oldukça büyüktür. Bu büyük boşlukta yeterli akım yoğunluğu ancak yüksek gerilim uygulaması ile sağlanmaktadır. Şekil 3.3. Kapiler delme yönteminin şematik görünümü [12]

98 72 Elektro akım delme yöntemi (ESD) [1, 12, 33] Elektro akım delme (ESD) yöntemi diğer bir hibrit elektrokimyasal işleme yöntemidir. İşlem, cam tüpten yapılmış bir nozulun ucundan 10-25% derişimde negatif yüklü asit elektrolitin 3-10 bar basınç altında işparçasına çarptırılarak işparçasının çözündürülmesi esasına dayanmaktadır (Şekil 3.4). Çözündürülen metal iyonları elektrolit akışı ile ortamdan uzaklaştırılmaktadır. Bu yöntemde ince ve uzun elektrolit akışında yeterli elektrik akımının iletimi için V gibi yüksek gerilime ihtiyaç duyulmaktadır. Katot takım olarak 0,025-0,5 mm çaplarında cam nozullar kullanılmaktadır. İşleme boşluğunu dolduran asitli elektrolitiğin üzerinden elektron akışını sağlamak için camdan takımın içerisine platin veya titanyum tel yerleştirilir. Yöntemde en çok 12-20% derişimde H 2 SO 4, HCl ve HNO 3 asitlerinin sulu çözeltileri kullanılmaktadır. Genellikle, uygulamada HCl çözeltisi Al ve alaşımları, H 2 SO 4 çözeltisi ise Hastelloy, İnkonel, Rene alaşımları ile paslanmaz çeliklerin delinmesinde tercih edilen işleme sıvılarıdır. Elektrolit püskürtme basıncının kpa arasında değiştiği işlemelerde 0,127-1,27 mm çaplarında türbin kanatçıklarına açılmış soğutma delikleri başarılmış en küçük çaplardır. Şekil 3.4. Elektro akım delmenin şematik görünümü [1]

99 73 ESD yöntemi eğik açılı deliklerin açılmasına elverişli bir teknik olup tel erozyon işlemine başlama deliklerinin açılmasında da tercih edilmektedir. Aynı anda çok sayıda delik delme işlemine uygun olması (Şekil 3.5-a), yüksek h/d oranlarına ulaşılması (100) ve düşük pürüzlülük değerlerinin elde edilmesi (0,25-1,6 mm), ulaşılması güç iç kısımlara delik delinmesi (Şekil 3.5-b) yöntemin en önemli yararlarıdır. Zehirli atık oluşması, kırılgan cam takım kullanılması ve delik girişinin çan profilinde oluşması yöntemin kısıtlamalarındandır. Şekil 3.5. ESD ile a) çok sayıda düz ve açılı, b) iç kısımlara delik delinmesi [33] Jet elektrokimyasal delme yöntemi (JED) [1, 3, 12, 33, 35, 77] İşparçası ve takım arası mesafe 2-5 mm arasında tutularak gerçekleştirilen bu işlemde yüksek işleme gerilimi ( V) ve iyi iletken asit elektrolit kullanılarak elde edilen yüksek akım yoğunluğu ile sürekli malzeme işlenmesi sağlanabilmektedir. Çok küçük delik çaplı konik uçlu bir nozulun içerisinden asitli elektrolitin bar arasında değişen basınçlarla işparçası yüzeyine çarptırılması ile işparçası çözündürülmektedir. JED uygulamasında takım-işparçası aralığı diğer hibrit yöntemlere göre yüksek değerde seçilmekte ve işlemelerde takımın delik içine girmediği tek hibrit EKD yöntemidir (Şekil 3.6). En küçük delik çapı değerinin nozul delik çapına, akım yoğunluğuna, çözelti derişimine ve püskürtme basıncına bağlı olduğu yöntemde arasında delik konikliği oluşması yöntemin en büyük kısıtlamasıdır. Genellikle uygulamalarda jet çapı değerinin yaklaşık dört katı delik çapları elde edilmektedir. Son yıllarda yapılan çalışmalarda yöntem lazer enerjisi ile

100 74 hibritleştirilerek delik şeklinin daha düzgün elde edildiği lazer jet elektrokimyasal delme yöntemi (JEKD-LD) geliştirilmiştir. Şekil 3.6. Jet elektrokimyasal delme yönteminin şematik gösterimi [33] Klasik EKD ve asit etkili hibrit EKD yöntemleri anodik çözünmeyle delik delmede başarılı yöntemlerdir. Geliştirilmeye açık olan bu yöntemlerin ortak yanları şu şekilde sıralanabilir: i. İşparçası sertliğinin ve narinliğinin önemli olmaması, ii. iii. iv. Takım işparçası arası temas olmadığından işlenmiş yüzeylerde ısıl etkilenmiş bölge ve mekanik deformasyon oluşmaması, Klasik talaşlı imalat yöntemlerine nazaran büyük h/d oranlarına ulaşılması, Aynı anda çok sayıda doğrusal ve açılı deliklerin delinebilmesi EKİ de İşleme Performansı Karakteristikleri Genel olarak EKD yöntemleriyle delinmiş delik kalitesinin değerlendirilmesi aşağıdaki kriterler esas alınarak yapılmaktadır [5-7, 12]: İşparçası İşleme Hızı [mm 3 /dak]=

101 75 Ortalama Yanal Açıklık [mm]= Burada n delik derinliği boyunca ölçülen çapların sayısıdır. Boyutsal Hata [%] Yukarıda sıralanan performans karakteristiklerinin değerleri tamamen işleme parametrelerine bağlıdır. EKD ile delik delmede amaç istenilen boyutlarda ve şekilde, konikliğin oluşmadığı, yanal açıklığın ihmal edilebilir düzeyde olduğu ve yüksek işleme hızlarında delik üretimidir [1, 5-7, 12, 53].

102 76 4. ELEKTROKİMYASAL İŞLEME ÜNİTESİNİN TASARIM VE İMALATI Deneysel çalışmaların gerçekleştirildiği EKİ ünitesi dört temel kısımdan oluşmaktadır: 1. Mekanik gövde, 2. Elektronik kontrol ünitesi ve bilgisayar yazılımı, 3. Doğru akım (d.a.) güç kaynağı, 4. Elektrolit sağlama ve basınçlandırma bölümü, 5. Basınç başlığı ve takım bağlama mekanizması EKİ Ünitesinin Mekanik Gövdesi Tasarlanan elektrokimyasal işleme ünitesinin takım bağlama ve ilerletme, işparçası bağlama aparatı ve işleme tankının bulunduğu sistemin ana parçaları şematik olarak Şekil 4.1 de gösterilmiştir. Sistemin üretim ve montaj sonrası görünümü Resim 4.1 de sunulmuştur. Şekil 4.1. Tasarlanan EKİ deney düzeneğinin mekanik gövdesinin şematik görünümü

103 77 Mekanik gövde titreşim sönümlendirme özelliği yüksek dökme demirden MAKİM A.Ş. firmasınca imal edilmiştir. Tezgâh başlığı bağlandığı düşey sütunda kare profile sahip vidalı mil yardımıyla hareket ettirilmektedir. Gövde üzerinde bulunan iki adet d.a. motoru ile takıma dönme ve ilerleme hareketi verilmektedir. İlerleme hareketini sağlayan d.a. motoru bilgisayar yazılımı ile dönme hareketini sağlayan motor ise ayrı bir kontrol paneli ve d.a. güç kaynağı ile kontrol edilmektedir. Takıma aynı anda dönme hareketini ve elektrolitin basınçlı bir şekilde içerisinden püskürtülmesini sağlayan basınç başlığı da tezgâh başlığı üzerine monte edilmiştir. Resim 4.1. EKİ düzeneği

104 Deney Düzeneğinin Elektronik Kontrol Ünitesi ve Bilgisayar Yazılımı EKİ ünitesinin en önemli bölümü, işleme esnasında takımın işparçasına göre belirli bir işleme boşluğu mesafesinde sabit kalmasını sağlayan d.a. servo motor ilerleme ve kontrol kısmıdır. Servo motor olarak Maxon A-max15 motor, İsviçre den ithal edilmiştir (Maxon motora ait teknik bilgiler Ek-1 de sunulmuştur). Bu tip d.a. motor MIP 10 adı verilen bir sürücü kontrol ünitesi ve PC ye kayıtlı kendi yazılımı ile kontrol edilebildiği (Şekil 4.2) gibi üç farklı şekilde kontrol edilmektedir (Şekil 4.3). Şekil 4.2. Maxon servo motorun PC kontrol akış şeması ve hareket kontrol için geliştirilmiş hazır yazılım paket programın arayüz görünümü

105 79 Maxon servo motorun üç farklı kontrol mantığından birincisi ASCII modu olarak adlandırılan pozisyon kontrol halidir (Şekil 4.3-a). Bu kontrol tipinde motora basit veriler ve hareket emir bilgileri PLC kontrol kartları ve PC üzerinden gönderilmektedir. İkinci tip kontrol ise I/O (giriş/çıkış) modüllü veri girişli kontrol şeklidir. Bu tip kontrolde servo motor kontrolü, bir izleyici (tracer) veya bir PLC kartının dijital I/O birimi ile bilgi işlem dizgesinin değişik fonksiyonel birimler arasındaki iletişimi ile sağlanmaktadır. Bu birimlerin arayüzlerine doğrudan bilgi sinyallerinin gönderilmesi ile motor dönüş hızı hassas bir şekilde gerçekleşmektedir. Bu kontrol modunda değişik giriş verileri, izleyiciden veya PLC kartından alınan sinyaller olarak tanımlanmaktadır. Çıkışlar ise bu birimlere gönderilen sinyallerdir. Burada kullanılan yapı başka sistemler tarafından motora sinyal yollamak için de kullanılmaktadır. Örnek olarak, elektrokimyasal işlemede akım ve gerilim bilgileri giriş verileri olup işleme boşluğu ve takım ilerleme hızı bilgileri çıkış değerleridir (Şekil 4.3-b). Servo motorun üçüncü kontrol şekli ise MIP modudur. MIP çok fazla bilgiyi aynı anda işleyen bir entegre devre kartı olup, hareket kontrolünü karmaşık veri iletim protokolleriyle sağlamaktadır. Bu yöntemle tek ve çok eksenli hareket kontrolünde bir PC yazılımı ve mikro işlemci ile çok etkin bilgi aktarımı yapılmaktadır (Şekil 4.3-c). Bu kontrol tipi, motorun kendi yazılımı haricinde Visual C++, Visual Basic, Delphi dilleriyle hazırlanan kontrol programlarıyla da uyumludur. Tez çalışmasında Delphi diliyle yazılmış program ile MIP kontrol şekli kullanılmıştır. Şekil 4.3. Maxon servo motorun, a) bilgisayarlı ve PLC bilgi girişli kontrol edilmesi, b) izleyici veya I/O modlu kontrol akış şeması, c) MIP kontrol şekli

106 80 Şekil 4.3. (Devam) Maxon servo motorun, a) bilgisayarlı ve PLC bilgi girişli kontrol edilmesi, b) izleyici veya I/O modlu kontrol akış şeması, c) MIP kontrol şekli Tez çalışmasında, Delphi dili kullanılarak yazılmış program yardımı ile servo motora gerekli dönme hareket miktarı, elektrokimyasal işleme süresince takım ile işparçası üzerinden sürekli olarak ölçülen akım değerlerine bağlı olarak verilmektedir. Takımişparçası arasındaki boşluğun kontrolü için geliştirilmiş Delphi ile yazılan programın akış şeması Şekil 4.4 de görülmektedir. İşleme esnasında akım ölçümünde elektrokimyasal hücreler için tasarlanmış olan bir akım algılayıcısı kullanılmış ve bu değerler anolog/digital dönüştürücü den çıktıktan sonra bilgisayardaki yazılımın akım değerlendirme modülüne gönderilmiştir. Burada veriler işlendikten sonra takım konumlandırma, takım ilerleme hızı ve takım-işparçası arasındaki işleme boşluğu kontrolü için gerekli bilgiler MIP10 üzerinden servo motora gönderilmektedir (Şekil 4.5). MIP10 a ait bazı teknik bilgiler EK-2 de sunulmuştur.

107 81 Şekil 4.4. İşleme boşluğu için yazılan bilgisayar programının çalışma algoritması Şekil 4.5. Elektrokimyasal işleme mekanizması veri akış şeması

108 82 Yazılan programda elektrokimyasal işlemenin istenilen değerlerde kontrolü için genel ayarlar, el ile ayarlama, dokundur, sabit hızlı işleme ve sabit akımla işleme modülleri mevcuttur. Takım ilk etapta programdaki DOKUNDUR modülü ile işparçasına yaklaştırılmakta ve işparçasına temas ettikten sonra 1 mm geri (yukarı) çekilmektedir. Doğru akım güç kaynağından sisteme yani takım-işparçası çiftine akım verilince isteğe bağlı olarak sabit hızda veya akımda işleme gerçekleştirilmektedir. Akım değeri işleme bölgesindeki elektrolitin direncine, sıcaklığına, iletkenliğine ve işleme gerilimine bağlı olarak değişmektedir. İşleme bölgesinde akım yoğunluğunu sürekli aynı değerde tutmak için bu parametrelerin aynı değerde kalması sağlanmalıdır. Bu çalışmada seçilen işleme gerilimi değerine bağlı olarak d.a. güç kaynağından çekilen akım değeri kontrol edilmiştir. İşleme boşluğu ile akım yoğunluğu arasında aşağıdaki bağıntı genel kabul görmüş olup bu çalışmada da bu bağıntı esas alınmıştır. (4.1) Burada, I (A) işleme akımı, V (Volt) işleme gerilimi, H g (mm) işleme boşluğu mesafesi, R (W-m) elektrolitin iç direncidir. Bu bağıntıya göre işleme süresince akım değerinin işleme boşluğu mesafesi ile değişimi Şekil 4.6 da görüldüğü gibidir [33]. Şekil 4.6. EKİ yönteminde akım-işleme boşluğu mesafesi değişimi [33]

109 83 Akım değerinin belirtilen geri beslemeli kontrolü ile işleme süresince takım ilerlemesi sağlanmıştır. Akımın geri beslemeli kontrolü ile işleme aralığı sabit değerde tutulmaktadır. Bu kontrol şeklinde takım ile işparçası arasında işleme başladıktan sonra anlık olarak akım ölçülerek bilgisayar yazılımında başlangıçta girilen değerlerle yorumlanmakta ve gerekli akım değerinin sistemin entegre işleme kontrol kartına bilgi şeklinde gönderilmesi sağlanmaktadır. Bu bilgiler MIP e işleme kontrol kartı üzerinden gönderilerek MIP in servo motora y-ekseni boyunca ileri veya geri hareket etme komutu vererek işleme aralığının sürekli sabit kalması sağlanmaktadır. Şekil 4.7 de akım geri beslemeli kontrol ile işleme boşluğunun kontrol edilmesi şematik olarak gösterilmektedir.

110 84

111 85 Delphi ile yazılmış EKİ kontrol programı menüleri 1. Genel ayarlar menüsü: İşleme öncesi bilgisayar yazılımı ile yapılması gereken ayarlar menüsüdür (Şekil 4.8). Menüde aşağıda sunulan ilk ayarlar yapılmaktadır: COM-PORT seçimi bölümünde, MIP kontrol ünitesi ile bilgisayar yazılımı arasındaki bağlantıyı sağlayan kablo bilgisayarın USB girişlerinden herhangi birine takıldığında hangi port tan bağlantı yapıldığının belirtilmesi gerekir. Aksi halde veri alış-verişi sağlanamaz. Baud Rate bölümü, bilgisayar ile MIP ve akım algılayıcısı arasındaki haberleşme hızı seçiminin yapıldığı kısımdır (1 bps=saniyede 1 bit). RS 232 ayar butonu ile COM-PORT seçimi ve haberleşme hızı değerleri sabitlenir. Init Mip butonu ile MIP servo motor kontrol ünitesi ile haberleşme başlatılır ve MIP bağlantısının normal olup olmadığı kontrol edilir. Regülatör modu bölümü takım ağırlığının belirli değerin üzerine çıkmasıyla servo motora gelecek ilave tork değeri ile devir düşmesini azaltmak için PID ayarlamalarının yapıldığı bölümdür. Hızlanma ve yavaşlama bölümü ise takım hızlanırken uygulanacak ivmelenme değerinin seçildiği bölümdür.

112 86 Şekil 4.8. EKİ esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda genel ayarlar kullanıcı arayüzü 2. Dokundur fonksiyonu menüsü: Dokundur işlemi takımın işleme öncesi işparçasına olan mesafesini sabitlemek ve belirli bir değerde başlatmak için kullanılmaktadır. Bu fonksiyon Şekil 4.9 da görülen arayüzle kontrol edilmektedir. Takımın konumlanması için işparçasına yaklaşma hızı mikrometre cinsinden istenilen hız kutusuna girilerek sabit değerde tutulmaktadır. Takım işparçasına dokunduktan sonra istenilen değerde işparçasından yukarı konumlanmayı otomatik olarak yapmaktadır.

113 87 Şekil 4.9. İşlemeye başlamadan önce takımı işparçasına göre konumlandırmak için kullanılan DOKUNDUR fonksiyonu arayüzü 3. El ile kontrol menüsü: Programın el kontrol arayüzünde, takımın konumlandırılması, kısa devre veya yapışma durumunda işlemeye müdahale edilerek işpaçasından geri çekilmesi takım hareket ettirilirken istenilen hız seçimi yapılabilmektedir. Bu arayüzde, elle kontrol işlemi iki şekilde yapılabilmektedir. Bunlardan birincisi GO-belirli hızda ilerleme şekli olup, burada hız değeri seçildikten sonra aşağı yukarı yön tuşlarına basılı tutulduğu sürece ilerleme sağlanır ve ilerleme miktarı sağ taraftaki pozisyon kutusundan gözlenebilir. MDIA (Manual Data Input Application) kontrol şeklinde ise istenilen konum bilgisi ve hız değeri girildikten sonra Git butonuna basılınca sistem otomatik olarak takımı o noktaya konumlandırmaktadır (Şekil 4.10).

