VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİNİN DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), Mayıs 2009, Karabük, Türkiye VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİNİN DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION FOR THE MACHINABILITY OF VERMICULAR GRAPHITE CAST IRON Ahmet Mavi a, * ve İhsan Korkut b a, * Hacettepe Üniversitesi, Ankara, Türkiye, amavi@hacettepe.edu.tr b Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, ikorkut@gazi.edu.tr Özet Vermiküler grafitli dökme demir (VGDD), üstün mukavemet özelliklerinden dolayı otomotiv endüstrisinde çok yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Ancak, bu malzemenin işlenmesi esnasında işlenebilirlik yönünden birçok problem mevcuttur. Bu çalışmada, VGDD lerin işlenebilirliğini araştırmak için VGDD den imal edilen numuneler ile talaş kaldırma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılan kesme parametreleri ISO 3685 e uygun olarak seçilmiştir. Talaşlı imalat esnasında elde edilen sonuçlar kesme kuvvetleri açısından değerlendirilmiştir. Deneylerde 9 μm kalınlığında CVD kimyasal buhar çökeltme metoduyla TiCN - Al2O3 - TiN kaplamalı, ISO K10 sınıfı uç geometrisinde kaplamalı sinterlenmiş karbür kesici uçlar kullanılmıştır. Deneyler dört farklı kesme hızında (150, 170, 190 ve 210 m/min), üç farklı ilerleme miktarında (0,20, ve 0,30 mm/rev) ve bir talaş derinliği (2 mm) ile soğutma sıvısı kullanılmadan tornalama metoduyla yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda işlenebilirlik kriterleri olan kesme kuvvet değerleri ölçülmüş ve seçilen kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, en büyük kuvvet Ferritik+Perlitik vermiküler grafitli dökme demirde ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar; doğru ve en uygun kesme değerleri ile birlikte kullanılan modern kesici takımların maliyetinde önemli ölçülerde tasarruf sağlayacağı ve üretim zamanını kısaltabileceğini, bu sayede de üretim maliyetlerinin büyük oranda azalacağını ortaya koymuştur. Anahtar kelimeler: Vermiküler grafitli dökme demir, İşlenebilirlik, Kesme kuvvetleri Abstract Vermicular graphite cast iron, which is widely used in the automotive industry because of outstanding strenght properties. But, there are many problem with regard to machinability of this material. In this study, optimum cutting parameters were studied in order to improve machinability of vermicular graphite cast iron. Experiment parameters which is appropriate for ISO 3685 was selected. Depend on the cutting parameters, cutting forces was measured during the machining of experimental samples. The sintered carbide cutting tools which are in ISO K10 grade and coated 9 μm thickness with TiCN-Al2O3 - TiN by Chemical Vapor Deposition (CVD) method, used in experiments. The experiments was carried out by turning at the conditions of four different cutting speeds (150, 170, 190 and 210 m/min) and at the constant cutting depth (mm) without using cutting fluids. In the experimental study, the cutting forces known as the criterian of machinability were measured. The effects of selected cutting parameters on the cutting forces were investigated. The results showed that with regard to cutting force, the highest cutting forces measured on Perlitic+Ferritic vermicular graphite iron. Result of the experimental studies, the biggest (maximum) force was obtained on Ferritic+Perlitic graphite iron. Obtained result exhibit that optimum cutting value noticeable reduce cost of modern cutting tools and manufacturing cost thanks to decrease machining time. Key Words: Compacted (Vermicular) Graphite Cast Iron (CGI), Machinability, Cutting forces. 