kuru işleme ve MMS minimal yağlama sistemi

Transkript

1 kuru işleme ve MMS minimal yağlama sistemi İmalat maliyetlerini düşürmek için uygulanan önemli ve aktuel teknoloji, kuru işleme ve minimal miktarda yağlama (MMS) sistemleridir. Gühring bu konuyla ilgili yoğun emek sarfederek, özel takım ve tutucular geliştirdi. Bunun için takım ucunda oluşan sıcaklıkların araştırılması çok önemliydi. Temel bilgiler Kuru ve MMS işlemede ortaya çıkan ısı konvansiyonel sulu işlemede olduğu gibi atılamaz, bu nedenle uygun takım tasarımı gereklidir talaş kaldırmada daha az ısı oluşur (ör. pozitif talaş açılı keskin ağızlar ve aynı anda kesme değerlerinin arttırılması) sürtünme minimize edilir (ör. zırh genişliğinin küçültülmesi ve takımda konikliğin arttırılması ) Talaş ve takım arasındaki ısı iletimi azaltılır (örneğin. talaş ve talaş yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltmak için termik izoleli sert metal kaplama ve polisajlı takım yüzeyi), talaş ve parça arasındakı ısı iletimi azaltılır (örneğin. delikten veya parça yüzeyinden talaşın hızlı atılması ) helisli takımda sadece 60 dönmesi gerektiğidir.düz kanallı bir takımda ise dönüş miktarı 90 dir. Kesme bölgesinde oluşan ısı prosese direk talaş kesme ısısı olarak yansır. Kısa talaş kısa temas yüzeyi demektir. Takımdaki düşük sürtünme ısısı temperatur şartlarının kolaylaşmasına katkı sağlar İlave olarak yüksek hız kamerası talaş akışını görüntülemiştir. Seçilen v c = 300,0 m/dak. ve f = 0,35 mm/dev. kesme hız değerlerinde talaş akışı ve talaş sıcaklığı ile ilgili önemli farklar görülmektedir.talaşın kanallardan sürekli atılması takımda helis hatvesinin artmasıyla daha çok kolaylaşmaktadır. Bu husus bilhassa pozitif geometri ve bunun neticesinde kısa kesik talaş üreten iyileştirilmiş talaş kırma işlevi ile ilgilidir.bu kısa kesik talaşlar iyileştirilmiş yüzey-hacım oranı nedeniyle delikten daha kolay atılır. Kanalda tıkanıklığa sebebiyet vermez. Helisel takımlar çok iyi talaş atma özellikleri ve rölatif düşük proses sıcaklıkları ile kuru ve MMS işlemede oldukça yüksek bir proses güvenirliliği sağlarlar. talaş açısının sıcaklığa etkisi Bu parametrelerin araştırılması için Gühring üç adet deneme matkap ucu üretti.takımların çapı 10,0 mm ve delme boyları 100,0 mm dir.takım uçlarının geometrileri birbirlerinin aynısıdır, değişiklik sadece talaş açılarında ve helis açılarındadır.takımlarda helis açıları 0 (düz kanallı), 15 ve 30 dir.içten soğutma kanal çapları tüm takımlarda eşittir. helis açısı 0 f takım ucu delik girişi helis açısı 15 C Termografik kamera ile Aluminyum alaşımı AlSi7 malzemenin delinmesinde oluşan ısı gerçek zamanda kayda alındı ve raporlandı.burada kullanılan deneme plakalarının kalınlığı 14 mm dir.alından 2 mm kalıncaya kadar delme yapıldı.bu test düzeneği sayesinde sıcaklığın deneme takımına bağlı olarak kalitatif mukayesesi mümkün oldu. Düz kanallı matkap uçları Aluminyum ve demir döküm malzeme işlenmesinde özelikle delik kalitesi taleplerinin yüksek olduğu (daha az salgı, az delik kaçıklığı gibi) durumlarda uygundur. Bunun nedeni düz kanallı matkaplarda genelde dört adet zırh bulunmasıdır. Düz kanallı matkap ucu takımlarındaki sıcaklık seviyesi ideal kanal geometrisi tasarımı ile mümkün olduğu kadar azaltılmıştır. Böylece bu takımlara ait termik dezavantaj helisel takımlar karşısında mümkün olduğunca dengelenmiştir. helis açısı 30 D = 10 mm, AlSi7 v c = 300 m/dak, f u = 0,35 mm Takım ucunda yapılan termografik incelemeler talaş açısı ile oluşan sıcaklık arasındaki çok açık bağlantıyı ortaya koymuştur.pozitif bir talaş açısı talaşın kesilme bölgesinde düşük sıcaklık oluştuğunu göstermektedir.nedeni talaşın