114 88 Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda el ile kontrol menüsü kullanıcı arayüzü 4. Sabit hızla işleme menüsü: Bu menü ile elektrokimyasal işleme iki türlü başlatılıp sürdürülebilmektedir (Şekil 4.11). Bunlardan birincisi GO belirli hızda işleme olup, bu uygulamada takım işleme esnasında işparçasına sadece belirli ve sabit hızda yaklaştırılır. MDIA belirli bir konuma kadar belirli hızda, işleme kısmında ise işparçasında işlenmesi istenen derinlik ile takım hızı başta girilerek sabit hızlı takım hareketi sağlanmaktadır. Her iki uygulamada kısa süreli işlemeler için uygundur. Çünkü, derin işlemelerde işleme bölgesindeki elektrolit sıcaklığının ve iletkenliğinin değişimini kontrol etmek zordur. Dolayısıyla akım yoğunluğu uygulanan gerilime bağlı olarak sürekli değişmektedir. Sonuç olarak, takım artan akım yoğunluğu ile ani olarak hızlanıp işparçasına temas ederek kısa devre oluşumuna sebep olabilir. İşlenecek metalin lineer elektrolitik çözünme hızı teorik formüllerle hesaplanıp bu menüye bilgi girişi yapılarak takımın belirli sabit hızda ilerletilmesi sağlanabilir. Takımın

115 89 sabit hızda ilerletildiği uygulamalar elektro akım delme (ESD) ve jet elektrolitik delme (JED) yöntemleridir. Bu tür işlemelerde takım ile işparçası arasındaki işleme boşluğu akım geri beslemeli kontrollü işlemelerden çok daha fazla olmaktadır. [1,33]. Bu modül bu tip işlemeler için uygundur. Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda sabit hızlı işleme menüsü kullanıcı arayüzü 5. Sabit akımlı işleme menüsü: Bilgisayar programının akımlı işleme arayüzünde ise işleme esnasında işleme boşluğundaki ölçülen akım değerine göre işleme boşluğunun sabit tutulduğu ve takımın akım geri beslemeli şekilde kontrol edildiği iki tip işleme modülü mevcuttur (Şekil 4.12). GO belirli akımla işleme kısmında takımın işparçasına yaklaşma hızı başlangıç değeri olarak girilir. Ancak, işleme başladıktan sonra seçilen akım değerinin, elektrolit sıcaklığının ve iletkenliğinin değişimine bağlı olarak değişir ve bu hız değeri de seçilen değerde

116 90 sabit kalmaz. İşparçasında anodik çözünme başladıktan sonra hız akımın değişimiyle değişmektedir. Bu değişim sağ taraftaki takım ilerleme hızı kutusundan takip edilebilmektedir. Akım istenilen değere ulaşıncaya kadar takım işparçasına yaklaşmakta olup bu değişim sağ taraftaki akım kutusundan gözlenebilmektedir. Bu arayüzdeki MDIA belirli bir konuma kadar, belirli akımla işleme bölümünde ise işparçasında işleme derinliği başlangıç değeri olarak girilmekte ve işleme bu derinliğe kadar akım geri besleme kontrollü olarak devam etmektedir. Aynı şekilde takım hızı, konumu ve akım değişimi sağ tarafta bulunan gösterge kutularından izlenebilmektedir. Bu arayüzde bilgisayar yazılımı ve d.a. servo motor kontrol birimi MIP10 arasındaki bilgi alışverişinin hızlı ve yavaş olarak aktarılmasını sağlayan hassasiyet kontrol çubuğu mevcuttur. Şekil İşleme esnasında takım hareket kontrolü için yazılan yazılımda akımlı işleme menüsü kullanıcı arayüzü

117 91 Bu bilgisayar programı ile servo motor, takım hızını 0-1 mm/s aralığında 0,0001 mm/s hız farkı adımlarıyla kontrol edilebilmektedir. Hız çözünürlüğü 0,00001 mm/s olacak şekilde tasarlanmasına rağmen bu kadar küçük hız aralıklarına ihtiyaç duyulmamıştır. Ayrıca sürekli akım d.a. güç kaynağından gelecek sabit akımı dalgalı forma dönüştürmek için bir modül daha sisteme ilave edilerek puls d.a. güç kaynağı ihtiyacı giderilmeye çalışılmıştır. Bu sayede kare ve üçgen dalga formunda akım ile fonksiyon jeneratörü kullanmaksızın işleme yapmak mümkün olmuştur Doğru Akım (d.a.) Güç Kaynağı EKİ uygulamalarında d.a. kullanılmaktadır. İşlemelerde genellikle sürekli d.a. tercih edilmesine rağmen kesikli (pulse) d.a. uygulamalarında şekil tamlığı ve boyut hassasiyeti daha yüksek işlenmiş yüzeyler elde edilmektedir. Kesikli d.a. üreten güç kaynakları isteğe bağlı ve pahalı olarak imal edilmekte olup dünyada üreticileri sınırlıdır. Kesikli d.a. kullanılan EKİ çalışmalarının hepsinde fonksiyon jeneratörü (sinyal üreteci) kullanılmıştır [7-22]. Bu çalışmada güç düzeltme faktörlü programlanabilir sürekli tip akım sağlayan d.a. güç kaynağı tercih edilmiştir (Resim 4.2). Çıkış gerilimi 0-7,5 V, çıkış akımı 0-140A ve çıkış gücü maksimum 1200W olan bu güç kaynağında çıkış gerilim ve akım değerlerini ön panel ekranından izleyebilme imkanı mevcuttur. Güç kaynağına ilişkin teknik bilgiler Ek-3, Ek-4 ve Ek-5 te sunulmuştur. Resim 4.2. Çalışmalarda kullanılan d.a. güç kaynağı

118 92 Çalışmada kullanılan XRF-1200 model d.a. güç kaynağında işleme esnasında oluşabilecek kısa devre durumuna karşı kendinden akım ve gerilim koruması mevcuttur. Ayrıca EKİ de işleme performansına olumsuz etkileri bilinen ani gerilim artması (over potential) durumlarına karşı gerilim ve akım sabitleme özelliği olan bu cihazda ısınmadan kaynaklanan gerilim ve akım dalgalanmaları da çok küçük değerlerdedir (50 C 0 ye kadar maksimum 1,5 mv ve 42 ma) Elektrolit Sağlama ve Basınçlandırma Bölümü EKİ ünitesinde elektrolit istenilen derişimde (yoğunlukta) hazırlanarak pleksiglass tan yapılmış saydam bir tanka doldurulup tezgah gövdesinden ayrı ve pompadan yüksek bir konuma yerleştirilmiştir. Buradan bir boru ile pompaya elektrolit gönderilmektedir. EKİ de elektrolit tipi işlemenin performansı açısından en önemli parametrelerdendir. İşleme bölgesinde elektrolitiğin istenilen derişimde, sıcaklıkta ve debide bulunması gereklidir. Tezde araştırılan konulardan birisi de yüksek püskürtme basıncının işleme performansı üzerine etkileridir. Bu amaçla elektrolitiğin basınçlandırılmasında oto yıkamacılarının da tercih ettiği pistonlu pompa kullanılmıştır (Resim 4.3). Pistonlu pompalar, pistonun oluşturduğu basınçtan yararlanarak sıvılar üzerine basınç uygulayıp pompalanmasını sağlarlar. Pistonlu pompanın çalışma prensibi, akışkanın pompa silindirinde piston tarafından ileri doğru itilmesi yoluyla basınçlandırılması şeklindedir. Silindir içinde piston ve sızdırmazlık elemanları ile sızdırmazlık temin edilir. Pompanın basınç bloğu kısmında üst tarafta üç adet basınç çekvalfi, alt tarafta ise üç adet emme çekvalfi bulunur. Basma tarafında basınçlı akışkan çıkışı, emme tarafında emme girişi bulunan ve çekvalflerin içindeki yuvalara takıldığı pirinç basınç bloğu pompa gövdesinin önüne uzun saplamalarla sabitlendirilmiştir. Emme tarafı sonunda kirlilikleri pompadan uzak tutacak bir emme kovanı veya örgülü bir sepet bulunur. Pompa pistonunun boşalttığı hacmi büyütüp, küçültmesi ile basma işlemi gerçekleştirilmiş olur. Pistonun silindir hacmini boşaltması ile oluşan düşük basınç veya vakuma emme çekvalfinin açılması ile sıvı dolmaya başlar. Sıvının

119 93 dolması pistonun emme periyodundaki ölü noktasına kadar devam eder. Pistonun geri dönüşünde küçülttüğü hacimde sıkışan sıvı etkisi ile açılan basma çekvalfinden akışkan basma tarafına doğru itilmeye başlar. Bu itme hareketi pistonun ölü noktasına kadar devam eder. Piston bu esnada tüm sürtünme kuvvetlerini ve karşı basınçları karşılar. Bundan sonra tekrar ikinci bir strok hareketi başlar. Pistonlu pompalarda emme ve basmada basınç dağılımı çok değişkendir. Bu olumsuz durumun önüne geçmek, kuvvetlerin daha iyi dağılımını temin etmek ve eşit hacim akımı temin etmek için iki, üç ve daha fazla piston yan yana konularak kranka gelen kuvvetler dengelenir (homojen kuvvet dağılımı). Bu şekilde üretilen çok silindirli pompalar, özellikle yüksek basınçlı uygulamalarda yaygın kullanılmaktadır. Resim 4.3. Pistonlu basınç pompası ve elemanları Pompa ile hortum bağlantısı arasında by-pass elemanı (Resim 4.4) konularak pompanın çıkış basıncı düzenlenir (regüle edilir) ve ayrıca ani basınç yükselmelerine veya dengesiz kuvvet dağılımına karşı problemsiz çalışması sağlanmış olur. Pompanın çıkışına monte edilen bu by-pass mekanizması akışkan fazlasını bir geri dönüş hortumu ile tekrar emme silindirlerine geri göndermektedir (Resim 4.5). Pistonlu pompalarda her strokta eşit hacimde sıvı basılır ve her basma periyodunda aynı pompa gücü gerekir. By-pass mekanizmasının üzerine monte edilen manometre ile sürekli olarak basınç gözlenmektedir. Başlangıçta by-pass mekanizmasının basınç

120 94 ayar kolu ile basınç ayarı yapılmaktadır. Ayrıca, bu kol ile ani basınç artışlarında sisteme el ile müdahale edilerek basıncın değeri düşürülebilmektedir. Çalışmada kullanılan pistonlu pompa Resim 4.6 da görüldüğü gibi 950 dev/dak değerinde bir alternatif akım (a.a.) motoru ile tahrik edilmektedir. Pompanın krank miline dönme hareketi bir dişli kasnak ve kayış mekanizması ile sağlanmaktadır. Resim 4.4. Basınç pompası bağlantısı, tahrik ve kontrol ekipmanları

121 95 Resim 4.5. Basınç pompası by-pass mekanizması ve geri dönüş hortum bağlantısı Resim 4.6. Basınç pompası bağlantısının üstten görünüşü

122 96 Resim 4.7 de ise yüksek basınç pompası, temiz elektrolit tankı, bağlantı ekipmanları ve bu donanımlara ait elektronik kontrol panosu görülmektedir. Temiz elektrolit tankı Pompanın çalıştırılmasında ve takıma dönme hareketi verilmesinde kullanılan elektronik kontrol panosu Takımın değişik devirlerde dönmesi için kullanılan d.a. güç kaynağı Yüksek basınç pompası ve güç iletim elemanları Resim 4.7. Elektrolit sağlama ve basınçlandırma sisteminin genel görünüşü

123 Basınç Başlığı ve Takım Bağlama Mekanizması Çalışmada elektrokimyasal (EKD) işlemini hibrit bir yönteme dönüştüren mekanizma basınç başlığıdır (Resim 4.8). Basınç başlığı, 200 bar basınca dayanıklı bir hortum vasıtasıyla pistonlu pompadan gelen yüksek basınçlı akışkanın tüp takım içerisinden işleme boşluğuna gönderilmesini, takıma dönme hareketinin verilmesini ve aynı anda elektrokimyasal işleme için gerekli olan işleme akımının takıma iletilmesini sağlayan bir elektro-mekanik yapıdır. Basınç başlığı üç temel kısımdan oluşmaktadır (Şekil 4.13): a) Gövde, basınçlı elektrolitin basıldığı ve takımın uç kısmının yerleştirildiği haznedir. Burada takıma negatif kutup bağlantısı yapılmasında kullanılan iki adet silindirik kömür mevcuttur. b) Takıma dönme hareketinin verildiği kısım, takım ekseninden farklı bir eksene yerleştirilmiş bir d.a. motoru ve dişli sisteminden oluşmaktadır. Farklı devir sayıları elde etmek için d.a. motoru tercih edilmiş olup bu motorun tahrik edilmesinde ayrı bir d.a. güç kaynağı kullanılmaktadır. c) Takımın conta geçirilerek içerisine takıldığı ve bu şekilde sabitlendiği mandren kısmı. Mandren üzerinde bulunan vida dişli bölüm sayesinde gövdeye monte edilmektedir. Takıma elektrik akımının verilmesi için gerekli kablo bağlantısı basınç başlığı üzerine yapılmıştır. Buradan geçen elektrik akımı başlığın içinde bulunan iki adet grafit çubuğa aktarılmakta ve bu çubuklar takımın içine yuvalandığı dönen silindirik parçaya sürterek takıma akım iletimini sağlamaktadır.

124 Resim 4.8. Basınç başlığı ve tezgah başlığı bağlantısının görünümü 98

125 99 Şekil EKD de takımın sabitlendiği basınç başlığının şematik görünümü Takım elektrotun bir ucu basınç başlığının içerisine yerleştirilip mandrenle sabitlendikten sonra işlemede kullanılacak diğer uç kısmı ise takım çapından çok az büyük olan bir kılavuzdan geçirilmektedir. Bu sayede işleme esnasında pirinç takımın salgı yapması engellenmektedir. Kılavuz eleman üç ayaklı bir destekleme elemanı ile sabitlenerek takımın işparçasına göre izafi konumu ayarlanmaktadır. Üç

126 100 ayaklı destekleme elemanı pirinç malzemeden yapılmıştır. Takım bağlantısı Resim 4.9 da görülmektedir. Mandren Takım Kılavuz Üç ayaklı kılavuz destekleme elemanı İşparçası çifti Kestamit malzemeden yapılmış mengene Resim 4.9. Takımın kılavuz elemandan geçirilerek sabitlenmesi

127 DENEYSEL ÇALIŞMA Deneylerde içi boş pirinç tüp takımlarla Hadfield çeliği, AISI 1040 çeliği ve nikel içerikli TM çelik işparçalarına EKD ile işleme akımı, püskürtme basıncı, takım devir sayısı ve elektrolitik derişimi gibi değişik işleme parametrelerinde delikler delinmiş ve işleme performansı çıktıları değerlendirilmiştir. Değerlendirme yapılırken işparçası işleme hızı (İİH), ortalama yanal açıklık (OYA), yüzde boyutsal hata (%BH) ve delik geometrisi gibi temel performans çıktıları kullanılmıştır. Bu temel performans çıktılarına ek olarak işleme süresine bağlı olarak akım değişimleri ve takım ilerleme hız değerleri Delphi dili ile yazılan bilgisayar programı ile sürekli kaydedilmiş ve değerlendirilmiştir Elektrokimyasal Delme Ünitesi EKD tezgah gövdesi Temiz elektrolit tankı Elektronik kontrol panosu Takım hareketinin ve işleme değerlerinin kontrol edildiği yazılımı çalıştıran bilgisayar İşlemelerde kullanılan d.a. güç kaynağı Yüksek basınç pompası ve bağlantı sistemi Takımı döndürmede kullanılan d.a. güç kaynağı Resim 5.1. Deneylerde kullanılan EKD ünitesi

128 102 EKD deney düzeneği (Resim 5.1); 1. EKD tezgâh gövdesi, 2. Sürekli d.a. güç kaynağı, 3. PC ve bilgisayar yazılımı 4. Pistonlu pompa ve tahrik ünitesi, 5. Basınç başlığı, 6. Pistonlu pompa ve basınç başlığı elektronik kontrol panosu, 7. Temiz elektrolitik tankı, gibi kısımlardan oluşmaktadır. Bu ana kısımlar yanında birçok yardımcı parça birleştirilerek deney düzeneği oluşturulmuştur. Deney düzeneğine ait teknik özellikler Çizelge 5.1 de verilmiştir. Çizelge 5.1. EKD ünitesi teknik özellikleri Doğru Akım Güç Kaynağı (Marka: Xantrex) Güç ( 220 V) 1200W Çıkış Akımı A (0,1A kademe artırımı) Çıkış Gerilimi 0-7,5V (0,01V kademe artırımı) Maksimum Aşırı Gerilim 0,375V Tezgah Gövdesi İş Tablası Boyutları ( XxY ) 550 x 250 mm Tabla Hareket Boyutları ( XxY ) 250 x 200 mm Tabla Hassasiyeti ( X-Y ) 0,02 mm İşleme Haznesi Boyutları ( XxYxZ ) 600 x 300 x 250 mm Maksimum İşparçası Boyutları ( XxYxZ ) 300 x 200x 150 mm Z Ekseni Kontrol Mekanizması Servo Kontrol Z Ekseni Kursu 200 mm Z Ekseni Hassasiyeti 0,01 mm Elektrolitik Sıvı Deposu Elektrolit Depo Boyutları ( XxYxZ ) 300 x 300 x400 mm Yüksek Basınç Pompası (Marka: Annovi Reverberi) Pompa Basıncı (maks.) 150 Bar Pompa Debisi (maks.) 15 lt/dak. Pompa Devri (maks.) 1450 dev/dak Pompa Motoru Motor Tipi A.A. motoru Motor Gücü 0,25 kw Motor Devri 910dev/dak Basınç Başlığı Maksimum Basınç 100Bar Dönme Hızı 24V-4500dev/dak

129 İşleme Parametreleri Deneysel çalışmalarda, Hadfield çeliği klasik talaşlı imalat yöntemleri ile işlenmesi güç bir çelik olduğundan işlenebilirliği iyi olan AISI 1040 çeliği karşılaştırma yapmak amacıyla aynı parametrelerde işlenmiştir. Literatür araştırması sonucu EKİ de TM çeliğin anodik çözünme hızı ve delik boyut hassasiyetinin tespiti üzerine hiç çalışmaya rastlanmadığından deneylerde bu tip malzeme de işlenmiştir. Böylece TM parçaların EKD ile işlenebilirliği konusuna katkı yapılmaya çalışılmıştır. Düşük akım değerlerinde elde edilen geometrilerin boyut hassasiyetinin daha iyi olduğu literatürden bilinmektedir [1-3]. Bu nedenle bu çalışmada düşük gerilim ve akım değerleri seçilmiştir. Ayrıca EKD de halit tuzlu çözeltilerle derin delik delme işlemi hiç denenmediğinden mikro işleme adı altında yapılan çalışmalarda kullanılan NaCl derişim değerleri esas alınmıştır. Deneylerde kullanılan işleme parametreleri Çizelge 5.2 de sunulmuştur. Çizelge 5.2. Deneylerde kullanılan işleme parametreleri Deney Parametreleri İşleme Değerleri İşparçası Malzemesi Hadfield çeliği AISI 1040 çeliği FLN kodlu TM çeliği İşleme Gerilimi (V),(volt) 4,5-5,5-6,5-7,5 4,5-5,5-6,5-7,5 4,5-5,5-6,5 Başlangıç işleme boşluğu mesafesi (h), (mm) Elektrolitik sıvı NaCl çözeltisi NaCl çözeltisi NaCl çözeltisi Elektrolitik Sıvı Konsantrasyonu (K), (g/l) Elektrolitik Sıvı Uygulama Şekli Püskürtme Basıncı (P), (bar) Takım Devir Sayısı (n),(dev/dak) Kutuplama 100, 125, , 125, , 125, 150 Takım içinden püskürtme Takım içinden püskürtme Takım içinden püskürtme 20, 40 20, 40 20, , , 400 0, 200, 400 Takım (-), İşparçası (+) Takım (-), İşparçası (+) Takım (-), İşparçası (+) Takım Malzemesi Pirinç Pirinç Pirinç Takım Şekli Tüp Tüp Tüp Takım Boyutları (mm) Dış çap:0,5 İç çap: 0,18 Boy: 40 Dış çap:0,5 İç çap: 0,18 Boy: 40 Dış çap:0,5 İç çap: 0,18 Boy: 40 İşleme Derinliği (mm )

130 104 Çizelge 5.3 de görülen 48 işleme deneyi Hadfield ve AISI 1040 işparçaları için ayrı ayrı yapılarak toplam 96 deney yapılmıştır. FLN2-440 kodlu TM çeliği için toplam 54 deney yapılmıştır. Hadfield çeliğinin ilk işlemelerinde 8 mm derinliğin üzerinde işleme bölgesinin tıkandığı görülmüş (püskürtmenin yapılamaması) ve işleme derinliği 8 mm ile sınırlandırılmıştır. TM çeliğin deneme işlemelerinde bu durum meydana gelmediğinden dolayı 16 mm derinliğe kadar inilmiş ve diğer işlemelerden farklı olarak dönmesiz takımlı işlemeler de yapılmıştır. Akım ve elektrolit derişiminin işleme performansına etkisinin önemli olduğu bilindiğinden bu çalışmada en fazla bu değişkenlerin değerleri değiştirilmiştir. Çizelge 5.3. Deney tasarımı İşleme Gerilimi (V) Elektrolitik Derişimi (g/l) Takım Dönme Devir Sayısı (dev/dak) Elektrolitik Püskürtme Basıncı (Bar) 100 4, , , , Hadfield, AISI 1040, TM çeliklerin deneylerinde elektrolitik püskürtme basıncının seçimi deneyler öncesi yapılan ön deneme işlemeleri sonucu 20 ve 40 bar olarak tercih edilmiştir.