1. Giriş Talaş kaldırma işlemi elastik ve plastik şekil değişimine dayanan, iş parçası ve takım üzerinde sürtünme, ısı oluşumu, talaşın kırılması, işlenen parçanın yüzeyinin sertleşmesi, kesici takın ucunun aşınması gibi mekaniğin meydana geldiği karmaşık fiziksel bir olaydır [1]. Talaşlı imalatta işlenebilirliğin iyileştirilmesi ve kesici takımların kesme performanslarının artırılması çok sayıda araştırmanın konusu olmuştur. Geleneksel malzemelere göre üstün özelliklere sahip yüksek performanslı malzemelerin ve alaşımların geliştirilmesi, araştırmacıları bu yeni malzemelerin işlenebilirlik problemlerine yöneltmiştir [2]. Bu çalışmada, vermiküler grafitli dökme demir lerden (VGDD) üretilen üç farklı mikro yapıdaki deney numunelerinin tornalanmasında, kesme kuvvetlerinin nasıl değiştiği deneysel olarak araştırılmıştır. Soğutma sıvısı kullanılmadan (Kuru şartlarda) farklı kesme hızı ve ilerleme miktarlarının, kesme kuvvetleri üzerindeki etkileri incelenmiş ve en uygun kesme parametreleri belirlenmeye çalışılmıştır. Dökme demir ailesi arasına yeni katılan vermiküler grafitli dökme demirler gösterdikleri mekanik özellikler açısından lamel ve küresel grafitli dökme demirler arasında bir yerde bulunmaktadır [3]. Vermiküler grafitli dökme demirler, geçmişte küremsi grafit üretmek üzere, yetersiz magnezyum ve seryum seviyelerinde ergitme sırasında tesadüfi olarak bulunmuştur. Bununla birlikte, vermiküler grafitli dökme IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2 demir, farklı üretim teknolojileri gerektiren özellikleriyle, 1965 ten itibaren dökme demir ailesindeki yerini almıştır [3]. Vermiküler grafitli dökme demirlerin grafit yapıları oldukça karmaşıktır ve içerisinde hiç lamel grafit olmayan, ortalama %20 oranında küresel grafit ve %80 oranında vermiküler grafit bulunan bir mikro yapıya sahiptir. Vermiküler grafitler lamel grafitlerden daha kalındırlar ve lamel uçları yuvarlatılmıştır [3,4]. İşlenebilirlik malzemenin bir iç özelliği değildir. İşlenebilirlik, iş parçasının mekanik özellikleri, soğutma sıvısı ve işleme koşulları arasındaki ilişkilerin bir sonucudur. Dökme demirlerin işlenebilirliği, dökümün tipine ve mikro yapısına bağlıdır. Beyaz dökme demirin işlenebilirliği oldukça zor iken, ferritik dökümün işlenebilirliği ise en kolaydır. Dökme demirin diğer çeşitleri olan Vermiküler Grafitli Dökme Demir, Küresel Grafitli Dökme Demir (KGDD), alaşımlı dökme demir ve temper dökme demir lerin işlenebilirlikleri, beyaz döküm ile ferritik döküm arasındadır. [5]. Melleras ve diğerleri, Vermiküler Grafitli Dökme Demirlerin otomotiv endüstrisinde son 10 yıldan beri çok yaygın olarak kullanıldığından bahsetmekte ve fren diskleri, eksoz manifoltları, motor kapağı ve motor blokları gibi parçaların yapımında oldukça fazla seçilen bir malzeme olduğunu söylemektedir. Üstün mukavemet özelliklerine sahip bu malzeme, gri dökme demirle karşılaştırıldığında, yüksek basınçlı yanma odalarının imalatına daha elverişli olup daha verimli yanma ve düşük emisyon değerleri elde edilmesine olanak sağlamaktadır. Daha ince et kalınlığında parça üretmek mümkün olup daha hafif motorların imalatı söz konusu