2 kuru işleme ve MMS minimal yağlama sistemi sürtünmenin proses sıcaklığı üzerine etkisi Başka bir denemede sfero döküm GGG40 malzemeye delik delinmiştir. Deney üç kısma bölünmüştür.aynı tip takım kullanmak suretiyle komple kuru işleme,hava ile soğutma ve MMS sistemi ile delik delinmiştir.test takımı olarak. 8.5 mm çaplı, MMS'e uygun matkap ucu kullanılmıştır. Delik derinliği 42,0 mm dir. Kesme değerleri Iv c = 130,0 m/dak. ve f = 0,26 mm/dev. olarak seçilmiştir.. İçten hava ile yapılan ikinci sıra denemelerde araştırılan takımın ucunda 196 C' lik sıcaklık oluştu. Bundan çıkan sonuç hava akımının oluşan ısının önemli bir miktarını dışarı attığıdır. Ayrıca talaş atılması da kuru işlemeye oranla oldukça iyileşme göstermiştir. Böylece helisel kanalın talaşın atılmasında tek başına yeterli olamadığı anlaşılmıştır. HAVA Sıcaklığa duyarlı termografik kamera ile matkap ucunun delik çıkışı esnasındaki sıcaklıkları ölçüldü.biribirini takip eden yedi adet delikte ölçme yapıldı. Birinciden beşinciye kadar uçta sıcaklık artışı gözlendi. Beşinci delikten sonra ulaşılan maksimal sıcaklıkta herhangi bir değişiklik tespit edilmedi.( yarı sabit durum) Bu nedenle sıcaklık ölçümü yedinci takımdan sonra yapıldı. Bu sıcaklık işleme esnasında matkap ucunda oluşan sıcaklıktan normal olarak daha düşüktür. Talaş yüzeyi altında ve ana kesme ağzının hemen arkasında termoelementlerle yapılan ölçümlerde, etki noktasında sıcaklığın 900 C kadar yükseldiği tespit edildi. Bu deneyde sıcaklıkların mukayesesi mümkündür. Çünkü matkap ucunda ölçme sürekli aynı zaman noktasında yapılmıştır. MMS MMS yağ damlacıklarının hava ile karıştırılarak püskürtülmesiyle soğutulan MMS takımla aynı şartlarda uygulanan deneyde takım ucundaki sıcaklık 145 C olarak ölçüldü. 30 ml/saat gibi çok az miktarda kullanılan yağ miktarı soğutmaya kayda değer bir katkıda bulunmamakla birlikte sürtünme kuvvetini büyük ölçüde azaltmıştır. Hava ile soğutmaya oranla daha yüksek talaş akış hızı elde edilmiştir. Tamamen hava ile yapılan soğutma ile karşılaştırıldığında yine elde edilen takım ucundaki düşük sıcaklık bize, yağın etkili noktaya ulaştığını ve talaş yüzeyinde daha iyi sürtünme şartları oluşturduğunu açıkça göstermektedir. Sürekli kuru çalışan bir matkap ucunda maksimal sıcaklık 431 C' yi bulur. Bu sıcaklık modern kesici takım malzemeleri ve sert kaplamalar için çok büyük bir problem yaratmaz. Delik delme tamamen kuru olarak proses güvenirliliği içinde yapılabilir. KURU talaş iş parçası iş parçası Ancak aşındırma mekanizmaları örneğin difuzyon ve adhezyon yüksek sıcaklıklarda ivme kazanırlar ve takımın ömrünü kısaltırlar. Isının birikmesi iş parçasının termik genleşmesine sebebiyet verir ve işleme stratejisine dikkat edilmezse dar toleranslı kanal ölçüleri tehlikeye girebilir. Bunun dışında çelik işlemede delik çeperlerinde bölgesel sertleşmeler ortaya çıkabilir.bundan sonra