131 İşparçası Deneylerde işparçası malzemesi olarak Hadfield çeliği, AISI 1040 çeliği ve MPIF standart 35 e göre gösterimi FLN olan TM çeliği kullanılmıştır. Hadfield çeliği klasik talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmesi çok güç bir malzemedir. Sebebi ise işlenmesi esnasında gerinme pekleşmesine (strain hardening) uğramasıdır [81-85]. Hadfield çeliği yüksek tokluğa sahip mıknatıslanma özelliği olmayan bir çelik olup yoğunluğu 7,916 g/cm 3 dür. Genellikle ekskavatörlerde, maden kırma ve öğütme makinelerinde, hapishane demir kafeslerinin yapımında ve demiryollarında makas geçiş raylarının yapımında kullanılır [85]. Hadfield çeliğinden numuneler silindirik bir parçadan kesilerek hazırlanmıştır. Numune hazırlama için önce dekupaj testere ile kesme denenmiş ancak malzemede sadece 1 mm derinliğinde çok çapaklı bir kesme izi oluşturulabilmiştir. Kesme işlemi gerçekleşmeyince ince bakır plaka kullanılarak dalma elektro erozyon ile işleme (EEİ) tezgahında denenmiş, yaklaşık 4 saat işlemede ancak 6 mm derinliğe inilmiştir. Son olarak tel erozyon ile kesme yöntemi denenmiş ve toplam 12 saat kesme sürede tüm numuneler düzgün şekilde kesilmiştir. Bu numune hazırlama işlemi oldukça maliyetli olmuş (400 TL) ancak çok düşük kesme aralığında düzgün yüzeylere sahip numuneler elde edilmiştir. Daha sonra yüzeyler zımparalanarak deneylere hazırlanmıştır (Şekil 5.1). Şekil 5.1. Tel erozyonla kesilmiş Hadfield çeliği numunelerinin geometrileri

132 106 AISI 1040 makine ve otomotiv sanayilerinde özellikle vinç kancaları, dişliler, kazıcılar, transmisyon milleri, ray, kazma ve kürek yapımında yaygın kullanılır. Klasik talaşlı imalat yöntemleri ile işlenebilirliği iyi bir çelik türüdür. AISI 1040 çeliğinin yoğunluğu 7,8 g/cm 3 tür. Hadfield ve AISI 1040 malzemelerinin EKD ile işlenmesi sonucu elde edilen işleme performansı değerleri karşılaştırılmıştır. Deneylerde kullanılan Hadfield ve AISI 1040 çeliklerinin kimyasal özellikleri Çizelge 5.4 te sunulmuştur. AISI 1040 çeliği numunesi Şekil 5.2 de görülmektedir. Şekil 5.2. AISI 1040 numunenin şematik görünümü ve boyutları Çizelge 5.4. Deneylerde kullanılan AISI 1040 ve Hadfield çeliği işparçası malzemelerinin kimyasal bileşimi C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Co Cu V Fe Hadfield Çeliği 1,08 0,621 13,6 0,0152 0,0004 0,721 0,263 0,286 0, ,0229 0,183 0, ,2 AISI1040 0,3754 0,208 0,744 0,0081 0,0269 0,0727 0,0148 0,097 0,0183 0,0243 0,1495 0, ,175 Çeliği

133 107 Üçüncü grup delik delme deneylerinde EKD çalışmalarında hiç araştırılmamış TM malzeme işparçası olarak kullanılmıştır. Bu malzemenin başlangıç tozu Ancorsteel 85 HP 1990 ların başında geliştirilmiş su ile atomize edilmiş önalaşımlı bir tozdur. Önalaşım %0,85 molibden ihtiva ettiğinden sıkıştırılabilirliği gelişmiş ve ısıl işleme daha uygun bir yapıdadır. Deney numuneleri Hoeganaes firmasının Ancorsteel 85 HP tabanlı FLN nin bileşimleridir. MPIF (Metal Powder Industries Federation) tarafından kullanılan bu kodlamanın açılımı Şekil 5.3 de ve kimyasal bileşimine ait değerler Çizelge 5.5 de sunulmuştur [86]. Şekil 5.3. MPIF standart 35 e göre numune yapısının gösterimi [86] Çizelge 5.5. Deneylerde kullanılan TM malzemenin kimyasal bileşimi Fe C Ni Mo FLN ,35 0,4 1,0 0,65 7,2 g/cm 3 yoğunluğa tek presleme ve tek sinterleme (1260 C 0 ) ile ulaşılmış olan bu malzemede gözenek miktarı %8,05 dir. Numunelerde kullanılan tozların ortalama boyutları Ancorsteel 85 HP tozu 100 mm, Nikel (123) tozu 5 mm ve grafit tozu 10 mm dır. Malzemenin sertliği ise 74 HRA dır. TM numuneler freze tezgahında Şekil 5.4 te görülen boyutlara getirilmiş ve yüzeyleri satıh taşlama tezgahında parlatılmıştır.

134 108 Şekil 5.4. TM çelik numunenin şematik görünümü ve boyutları 5.4. Elektrot (Takım) Deneylerde tüp formunda pirinç elektrotlar kullanılmıştır. Bu elektrotlar elektro erozyon ile hızlı delik delme tezgahları için üretilmiş takımlardır (Resim 5.2). Standart boyutlarda üretilen bu takımlar çok narin olup çok küçük dış kuvvetlerin etkisiyle eğilebilmektedir. Takımın bir ucu basınç başlığına bir conta geçirilerek mandren vasıtasıyla sabitlenip diğer ucu salgı yapmaması için seramik kılavuz elemandan geçirilmiştir. Tüm deneylerde boyu 40 mm, iç çapı 0,18 mm ve dış çapı 0,5 mm olan takımlar kullanılmıştır. Resim 5.3 te takımın basınç başlığına bağlantısı görülmektedir. Resim 5.2. Elektrot kesit görünümleri, a) tek delikli, b) çok delikli

135 109 Resim 5.3. Takımın sabitlenmesi Takım yalıtımı Takımın kılavuzdan çıkan ucu yalıtılarak işlemelerde derine inildikçe delik yanal duvarlarının işlenmesi sonucunda koniklik oluşumu engellenmiştir. Takımın işlemede delik içine giren uzunluğundan biraz uzun bir kısmı yalıtılmıştır. Yalıtım için önce polivinil alkol (PVA) kullanılmış, ancak uzun kuruma süresi (15 saat) gerektirdiğinden ve yüzeye iyi yapışmamasından dolayı bu yalıtım malzemesinden vazgeçilmiştir. Yapılan araştırmalar sonunda hızlı kuruma özelliği ve yüksek yüzeye yapışma kabiliyetinden dolayı siyanoakrilik (Cyanoacrylate) kimyasalının kullanımına karar verilmiştir. Tüm işlemelerde takımın ön uç kısmı hariç delik içerisine giren kısmında siyanoakrilik kullanılmıştır (Çizelge 5.6).

136 110 Çizelge 5.6. Siyanoakrilik dielektrik yalıtım malzemesinin kimyasal özellikleri. Siyanoakrilik Özellikler Molekül Formülü C 5 H 5 NO 2 Molar Ağırlığı (g/mol) 111,1 Yoğunluk (g/cm 3 ) 1,1 Donma Sıcaklığı ( C) -40 Kaynama Sıcaklığı ( C) 66 Alevlenme Sıcaklığı ( C) 79,5 Sertleşme Süresi (dak) 2-5 Takımın yalıtılmasında takım ucundaki L=1 mm uzunluk yalıtılmamıştır (Şekil 5.5). Bu çıplak uzunluk değerinin işleme hızını, delik geometrisini ve BH değerini etkilediği bilinmektedir [2-6]. Şekil 5.5. Takım yalıtımı [6] 5.5. Elektrolit ve İşleme Ortamı Elektrolitik sıvı olarak NaCl tuzunun sulu çözeltisi kullanılmıştır. Üç farklı derişimde hazırlanan elektrolitik sıvı takım içinden basınçlı olarak püskürtülmüştür. İlk püskürtme basınç değerleri küçük seçilmiş, takım işparçasına yaklaşınca basınç seçilen deneysel parametreler göre artırılmıştır. Bu şekildeki basınç ayarlaması elektrolitik işleme ortamının oluşması için gereklidir. Klasik EKD uygulamalarında elektrolitikle dolu bir tankın içine takım ile işparçasının tamamen daldırılıp işlemenin gerçekleştirilmesi sağlanmaktadır. Bu durumda takım-işparçası çiftinin işlemede

137 111 kullanılmayan bölümleri de korozyona uğramaktadır. Tez çalışmasında takımın içinden püskürtülen elektrolitiğin işparçası yüzeyinde (takım ucunun etrafında) oluşturduğu küçük elektrolitik sıvı birikintisinde delme gerçekleştirilmiştir (Resim 5.4). Böylelikle, işleme artıklarını içeren kullanılmış elektrolitik sürekli püskürtülen temiz elektrolit tarafından hızlı bir şekilde ortamdan uzaklaştırılmakta ve işleme ortamının akımın etkisiyle ısınması engellenmektedir. Bu şekil bir elektrolit uygulaması ile elektrolitik sıvı tasarrufu da sağlanmıştır. Birikinti şeklinde oluşan işleme ortamı İşleme ürünlerini içeren elektrolitin işparçası yüzeyinden sızıntı şeklinde akarak uzaklaşması Kılavuz eleman Yüzeyi yalıtılmış takım ucu Resim 5.4. EKD de elektrolit uygulaması Bu tip bir elektrolit uygulaması asitli elektrokimyasal delik delme yöntemlerinde tercih edilmektedir. Çünkü bu yöntemlerde asidin çözündürücü etkisi ile işleme yapıldığından takım-işparçası çiftinin tamamının asitli elektrolit içerisine batırılması halinde işparçasının işlenmesi istenmeyen kısımları da işlenmektedir. Dolayısıyla asitli EKD yöntemlerinde uygulanan bu püskürtme tekniği çalışmada tercih edilmiştir.

138 Veri Toplama Sistemi Deneylerde işleme öncesi ve süresince takım hareket kontrolü için yazılmış bilgisayar programı yardımı ile işleme sırasında takım konumu, takım ilerleme hızı, işleme akımı ve işleme süresi anlık olarak (1s de 2 değer) kaydedilmiştir. Sistem veriyi RS232 veri yoluyla, sırasıyla tezgah kontrol kartı ve MIP10 entegre kontrol kartı üzerinden bilgisayara COM-PORT tan aktarmaktadır. Böylelikle, işleme esnasında akım değişimleri, kısa devre ve mikro kıvılcımların oluşup oluşmadığı, işleme derinliği ve takım hızı sürekli sayısal değer olarak gözlenmiştir. Ölçülen değerler her işleme için açılan EXCELL sayfasında veri olarak yazılarak bilgisayarın sabit diskine kaydedilmiştir. Resim 5.5 te tezgah üzerinde bulunan kontrol panosunda ki veri toplama, aktarma ve kaydetme sistemi görülmektedir. Tezgah Kontrol Kartı DA motor bağlantısı Bilgisayar ile veri alış verişi bağlantısı MIP 10 ve tezgah kontrol kartı güç kaynağı Resim 5.5. Tezgah panosunda veri toplama ve aktarma sistemi

139 Deneylerin Yapılması Tez çalışmasında üç aşamalı bir deney tasarımı yapılmıştır. Çalışmada EKD yöntemiyle derin delik delme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Akım geri beslemeli takım kontrol yapılmıştır. Bu amaçla takım hareket kontrolü için yazılan bilgisayara programında akımlı işleme arayüzü kullanılmıştır (Şekil 4.12). İlk olarak klasik talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmesi çok güç bir malzeme olan hadfield çeliğinden numunelere 8 mm boyda 48 adet delik delinmiştir (Çizelge 5.3). İkinci deney setinde, klasik yöntemlerle işlenmesi daha kolay olmakla beraber EKD ile işlenebilirliği hiç denenmemiş olan AISI 1040 çeliğine aynı parametrelerde 48 adet delik işleme yapılmıştır. Üçüncü deney setinde ise yine bugüne kadar EKD ile işlenebilirliği üzerine hiç çalışma yapılmamış olan TM numuneler işlenmiştir. TM malzemenin işlenmesinde 54 adet deney yapılmış olup diğer iki çelikten daha derin (16mm) delik işlemeler yapılmıştır. Tüm deneylerde 0,5 mm çapta ucu yalıtılmış pirinç takım kullanılmıştır. İki farklı püskürtme basıncı ve takım devir sayısı değeri her iki tip çelik malzemenin işlenmesinde kullanılmıştır. TM numunelere delik delmede ise iki farklı basınç ve devir sayısı parametresine ilaveten takımın döndürülmediği deneyler de yapılmıştır. Tüm deneylerde dört farklı işleme gerilimi ve üç farklı derişimde elektrolitik sıvı kullanılmıştır. Başlangıç işleme boşluğu mesafesi gerekli işleme ortamının en kısa sürede oluşması için 500 mm olarak alınmıştır. Bu mesafe takımişparçası çiftine gerilim uygulanmadan önce yazılan bilgisayar programında ki DOKUNDUR fonksiyonu arayüzü kullanılarak ayarlanmıştır. Bütün deneylerde başlangıç işleme boşluğu mesafesi sabit tutulmuştur. Çalışmada işleme sıvısı olarak NaCl sulu çözeltisi kullanılmıştır. İşleme sonrası delik profilinin incelenmesinde şekil bütünlüğüne zarar vermemek için aynı ölçüdeki iki numune birleştirilerek mengene ağzına sıkıştırılmıştır. Takım iki numunenin birleşme çizgisine konumlandırılarak bir çift numuneye birçok delik delmek suretiyle EKD deneyleri yapılmıştır. Böylece oluşan delik geometrisi kesme işlemine gerek kalmadan kolaylıkla incelenmiştir. İşlemeler sonrası delik kesitleri temiz su ve basınçlı hava ile temizlenmiştir.

140 Ölçümlerin değerlendirilmesi Tez kapsamında yapılan deneylerde alınan ölçümler şunlardır; 1) İşparçası ilk ve son ağırlıkları, 2) İşleme süresi, 3) Gerilim ve akım değerleri, 4) Takım dönüş hızı, 5) Takım konumu, 6) Elektrolit püskürtme basıncı, 7) Delik boyunca çap ölçümü, Bu ölçümlerden faydalanılarak işparçası işleme hızı (İİH), en büyük ve en küçük delik çapları, delik geometrisi ve yüzey kalitesi tespit edilmiştir. Yapılan bu ölçümlerle ulaşılan İİH, ortalama yanal açıklık (OYA), boyutsal hata (%BH), h/d ( h delik derinliği, d delik çapı) ve delik geometrisi gibi değerlerlerle işleme performansı hakkında bilgi edinilmiştir. Ayrıca, bilgisayar yazılımı ile takım ilerleme hızı sürekli akım değişimine bağlı olarak kaydedilmiştir. Böylece, EKD de çok önemli bir parametre olan takım ilerleme hızının akım değeri ile değişimi de tespit edilmiştir. a) İşparçası işleme hızı (İİH): EKD de işleme performansını belirleyen en önemli özelliklerden birisi İİH dır. İİH nın tespiti amacıyla işleme öncesi nihai ölçülerine getirilen işparçaları 0,001 gr hassasiyetinde dijital terazi ile tartılmıştır. İşleme tamamlandıktan sonra işparçaları temizleme ve kurutma işlemine tabi tutularak tekrar tartılmıştır. İİH değerleri bölüm 3.1 de ifade edilen formülle (mm 3 /dak) hesaplanmıştır. b) Delik geometrisi ve boyutlarının tespiti: Delik geometrisinin incelenmesi amacıyla işlenmiş numuneler temizlenerek çözünürlüğü yüksek tarayıcıda (HP Photosmart C4280) görüntü taraması yapılmıştır. Delik kesit görüntüleri tarayıcıda piksel çözünürlükte taranarak elde edilmiştir. Daha sonra bu

141 115 görüntüler kullanılarak Datinf Measure görüntü analizi ve ölçüm paket programıyla her delik kesiti için üzerinden çap ölçümleri yapılmıştır. Hadfield ve AISI 1040 malzemelere açılan delik kesitlerinde 8 er adet, TM çelik malzemeden ise 10 adet çap ölçümü alınarak OYA değerleri (Bölüm 3.1 de ifade edilen formülle) hesaplanmıştır. Datinf Measure paket programı, görüntü analizi yapılabilen ve görüntü üzerinden istenilen eksen takımında hassas boyutlarda ölçme işlemlerinin gerçekleştirildiği bir yazılımdır. Bu programla yapılmış bir delik ölçümüne ait arayüz görünümleri Şekil 5.6 ve Şekil 5.7 de görülmektedir. Taranan görüntüler istenilen formatta Datinf Measure ekranında açılabilmektedir. Bu ilk ölçümlerde numune kalınlığı piksel değerinde ölçülmüştür. Sonra bu numune kalınlığının piksel değeri dijital kumpasla ölçülen kalınlık değerine (8 mm=8000 mm) dönüştürülmüştür (Şekil 5.6 ve Şekil 5.7). Bu şekilde resmin boyut ayarlaması yapıldıktan sonra her bir delik üzerinden çok sayıda ölçüm alınarak kaydedilmiştir. Sonuçlar ortalama yanal açıklık değerlerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Şekil 5.6. Datinf Measure programında ölçüm öncesi birim ayarlaması

142 116 Şekil 5.7. Numune kesitleri üzerinden delik çaplarının ölçülmesi c) Ortalama yanal açıklık (OYA): Bu değer delik boyunca alınan çap ölçümlerinin ortalamasının takım çapından çıkarılarak bulunan değerin yarısının alınması şeklinde hesaplanmıştır (Bölüm 3.1). d) Boyutsal Hata (%BH): Deliğin konikliği hakkında bilgi veren bu değer bir delikteki en büyük çap ve en küçük çap değeri arasında ki farkın delik boyuna bölünmesiyle hesaplanır (Bölüm 3.1). EKD de ideal durum bu değerin sıfır olmasıdır. Çalışmada deneyler öncesinde üç tip işparçasına da rastgele seçilen işleme parametrelerinde delikler delinmiştir. Bu denemeler esnasında Hadfield ve AISI 1040 çelik işparçalarının takım dönmesiz işlemelerinde işleme boşluğunun kısa sürede tıkanması ile arzu edilen derinlikte delik açılamadığı tespit edilmiştir. Dolayısıyla her iki tip çelik malzemede sabit takım parametresi seçilmemiştir. Ancak TM numunelerin denemelerinde takım dönmesiz işleme yapılabilmiştir. Bazı EKD deneylerinde işleme esnasında takım delik çapı çok küçük olduğundan dolayı

143 117 tıkanma olayı gerçekleşmiş ve işleme durmuştur. Ayrıca yüzey yalıtımı bazı işlemelerde bozulmuş ve ani akım artışları şeklinde bilgisayardan bu durum gözlenmiştir. Her iki takım tıkanması ve yüzey yalıtımının bozulması durumlarında da işlemeye son verilip aynı parametrelerde yeni delik delme işlemleri yapılmıştır. Ayrıca iki taraflı numune kullanıldığından her delik delme sonrası delik şekli gözle incelenip arzu edilmeyen bir durum gözlendiğinde deney tekrar edilmiştir.