olmaktadır. Bunun yanı sıra bu malzemenin işlenmesi esnasında işlenebilirlik açısından bir çok problem mevcuttur. Melleras ve arkadaşları yapmış oldukları bu araştırmada, beş değişik CGI (Compacted Graphite Iron) alaşımı ve motor bloğu malzemesi olarak geniş kullanım alanına sahip FC-250 gri dökme demir kullanılmışlardır. Bu iki malzemeyi işlenebilirlik yönünden karşılaştırmışlar, işlenebilirlik kriterleri olarak da takım aşınması ve kesme kuvvetlerini dikkate almışlardır. Yapılan deneyler sonucunda CGI-450 malzemesi geliştirilmiş ve bu malzemenin FC-250 gri dökme demire göre işlenebilirliğinin daha iyi olduğu gözlenmiş olup, yüksek kalitede motor bloğu ve otomotiv parça imalatlarında daha iyi bir malzeme olduğunu ispat etmişlerdir. Cooper ve Loper yapmış oldukları çalışmada, delme işlemlerinde vermiküler grafitli dökme demirin, aynı sertlik ve komposizyona sahip küresel grafitli dökme demir ve gri dökme demire göre işlenebilirliğinin daha iyi olduğuna karar vermiştir. Ayrıca sertlik ve işlenebilirliği etkileyen en önemli değişkenin döküm kesit kalınlığı olduğunu söylemişlerdir [6]. Phillips yapmış olduğu deneysel çalışmada, ferritik ve perlitik vermiküler grafitli dökme demir ile ferritik, perlitik gri ve küresel grafitli dökme demirlerin işlenebilirliklerini karşılaştırmıştır. Tornalama işlemleriyle yapılan deneylerde değişik kesme hızları, ıslak ve kuru şartlarda, kaplanmış tungusten karbür ve sıcak preslenmiş alüminyum oksit kesici takımlar kullanmıştır. Kaplanmış tungusten karbür cinsi kesici uç, sıcak kaplanmış alüminyum oksit kesici uca göre daha fazla takım ömrü sergilemiştir. Phillips, ferritik vermiküler grafitli dökme demirin işlenebilirliğinin perlitik vermiküler grafitli dökme demire göre daha iyi olduğunu tespit etmiştir [7]. Literatür araştırması sonucunda vermiküler grafitli dökme demirler ile gri dökme demir ve küresel grafitli dökme demirlerin işlenebilirlikleri karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada ise ferritik, perlitik ve ferritik-perlitik vermiküler grafitli dökme demirin işlenebilirliği araştırılmıştır. Yapılan deneylerde bağımsız değişken olarak kesme hızı, ilerleme miktarı ve kesme derinliği esas alınmıştır. 2. Materyal ve Metot 2.1. İş Parçası Malzemesi İşlenebilirlik deneylerinde iş parçası malzemesi olarak, üç farklı mikro yapıya sahip vermiküler grafitli dökme demirden imal edilen 25 mm çapında ve 250 mm boyunda numuneler kullanılmıştır. Numunelerin kimyasal bileşimleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Deneylerde kullanılan farklı mikro yapıya sahip vermiküler grafitli dökme demirlerin kimyasal bileşimleri. C Si Mn P S Cr Ni Mo Perlitik 3,710 2,288 0,263 0,028 0,012 0,040 0,017 0,003 Ferritik+Perlitik 3,72 2,366 0,264 0,0316 0,013 0,0276 0,0166 0,0026 Ferritik 3,7 2, ,036 0,014 0,0262 0, ,00228 Cu Mg Sn Ti Al Zn Bi Fe Perlitik 0,018 0,011 0,118 0,022 0,005 0,040 0,0019 kalan Ferritik+Perlitik 0, , ,0877 0,018 0,0073 0,015 0,0065 kalan Ferritik 0, , , , , ,0485 0,0044 kalan 2.2. Metalografik İnceleme Deney numunesinin metalografik incelemesi Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Laboratuarında METKON GRIPO 2V marka zımpara ve polisaj cihazı ile Leica Marka optik Mikroskop kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Resim 1-Resim 3). Resim 1. Perlitik Vermiküler Grafitli dökme demir 100X, 200X. Resim 2. Ferritik Vermiküler Grafitli dökme demir 100X, 200X.