144 DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA Tez çalışmasında Hadfield ve AISI 1040 çeliklerinin EKD ile işlenebilirliği üzerine aynı işleme değerlerinde ve delik boyunda (8 mm) toplam 48 er adet deney yapılmıştır. TM çeliği deneylerinde ise delme boyu 14 mm olmak üzere toplam 54 adet deney yapılmıştır. Bu bölümde, her üç malzemeye ait EKD deneylerinin sonunda ölçülen ve hesaplanan işparçası işleme hızı, işleme süresi, işleme akımı, deliklerin ortalama yanal açıklık, boyutsal hata değerleri ve delik kesit resimleri sunulmuştur Hadfield ve AISI 1040 Çeliklerinin EKD Deney Sonuçları İşlenebilirlik açısından Hadfield çeliğinin AISI 1040 çeliğinden en önemli farkı talaşlı imalat yöntemleriyle şekillendirilirken Hadfield çeliğinin gerinme pekleşmeşine uğramasıdır. AISI 1040 çeliğinde bu durum oluşmamakta ve talaşlı imalat yöntemleriyle kolaylıkla şekillendirilebilmektedir. Her iki malzemenin kimyasal bileşiminde farklılık (Çizelge 5.4) her iki metalin elektrolizi esnasındaki elektrokimyasal reaksiyonların oluşum hızını (metal çözünme hızı), reaksiyon ara ve son ürünlerinin türünü de değiştirmektedir [1, 2, 3, 87, 88]. Dolayısıyla her iki metalin EKD deneyleri aynı işleme şartlarında yapılmış ve işleme performansı sonuçları karşılaştırılmıştır Hadfield çeliği EKD deney sonuçları Hadfield çeliğine EKD ile açılan delik geometrilerinin incelenmesi Hadfield çeliğinin EKD deneylerine başlamadan önce deney tasarımı yapmak amacıyla düşük gerilim değerlerinde 11 adet ön işleme yapılmıştır. Bu ön deneylerin 10 tanesi takıma dönme hareketi verilmeden 1 tanesi ise takıma dönme hareketi verilerek gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, takıma dönme hareketi verilmediği zaman bozuk delik geometrileri oluştuğu ve işlemelerin hemen hepsinde çok derine inilmeden takım deliğinin tıkanmasından dolayı elektrokimyasal

145 119 çözünmenin sonlandığı tespit edilmiştir. Bu durum takım içinden püskürtülen elektrolitiğin numune üzerinde oluşturduğu birikintisel işleme ortamının kaybolması şeklinde kendini göstermiştir. İşleme ortamı kaybolunca takım ile işparçası birbirine temas etmiş ve kısa devre meydana gelmiştir. Ayrıca delik şeklini incelemek amacıyla her işlemeden sonra delik içi temizlenirken gözle görülecek büyüklükte siyah renkte işleme artıklarının oluştuğu tespit edilmiştir. Bu katı çökelti formundaki artıkların çok küçük olan işleme boşluğundan basınçlı elektrolitle uzaklaştırılamayacak kadar büyük olduğu gözlenmiştir. Bu durum Hadfield çeliğinin kimyasal bileşiminde bulunan farklı özellikteki elementlerin anodik çözünme esnasında NaCl sulu çözeltisinde farklı ara ürün çökeltilerinin oluşturduğunu göstermektedir. Hadfield çeliğinde bulunan yüksek oranda Mn nın bu katı çökeltilerin oluşmasında etkili olduğu düşünülmektedir. Takıma dönme hareketi verilerek yapılan tek işlemede ise daha derin delik boyu elde edilmiş ancak işleme belirli bir derinlikte yine takım deliğinin tıkanmasından dolayı durmuştur. Bu deneyde işleme esnasında oluşan iri katı çökeltilerinin takımın dönme hareketiyle işleme boşluğundan uzaklaştırılabildiği tespit edilmiştir. Bu durum takımın dönme hareketinin ön ve yanal işleme boşluklarında akışkan hareketini kolaylaştırması (hızlandırması) ve işleme ürünlerini etkili olarak ortamdan uzaklaştırması şeklinde yorumlanmıştır [10]. İşleme esnasında yanal işleme boşluğuna sıkışan bu ürünlerin takımın dönme hareketiyle delik duvarına sıkışarak ezilip küçük partiküllere ayrıldığı ve işleme boşluğundan kolaylıkla uzaklaştırıldığı düşünülmektedir. Takıma dönme hareketi verilerek yapılan işlemede elde edilen delik profili umut verici şekilde olup deney tasarımı için fikir vermiştir. Hadfield çeliği ön deneylerinde takıma dönme hareketi verilmediği zaman işlemenin kısa sürede durduğu ve standart derinlikte işlemeler yapılamadığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak Hadfield çeliği deneylerinde dönmesiz takımla işleme deney parametresi olarak tercih edilmemiştir. Ön deneylerde kullanılan işleme parametreleri Çizelge 6.1 de verilmiş olup elde edilen delik geometrileri ise Resim 6.1 de görülmektedir. Resim de Hadfield çeliğinin EKD ile değişik işleme parametrelerinde işlenmesi sonucunda elde edilen delik görüntüleri deney sırasına göre numaralandırılmış olarak görülmektedir ve Çizelge de ise işleme performansı çıktıları sunulmuştur.

146 120 Resim 6.1. Ön deneyler sonunda Hadfield çeliğine açılmış delik şekilleri (1-9 ve 11 no lu delikler dönmesiz takımlı işleme, 10 no lu delik döner takımlı işleme) Çizelge 6.1. Hadfield çeliği ön deney işleme parametreleri. Deney no İşleme Gerilimi (V) İşleme Akımı (A) Takım Dönme D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Konsantrasyon C (g/l) İşleme Süresi t (dak) 1 2,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0, ,5 0,

147 121 Resim 6.2. Hadfield çeliğinden 1 ve 2 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri (h=8mm) Çizelge 6.2. Hadfield çeliği 1-21 no lu deney sonuçları Püskürtme Ort. Boyutsal İşleme Takım D. Kons. İşleme Deney Basıncı İİH Yanal Hata Gerilimi Sayısı n Süresi t no (mm 3 /dak) Açıklık (V) (dev/dak) P (Bar) C (g/l) (dak) BH (%) (mm) 1 4, , ,555 1, , , ,909 2, , , ,28 1, , , ,408 1, , ,4267 İPTAL 6 4, , ,375 2, , ,2196 İPTAL 8 4, , ,362 5, , , ,254 2, , ,763 İPTAL 11 4, , ,27 1, , ,1353 İPTAL 13 4, , ,435 1, , ,1263 İPTAL 15 4, ,2932 İPTAL 16 4, ,7895 İPTAL 17 4, ,6456 İPTAL 18 4, ,1403 İPTAL 19 4, ,1486 İPTAL 20 4, , ,175 3, , , İPTAL

148 122 Resim 6.3. Hadfield çeliğinden 3 ve 4 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri Çizelge 6.3. Hadfield çeliği no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. K(g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm3/dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata BH(%) 22 4, , ,235 2, , , İPTAL 24 4, , İPTAL 25 4, , İPTAL 26 4, , ,085 3, , , ,125 1, , , ,47 2, , , ,337 3, , , ,337 4, , , İPTAL 32 5, , ,412 4, , , ,261 2, , , ,249 7, , , ,174 4, , , ,125 2, , , ,272 1, , , ,314 3, , , İPTAL 40 5, , ,125 1, , , ,16 1, , , ,127 1, , , ,55 5, , , ,785 3, , , ,13 6,618

149 123 Çizelge 6.3. (Devam) Hadfield çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C(g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm3/dak) Ort. Yanal Açıklık OYA (mm) Boyutsal Hata BH(%) 46 6, , ,964 1, , , ,075 1, , , ,162 2, , , ,562 2, , , ,905 2,546 Resim 6.4. Hadfield çeliğinden 5 ve 6 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri (h=8 mm) Çizelge 6.4. Hadfield çeliği no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C(g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm3/dak) Ort. Yanal Açıklık OYA (mm) 51 6, , İPTAL Boyutsal Hata BH(%) 52 6, , ,061 4, , , ,622 4, , , ,117 2, , , İPTAL 56 6, , İPTAL 57 6, , ,544 2, , , ,125 3, , , ,079 2, , ,5 0, ,767 3, , , İPTAL 62 7, , ,76 4, , , ,165 3,367

150 124 Çizelge 6.4. (Devam) Hadfield çeliği no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık OYA (mm) Boyutsal Hata BH(%) 64 7, , ,577 4, , , ,935 2, , , ,666 2, , , ,121 2, , , ,275 2, , , İPTAL 70 7, , ,425 1, , , İPTAL 72 7, , ,494 2, , , ,657 2, , , ,627 1,688 Delik geometrileri incelendiğinde delik giriş ve çıkış çapları arasında işleme parametrelerine bağlı olarak belirgin bir artma veya azalma meydana gelmemiştir. Ancak deneylerde dönüş hızı yükseldikçe delik giriş çapında artış gözlenmiştir (Resim 6.5). Bu durum literatürde elde edilen sonuçlarla uyumludur [5,6]. Değişen parametrelere bağlı olarak delik giriş çaplarında lineer bir artış veya azalma gözlenmemesinin sebebi olarak işlemelerin takım-işparçası çiftinin tümüyle ıslandığı kapalı işleme ortamlarında yapılmamış olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Çünkü, deneysel çalışmadaki tüm işlemlerde takımın ucundan basınçla püskürtülen elektrolitik sıvının oluşturduğu küçük bir işleme ortamında anodik çözünme gerçekleştirilmiştir. Dolayısıyla işlemenin başlangıcında elektrolit basıncı ve takımın dönme hareketi sebebiyle takım ucundan püskürtülen işleme sıvısı etrafa küçük atomize damlacıklar şeklinde saçılmıştır. Böylelikle başlangıç işleme boşluğu mesafesi aşılana kadar işleme ortamı oluşamamıştır. Başlangıç işleme boşluğu mesafesi (600 mm) tamamlanıp takımın yalıtılmamış uç kısmı işparçası yüzeyine yeteri kadar yaklaştığında anodik çözünme için gerekli akım yoğunluğu elde edilmiştir. Akım değeri sürekli olarak bu mesafe boyunca d.a. güç kaynağından ve bilgisayar yazılımından izlenmiştir. Bilgisayar programında takımın işparçasına

151 125 doğru hareket konumu da sürekli olarak gözlenmiş ve takım işparçası arasındaki mesafe mm oluncaya kadar akım değerinde bir artış meydana gelmemiştir. Sonuç olarak, kararlı işleme boşluğunun elde edilmesine kadar geçen süre bütün işlemelerde az da olsa farklılık göstermiştir. Bu farklılığın delik giriş çaplarının değişik değerlerde oluşmasına sebep olduğu düşünülmektedir. Deneylerin çoğunda işleme ortamının hızlı bir şekilde oluşturulması için başlangıç işleme boşluğu mesafesi tamamlanıncaya kadar seçilen konsantrasyon değerinde ki elektrolitik sıvı dar boyunlu bir pisetle düşük hızda takım işparçası bölgesine elle püskürtülmüştür. Bu kısa süreli (1-2 dak.) elektrolit takviyesi takımın işparçasına yaklaştığı mesafe bilgisayardan gözlenerek yaklaşık 100 mm mesafesinde sonlandırılmıştır. Sonuç olarak akım geri besleme kontrollü ve takım-işparçası çiftinin tamamen ıslanmadığı bu işlemelerde başlangıçta işleme ortamının hızlı oluşturulması amacıyla yanal elektrolit takviyesi çok etkili olmuştur. Aksi takdirde işleme ortamını oluşturulurken, elektrolit basıncı ve takımın dönme hareketi takım içinden püskürtülen elektrolitin akış davranışının kontrol edilemez bir hale gelmesine sebep olmaktadır. Bu da işlemenin başlamasının geciktirmektedir. Resim 6.5. İşlenmiş deliklerde delik giriş ve çıkış çaplarının değişimi (h=8 mm)

152 126 Diğer delik geometrileri incelendiğinde delik kesitlerinin çoğu ön deneyler sonucunda dönmesiz takımla elde edilen delik kesitlerine göre daha düzgün çıkmıştır. Delik geometrilerinin görünümleri kabul edilebilir düzeydedir. Bazı delik kesitlerinde derine inildikçe bölgesel olarak çap büyümesi veya azalması görülmüştür (5, 6, 7, 8, 10 no lu delikler). Bu durum Hadfield çeliğinin kimyasal bileşiminde bulunan Mn nın iri katı çökelti şeklinde işleme ürünü oluşturmasına ve bunların işleme esnasında işleme boşluğundan hızlı bir şekilde uzaklaştırılamamasından kaynaklanmaktadır. Araştırmacılar bunun sebebini NaCl elektrolitinde meydana gelen çözünme reaksiyonlarında ürünlerin topaklaşarak işleme bölgesini tıkadığı ve tıkanma anında akım değerinin kısa süreli olarak yükselerek İİH yı değiştirmesinden kaynaklandığını vurgulamışlardır [47,48]. Dolayısıyla işleme boşluğu ara sıra kısa süreli de olsa tıkanmaktadır. Bu kararsız durumda takım ilerleme hızı düşerek yalıtılmamış takım ucu bu noktalarda daha fazla kalarak delik çapını büyütmektedir. Sonuç olarak, tıkanma durumu aşılıp tekrar kararlı hız değerine ulaşıldığında bu durum kendini delik kesintinin genişlemesi ve daralması şeklinde göstermektedir. Bazı işlemelerde yalıtımın bozulması ile karmaşık geometriler elde edildiğinden (17, 21, 24, 31, 51, 55, 56 no lu delikler) deneyler tekrarlanmıştır. Takım yalıtımının bozulması EKD tekniğinin diğer önemli bir sorunudur. Yalıtım tabakasının soyularak bozulmasında ki en önemli sebep takımın kılavuz ucundan çıkan kısmında az da olsa eğrilik bulunmasıdır. Bu takım imalatından kaynaklanan bir hatadır. Bu durumda takımın dönme esnasındaki salgısından dolayı yalıtım tabakası delik iç yüzeyine temas ederek soyulmakta ve karmaşık delik geometrilerinin oluşmasına sebep olmaktadır. Bazı delik kesitlerinde ise tek taraflı çıkıntı biçiminde kesit daralması meydana gelmiştir. Resim 6.6 da net olarak görülen bu durum malzemenin anodik çözünme ara ve son ürün çökeltilerinin yanal işleme boşluğunu tek taraflı olarak tıkaması ve bu bölgelerde yalıtımın daha da artarak anodik çözünmenin delik kesitinde bir yüzeyde hızlı diğer yüzeyde ise yavaş gerçekleşmesini sağlamasından kaynaklanmaktadır. Aslında bu durum yanal açıklığın azalmasını sağlamaktadır. Ancak, süreklilik göstermediğinden delik şeklini bozan bir etki yapmaktadır.

153 127 Resim 6.6. Delik duvarında oluşan çıkıntı yapıların görünümü Hadfield çeliğinin işlenmesi sonucunda elde edilen delik profilleri klasik EKD (dönmesiz takım) ile elde edilen delik profillerine göre oldukça düzgündür. Elektrolitin takım içinden basınçla püskürtülmesi ve aynı anda takıma dönme hareketi verilmesi ile bu düzgün delikler elde edilmiştir. Konvansiyonel yöntemlerle karşılaştırılırsa Hadfield çeliğine matkapla bu kadar küçük çaplı deliklerin bu derinlikte delinmesi çok zordur. Hadfield çeliği deneylerinin İİH yönünden değerlendirilmesi Deney sonuçları incelendiğinde temel işleme parametrelerinden olan işleme gerilimi (V) ve elektrolit konsantrasyonunun (K) artışıyla İİH değerlerinde belirgin artış sağlanmıştır. Artan işleme gerilimi elektrolitik sıvıdan daha fazla elektron akışını sağlamaktadır. Daha fazla elektron daha fazla metal atomunun iyonik forma dönüştürmektedir [2,3]. Elektrolit konsantrasyonu artışıyla ise daha fazla tuz iyonunun işleme ortamında bulunmasını sağlanır. Bu da işleme ortamının iletkenliğini artırarak d.a. güç kaynağından daha fazla akım çekilmesini sağlamaktadır. Böylelikle, her iki durumda da daha fazla elektron akışı nedeniyle

154 128 anodik çözünme hızlanmaktadır. Her iki durumda İİH nın artışı Faraday ın formüle ettiği elektroliz kanunları ile uyumludur. Şekil de ki grafiklerde her iki basınç (20, 40 bar) ve takım dönme hızı (200, 400 dev/dak) değerlerinde işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonun artışıyla İİH da ki artış belirgin şekilde görülmektedir İİH (mm 3 /dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil 6.1. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil 6.2. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak)

155 İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 125g/l, 20 Bar 150g/l, 20 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil 6.3. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil 6.4. İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak)

156 130 Elektrolitin takım içinden püskürtülmesi ile işleme ürünlerinin işleme ortamından daha etkin uzaklaştırıldığı bilinmektedir [2-12]. Hadfield çeliği işlemelerinde püskürtme basıncının artırılmasıyla İİH değerlerinde artış sağlanmış ve işleme süreleri kısalmıştır. Bunun en önemli sebebi yüksek basıncın işleme ürünlerinin işleme boşluğundan daha hızlı uzaklaştırması ve temiz elektrolitin işleme boşluğuna sürekli takviyesi ile iletkenliğin seçilen konsantrasyona uygun değerde kalmasıdır. Deneyler 20 ve 40 bar püskürtme koşullarında gerçekleştirilmiştir. Şekil 6.5 ve Şekil 6.6 da basınç artışıyla İİH da meydana gelen artış görülmektedir. Bu artış işlemelerde artan basınçla birlikte takım-elektrolit ve işparçası üzerinden birim zamanda akan elektrik yük miktarının da arttığı anlamına gelmektedir. Çünkü, püskürtme basıncı işleme boşluğunda işlemede kullanılan elektrolitin sirkülasyon hızını artırarak işleme ortamında sürekli temiz elektrolitin bulunmasını sağlamaktadır İİH (mm 3 /dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar 100g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar Gerilim (V) Şekil 6.5. İİH nın farklı püskürtme basınçlarında (bar) işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak)

157 İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar 100g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil 6.6. İİH nın farklı püskürtme basınçlarında (bar) işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400dev/dak) EKD deneylerinde takıma dönme hareketi verilmesiyle İİH değerlerinde kısmen artış sağlanmış ve daha düzgün delik geometrileri elde edilmiştir. İki farklı dönme hızında yapılan işlemelerde ( dev/dak) dönüş hızının artışıyla İİH değerlerinde küçük artışlar meydana gelmiştir. Bu durum takımın dönmesiyle ön ve yanal işleme boşluklarında işleme sıvısının hareketlenerek ürünlerin daha kolay ortamdan uzaklaştırılması şeklinde açıklanmaktadır [10,11]. İşleme ortamından işleme artıklarının etkili bir şekilde uzaklaştırılması ile kısa süreli tıkanmalar kısmen de olsa oluşmamış ve işleme süresi kısalmıştır. Çünkü takım kısa süreli tıkanma bölgelerinde işleme aralığında tıkanmadan dolayı elektrolit iletkenliğinin azalmasından dolayı yavaş ilerlemektedir. Takım dönüş hızının artışıyla işleme süresi kısalmış ve daha fazla malzeme uzaklaştırılmıştır. Şekil 6.7 ve Şekil 6.8 de aynı basınç ve konsantrasyon değerlerinde dönüş hızına bağlı olarak İİH da küçük artışlar görülmektedir.

158 İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (b) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (c) Şekil 6.7. İİH nın farklı takım dönüş hızlarında (dev/dak) işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (20 bar) Şekil 6.7 b-c ve Şekil 6.8 a-c de görüldüğü gibi bazı işleme koşullarında dönüş hızındaki artışın İİH ya etkisi azdır. Ancak, sonuçlar ön deneysel işlemeler ile karşılaştırılınca işlemelerin sürekliliği takımın dönme hareketiyle sağlanmış ve daha düzgün delik geometrileri elde edilmiştir. Bu durum işlenebilirliği zor malzemelerde döner takımla işleme yapılmasının daha etkili olacağını göstermektedir.