3 dökümden kaynaklanan olumsuzluklar ve olası dış yüzey tabaka sertleşmesi ihtimaline karşılık dış yüzeyler üniversal torna tezgâhında 1 mm talaş derinliğinde tornalanarak çap 24 mm ye düşürülmüş ve işlenebilirlik deneyleri için hazır hale getirilmiştir İşlenebilirlik Deneyleri Resim 3. Perlitik+Ferritik Vermiküler Grafitli dökme demir 100X, 200X. ø25x25 mm ölçülerinde hazırlanan numune 80, 120, 220, 240, 400,, ve numaralı zımpara kağıtları ile zımparalandıktan sonra 0,6 mikron elmas pasta ile parlatma işlemine tabi tutulmuştur. Numuneler % 2 nital (%2 HNO 3 + %98 CH 3 OH) ile dağlandıktan sonra optik mikroskopta çeşitli büyütmelerde mikroyapı görüntüleri alınmıştır. Deneylerde kullanılan Vermiküler grafitli dökme demirlerin yüzde Ferrit, Perlit ve Grafit miktarları Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Laboratuarı imkanları ile Leica Q550 MW görüntü analiz programı kullanılarak ölçülmüş ve sonuçlar Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2. Farklı mikroyapıdaki vermiküler grafitli dökme demire ait yüzde Perlit, Ferrit ve grafit oranları. Mikro Yapı % Perlit % Ferrit % Grafit Ferritik 23,3 58,5 17,2 Perlitik 83 9,8 7,2 Ferlitik + Perlitik 52,3 32,2 15,5 Elde edilen Ferritik, Perlitik ve Ferritik+Perlitik vermiküler grafitli dökme demirlerin mikro yapılarının örnekleri Resim 1, Resim 2 ve Resim 3 de verilmiştir Malzemenin Sertlik Ölçümü İş parçası malzemesinin sertlik ölçümü Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Laboratuarında Instron-Wolpert marka Diatestor 7551 model sertlik ölçüm cihazı kullanılarak 30 kg yük altında yapılmıştır ve ölçüm sonuçları Çizelge 3 de verilmiştir. Çizelge 3. Farklı mikroyapıdaki vermiküler grafitli dökme demire ait sertlikler. Mikro Yapı Ölçülen Sertlik Değeri (HB) Ferritik 186 Perlitik 201 Ferlitik + Perlitik Deney Numunelerinin Hazırlanması Dökümden çıkan deney numuneleri Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü Talaşlı Üretim Anabilim Dalında bulunan üniversal torna tezgâhında 250 mm boya getirilip bir ucuna punta deliği açılarak hazırlanmıştır. Numunelerin dış yüzeylerindeki İşlenebilirlik deneyleri, ISO 3685 deki deney şartlarına uygun olarak BSD torna tezgâhında gerçekleştirilmiştir. Seçilen kesme parametreleri Çizelge 4 te verilmiştir. Kesici uç kalitesi VGDD malzemeye uygun seçilmiştir. ISO 3685 de belirtildiği gibi kesme hızı değerleri, imalatçı verilerinden yola çıkarak dört farklı değerde alınmıştır. Her deneyde yeni kesici uç kullanılmıştır ve her bir malzeme için 12 deney olmak üzere toplamda 36 deney yapılmıştır. Üç farklı yapıdaki (ferrit, perlit ve ferrit+perlit) vermiküler grafitli dökme demir için karşılaştırma imkanı sağlaması açısından aynı kesme parametreleri kullanılmıştır. Perlitik numuneler için P1-P12, Ferritik numuneler için F1-F12 ve Perlitik + Ferritik numuneler için PF1-PF12 deney kodları kullanılmıştır. Çizelge 4. Her bir Mikroyapı için kesme parametreleri. Deney No Talaş Derinliği Kesme Hızı İlerleme Miktarı a (mm) V (m/min) f (mm/rev) P1 F1 PF1 0,20 P2 F2 PF2 150 P3 F3 PF3 0,30 P4 F4 PF4 0,20 P5 F5 PF5 170 P6 F6 PF6 0,30 P7 F7 PF7 0,20 P8 F8 PF8 190 P9 F9 PF9 0,30 P10 F10 PF10 0,20 P11 F11 PF P12 F12 PF12 0, Kesici Takım İşlenebilirlik deneylerinde, vermiküler grafitli dökme demirler için tavsiye edilen kimyasal buhar çökelmesi metodu (CVD) ile 9 μm luk TiCN - Al2O3 - TiN katmanları ile çok katlı olarak kaplanmış ISO K10 sınıfı kaplamalı sinterlenmiş karbür kesici uçlar kullanılmıştır. SANDVIK Coromant firması tarafından GC 3215 kalite grubu olarak üretilen kesici takımlar; ISO 3685 e göre SCMT KR takım geometrisi ile tanımlanmakta olup ve orta kaba talaş işlemlerinde kullanıma uygundur Tezgah Deneylerde kullanılan numune iş parçaları Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü Talaşlı Üretim Anabilim Dalı CNC Atölyesinde bulunan FANUC kontrol ünitesine sahip Johnford TC-35 sanayi tipi CNC torna tezgahında işlenmiştir. CNC torna tezgahının gücü 10 KW olup, tezgah iş mili değişken kademesiz hıza sahip ve dev/dak ya kadar çıkabilmektedir.