159 İİH (mm 3 /dak) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (b) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (c) Şekil 6.8 İİH nın farklı takım dönüş hızlarında (dev/dak) işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (40 bar)

160 134 Hadfield çeliği deneylerinin ortalama yanal açıklık (OYA) ve boyutsal hata (BH %) yönünden değerlendirilmesi Ortalama yanal açıklık değerleri Datinf Measure adlı görüntü üzerinden ölçüm alma paket yazılımı ile her bir deliğin giriş ve çıkış kısımları hariç delik gövde kesiti üzerinden 8 çap ölçümü alınarak hesaplanmıştır. Ölçümler alınırken her delik için en büyük ve en küçük çap değerleri kullanılarak yüzde boyutsal hata çıktıları da hesaplanmıştır. Deneylerden artan işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu ile OYA değerlerinin azaldığı görülmektedir. Bu durum literatürde belirtilen sonuçlarla uyumludur. Literatürde yapılan çalışmalarda sabit takım ilerleme hızlarında işleme yapabilme yeteneğine sahip EKD deney düzenekleri kullanılmıştır [5, 6, 9-12]. Dolayısıyla farklı işleme değerleri seçilse bile sabit takım ilerleme hızlarında işlemeler aynı sürelerde tamamlanmaktadır. Dolayısıyla gerilim artırıldığında takım delik boyunca aynı konumlardan aynı zaman diliminde daha yüksek akım yoğunluğunda geçmekte ve daha fazla malzemenin çözünmesine sebep olarak delik çapı artmaktadır. Bu çalışmada takım ilerleme hızı işleme bölgesindeki elektrolit iletkenliğine bağlı olarak d.a. güç kaynağından çekilen akım değerindeki artış veya azalışına bağlı olarak kontrol edilmiştir. Yani takım ilerleme hızı Şekil 4.7 de gösterildiği gibi akım geri besleme kontrollü bir sistem ile kontrol edilmiştir. İşleme boşluğunda akım yoğunluğu artarsa işleme boşluğu mesafesi küçülerek ilerleme hızı artmakta, azalırsa işleme boşluğu mesafesi artarak ilerleme hızı azalmaktadır. Çalışmada takım ilerleme hızı işleme geriliminin ve elektrolitik sıvı konsantrasyonun artışıyla birlikte artmıştır. Artan takım ilerleme hızı delik çaplarının küçülmesine ve işleme süresinin kısalmasına sebep olmuştur. Deney süresince akım değişimi her deney için ayrı ayrı ölçülüp kaydedilmiştir. Bazı deneyler için gerilim artışına bağlı olarak akım artışının değişimi Şekil de açıkça görülmektedir. Şekil de ise 7,5 V işleme geriliminde konsantrasyon artışına bağlı olarak akım da meydana gelen artışlar görülmektedir.

161 İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (4,5 V-100 g/l-75 dak) İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (5,5 V-100g/l-38 dak)

162 İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (6,5 V-100 g/l-26 dak) İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (7,5 V- 100g/l- 21,5 dak)

163 İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (7,5 V- 125g/l- 21 dak) İşleme Akımı (A) İşleme Süresi (s) Şekil no lu işlemede akımın işleme süresiyle değişimi (7,5 V- 150 g/l- 20,5 dak)

164 138 Şekil 6.9-Şekil 6.14 de başlangıç işleme boşluğu mesafesinde işleme için yeterli akım yoğunluğuna ulaşana kadar d.a. güç kaynağından akım artışı olmadığı görülmektedir. Takım işparçasına yaklaşık mm mesafeye yaklaştığında akım seçilen işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonuna uygun olarak belirli bir seviyeye kadar yükselmektedir. İşlemelerde sürekli akım veren d.a. güç kaynağı kullanılmasına rağmen işleme süresince akım değişmiştir. Bu durum işleme bölgesindeki iyon sayısının ve dolayısıyla işleme boşluğunda ki iletkenliğin sürekli değiştiğini göstermektedir. Şekil 6.9 da 4,5 V-100 g/l işleme şartlarında ortalama işleme akımı 1,63 A iken gerilim artışına bağlı olarak aynı konsantrasyonda sırasıyla 5,5 V gerilimde 2,31 A, 6,5 V gerilimde 4,27 A ve 7,5 V değerinde ise 5,86 A olarak ölçülmüştür. Şekil de ise sabit işleme geriliminde konsantrasyon artışına bağlı olarak 100 g/l de 5,86 A, 125 g/l de 6,14 A ve 150 g/l de 6,46 A akım değerleri ölçülmüştür. Bu şekilde elektrolit konsantrasyonundaki artış işleme süresinin kısalmasına ve ortalama yanal açıklık değerlerinin azalmasını sağlamıştır. Şekil 6.15 ve Şekil 6.16 da sırasıyla 20 bar ve 40 bar basınçlarda ortalama yanal açıklık değerlerinin işleme gerilimi (V), elektrolit konsantrasyonu (g/l) ve takım dönme hızına bağlı olarak değişimi görülmektedir. OYA değerleri artan işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu ile azalmış olup dönüş hızının artışıyla artış göstermiştir. Bu durum işleme bölgesinde gerilim ve konsantrasyon artışı ile akım yoğunluğunun artması ve buna bağlı olarak daha kısa süreli işlemeler yapılmasından dolayıdır. Hadfield çeliği işlemelerinde dönüş hızının artışına bağlı olarak delik çapı büyümüştür. Bunun sebebi ise takımın dönmesiyle işleme boşluğunda bulunan anodik çözünme ürünlerinin daha iyi uzaklaştırılması ve buna bağlı olarak elektriksel iletkenliğin artarak daha kısa zamanda daha fazla malzeme çözündürülmesidir. Böylelikle İİH ve OYA değerleri artış göstermiştir. Aynı durum aynı işleme parametreleriyle 40 bar elektrolit basınçlı deneylerde de tespit edilmiştir (Şekil 6.16).

165 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 200dev/dak 125g/l, 200dev/dak 150g/l, 200dev/dak 100g/l, 400dev/dak 125g/l, 400dev/dak 150g/l, 400dev/dak İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 20 bar) 400 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 200dev/dak 125g/l, 200dev/dak 150g/l, 200dev/dak 100g/l, 400dev/dak 125g/l, 400dev/dak 150g/l, 400dev/dak İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 40 bar)

166 140 Deneysel sonuçlar incelendiğinde OYA değerleri elektrolit püskürtme basıncındaki artış ile birlikte azalma eğilimi göstermiştir (Şekil 6.17 ve Şekil 6.18). Ancak bu değişim az değerdedir. Şekil 6.17 de görüldüğü gibi 200 dev/dak takım dönüş hızında basınç artışı ile yanal açıklık değerleri azalmıştır. Şekil de ortalama yanal açıklık değerlerinin artan konsantrasyon değeri ile azaldığı görülmektedir. Hadfield deneyi işlemelerinde gerilim (V) ve konsantrasyon (g/l) yanal açıklığa en fazla etki eden parametrelerdir. 350 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) Bar, 100g/l 40Bar, 100g/l 20Bar, 125g/l 40Bar, 125g/l 20Bar, 150g/l 40Bar, 150g/l İşleme Gerilimi [V] Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak)

167 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) Bar, 100g/l 40Bar, 100g/l 20Bar, 125g/l 40Bar, 125g/l 20Bar, 150g/l 40Bar, 150g/l İşleme Gerilimi [V] Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) Hadfield çeliğinin EKD ile işlenmesinde hesaplanan boyutsal hata değerleri işleme değerlerine bağlı olarak belirgin bir değişim göstermemiştir. Ancak, 40 bar püskürtme basıncında ve 400 dev/dak takım dönme hızında yapılan işlemelerde genellikle daha düzgün delik profilleri elde edilmiştir. En düşük boyutsal hata değeri % 1,1 ile 41 no lu delikte, en yüksek boyutsal hata değeri ise % 7,6 ile 34 no lu delikte ölçülmüştür. Sonuç olarak basınçlı elektrolit ve dönel takım delik geometrisinin daha düzgün elde edilmesini sağlamıştır AISI 1040 çeliği EKD deney sonuçlarının işleme performansı açısından irdelenmesi AISI 1040 çeliğine EKD ile açılan delik şekil ve geometrilerinin irdelenmesi AISI 1040 çeliği deneyleri, Hadfield çeliği deneylerinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması amacıyla aynı gerilim, konsantrasyon, elektrolit basıncı, takım dönüş

168 142 hızı ve işleme derinliği değerlerinde yapılmıştır. İşlemeler esnasında Hadfield çeliği deneylerinde karşılaşılan takım deliğinin ve işleme aralığının tıkanması sorunu bu deneylerde fazla görülmemiştir. Dolayısıyla daha az sayıda geçersiz deney mevcuttur. Bu durum iki tip çelikteki anodik çözünme reaksiyonları sonucu oluşan işleme ürünlerinin farklılığından kaynaklanmaktadır. AISI 1040 çeliği işlemelerinden sonra delik şeklini incelemek amacıyla delik içi suyla temizlenirken gri renkli çok küçük boyutlu çözünme ürünlerinin delik ağzı civarında yığıldığı görülmüştür. Temizleme işlemi esnasında başka renkte herhangi bir ürün gözlenmemiştir. Bu durum Hadfield çeliğinde farklılık göstermiştir. Hadfield çeliği deneylerinde işleme sonrası temizleme esnasında delik içerisinden siyah renkli iri boyutlu katı çökeltiler çıkarılmıştır. Her iki tip çelik malzemenin EKD işleme ürünleri ve büyüklükleri farklılık göstermiştir. Sonuç olarak, AISI 1040 çeliği işleme ürünleri daha küçük boyutta ve homojen yapıda oluştuğundan tıkanma sebebiyle işlemenin durması olayı az sayıda olmuştur. Ayrıca AISI 1040 çeliği deneyleri aynı işleme değerlerindeki Hadfield çeliği deneylerine nazaran daha kısa sürelerde tamamlanmıştır. AISI 1040 malzemesinden numunelere EKD yöntemiyle 0,5 mm çaplı uç kısmı elektriksel olarak yalıtılmış pirinç takımlarla toplam 48 adet delik delinmiş olup elde edilen delik geometrileri Resim da ve deney sonuçları Çizelge de sunulmuştur. Resim 6.7. AISI 1040 çeliğinden 1 ve 2 no lu numunelere açılmış delik görüntüleri

169 143 Çizelge 6.5. AISI 1040 çeliği 1-22 no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n(dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata BH (%) 1 4, , ,245 0, , , ,321 1, , , ,145 0, , , ,189 0,75 5 4, , ,254 1, , , ,354 1,75 7 4, , ,56 0, , , ,3245 0, , , ,212 0, , , ,3678 0, , , ,23 0,5 12 4, , ,873 0, , , ,3125 0, , , ,489 1, , , ,254 0, , , ,554 0, , İPTAL 18 5, , ,214 0,5 19 5, İPTAL 20 5, İPTAL 21 5, İPTAL 22 5, , ,059 1,25 Resim 6.8. AISI 1040 çeliğinden 3 ve 4 no lu numunelerde açılmış delik görüntüleri

170 144 Çizelge 6.6. AISI 1040 çeliği no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata BH (%) 23 5, İPTAL 24 5, , ,457 0, , , ,658 0,5 26 5, , ,789 1, , , ,321 0, , , ,645 1, , , ,459 1, , İPTAL 31 6, , ,215 0, , İPTAL 33 6, , ,125 0, , , ,215 1, , , ,615 0,5 36 6, İPTAL 37 6, İPTAL 38 6, , ,215 4, , İPTAL 40 6, , ,241 2, , , ,654 0, , , ,345 0,25 Resim 6.9. AISI 1040 çeliğinden 5 ve 6 no lu numunelerde açılmış delik görüntüleri

171 145 Çizelge 6.7. AISI 1040 çeliği no lu deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata BH (%) 43 6, , ,201 0, , , ,221 0, , , ,212 0, , , ,712 0, , , ,311 0, , , ,142 0, , , ,201 0, , , ,491 0, , , ,104 0, , , ,322 0, , , ,402 0, , , ,331 0, , , ,329 0, , , ,324 0, , , ,321 0, , , ,325 0,348 AISI 1040 çeliğine açılan delik geometrileri incelendiğinde genel olarak delik giriş çapları delik kesit çapından çok az büyüktür. Bu çeliğin işlenmesinde elde edilen delik giriş çapları Hadfield çeliğine açılan deliklerin giriş çaplarından daha küçüktür. Delik çıkış çapları ise ortalama çaptan daha küçüktür. Delik giriş ve çıkış çapları işleme parametrelerine belirgin bir değişim göstermemiştir. Bu Hadfield çeliğine açılan deliklerde de karşılaşılan bir durumdur. Sebebi, daha önceden belirtildiği üzere başlangıçta işleme ortamının hemen oluşamaması ve başlangıç işleme boşluğu mesafesi boyunca takımın işlemede kullanılan çıplak uç kısmının delik giriş ağzına yavaş ulaşmasıdır. Bütün işlemelerde bu mesafe yaklaşık 3-4 dak gibi bir zaman diliminde geçilmiştir. Böylelikle delik ağzı oluşurken daha fazla malzeme çözünmüş ve çap büyümüştür. Delik çıkış çaplarının küçük değerlerde olmasının sebebi ise en alt tabakadaki malzeme çözününce elektrolit bu dar delik boşluğundan dışarı boşalmaktadır ve akım yoğunluğu birden düşerek takım ilerleme hızı ve çözünme miktarı azalmaktadır. Bütün işlemelerde çıkış deliği oluşumu ile meydana gelen akım sıfırlanması bilgisayar ekranından kontrol edilerek işleme sonlandırılmıştır.

172 146 AISI 1040 çeliği işlemelerinde delik kesiti incelendiğinde düzgün delik şekilleri elde edildiği görülmüştür. Ancak bazı işlemelerde delik giriş kısmında (23, 30, 36, 37 ve 39 no lu delikler), bazı deneylerde ise delik ortalarında (19, 20, 21 ve 32 no lu delikler) takım ucunun tıkanması ve işleme ortamının kaybolması sonucu delme işlemleri durmuştur. Bu durum diğer sürekli işlemelere göre az sayıda gerçekleşmiştir. İşlemelerin durmasının basınç pompasında elektrolitin temas ettiği metal parçaların korozyona uğrayarak korozyon ürünlerinin takım giriş deliğini tıkamasından kaynaklandığı tahmin edilmektedir. İşlemeler süresince pompa temizliği periyodik olarak (2 gün) yapılarak deneylerin sağlıklı bir biçimde yapılması sağlanmıştır. Diğer delikler incelendiğinde bazı delik geometrilerinde çap genişlemesi ve daralması şeklinde delik boyut hassasiyetini bozan şekiller oluşmuştur. Bu delikler genelde düşük püskürtme basınçlı işlemelerde (1, 9, 10, 13, 17, 18, 22, 26, 31 no lu delikler- Resim 6.10) elde edilmiştir. Basıncın artmasıyla az sayıda delik geometrisinde (24, 35, 57 no lu delikler- Resim 6.11) bu durum oluşmuştur. Bu durun EKD işlemelerinde püskürtme basıncının artmasıyla delik şeklinin düzeldiğini göstermektedir.

173 Resim Düşük elektrolit püskürtme basınçlı işlemelerde delik kesitinde oluşan çap değişimi (P=20 bar) 147

174 148 Resim Yüksek elektrolit püskürtme basınçlı işlemelerde delik kesitinde oluşan çap değişimi (P=40 bar) AISI 1040 deneylerinde çok düzgün kesit geometrisine ve boyut hassasiyetine sahip delikler de elde edilmiştir (Resim 6.12). Hadfield deneylerinde olduğu gibi bu set deneylerde de artan basınç ve takım devri delik duvarlarının daha düzgün yapıda oluşmasını sağlamıştır. Hadfield çeliğine açılan delik kesitlerinden daha düzgün yapıda delikler AISI 1040 malzemesinde başarılmıştır. Bu durum AISI 1040 malzemesinin elektrokimyasal çözünme davranışının hızlı ve iyi karakterde olduğunu göstermektedir.

175 Resim AISI 1040 çeliğine açılmış düzgün delik profilleri (h=8 mm) 149

176 Resim (Devam) AISI 1040 çeliğine açılmış düzgün delik profilleri (h=8 mm) 150

177 Resim (Devam) AISI 1040 çeliğine açılmış düzgün delik profilleri (h=8 mm) 151

178 152 AISI 1040 çeliği deneylerinin İİH yönünden irdelenmesi AISI 1040 malzemesinin deney sonuçları işleme hızı yönünden incelendiğinde İİH değerleri işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu artışıyla belirgin artış göstermiştir. Şekil 6.19-Şekil 6.22 de İİH nın işleme gerilimi ve konsantrasyona bağlı olarak değişimi görülmektedir. Bu set deneylerde Hadfield çeliğine göre daha kısa işleme süreleri elde edilmiştir. AISI 1040 çeliği Hadfield çeliğine göre daha hızlı çözünme davranışı göstermiştir İİH (mm 3 /dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak) Şekil 6.19-Şekil 6.20 de görüldüğü gibi aynı elektrolit püskürtme basıncında ve takım dönüş hızında işleme geriliminde ve elektrolit konsantrasyonunda ki artışa bağlı olarak İİH artmıştır. Bu malzemenin işlenmesinde de işleme gerilimi ve konsantrasyon İİH ya en fazla etki eden parametreler olmuştur.

179 İİH (mm 3 /dak) İşleme Gerilimi (V) 100g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak)

180 İİH (mm 3 /dak) g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak) AISI 1040 çeliği malzemesi NaCl sulu elektrolitinde hızlı ve iyi çözünme davranışı göstermiştir. İşlemelerde elektrolit püskürtme basıncının artışıyla işleme bölgesinde sürekli aynı konsantrasyonda temiz işleme sıvısı bulunduğundan anodik çözünme daha hızlı gerçekleşmiş ve İİH değerleri artış göstermiştir. Şekil 6.23 ve Şekil 6.24 incelendiğinde artan püskürtme basıncının az da olsa İİH değerlerini artırdığı görülmektedir. Püskürtme basıncının İİH ya etkisi hem Hadfield hem de AISI 1040 malzemesine EKD yöntemi ile 8 mm delik boyunda delik açılmasında çok etkili olmuştur. Literatürde EKD ile bu iki çelik malzemeye bu derinlikte delik açılmasına yönelik bir yayına rastlanmamıştır.

181 g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar 100g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İİH (mm 3 /dak) İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar 100g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İİH (mm 3 /dak) İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak)

182 156 Takım dönüş hızının küçük değerlerinde artmasıyla İİH değerleri artış göstermiştir. Şekil 2.25 ve Şekil 6.26 da sırasıyla P=20 bar ve P=40 bar püskürtme basınçlarında işleme gerilimindeki artışa bağlı olarak takım dönüş hızının İİH ya etkisi görülmektedir. Dönüş hızındaki artış ile ön ve yanal işleme boşluklarında elektrolitin dinamik hareketlenmesi ile kullanılmış elektrolitin ve işleme artıklarının delik ağzından çıkışı kolay olmaktadır. Bu sebeple dönüş hızının artışına bağlı olarak İİH artmıştır İİH (mm 3 /dak) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (b) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (c) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (20 bar)

183 dev/dak 400 dev/dak dev/dak 400 dev/dak İİH (mm 3 /dak) İİH (mm 3 /dak) İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (b) İİH (mm 3 /dak) dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (c) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c) 150 g/l (40 bar)

184 158 AISI 1040 çeliği deneylerinin ortalama yanal açıklık (OYA) ve boyutsal hata (BH %) yönünden irdelenmesi AISI 1040 çeliği deneyleri sonunda elde edilen delik kesitleri üzerinden görüntü üzerinden ölçüm alma paket yazılımı ile delik giriş ve çıkış kısımları hariç 8 çap ölçümü alınarak ortalama yanal açıklık değerleri hesaplanmıştır. Deneyler sonucunda artan işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu ile OYA değerlerinin azaldığı görülmektedir. Elektrolit konsantrasyonundaki artış işleme boşluğunda iletkenliği artırarak işleme süresinin kısalmasına ve böylelikle takım ilerleme hızı artarak ortalama yanal açıklık değerlerinin azalmasına sebep olmuştur. OYA değerleri artan işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu ile azalmasına karşılık dönüş hızının artmasıyla artış göstermiştir. Bu durum işleme bölgesinde gerilim ve konsantrasyon artışı ile akım yoğunluğunun artması ve buna bağlı olarak daha kısa süreli işlemeler yapılmasından dolayıdır. Ancak, çap artışları Hadfield çeliğine açılan deliklerdeki gibi yüksek değerlerde değildir. Ayrıca, AISI 1040 çeliğinin elektrokimyasal çözündürülmesi ile oluşan çok küçük boyutlu reaksiyon ürünleri elektrolitle daha kolay işleme ortamından uzaklaşmıştır. Böylelikle işleme ortamında seçilen parametrelere uygun iletkenlik değeri işlemeler boyunca değişmemiştir. Bu deneylerde Hadfield çeliğine göre daha kısa süreli işlemeler gerçekleşmesi çözünme reaksiyonlarının Hadfield çeliği işlemelerine göre daha hızlı olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla AISI 1040 çeliği işlemelerinde daha küçük yanal açıklık değerleri elde edilmiştir. Şekil 6.27 ve Şekil 6.28 de sırasıyla 20 bar ve 40 bar elektrolit püskürtme basınçlarında ortalama yanal açıklık değerlerinin işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu ve takım dönüş hızına bağlı olarak değişimi görülmektedir. Şekil 6.27 ve Şekil 6.28 de işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu arttıkça ortalama yanal açıklık değerleri azalma eğilimi göstermiştir.