4 2.8. Kesme Kuvvetlerinin Ölçülmesi Talaş kaldırma esnasında kuvvet ölçümleri, numunelerin 24 mm lik çap ve 50 mm lik uzunluğun işlenmesi esnasında gerçekleştirilmiştir. Bir numune üzerinde beş farklı deney yapılmıştır. Talaş kaldırma esnasında oluşan üç kuvvet bileşeni olan; esas kesme kuvveti Fz (Fc), ilerleme kuvveti Fx (Ff) ve radyal kuvveti Fy (Fr) ölçebilen KISTLER 9257B tipi dinamometre kullanılmıştır. Bu dinamometre KISTLER Type 5019 bir sinyal yükselticiye (Multichannel Charge Amplifier) bağlanmış ve kesme kuvvetleri RS-232C ara kablo ile bilgisayara gönderilerek DynoWare Type 2825A1-2 programı ile grafikler elde edilmiştir. Deneylerde elde edilen değerler, DynoWare programı tarafından Newton cinsinden hesaplanıp ortalaması alınarak, esas kesme kuvveti Fz (Fc), ilerleme kuvveti Fx (Ff) ve radyal kuvvet Fy (Fr) belirlenmiştir. 3. Deney Sonuçları Ve Tartışma Vermiküler grafitli dökme demirden üretilen numuneler üzerinde yapılan işleme deneyleri sonucunda elde edilen kesme kuvvetleri Çizelge 5 de toplu halde verilmiştir. Çizelge 5. Perlitik, Ferritik ve Perlitik + Ferritik grafitli VGDD in işlenmesi sırasında ölçülen kesme kuvvetleri. Talaş Kesme İlerleme Deney Kesme Kuvveti (N) Derinliği Hızı Miktarı No a (mm) V (m/min) f (mm/rev) F c F f F r P1 0,20 738,64 315,00 174,02 P ,97 355,61 190,45 P3 0,30 934,20 337,84 204,39 P4 0,20 720,90 305,58 173,01 P ,01 310,99 184,42 P6 0,30 901,21 315,21 182,82 P7 0,20 717,50 310,42 173,82 P ,01 315,83 184,58 P9 0,30 891,02 311,11 185,79 P10 0,20 719,14 312,18 170,30 P ,79 297,32 175,28 P12 0,30 890,24 303,67 182,02 F1 0,20 732,70 327,07 176,19 F ,49 329,93 187,91 F3 0,30 926,36 326,17 190,36 F4 0,20 707,19 299,24 163,58 F ,28 337,05 180,72 F6 0,30 938,37 340,97 198,56 F7 0,20 708,79 304,52 163,76 F ,35 304,40 172,11 F9 0,30 917,65 316,17 179,78 F10 0,20 711,03 312,39 169,85 F ,47 315,29 176,92 F12 0,30 915,98 306,57 183,46 PF1 0,20 797,82 339,67 178,22 PF ,13 358,42 190,81 PF3 0, ,63 356,84 201,58 PF4 0,20 760,32 315,01 165,44 PF ,60 342,78 189,50 PF6 0,30 993,87 348,71 203,24 PF7 0,20 747,73 308,20 167,54 PF ,69 311,99 178,08 PF9 0, ,41 202,11 PF10 0,20 738,71 332,41 179,88 PF ,16 306,33 170,92 PF12 0,30 969,36 327,76 191,61 Bu çalışmada, işlenebilirlik değerlendirilirken enerji tüketimi açısından en önemli kuvvet olan esas kesme kuvveti dikkate alınmıştır. Kesici uç yarıçapına göre radyal kuvvet (Fr) ve ilerleme kuvveti (Ff) dağılımları farklılık gösterir. Bu durum kesici uç yarıçapı değerinin altındaki kesme derinliklerinde de aynıdır. Deneylerde talaş derinliği mm olduğundan ilerleme kuvveti radyal kuvvetten büyük çıkmıştır. Kesici uç yarıçapından daha küçük bir talaş derinliği verildiğinde kesici uç yuvarlak uçlu bir takım gibi davranacak ve radyal yönde kesici takım temas uzunluğu ilerleme yönüne göre daha uzun olacağından radyal kuvvet ilerleme kuvvetinden büyük çıkacaktır. Radyal kuvvetin ilerleme kuvvetinden büyük çıkmasının nedeni talaş derinliğinin uç yarıçapından küçük olmasına bağlıdır. Radyal kuvvet iş parçası ve takımda sehime yol açar, rijitliğe olumsuz etkide bulunur. Talaş kesiti, talaş derinliği ve ilerleme miktarının arttırılması ile büyür. Burada talaş kesitinin büyümesi ile kesme kuvvetinin üç bileşeni de önemli ölçüde değişecektir [1,8,9]. Esas kesme kuvvetinin kesme hızı (V) ve ilerleme miktarı (f) e bağlı olarak değişimleri Şekil 1 de grafik halinde verilmiştir. Şekil 1 de görüldüğü gibi artan kesme hızlarına bağlı olarak esas kesme kuvvetlerinin azalma eğiliminde olduğu görülmektedir. Bu eğilim her üç farklı mikro yapıdaki VGDD için de aynıdır. Bu durumun başlıca nedeni, talaşlı imalat işlemlerinde kullanılan güç, çoğunlukla kayma düzleminde, kesici uç çevresinde ısıya dönüşür. Kayma düzleminde oluşan ısının büyük bir bölümü talaşla atılır ancak belli bir miktar ısı iş parçasına iletilir. İletilen bu ısı iş parçasının sertliğini azaltır. Sertlik azaldığında süneklik artacağından iş parçasından talaş kaldırmak kolaylaşır. Ancak bu ısı geçişi daha da artarsa BUE eğilimi başlayacağından, kesme kuvvetleri değişecektir [10]. İlerleme miktarı tarafından oluşturulan talaş kesit alanı esas kesme kuvvetini belirleyen en önemli faktördür. Dolayısıyla ilerlemedeki artışla beraber kesme kuvvetlerinin artması beklenen bir eğilimdir. Şekil 1 de görüldüğü gibi ilerleme miktarında %25 lik artışa karşılık esas kesme kuvveti ortalama %10 oranında arttığı, ilerleme miktarında %50 lik bir artışa karşılık ise esas kesme kuvvetinin ortalama %25 oranında arttığı gözlenmiştir. İlerleme miktarının artmasıyla esas kesme kuvvetindeki artış eğilimi bu çalışmada da gözlenmiştir ve bunun nedeni artan ilerleme miktarına bağlı olarak artan talaş kesitine atfedilmiştir [11]. Esas Kesme Kuvveti, Fc (N) 500 a= mm 0,20 mm/rev mm/rev 0,30 mm/rev

5 Esas Kesme Kuvveti, Fc (N) Esas Kesme Kuvveti, Fc (N) a= mm a= mm (c) 0,20 mm/rev mm/rev 0,30 mm/rev 0,20 mm/rev mm/rev 0,30 mm/rev Şekil 1. Kesme hızına bağlı olarak Esas Kesme Kuvvetindeki değişim. a-) Perlitik VGDD b-) Ferritik VGDD c-) Perlitik +Ferritik VGDD İşlenebilirlik deneylerinde 0,8 mm uç yarıçapına sahip kesici uçlar kullanılmış ve ilerleme miktarı da kesici uç üretici firmanın tavsiye ettiği değerlere uygun olarak seçilmiştir. Daha büyük ilerleme miktarları için daha büyük kesici uç yarıçapları önerilmekte ve titreşim eğilimi varsa daha küçük uç yarıçapı kullanılması tavsiye edilmektedir. Titreşim eğilimi, kesme kuvvetlerinin bir sonucudur. BUE oluşumu da kesme kuvvetlerinde dalgalanmalara ve titreşime neden olur. Talaş kaldırma sırasında kesme kuvvetlerini etkileyen birçok faktör vardır. Kesici takım talaş yüzeyindeki takım-talaş temas uzunluğunun kesme kuvvetleri üzerine önemli bir etkisi vardır. Takım-talaş temas uzunluğunun azalması ile kesme kuvvetleri düşerken; takım-talaş temas uzunluğunun artması ile meydana gelen sürtünme kesme kuvvetlerinin artmasına sebep olur. Ayrıca işlenen malzemenin akma dayanımı da önemlidir. İş parçasının akma dayanımı, kayma düzleminde deformasyon için yüksek kuvvetler ve kesici takım ucunda gerilmelere neden olacaktır [12-14]. Vermiküler grafitli dökme demirlerin işlenmesinde takım-iş parçası ara yüzeyinde ve kayma düzlemindeki kesme nedeniyle VGDD ile diğer dökme demir türlerinin davranışı arasında farklar vardır. Vermiküler grafitli dökme demirlerde kayma düzleminde vermiküler (yumru) grafitten başlayarak aralıklı kırılmalar meydana gelir. Perlit oranı artıkça talaş boyu kısalır, ferrit oranı arttıkça malzemede yumuşama etkisi yapacağından talaş boyu uzar ve BUE