185 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 200 dev/dak 125 g/l, 200 dev/dak 150 g/l, 200 dev/dak 100 g/l, 400 dev/dak 125 g/l, 400 dev/dak 150 g/l, 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 20 bar) Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 200 dev/dak 125 g/l, 200 dev/dak 150 g/l, 200 dev/dak 100 g/l, 400 dev/dak 125 g/l, 400 dev/dak 150 g/l, 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) ve takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P= 40 bar)

186 160 Şekil 6.29 ve Şekil 6.30 da püskürtme basıncının OYA ya etkisi görülmektedir. Şekil 6.29 da 100 g/l ve 20 bar işleme değerlerinde yüksek OYA değerleri elde edilmesine karşılık aynı basınç değerinde konsantrasyon ve akımın artması ile OYA azalmıştır. 100 g/l konsantrasyondaki işlemelerde püskürtme basıncının yanal açıklığa etkisi belirgin olmasına rağmen 125 g/l ve 150 g/l konsantrasyonlu işlemelerde basınç artışıyla birlikte çap küçülmesi fazla olmamıştır. 150 g/l, 20 bar işleme koşullarındaki yanal açıklık değeri 100 g/l, 40 bar koşullarındakine göre küçük çıkmıştır. Burada konsantrasyonun yanal açıklığın küçülmesine olan etkisi püskürtme basıncından daha yüksek olmuştur. Şekil 6.30 da ise n=400 dev/dak takım dönme hızında basınç artışıyla birlikte yanal açıklık değerlerinde meydana gelen azalma belirgindir. Ayrıca 7,5 V işleme geriliminde 150 g/l, 20 bar elde edilen yanal açıklık değeri, basınç artışına rağmen konsantrasyonun yüksek olmasından dolayı 100 g/l, 40 bar da yapılan işlemeye göre küçük çıkmıştır. 138 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 20 Bar 125 g/l, 20Bar 150 g/l, 20 Bar 100 g/l, 40 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak)

187 Ortalama Yanal Açıklık (OYA) (mm) g/l, 20 Bar 125 g/l, 20 Bar 150 g/l, 20 Bar 100 g/l, 40 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) AISI 1040 çeliği deneylerinde oluşturulan delik geometrileri oldukça düzgün yapıdadır. Bu deneylerde Hadfield çeliği deneylerine göre daha düzgün delikler elde edilmiştir. Genellikle % 1 değerinin altında boyutsal hata (BH) değerleri hesaplanmıştır. Bu durum AISI 1040 malzemesinin elektrokimyasal etki ile çözünme özelliğinin Hadfield çeliğine göre daha iyi olduğunu göstermektedir. En küçük BH değeri 42 ve 47 no lu deliklerde % 0,25, en büyük boyutsal hata değeri ise % 4,375 ile 38 no lu delikte görülmüştür. Genel olarak BH nın küçük değerlerde olması endüstriyel alanda çok sık kullanılan bu çelik malzemenin elektrokimyasal işleme ile şekillendirilmesi açısından umut vericidir.

188 TM Çelik Malzemenin EKD Deney Sonuçları TM çeliklerin elektrokimyasal çözünme davranışları ve işlenebilirliği üzerine literatürde herhangi bir çalışma mevcut değildir. Mikron boyutlu tozların basınç ve sinterleme ile birbirine birleştiği bu malzemelerde anodik çözünmenin daha kolay ve hızlı meydana geleceği öngörülmüştür. Bu amaçla TM çelik malzemeden numunelere EKD yöntemi ile derin delik delme uygulanmıştır. Bu deneylerde delik derinliği 14 mm seçilmiştir. Deney sonuçları işleme performansı açısından değerlendirilmiştir TM çelik malzemenin EKD deney sonuçlarının işleme performansı açısından irdelenmesi TM çelik malzemeye EKD ile açılan delik şekil ve geometrilerinin irdelenmesi TM çelik malzemenin EKD deneyleri kapsamında gerçekleştirilen ilk işlemede takıma dönme hareketi verilmemiş ve 14 mm lik delme boyu işleme durmadan başarılmıştır. Bu sebeple bu malzemelerin deneylerinde dönmesiz takımlı işlemelerde yapılmıştır. Genel olarak TM deneylerinde düzgün delik profilleri elde edilmiştir. İşlemeler esnasında Hadfield çeliği deneylerinde karşılaşılan takım deliğinin ve işleme boşluğunun tıkanması sorunu bu deneylerde fazla görülmemiştir. TM malzeme, işlemelerin hemen hepsinde elektrokimyasal açıdan kolay çözünme davranışı sergilemiştir. TM malzemesinden numunelere EKD yöntemiyle 0,5 mm çaplı uç kısmı elektriksel olarak yalıtılmış pirinç takımlarla toplam 54 adet delik delinmiş olup delik geometrileri Resim de ve deney verileri Çizelge de sunulmuştur. Bu deneylerde delik boyu 14 mm seçilmesine rağmen Hadfield ve AISI 1040 çeliği işlemelerine göre aynı parametrelerde daha kısa işleme süreleri elde edilmiştir. Bu durum TM malzemenin gözenekli yapıya sahip olmasından dolayı elektrokimyasal etki ile daha hızlı çözündüğünü göstermektedir.

189 163 Resim TM çeliği 1 ve 2 no lu numunelerinde açılmış delikler Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata (%) 1 4, , ,555 6, , , ,654 2, , , ,235 0, , İPTAL 5 4, , ,010 3, , , ,502 0, , , ,833 0, , ,5 244,285 4, , , ,833 1, , , ,428 0,841

190 164 Resim TM çeliği 3 ve 4 no lu numunelerinde açılmış delikler Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata (%) 11 4, , ,6667 0, , , ,3212 0, , , ,624 1, , İPTAL 15 4, İPTAL 16 4, İPTAL 17 4, İPTAL 18 4, , ,5148 5, , , ,235 0, , , ,25 1, , , ,75 6, , , ,21 1, , , ,211 1,214

191 165 Resim TM çeliği 5 ve 6 no lu numunelerinde açılmış delikler Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsa l Hata (%) 24 5, , ,212 2, , , ,114 1, , , ,333 2, , , ,356 4, , , ,833 0, , , ,142 1, , , ,514 4, , , ,375 0, , , ,666 1, , , ,547 5, , İPTAL

192 166 Çizelge (Devam) no lu TM çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata (%) 35 5, , ,329 0, , , ,235 0, , , ,444 5, , , ,428 1, , , ,666 1, , , ,321 5, , , ,321 1, , , ,658 2,514 Resim TM çeliğinden 7-8 numunelerinde açılmış delikler

193 167 Resim TM çeliğinden 9-10 no lu numunelerinde açılmış delikler Çizelge no lu TM çeliği deney sonuçları Deney no İşleme Gerilimi (V) Takım D. Sayısı n (dev/dak) Püskürtme Basıncı P (Bar) Kons. C (g/l) İşleme Süresi t (dak) İİH (mm 3 /dak) Ort. Yanal Açıklık (mm) Boyutsal Hata (%) 43 6, , ,256 5, , ,651 0, , , ,666 0, , , ,857 5, , , ,102 1, , , ,365 2, , ,428 2, , , , , , , , , ,110 5, , , ,244 3, , , ,325 0, , , ,166 0, , , ,545 5, , , ,555 3,

194 168 Dönmesiz takım ile yapılan işlemelerde elde edilen delikler incelendiğinde delik duvarlarının dalgalı olduğu görülmüştür. Bazı dönmesiz takımlı işlemelerde düzgün delik şekilleri elde edilmiştir. Resim 6.17 de dönmesiz takım işlemelere ait bazı delik şekilleri görülmektedir. Bu delik şekilleri, sonlu elemanlar analizi kullanılarak dönmesiz takımlı işlemeler için delik şekillerinin matematiksel olarak modellenip simülasyonunun yapıldığı çalışmada [12] elde edilen görsel delik şekillerine benzemektedir. Delik duvarının dalgalı yapıda olması EKD ile açılan deliklerde istenmeyen bir durumdur.

195 Resim Dönmesiz takımlı deneylerde elde edilen dalgalı delikler 169

196 170 Ayrıca, delik giriş ve çıkış çapları işleme değerlerine göre belirgin bir artma veya azalma göstermemiştir. Delik giriş çapları Hadfield ve AISI 1040 deneylerinde olduğu gibi delik kesitinden büyük çıkmıştır. Resim 6.18 de delik giriş çaplarının delik kesitinden daha büyük değerlerde olduğunu gösteren bazı delik resimleri görülmektedir. İşlemelerde delik çıkışına yaklaşıldığında en alt metal tabaka çözününce açılan küçük delikten elektrolitin aniden boşalması ve akım yoğunluğunun düşmesinden dolayı deney sonlandırılmıştır. Dolayısıyla delik çıkış çapları küçük kalmıştır. Bazı işlemelerde işleme boşluğu ve takım deliğinin tıkanmasından dolayı işlemeler durmuştur. Bu durum pompanın iç aksamında tuzlu elektrolitin temas ettiği metal parçaların korozyon ürünlerinin takım deliğini tıkamasından kaynaklandığı tahmin edilmektedir. Resim EKD ile TM çeliğe açılan deliklerde giriş çapının büyümesi

197 171 Takıma dönme hareketi verilerek elde edilen delik kesitleri incelendiğinde genel olarak düzgün yapıda geometriler dikkat çekmektedir. Yine de, bazı kesitlerde çap daralması veya genişlemesi şeklinde küçük boğumlar ve çıkıntılar meydana gelmiştir (Resim 6.19). TM malzemeler üretilirken değişik malzeme tozları preslenme öncesi karıştırılmaktadır. Bu karışım kalıp içerisine her zaman homojen yapıda doldurulamamaktadır. Dolayısıyla tozlar preslenirken bazı metal tozları değişik bölgelerde farklı yoğunluktadır. Elektrokimyasal etki ile farklı metaller farklı hızlarda çözünürler ve çözünme ürünleri farklı büyüklük ve türde olur. TM numuneler işlenirken delik kesitinde meydana gelen çap değişimi gözlenen bölgelerde farklı anodik çözünme özelliğine sahip metal tozlarının yoğunlaştığı düşünülmektedir. Dolayısıyla, bu bölgelerde bazen iri çökeltiler çok küçük boyutlu iyonik artıklarla birlikte yanal işleme boşluğunu kısmen tıkayarak akım yoğunluğunu düşürmektedir. Akım yoğunluğunun azalmasıyla ilerleme hızı da azalmakta ve takım bu kısımlardan yavaş geçerek daha fazla malzeme çözündürmek suretiyle çap genişlemesine sebep olmaktadır. Kısmi işleme boşluğu tıkanmaları aşıldığı zaman ise akım yoğunluğunun artışıyla birlikte delik derinliği boyunca takım ilerleme hızı da artarak normal değerine yaklaşmaktadır. Sonuç olarak bazı işlemelerde malzemenin çözünme davranışı, işleme ürünlerinin elektrolit içindeki büyüklüğü ve akış davranışlarına bağlı olarak akım yoğunluğu değişmektedir. Bu da delik kesitlerinde çap değişimi meydana getirmektedir. Resim de TM numunelere açılmış düzgün kesitli delik geometrileri görülmektedir. Deneylerden TM malzemenin EKD ile işlenebilirliğinin iyi olduğu tespit edilmiştir. Bu durum malzemenin içyapısında birbirine kaynak olmuş mikro boyutlu tozların elektrokimyasal etki ile kolay çözündüğünü göstermektedir.

198 Resim TM numunelere açılan deliklerde meydana gelen çap değişimleri (h=14mm) 172

199 Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm) 173

200 Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm) 174

201 Resim TM malzemede oluşturulmuş düzgün delikler (h=14mm) 175

202 176 TM çelik malzeme deneylerinin İİH yönünden değerlendirilmesi TM çelik malzeme deneylerinde işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonunun artmasıyla daha hızlı işlemeler gerçekleşmiştir. İşlemelerde malzemenin kolay çözünmesi ve işleme ürünlerinin işleme ortamından kolay uzaklaştırılması sayesinde 14 mm boyunda delikler delinebilmiştir. Ayrıca, TM malzemeye dönmesiz takım ile işlemeler de yapılabilmiştir. Dönmesiz takımlı işlemelerin bu malzemede başarılmasının sebebi işleme ürünlerinin dar yanal işleme boşluğundan kolaylıkla akabilecek kadar küçük boyutta olmasıdır. Çünkü, deneyler esnasında her işleme sonrası delik temizliği yapılırken delik içerisinde Hadfield çeliğinde olduğu gibi siyah iri çökelti formunda ürünler görülmemiştir. Ayrıca, TM tekniğinde mikro boyutlu tozların basınç ve sıcaklık etkisiyle kaynak olduğu düşünülürse elektrolizle bu toz taneleri çözündürülmüştür. Dolayısıyla, döküm malzemeye göre daha hızlı işlemeler gerçekleşmiştir. Şekil 6.31 ve Şekil 6.36 da artan konsantrasyon ve işleme gerilimine bağlı olarak İİH değişimi görülmektedir İİH (mm3/dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=0 dev/dak)

203 İİH (mm 3 /dak) g/l, 40 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=0 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 20Bar 125g/l, 20Bar 150g/l, 20Bar İşleme Gerilimi (v) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=200 dev/dak)

204 İİH (mm 3 /dak) g/l, 40Bar 125g/l, 40Bar 150g/l, 40Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=200 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 125 g/l, 20 Bar 150 g/l, 20 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=20 bar, n=400 dev/dak)

205 İİH (mm 3 /dak) g/l, 40 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (P=40 bar, n=400 dev/dak) TM deneylerinde basınç artışıyla İİH değerlerinde artış gözlenmiştir. Basınç artışıyla birlikte işleme ürünleri işleme boşluğundan daha etkili uzaklaştırılmaktadır. Böylelikle çözünmüş metal iyonlarının karıştığı elektrolitin işleme bölgesinde kalma süresi kısalarak düşük basınçlı işlemelere göre işleme daha uzun süreli korunmuştur. Aynı zamanda bu durum seçilen konsantrasyon ve gerilim değerine uygun elde edilen akım yoğunluğunun uzun süreli değişmediği anlamına da gelmektedir. Basınç artışıyla akım yoğunluğunda herhangi değişim gözlenmemiştir. 0 dev/dak, 200 dev/dak ve 400 dev/dak değerleri için basınç artışına bağlı İİH da ki değişim Şekil 6.37 ve Şekil 6.39 da sunulmuştur.

206 İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 100 g/l, 40 Bar 125 g/l, 20 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 20 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=0 dev/dak) İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 100 g/l, 40 Bar 125 g/l, 20 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 20 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak)

207 İİH (mm 3 /dak) g/l, 20 Bar 100 g/l, 40 Bar 125 g/l, 20 Bar 125 g/l, 40 Bar 150 g/l, 20 Bar 150 g/l, 40 Bar İşleme Gerilimi (V) Şekil İİH nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak) TM malzemede takım dönüş hızı arttıkça İİH değerleri yavaş bir artış göstermiştir. Takımın dönme hareketi ile ön ve yanal işleme boşluklarında elektrolit daha da hareketlenmekte ve basıncında katkısıyla kirli elektrolit daha etkili uzaklaştırılmaktadır. Bu da işleme bölgesinde ki iletkenliği koruyarak İİH yı artırmaktadır. Şekil 6.40 da görülen grafiklerde dönmesiz takımlı deneyler en uzun işleme süreleriyle en düşük İİH değerleri elde edildiği deneyler olmuştur. TM malzemelerin elektrokimyasal çözünme kabiliyetinin yüksek olmasından dolayı TM malzemelere dönmesiz takımlı delik delinebilmiştir.

208 182 İİH (mm 3 /dak) dev/dak 200 dev/dak 400 dev/dak İİH (mm 3 /dak) dev/dak 200 dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (b) dev/dak 200 dev/dak 400 dev/dak İİH (mm 3 /dak) İİH (mm 3 /dak) dev/dak dev/dak 400 dev/dak İşleme Gerilimi (V) (c) İşleme Gerilimi (V) (d) dev/dak 200 dev/dak 400 dev/dak dev/dak 200 dev/dak 400 dev/dak İİH (mm 3 /dak) İİH (mm 3 /dak) İşleme Gerilimi (V) (e) İşleme Gerilimi (V) (f) Şekil İİH nın farklı takım dönüş hızları (dev/dak) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 100 g/l-(b) 125 g/l-(c) 150 g/l (20 bar); (d) 100 g/l- (e) 125 g/l- (f) 150 g/l (40 bar)

209 183 TM çelik malzeme deneylerinin ortalama yanal açıklık (OYA) ve boyutsal hata (BH %) yönünden değerlendirilmesi Deneysel sonuçlar incelendiğinde artan işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu ile OYA değerlerinin azaldığı görülmektedir. Elektrolit konsantrasyonundaki artış işleme boşluğunda iletkenliği artırarak işleme boşluğu mesafesinin kısalmasına ve akım yoğunluğunun artmasına sebep olmuştur. Böylelikle daha kısa süreli işlemeler gerçekleşerek ortalama yanal açıklık değerlerinin azalmasına sebep olmuştur. Hadfield ve AISI 1040 malzemesinin işlendiği deneylerde OYA değerleri takım dönüş hızının artmasıyla artış göstermesine rağmen TM çeliğin işlendiği deneylerde dönüş hızının artmasıyla yanal açıklık azalmıştır. Bu durum TM malzemede ki basınçla kaynak olmuş mikro boyutlu tozların elektrokimyasal etki ile kolay çözünme davranışı sergilemesinden ve işleme ürünlerinin püskürtme basıncı ile yanal işleme boşluğundan kolay süpürülecek büyüklükte olmasından dolayıdır. Bu deneylerde 14 mm işleme derinliği seçilmesine rağmen Hadfield çeliğine göre daha kısa süreli işlemeler de gerçekleşmiştir. Bu durum TM malzemede çözünme reaksiyonlarının hızlı olduğunu göstermektedir. Şekil 6.41 de 20 bar ve 40 bar elektrolit püskürtme basınçlarında ortalama yanal açıklık değerlerinin işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonuna bağlı olarak değişimi görülmektedir. İşleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu arttıkça OYA değerleri azalmıştır. Ayrıca, işleme başlangıcında TM işlemelerinde delik girişi açılırken diğer çelik malzemelere göre elektrokimyasal çözünme daha hızlı meydana gelmiştir.