eğilimi artar. Malzeme yapısında bulunan grafitler işleme anında çentik etkisi yapar ve talaşta kırılmayı başlatır. Talaşlar kısa olduğu için talaş yüzeyi üzerinde temas uzunluğu çok kısa, talaşlar ince ve kesme kuvvetleri düşüktür. Kesme kuvveti malzemeden talaş kaldırmak için gerekli enerji ile doğrudan ilişkilidir. Kesme hızı ne kadar arttırılırsa kesme kuvveti de buna ters orantıda azalacaktır. Ancak bu durum bazı malzemelerde olmayabilir. Yüksek kesme hızları beraberinde olumsuzlukları da getirir. Yüksek kesme hızları daha fazla ısı ve daha fazla takım aşınması anlamına gelir. Gereksiz yüksek kesme hızları takım maliyetini de arttırır. Ancak yüksek kesme hızları işleme zamanını önemli ölçüde azaltır. Seri üretimde takım maliyeti genel maliyetin çok az bir kısmını oluşturduğundan bazen bundan fedakarlık yapılabilir ve kesme hızı yüksek alınmak suretiyle üretim zamanı düşürülerek maliyet düşürülür [15]. Farklı mikroyapılara sahip VGDD ler arasında kesme parametrelerine bağlı olarak kesme kuvvetlerindeki değişim Şekil 2 deki grafiklerde gösterilmiştir. Şekil 2 deki grafikler incelendiğinde, kesme kuvvetleri açısından en yüksek değerlerin Perlitik + Ferritik mikroyapıya sahip VGDD lerde ortaya çıktığı ve genel anlamda her üç ilerleme değeri için de Perlitik + Ferritik mikroyapıdaki VGDD lerin birbirine yakın kesme kuvvetleri sergilediği görülmektedir. Aslında Ferritin, sünek yapısından dolayı daha sert olan Perlitik mikroyapıya göre daha düşük kesme kuvvetleri sergilemesi beklenmektedir. Ancak Resim 1 deki Perlitik yapıya ait mikroyapı fotoğrafları incelendiğinde Perlit yapının lamelli olma eğiliminden çok küresel yapıya daha yakın olduğu görülmektedir. Dolayısıyla küresel perlit yapının lamelli yapıya nazaran daha düşük kesme kuvvetlerine ihtiyaç duyacağı bilinmektedir [16-19]. Buna bağlı olarak Perlit ile Ferrit yapının birbirine yakın sonuçlar sergilemesi normal karşılanmıştır. Perlit ile Ferrit in aynı yapı içinde birarda bulunması kesme kuvvetleri açısından daha olumsuz sonuçlar sergilemiştir. Bunun sebebi; Resim 3 deki Perlitik+Ferritik yapıya ait mikroyapı fotoğrafları incelendiğinde görülebilir. Bu fotoğraflarda Perlit + Ferritik yapının küresel olma eğiliminden çok lamelli yapıya daha yakın olduğu görülmektedir. Dolayısıyla lamelli Perlit + Ferritik yapının küresel yapıya nazaran daha yüksek kesme kuvvetlerine ihtiyaç duyacağı bilinmektedir [17]. Esas Kesme Kuvveti, Fc (N) Esa Kesme Kuvveti, Fc (N) f = 0,20 mm/rev f = mm/rev Perlitik Ferritik Perlitik+Ferritik Perlitik Ferritik Perlitik+Ferritik

6 Esas Kesme Kuvveti, Fc (N) f =0,30 mm/rev (c) Perlitik Ferritik Perlitik+Ferritik Şekil 2. Farklı mikroyapılara sahip VGDD lerde Esas Kesme Kuvveti (Fc)-Kesme Hızı (V) ilişkisi. a-) f=0,20 mm/rev b-) f= mm/rev c-) f=0,30 mm/rev 4. SONUÇ Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir: İlerleme miktarı ve talaş derinliği tarafından oluşturulan talaş kesit alanı, kesme kuvvetlerini belirleyen en önemli faktördür. Literatüre uygun olarak, ilerleme miktarı arttıkça esas kesme kuvveti artmıştır. Perlitik, Ferritik ve Perlitik+Ferritik vermiküler grafitli dökme demirlerde, esas kesme kuvveti açısından en iyi kesme hızı 210 m/min ve en iyi ilerleme miktarı 0,20 mm/rev olarak belirlenmiştir. Deneyler