210 184 Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l İşleme Gerilimi (V) (a) İşleme Gerilimi (V) (d) Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l İşleme Gerilimi (V) (b) İşleme Gerilimi (V) (e) Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l Ortalama Yanal Açıklık (mm) g/l 125 g/l 150 g/l İşleme Gerilimi (V) (c) İşleme Gerilimi (V) (f) Şekil OYA nın farklı elektrolit konsantrasyonları (K) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (a) 0 dev/dak- (b) 200 dev/dak- (c) 400 dev/dak (20 bar); (d) 0 dev/dak- (e) 200 dev/dak- (f) 400 dev/dak (40 bar)

211 185 Şekil de aynı konsantrasyon ve işleme gerilimi değerlerinde basıncın artmasıyla OYA değerlerinin azaldığı görülmektedir. Şekil 6.42 de dönmesiz takımlı işlemelerde püskürtme basıncının OYA değerindeki azalmaya etkisi belirgin şekilde görülmektedir. Püskürtme basıncının etkisi Hadfield ve AISI 1040 işlemelerine göre TM çelikte artış daha belirgin olmuştur. Şekil 6.43 ve Şekil 6.44 de döner takımlı işlemelerde basıncın artışıyla OYA değerlerindeki azalma küçük değerlerdedir. Şekil 6.45 de ise takım dönüş hızının ve işleme geriliminin artışıyla OYA değerlerinde azalma görülmektedir. Dönmesiz takımlı işlemelerde en büyük çap değerleri elde edilmiştir. Delik kesit geometrisinin karmaşık yapıda olduğu bu işlemeler döner takımlı işlemelere göre uzun süreli olmuştur. Sonuç olarak, takım dönme hareketi delik geometrisinin düzelmesine ve işleme süresinin kısalmasına belirgin şekilde olumlu etki yapmıştır. Ortalama Yanal Açıklık (mm) Bar, 100 g/l 40 Bar, 100 g/l 20 Bar, 125 g/l 40 Bar, 125 g/l 20 Bar, 150 g/l 40 Bar, 150 g/l İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=0 dev/dak)

212 Ortalama Yanal Açıklık (mm) Bar, 100 g/l 40 Bar, 100 g/l 20 Bar, 125 g/l 40 Bar, 125 g/l 20 Bar, 150 g/l 40 Bar, 150 g/l İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=200 dev/dak) 220 Ortalama Yanal Açıklık (mm) Bar, 100 g/l 40 Bar, 100 g/l 20 Bar, 125 g/l 40 Bar, 125 g/l 20 Bar, 150 g/l 40 Bar, 150 g/l İşleme Gerilimi (V) Şekil OYA nın farklı elektrolit püskürtme basınçları (bar) için işleme gerilimi (V) ile değişimi (n=400 dev/dak)

213 187 Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Takım Devir Sayısı (dev/dak) (a) Takım Devir Sayısı (dev/dak) (d) Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Takım Devir Sayısı (dev/dak) (b) Takım Devir Sayısı (dev/dak) (e) Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Ortalama Yanal Açıklık (mm) ,5 V 5,5 V 6,5 V Takım Devir Sayısı (dev/dak) (c) Takım Devir Sayısı (dev/dak) (f) Şekil OYA nın farklı takım dönüş hızlarına (dev/dak) göre değişimi (a) 100 g/l, (b) 125 g/l, (c), 150 g/l (20 bar); (d) 100 g/l, (e) 125 g/l, (f), 150 g/l (40 bar)

214 188 TM çeliği deneylerinde oluşturulan delik profilleri incelendiğinde en büyük boyutsal hata değerleri dönmesiz takımla yapılan işlemelerde görülmüştür. Bu durum delik kesitleri görsel incelendiğinde açıkça görülmektedir. Ancak, döner takımla yapılan işlemelerde Hadfield çeliği deneylerine göre daha düzgün geometrili delikler elde edilmiştir. Bu durum TM çeliğin elektrokimyasal etki ile çözünme homojenliğinin Hadfield çeliğine göre daha iyi olduğunu göstermektedir. En küçük boyutsal hata değeri 28 no lu delikte % 0,48 en büyük boyutsal hata değeri ise 21 no lu delikte % 6,8 olarak hesaplanmıştır. TM malzemeye NaCl derişimli elektrolit kullanılarak açılan 14 mm boyunda deliklerde boyutsal hatanın bu kadar küçük değerlerde elde edilmesinde yüksek püskürtme basıncı ve takımın dönme hareketi etkin olmuştur. Zira dönmesiz takımlı işlemelerde ki % BH değerleri ile döner takımla yapılanlar arasında belirgin fark vardır. Ancak 150 g/l konsantrasyonda işleme gerilimi 5,5 V değerinden 6,5 V değerine artırıldığında yanal açıklık değeri de kısmen artmıştır. Ancak, genel olarak değerlendirildiğinde işleme gerilimindeki artış diğer tüm deneylerde OYA değerini düşürmüştür Hadfield, AISI 1040 ve TM Çeliklerinin EKD Deneylerinin Takım Aşınması Yönünden İrdelenmesi Hadfield, AISI 1040 ve TM çeliklerin döner takımlı EKD ile işlenebilirliği deneylerinde hiçbir işleme sonucunda takım aşınması meydana gelmemiştir. İşlemeler öncesi ve sonrası takım ağırlıkları ölçülmüş, işleme sonrası takım ağırlığında az da olsa artış görülmüştür. Bunun sebebi takımın çok küçük deliği (0,18 mm) içerisinde işleme sonrası tuzlu elektrolitin kalmasıdır. Ayrıca, literatürden işleme süresince bir miktar zıt kutuplu metal iyonunun takım ucuna yapışarak takım uç şeklini bozulmasına sebebiyet verdiği de bilinmektedir [1-3]. Kısacası EKİ ile gerçekleştirilen uygulamalarda takım aşınması yoktur.

215 Tartışma Hadfield çeliğinin klasik EKD ile (dönmesiz takım) yapılan ön işleme deneylerinde işleme çok zor olmuş, kabul edilebilir delik boyları ve geometrileri elde edilememiştir. Malzemenin döner takımlı EKD ile işlenebilirliği artmış, kabul edilebilebilir delik geometrileri oluşturulmuştur. İşleme sonrası delik kesitleri incelendiğinde siyah renkli iri çökelti formunda işleme ürünlerinin oluştuğu ve bu ürünlerin işlemenin sürekliliğini ve delik geometrilerini olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Değişik işleme değerlerinde oluşturulan çoğu delik kesitlerinde bazı bölgelerde tek taraflı çıkıntı ve boğum şeklinde çap artışı ve azalması gözlenmiştir. Bu durum deneylerde işleme sürecince çözünme ürünlerinin işleme boşluğunu kısa süreli de olsa tıkamasından kaynaklanmıştır. Bazı deliklerde ise artan püskürtme basıncı ve takım dönüş hızı ile boyutsal hata küçük değerlere düşmüş ve düzgün delik geometrileri elde edilebilmiştir. Bütün işleme parametreleri için artan işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu, püskürtme basıncı ve takım dönüş hızı işleme süresini kısaltmış ve işparçası işleme hızını artırmıştır. Malzemenin döner takımla işlenmesinde İİH nın artmasına en fazla etkiyi işleme gerilimindeki ve elektrolit konsantrasyonundaki artışlar yapmıştır. Artan takım dönüş hızı ve püskürtme basıncı İİH da küçük artışlar sağlamıştır. Yanal açıklık ise gerilim, konsantrasyon ve püskürtme basıncındaki artışlarla azalmış dönüş hızının artışıyla artmıştır. Gerilim ve konsantrasyon değerlerindeki artışlarla yanal açıklığın azalması işlemelerin akım geri beslemeli kontrol yaklaşımı ile yapılmış olmasındandır. Hadfield çeliği işlemelerinde elektrolit basıncı yanal açıklığının azalmasına en az etki eden işleme parametresi olmuştur. Boyutsal hata değerleri işleme değerlerine bağlı olarak bir değişim göstermemiştir. Ancak, 40 bar püskürtme basıncında ve 400 dev/dak takım dönüş hızında daha düzgün delik geometrileri elde edilmiştir. En düşük boyutsal hata değeri % 1,1 en yüksek boyutsal hata değeri ise % 7,6 olmuştur. Yüksek elektrolit basıncı ve takımın dönmesi malzemenin işlenebilirliğini sağlamış ve 8 mm boyunda delikler delinebilmiştir. AISI 1040 malzemesi işleme deneyleri Hadfield çeliği deneyleriyle aynı işleme koşullarında yapılmasına karşılık delme işlemi daha kısa sürede tamamlanmıştır.

216 190 Delik geometrileri incelendiğinde Hadfield çeliğine göre daha düzgün şekilli deliklerin elde edildiği görülmüştür. Düşük basınçlı (20 Bar) ve takım dönüş hızlı (200 dev/dak) işlemelerde delik duvarlarında çap daralmaları meydana gelmiştir. Ancak, bu daralmalar Hadfield çeliğindeki gibi belirgin boyutlarda değildir. Ayrıca, delik kesitlerinde Hadfield çeliğinde gözlenen tek taraflı çap daralması oluşmamıştır. Tüm işlemelerde artan gerilim, elektrolit konsantrasyonu, takım dönüş hızı ve püskürtme basıncı İİH yı artırmış, Hadfield çeliğinde olduğu gibi İİH ya en fazla etkiyi işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu yapmıştır. OYA ise Hadfield çeliğinde elde edilen değerlerden daha düşük çıkmıştır. Bu durum AISI 1040 malzemesinin elektrokimyasal etki ile işlenebilirliğinin iyi olduğunu göstermektedir. Hadfield çeliği işlemelerinde olduğu gibi artan işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu ve püskürtme basıncı değerleriyle OYA azalmış, artan takım dönüş hızı ile artış göstermiştir. En küçük OYA değerleri 127,212 mm (6,5 V, 200 dev/dak, 40 Bar, 150 g/l) ve 127,321 mm (7,5 V, 200 dev/dak, 40 Bar, 150 g/l) olmuştur. AISI 1040 malzemesine açılan deliklerin BH değerleri incelendiğinde tüm deliklerde birbirine yakın ve Hadfield çeliğine göre daha küçük değerler elde edilmiştir. Açılan birçok delikte % 1 değerinin altında boyutsal hata değerleri hesaplanmıştır. En küçük ve en büyük BH değerleri sırasıyla % 0,25 ve % olmuştur. Bu iki çelik malzemede elde edilen sonuçların farklılık göstermesi malzemenin kimyasal bileşiminde ki elementlerin oranından kaynaklandığı düşünülmektedir. TM çelik malzemeye EKD ile h=14 mm değerinde delikler açılmıştır. Bu malzeme Hadfield ve AISI 1040 malzemesine göre daha iyi çözünme davranışı sergilemiş deneylerde dönmesiz takımlı işlemelerde başarılmıştır. Oluşturulan delik geometrileri incelendiğinde dönmesiz takımlı işlemelerde delik duvarlarında belirgin dalgalı yapı gözlenmiş ve bu dalgalanma artan elektrolit basıncının etkisiyle az da olsa düzelmiştir. TM çelik deneylerinde az sayıda işleme boşluğunun tıkanması ile işlemenin durması sorunu meydana gelmiştir. Bu malzemenin EKD deneylerinde İİH, artan işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu, püskürtme basıncı ve takım dönüş hızı ile artış göstermiştir. Ancak Hadfield ve AISI 1040 malzemelerinde olduğu gibi İİH ya en fazla etkiyi işleme gerilimi ve elektrolit konsantrasyonu

217 191 yapmıştır. Takım dönüş hızındaki ve elektrolit basıncındaki artışlar İİH da küçük artışlar sağlamıştır. OYA değerleri ise artan işleme değerleri ile birlikte azalmıştır. Hadfield ve AISI 1040 malzemelerinde takım devir sayısının artışıyla yanal açıklık artmış olmasına rağmen T/M malzemeye açılan deliklerde tersi durum tespit edilmiştir. En büyük yanal açıklık ve BH değerleri dönmesiz takımlı işlemelerde elde edilmiştir. Ancak delik boyunun daha uzun olmasına rağmen dönel takımlı işlemelerde Hadfield çeliğine göre daha küçük yanal açıklıkta delikler başarılmıştır. En küçük yanal açıklık değeri 71,666 mm (5,5 V, 20 bar, 400 dev/dak, 150 g/l) olarak elde edilmiştir. Döner takımla yapılan EKD işlemelerinde Hadfield çeliği deneylerine göre daha düzgün geometride delikler elde edilmiştir. Bu T/M malzemenin Hadfield çeliğine göre elektrokimyasal etki ile daha iyi çözünme davranışı gösterdiğinin ispatıdır. En küçük ve en büyük BH değerleri sırasıyla % 0,485 ve % 6,857 olarak hesaplanmıştır. T/M malzemeye delinen 14 mm boyunda deliklerde BH nın bu kadar küçük değerlerde elde edilmesi püskürtme basıncı ve takım dönme hareketi ile sağlanmıştır. Çünkü dönmesiz takım ve döner takımla yapılan işlemelerde oluşturulan delikler de hesaplanan % BH değerleri arasında belirgin fark vardır. Bugüne kadar yapılan klasik EKD çalışmalarında, delik derinliği 8 mm ve 14 mm değerlerinden daha küçük işlemeler yapılmış olup takıma dönme hareketi verilerek işleme performansı çıktılarının incelendiği geniş kapsamlı sonuçlara literatürde rastlanmamıştır. Geliştirilen akım geri beslemeli EKD tekniği sayesinde işlemelerin hiçbirinde mikro kıvılcım ve kısa devre oluşması gözlenmemiştir. Literatürde yapılan çalışmalarda çoğunda, takım sabit ilerleme hızıyla işparçasına yaklaştırılmış ve araştırmacılar kısa devre ve mikro kıvılcım oluşumundan bahsetmişlerdir. İşlemelerde karşılan en büyük sorun ise elektrolitin temas ettiği pompa ve basınç başlığı gibi elemanların iç aksamlarının korozyona uğraması ve bu korozif ürünlerin takım deliğini tıkaması problemidir. Ayrıca bu çelik malzemelere seçilen delik derinliğinde, NaCl tuzlu elektrolit kullanılarak, takım-işparçası çiftinin tamamen elektrolitik sıvı içerisine batık olmadığı işlemelere literatürde rastlanmamıştır.

218 SONUÇLAR VE ÖNERİLER 7.1. Sonuçlar EKD ile Hadfield, AISI 1040 ve TM çelik malzemelere, h/d oranı büyük delik delmek amacıyla döner takımın içinden yüksek basınçlı halit tuz derişimli elektrolit (NaCl) uygulamasının yapılabildiği akım geri besleme kontrollü EKD ünitesi geliştirilmiştir. Çalışmada klasik yöntemlerle işlemesi güç olan Hadfield ve işlenmesi kolay olan AISI 1040 çelikleri aynı derinlikte (h=8 mm) ve işleme koşullarında bu yeni teknikle işlenerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Aynı zamanda TM malzemede işlenerek bu tür malzemelerin anodik çözünme davranışı ve işleme performans çıktıları değerlendirilmiştir. Her üç metal malzemenin EKD tekniği ile NaCl sulu elektrolit ortamında şu ana kadar yapılan çalışmalarda başarılmamış delik boyu ve çaplarda işlenmesi gerçekleştirilmiştir. Bunun en önemli sebebi, döner takımın içinden elektrolitin yüksek basınç uygulaması ile katı çökelti formundaki işleme artıklarının işleme bölgesini tıkamasının engellenmesidir. Böylelikle yüksek basınç ve takımın dönme hareketinden dolayı işleme artıkları daha etkili uzaklaştırılmış ve sürekli işleme yapılabilmiştir. Her üç tip metal malzemenin işlemelerinde İİH değeri işleme gerilimi, elektrolit konsantrasyonu, elektrolit püskürtme basıncı ve takım devir sayısı değerlerindeki artma ile artış göstermiştir. Hadfield ve AISI 1040 çeliklerinde ortalama yanal açıklık değerleri takım devir sayısındaki artma ile artış göstermiş, TM çelik malzemede artan takım devri OYA değerlerini azaltmıştır. Bu durum basınçla kaynak olmuş mikro boyutlu tozların oluşturduğu TM çelik malzemenin gözenekli yapısının elektrokimyasal etki ile kolay çözünme davranışı sergilemesinden kaynaklanmıştır.

219 193 Her üç malzemenin NaCl sulu çözeltisinde ki çözünme davranışları ve işleme ürünleri (artıkları) farklılık göstermiştir. Takım deliğinin ve yanal boşlukların tıkanması durumu en fazla Hadfield çeliğinde oluşmuştur. AISI 1040 çeliği işlemelerinde bu sorunla daha az karşılaşılmıştır. TM çelik malzemede ise delik derinliğinin diğer malzemelerde seçilen değere göre daha yüksek olmasına karşın en az işleme bölgesi tıkanması görülmüştür. Dolayısıyla elektrokimyasal etki ile en iyi çözünme davranışı sergileyen malzeme TM olmuş bunu sırasıyla AISI 1040 çeliği ve Hadfield çeliği izlemiştir. NaCl elektrolitinde işleme ürünlerinin işleme bölgesini tıkamasına ve işlemenin durmasına sebep olan çökelti formundaki ürünler Hadfield çeliğinde oluşmuş, AISI 1040 ve TM çeliklerin işlenmesinde çok küçük boyutlarda çözünmüş metal iyonu ürünleri oluşmuştur. Yüksek basınçlı elektrolit püskürtmesi ve takımın dönme hareketi ile işleme bölgesinin tıkanması önlenmiştir. Her üç malzemenin NaCl sulu çözeltisindeki çözünme hızları farklılık göstermiştir. TM çelikte işleme derinliği 14 mm gerçekleşmiş olmasına rağmen en kısa işleme süreleri de bu malzemede gerçekleşmiştir. En uzun süreli işlemeler ise Hadfield çeliğinde olmuştur. Delik kesit geometrisi en düzgün yapılar AISI 1040 ve TM çelik malzemelerde elde edilmiştir. Bu malzemeler, işlenirken kolay ve hızlı anodik çözünme davranışı göstermiştir. Ayrıca, takım ilerleme hızı delik derinliği boyunca değişmemiştir. Değişik işleme parametrelerinde her üç malzemeye açılan deliklerin giriş çapları delik ortalama boyutundan büyük, çıkış çapları ise küçük çıkmıştır. İşlemelerde takım-işparçası çiftinin elektrolit ile tamamen ıslanmaması, yani işlemelerin takımın içinden püskürtülen elektrolitin işparçası yüzeyinde oluşturduğu elektrolitik sıvı birikintinde gerçekleştirilmesi delik giriş ve çıkış çaplarının delik ortalama boyutundan farklı çıkmasına sebep olmuştur.

220 194 İşlemelerde takım aşınması oluşmamıştır. Takım ile işparçası arasında fiziksel temas olmaması ve EEİ de olduğu gibi kıvılcım boşalımının takımı aşındırma etkisinin EKD yönteminde olmamasından dolayı takım aşınmamıştır. İşlemelerde kullanılan akım değeri (0,1-0,7 A) ve elektrolit miktarı ( ml) göz önüne alındığında yöntemin ekonomik olduğu söylenebilir Öneriler Bu çalışmada kullanılmış işleme değerlerinin ara ve üst değerleri ile yapılacak deneysel çalışmalar işleme performans çıktılarının işleme parametreleri ile olan ilişkisini daha açık gösterecektir. İleride yapılacak çalışmalarda, Hadfield (h=8 mm), AISI 1040 (h=8 mm) ve TM (h=14 mm) çelik malzemelere seçilen delik derinliğinden daha uzun delik açılmasının denenmesi, bu malzemelerin EKD ile işlenmesinde maksimum delik derinliğinin tespiti için önemli olacaktır. Ayrıca TM çelik malzemede toz boyutunun işleme sonrası yüzey pürüzlülüğüne etkisinin araştırılması da delik yüzey kalitesinin belirlenmesine önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir. Klasik talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmesi güç malzemelerin EKD ile işlenebilirliğini tespit etmek amacıyla bundan sonra yapılacak çalışmalarda farklı halit tuzları ile hazırlanmış elektrolitlerin, daha yüksek takım dönüş hızlarının ve elektrolit püskürtme basınçlarının denenmesi döner takımlı EKD nin gelişmesine büyük önem sağlayacaktır. Döner takımlı EKD tekniğine titreşim hareketinin de katılmasıyla yöntemin daha da geliştirilebileceği düşünülmektedir.

221 195 KAYNAKLAR 1. Benedict, G. F., Nontraditional Manufacturing Processes, Marcel Dekker Inc., USA, (1987). 2. McGeough, J. A., Principles of Electrochemical Machining, Chapman and Hall Ltd, New York, (1974). 3. De Barr, A. E., Oliver, D. A., Electrochemical Machining, American Elsevier Publishing Company, INC., New York, (1967). 4. Sen, M., Shan, H.S., A review of electrochemical macro- to micro-hole drilling processes, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45 (2): (2005). 5. Sharma, S., Jain, V. K., Shekhar, R., Electrochemical drilling of inconel superalloy with acidified sodium chloride electrolyte, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 19: (2002). 6. Bilgi, D.S., Jain, V.K., Shekhar, R., Mehrotra, S., Electrochemical deep hole drilling in super alloy for turbine application, Journal of Materials Processing Technology 149, (2003). 7. Kozak, J., Rajurkar K.P., Hybrid machining process evaluation and development, Proceedings of the 2nd International Conference on Machining and Measurements of Sculptured Surfaces Krakow, Poland, (2000). 8. Kozak, J., Oczos, K.E., Selected problems of abrasive hybrid machining, Journal of Materials Processing Technology, 109 (3): (2001). 9. Wansheng, Z., Li, X.,Wang, Z., Study on micro electrochemical machining at micro to meso-scale, Proceedings of the 1st IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, (2006). 10. Tsui, H-P., Hung, J-C., You, J-C, Yan, B-H., Improvement of electrochemical microdrilling accuracy using helical tool, Materials and Manufacturing Processes, 23: (2008). 11. Sekar, T., Marappan, R., Improving material removal rate of electrochemical machining by using rotating tool, Manufacturing Engineering, 2: (2008). 12. Sen, M., Shan, H.S., A review of electrochemical macro- to micro-hole drilling processes, International Journal of Machine Tools & Manufacture 45: (2005).

222 Lee, E. S., Baek, S. Y., Cho, C. R., A study of the characteristics for electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses, International Journal Advanced Manufacturing Technology, 31: (2007). 14. Kurita, T., Chikamori, K., Kubota, S., Hattori, M., A study of threedimensional shape machining with an ECmM system, International Journal of Machine Tools & Manufacturing, 46: (2006). 15. Chryssolouris, G., Wollowitz, M., Electrochemical hole making, Annals CIRP, 33 (1): (1984). 16. Cagnon, L., Kirchner, V., Kock, M., Schuster, R., Ertl, G., Gmelin, W.T., Kück, H., Electrochemical micromachining of stainless steel by ultrashort voltage pulses, Zeitschrift für Physikalische Chemie, 217: (2003). 17. Maurer, J.J., Mallett, J.J., Hudson, J.L., Fick, S.E., Moffat, T.P., Shaw, G.A., Electrochemical micromachining of Hastelloy B-2 with ultrashort voltage pulses, Electrochimica Acta, 55: (2010). 18. Ma, X.Z., Zhang, L., Cao, G.H., Lin, Y., Tang, J., Electrochemical micromachining of nitinol by confined-etchant-layer technique, Electrochimica Acta 52: (2007). 19. Kock, M., Kirchner, V., Schuster, R., Electrochemical micromachining with ultrashort voltage pulses_/a versatile method with lithographical precision, Electrochimica Acta, 48: 3213-/3219 (2003). 20. Bhattacharyya, B., Malapati, M., Munda, J., Sarkar, A., Influence of tool vibration on machining performance in electrochemical micro-machining of copper, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47: (2007). 21. Munda, J., Bhattacharyya, B., Investigation into electrochemical micromachining (EMM) through response surface methodology based approach, International Journal Advanced Manufacturing Technology, 35: (2008). 22. Yong, L., Yunfei, Z., Guang, Y., Liangqiang, P., Localized electrochemical micromachining with gap control, Sensors and Actuators A, 108: (2003). 23. Peng, W. Y., Liao Y. S., Study of electrochemical discharge machining technology for slicing non-conductive brittle materials, Journal of Materials Processing Technology, 149 (1-3, 10): (2004). 24. Kulkarni, A., Sharan, R., Lal G. K., An experimental study of discharge mechanism in electrochemical discharge machining, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 42 (10): (2002).

223 Bhattacharyya, B., Doloi, B. N., Sorkhel, S. K., Experimental investigations into electrochemical discharge machining (ECDM) of non-conductive ceramic materials, Journal of Materials Processing Technology, 95 (1-3): (1999). 26. Yonghong, L, Zhixin, J., Jinchun L., Study on hole machining of nonconducting ceramics by gas-filled electrodischarge and electrochemical compound machining, Journal of Materials Processing Technology, 69 (1-3): , (1997). 27. Sanjay, K., Venkateswara Rao C.,P., Trepanning of Al 2 O 3 by electro-chemical discharge machining (ECDM) process using abrasive electrode with pulsed DC supply, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47 (14): ( 2007). 28. Han, M., Min, B., and Jo Lee, S., Improvement of surface integrity of electrochemical discharge machining process using powder-mixed electrolyte, Journal of Materials Processing Technology, 191 (1-3, 1): (2007). 29. Schöpf, M., Beltrami, I., Boccadoro, M., Kramer, D., Schumacher, B., ECDM (Electro Chemical Discharge Machining), A new method for trueing and dressing of metal bonded diamond grinding tools, CIRP Annals- Manufacturing Technology, 50 (1): (2001). 30. Hewidy, M.S., Ebeid, S.J., El-Taweel, T.A., Youssef, A.H., Modelling the performance of ECM assisted by low frequency vibrations, Journal of Materials Processing Technology, 189: (2007). 31. Amalnik, M.S., McGeough, J.A., Intelligent concurrent manufacturability evaluation of design for electrochemical machining, Journal of Materials Processing Technology, 61: (1996). 32. Kozak, K.P. Rajurkar and R. Balkrishna, Study of electrochemical jet machining processes, Transactions of the ASME, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 118: (1996). 33. El-Hofy, H., Advanced Machining Processes: Nontraditional and Hybrid Machining Processes, McGraw-Hill Companies, USA (2005). 34. Sen, M., Shan, H.S., Analysis of hole quality characteristics in the electro jet drilling process, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45 (15): (2005). 35. Sen, M., Shan, H.S., Electro jet drilling using hybrid NNGA approach, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 23 (1): (2007). 36. Bhattacharyya, B., Malapati, M., Munda, J., Experimental study on electrochemical micromachining, Journal of Materials Processing Technology, 169 (3): (2005).

224 B. Bhattacharyya, S.K. Sorkhel, Investigation for controlled electrochemical machining through response surface methodology-based approach, Journal of Materials Processing Technology, 86: (1999). 38. Ebeid, S.J., Hewidy, M.S., El-Taweel, T.A., Youssef, A.H., Towards higher accuracy for ECM hybridized with low-frequency vibrations using the response surface methodology, Journal of Materials Processing Technology, 149: (2004). 39. Munda, J., Malapati, M., Bhattacharyya, B., Control of micro-spark and straycurrent effect during EMM process, Journal of Materials Processing Technology, 194: (2007). 40. De Silva, A., McGough, J.A., Process monitoring of electrochemical micromachining, Journal of Materials Processing Technology, 76 (1 3): (1998). 41. B. Bhattacharyya, Malapati, M., Munda, J., Sarkar, A., Influence of tool vibration on machining performance in electrochemical micro-machining of copper, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47: (2007). 42. Munda, J., Bhattacharyya, B., Investigation into electrochemical micromachining (EMM) through response surface methodology based approach, International Journal Advanced Manufacturing Technology, 35: (2008). 43. Ahn, S.H., Ryu, S.H., Choi, D.K., Chu, C.N., Electro-chemical micro drilling using ultra short pulses, Precision Engineering, 28: (2004). 44. Bilgi, D.S., Jain, V. K., Shekhar, R.,. Kulkarn, A.V., Hole quality and interelectrode gap dynamics during pulse current electrochemical deep hole drilling, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 34: (2007). 45. Hocheng, H., Sun, Y.H., Lin, S.C., Kao, P.S., A material removal analysis of electrochemical machining using flat-end cathode, Journal of Materials Processing Technology, 140: (2003). 46. Huaiqian, B., Jiawen, X., Ying, L., Aviation-oriented Micromachining Technology-Micro-ECM in Pure Water, Chinese Journal of Aeronautics, 21: (2008). 47. Neto, J.C.S., Silva, E.M., Silva, M.B., Intervening variables in electrochemical machining, Journal of Materials Processing Technology 179: (2006). 48. Datta, M., Anodic dissolution of metals at high rates, IBM J. Res. Develop., 37 (2): (1993).

225 Kenney, A.J., Hwang, G.S., Electrochemical machining with ultrashort voltage pulses: modelling of charging dynamics and feature profile evolution, Nanotechnology, 16: (2005). 50. Kim, B. H., Ryu, S. H., Choi, D. K., Chu, C. N., Micro electrochemical milling, J. Micromech. Microeng, 15: (2005). 51. Kozak, J., Rajurkar, K.P., Gulbinowicz, D., Gulbinowicz, Z., Investigations of micro electrochemical machining using ultrashort pulses, Proceeding on the XV International Symposium of Electro machining ISEM 07, Pittsburgh, (2007). 52. Kirchner, K., Cagnon, L., Schuster, R., Ertl, G., Electrochemical machining of stainless steel microelements with ultrashort voltage pulses, Applied Physics Letters, 79 (11): (2001). 53. Choi, S. H., Ryu, S. H., Choi, D. K., Chu, C. N., Fabrication of WC microshaft by using electrochemical etching, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 31: (2007). 54. Park, B.J., Kim, B.H., Chu, C.N., The Effects of Tool Electrode Size on Characteristics of Micro Electrochemical Machining, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 55 (1): (2006). 55. Kim, B.H., Ryu, S.H., Choi, D.K., Chu, C.N., Micro Electrochemical Milling, J. Micromech. Microeng. 15 (1): (2005). 56. Jain, V.K., Jain, Vi.K., Pandey, P.C., Corner Reproduction Accuracy in Electro-Chemical Drilling (ECD) of Blind Holes, Journal of Engineering for Industry, 106: 61 (1984). 57. Jain V.K., Rajurkar, K.P., An integrated approach for tool design in ECM, Precision Engineering, 13: (1991). 58. Wang, M.H., Zhu, D., Simulation of fabrication for gas turbine blade turbulated cooling hole in ECM based on FEM, Journal of materials processing technology, 209: (2009 ). 59. Ali, S., Hinduja, S., Atkinson, J., Pandya, M., Shaped tube electrochemical drilling of good quality holes, Annals - Manufacturing Technology, 58: (2009). 60. Zhu, D., Qu, N.S., Li, H.S., Zeng, Y.B., Li, D.L., Qian, S.Q., Electrochemical micromachining of microstructures of micro hole and dimple array, CIRP Annals - Manufacturing Technology 58: (2009). 61. Wang, W., Zhu, D., Qu, N., Huang, S., Fang, X., Electrochemical drilling inclined holes using wedged electrodes, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 40: (2009).

226 Wang, W., Zhu, D., Qu, N.S., Huang, S.F., Fang, X.L., Electrochemical drilling with vacuum extraction of electrolyte, Journal of Materials Processing Technology 210: (2010). 63. Datta, M., Romankiw, L.T., Vigliotti, D.R., Von Gutfeld, R.J., Jet and laserjet electrochemical micromachining of nickel and steel, Journal of Electrochemical Society, 136 (8): (1989). 64. Zhang, H., Xu, J., Wang, J., Investigation of a novel hybrid process of laser drilling assisted with jet electrochemical machining, Optics and Lasers in Engineering, 47: (2009). 65. Yilbas, B. S., Parametric study to improve laser hole drilling process, Journal of Materials Processing Technology, 70: (1997). 66. Low, D. K. Y., Li, L., Byrd, P. J., The effects of process parameters on spatter deposition in laser percussion drilling, Optics & Laser Technology, 32: (2000). 67. Tunna, L., O Neill, W., Khan, A., Sutcliffe, C., Analysis of laser micro drilled holes through aluminum for micro-manufacturing applications, Optics and Lasers in Engineering, 43: (2005). 68. Jo, C. H., Kim, B. H., Chu, C. N., Micro electrochemical machining for complex internal micro features, Manufacturing Technology, 58: (2009). 69. Saraç, A. S., Metal Kaplama ve Elektrokimyasal Teknolojiler, Çağlayan Kitapevi, İstanbul, (1995). 70. Jain, V. K., Yogendra, P. G., Murugan, S., Prediction of anode profile in ECBD and ECD operations, Int. J. Mach. Tool Manuf., 27 (1): (1987). 71. Landolt, D., Chauvy, P.-F., Zinger, O., Electrochemical micromachining, polishing and surface structuring of metals: fundamental aspects and new developments, Electrochimica Acta, 48: 3185-/3201 (2003). 72. Li, Y., Zheng, Y., Yang, G., Peng, L., Localized electrochemical micromachining with gap control, Sensors and Actuators, (2003). 73. Brusilovski, Z., Adjustment and readjustment of electrochemical machines and control of the process parameters in machining shaped surfaces, Journal of Materials Processing Technology, 196 (1-3): (2008). 74. Kozak, J., Gulbinowicz, D., Gulbinowicz, Z., The Mathematical Modeling and Computer Simulation of Pulse Electrochemical Micromachining, AIP Conf. Proc., 1127: (2009).

227 Kozak, J., Kamlakar, P., Makkar, R. and Y., Selected problems of microelectrochemical machining, Journal of Materials Processing Technology, 149 (1-3): (2004). 76. Kozak, J., Thermal models of pulse electrochemical machining, Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 52 (4): (2004). 77. Kozak, J., Rajurkar, K. P., Balkrishna, R., Study of electrochemical jet machining processes, Transactions of the ASME, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 118: (1996). 78. Jain, V. K., Advanced machining processes, Allied Publishers, Mumbai, India, (2002). 79. Mukherjee, S.K., Kumar, S., Srivastava, P. K., Effect of electrolyte on the current-carrying process in electrochemical machining, Proceedings of the Institution of Mech. Engineers, Part C: J. of Mech. Eng. Sci., 221: 11 (2007). 80. Mukherjee, S.K., Kumar, S., Srivastava, P. K., Effect of Over Voltage on Material Removal Rate During Electrochemical Machining, Tamkang Journal of Science and Engineering, 8 (1): (2005). 81. Bayraktar, E., Levaillant, C., Altıntas, S., Strain rate and temperature effect on the deformation behavior of the original hadfield steel, Journal De Physıque IV, 3: (1993). 82. Karaman, I., Sehitoglu, H., Beaudoın, J., Chumlyakov, Y., Maier, H. J., Tomeâ, C. N., Modeling the deformation behavior of hadfield steel single and polycrystals due to twinning and slip, Acta Mater., 48: (2000). 83. Hutchinson, B., Ridley, N., On dislocation accumulation and work hardening in Hadfield steel, Scripta Materialia, 55: , (2006). 84. Horng, J-T., Liu, N-M., Chiang K-T., Investigating the machinability evaluation of Hadfield steel in the hard turning with Al2O3/TiC mixed ceramic tool based on the response surface methodology, Journal of materials processing technology, 208: (2008). 85. Abbasi, M., Kheirandish, S., Kharrazi, Y., Hejazi, J., The fracture and plastic deformation of aluminum alloyed Hadfield steels, Materials Science and Engineering : (2009). 86. Akaslan, Ş., Bir toz metal çelikte gözenek miktarının yorulma çatlağı ilerlemesine etkisinin araştırılması, Yüksek lisans tezi, Gazi Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2003). 87. Rieger, P. H., Electrochemistry, Chapman and Hall Ltd, New York, (1994). 88. Hamann, C.H., Hamnett, A., Vielstich, W., Electrochemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Company, Weinheim, (2007).

228 EKLER 202

229 203 EK-1 Takıma ilerleme ve dönme hareketi yaptırılmasında kullanılan MAXON d.a. motoru teknik özelikler broşürü

230 EK-2 MIP 10 pozisyon kontrol entegre kartı broşürü 204

231 205 EK-3 EKD deneylerinde kullanılan d.a. güç kaynağı teknik özellikleri Çizelge 1.1 XANTREX XFR 1,2 KW d.a. güç kaynağına ait elektriksel özellikler Output Voltage Output Current Output Power Line Regulation: Voltage (0,01% of Vmax + 2 mv) Current (0,01% of Imax + 2 ma) Load Regulation: Voltage (0,02% of Vmax + 5 mv) Current (0,02% of Imax + 5 ma) Meter Accuracy: Voltage (1% of Vmax + 1 count) Current (1% of Imax + 1 count) 0-7,5 V A 1050 W 2,75mV 16 ma 6,5 mv 33 ma 0.09 V 1,5 A Output Noise (0-20 MHz): Voltage (p-p) 75 mv Output Ripple (rms): Voltage Current Drift (30 minutes): Voltage (0,05% of Vmax) Current (0,8% of Imax) For Resistive Programming: Voltage (0,6% of Vmax) Current (0,6% of Imax) Drift (8 hours): Voltage (0.05% of Vmax) Current (0.05% of Imax) For Resistive Programming: Voltage (0,3% of Vmax) Current (0,3% of Imax) Temperature Coefficient: Voltage (0,02% of Vmax/ C) Current (0,03% of Imax/ C) For Resistive Programming: Voltage (0,06% of Vmax/ C) Current (0,06% of Imax/ C) 10 mv 500 ma 3,75 mv 1120mA 45 mv 840 ma 3,75 mv 70 ma 22 mv 420 ma 1,5 mv 42 ma 4,5 mv 84 ma OVP Adjustment Range: (5% to 110% of Vmax) 0,375-8,25 V Efficiency: 0,78

232 EK-4 EKD deneylerinde kullanılan d.a. güç kaynağı ait teknik boyutlar 206

233 207 EK-5 Takımın değişik devirlerde döndürülmesinde kullanılan d.a. güç kaynağı teknik özelikleri Çizelge 2.1. GOODWILL DA güç kaynağına ait elektriksel özellikler Çıkış Özellikleri Yük Etkisi Kaynak Etkisi Çözünürlük Program Doğruluğu Ripple&Noise(20Hz~20MHz) Isı Katsayısı(0~40ºC) Okuma Çözünürlüğü Okuma Doğruluğu Okuma Isı Katsayısı Gerilim: 0~18 V, Akım: 0~6 A, OVP: 0~20 V Gerilim: <=3 mv arka çıkış, Akım: <=3mA Gerilim: <=3 mv, Akım: <=3 ma Gerilim: 10 mv, Akım: 1 ma, OVP: 10 mv Gerilim: <=0,05%+25 mv, Akım: <=0,2%+10 ma, OVP: <=0,2%+0,6 V Gerilim:Ripple:<=1 mvrms/3 mvp-p Noise:<=2 mvrms/30 mvp-p Akım: <=3 marms Gerilim : <=100 ppm+3 mv Akım : <=100 ppm+3 ma Gerilim : 10 mv, Akım: 1 ma Gerilim :<=0,05%+25mV Akım :<=0,2%+10 ma Gerilim : <=100 ppm+10 mv Akım : <=150 ppm+10 ma Tepki Süresi Gerilim(Yukarı): 10%~90%<=100 ms Gerilim(Aşağı): 90%~10%<=100 ms Track İşlemi Hata: <=0,1%+50 mv Seri: <=50mV Besleme Boyutlar 100, 120, 220, 240 V ±10%,50/60 Hz 230x140x380 mm, 9.5 kg

234 EK-6 Tezgah kontrol kartı devre şeması 208

235 EK-7 Tezgah kontrol kartı üretim için çizilen devre resmi 209