sırasında en büyük kesme kuvveti Ferritik+Perlitik Vermiküler grafitli dökme demirde ölçülmüştür. Perlitik ve Ferritik grafitli VGDD ler ise kesme kuvvetlerinini birbirine yakın değerlerde olduğu görülmüştür. Vermiküler grafitli dökme demir lerin işlenmesinde meydana gelen titreşimler ve yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri ile beraber ölçülerek bu parametrelerin işlenebilirliğe etkisi araştırılmaktadır. Deneyler sonucunda ölçülen kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülük değerlerine göre takım ömrü için matematiksel modelleme devam etmektedir. KAYNAKLAR [1] Akkurt, M., Talaş Kaldırma Yöntemleri ve Takım Tezgahları, Birsen Yayınevi, İstanbul, (1992). [2] Köksal, S., Face Milling of Nickel-based Superalloys with Coated and Uncoated Carbide Tools, PhD. Thesis, School of Engineering, Coventry University, England, 1-60 (2000). [3] Stefanescu, D. M., Compacted Graphite Iron, ASM Handbook, 1: (1988). [4] Murthy, V.S.R., Kishore, Seshan, S., Characteristics of Compacted Graphite Cast Iron, Transactions of the American Foundrymen's Society, 92: (1984). [5] Metallurgy and Machinability, Kennametal Tornalama Takımları Kataloğu, İstanbul, (2005). [6] Cooper, K. P., Loper, C. R., Some Properties of Compacted Graphite Cast Iron, American Foundry Society Transactions, 86: (1978). [7] Phillips, C. W., Machinability of Compacted Graphite Iron, American Foundry Society Transactions, 86:41-52(1982). [8] Çakır, M.C., Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı, Bursa, (1999). [9] Modern metal cutting A practical handbook, Sandvik Coromant, Sweden, 1-3 (1994). [10] Çiftçi, İ., Talaşlı İmalatta Yüzey Pürüzlülüğünün Tayini ders notları, Karabük Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük, 1-6 (2004). [11] Korkut, İ., Dönertaş, M.A., Kesme Parametrelerinin Frezelemede Oluşan Kesme Kuvvetleri Üzerine Etkileri, Politeknik dergisi, Ankara, 6(1): (2003). [12] Günay, M., Talaş Kaldırma İşlemlerinde Kesici Takım Talaş Açısının Kesme Kuvvetlerine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2003). [13] Kurt, A., Talaş Kaldırma Sırasında Oluşan Kesme Kuvvetleri ve Mekanik Gerilmelerin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Matematiksel Modellerinin Oluşturulması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2006). [14] Gürbüz, H., Tornalamada Talaş Kırıcı Geometrisinin Takım Gerilmelerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2006). [15] Metal İşleme Ürünleri Tornalama Takımları Katoloğu, Sandvik Coromant, İstanbul, 1-8 (2002). [16] Yavuz, K., GGG-70 Küresel Grafitli Dökme Demir Kam Millerinin İşlenebilirliğinin Deneysel Olarak Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2006). [17] American Foundry Society, Mechanical properties of compacted graphite iron, Engineered Casting Solutions, 6, 36 (2004). [18] Hasırcı, H., Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Alaşım Elementleri (Cu ve Ni) ve Östemperleme Süresinin Mikroyapı ve Mekanik Özellikler Üzerine Etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2000). [19] Aşkun, Y., Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerin İşlenebilirliğinin Kesme Kuvvetleri ve yüzey Pürüzlülüğü Açısından Değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2001).