uygulanacak diş çekme veya rayba gibi operasyonlarda zorluk yaşanabilir.. kuru işleme Kuru çalışma şekli kesme sıvısı kullanmaktan tamamen vazgeçmek demektir. Bir çok konuda para tasarrufu yapılabilir. Örneğin düşük maliyetli içten soğutmasız takım kullanmak mümkündür. Bunun dışında daha basit teknik ve soğutma sistemli makina ve takım tutucuları kullanılabilir. Sonuçta kesme sıvısı ve stoklaması ile ilgili tüm masraflar sıfırlanır. Ayrıca yine kesme sıvısının filtrasyonu ve ilgili temizlik masrafları da ortadan kalkmış olur. Kuru işlemede oluşan ısı mümkün olduğu kadar düşük tutulmalı ve talaşlar vasıtasıyla atılmalıdır. Aksi taktirde takım ve iş parçasının aşırı derecede ısınmasına sebebiyet verilmiş olur. Bu da takımda aşınmanın artması ve iş parçası delik yüzeyinin sertleşmesi demektir. Takımda aşırı ısınma uygun bir kaplama tipiyle önlenebilir. İş parçasının aşırı ısınması ise yalnızca iyi ve hızlı bir çapak atılması ile mümkün olabilir. Bu da takım geometrisi ile ilgili bir husustur. Kısa talaş ve kaygan yüzeyli geniş kanallar ve gerekirse MolyGlide kaplama burada akla gelen çözüm imkanlarıdır. 1544

3 Çok az durumlarda kuru işlemede hava ile soğutma yapılır. Burada tabii ki havanın püskürtülmesi için soğutma kanalları olan takımlar kullanılmalıdır. Hava sadece takım ve iş parçasını soğutmakla kalmaz, basınç yardımıyla talaşların atılmasını da sağlar. işlemede, kuru işlemede veya MMS sistemde aynıdır. Minimal miktarda yağlama sisteminde ve kuru işlemde önemli olan, talaşın iyi akabilmesi için arka planda çok az sürtünme direncine maruz kalmasıdır. Burada yine ideal kanal formu önemlidir. Aynı şekilde kanal yüzeylerinin de özel olarak polisajlanması gerekir. İlk önce tahmin edilebileceği gibi kuru ve HSC işleme birbirinin yerini tutmaz. Modern sert metal matkap uçları ve kaplamaların performansı, kuru HSC işlemeye müsaittir. Kuru yüksek hızla işleme, bazı şartlarda üretim maliyetleri açısından her iki işlemenin avantajlı yönlerini birleştirir. MMS 'e uygun kanal Daha önce açıklanan FEM-analiz yöntemi ile kanaldaki akışkan direnci talaşla birlikte simule edilmiştir. Burada farklı malzemeler için optimize edilen kanal formları denenmektedir. Aşağıdaki resimde akışkanlığı optimize edilen kanal ve takım uc formu görülmektedir. Ağızlardaki sıcaklıkların mümkün olduğu kadar minimize edilmesi gereklidir Minimal miktarda yağlama sistemi (MMS) Mİnimal miktarda yağlama sisteminde (MMS) çok az kesme yağı ihtiva eden hava-yağ karışımıyla çalışılmaktadır. Geçmişte minimal miktarda yağlama sistemi teknolojisi genelde maliyetleri azaltmak amacıyla kullanıcıların kendi inisiyatiflerine bırakılmıştı. Böylece sulu işlem takımları MMS şartlarında kullanılmaya başlandı, ancak bu şekilde takımlar hemen performans sınırlarına ulaştılar ve amacın sadece kesme sıvısı miktarını azaltmak olmadığı anlaşıldı. MMS sistemine uygun takım tasarımındaki profesyonel düşünce aynı zamanda proses güvenirliliğini de garanti ederek performansta önemli ölçüde artış sağlamaktır. Bir takımda performans ve proses güvenirliliği gibi iki önemli özelliğin sağlanması için ağızdan, kanallara ve sap sonuna kadar tüm şartlar MMS teknolojisine uygun hale getirilmelidir. Bütün bu şartlara sert metal çeşidinin seçilmesi, özel geometri tasarımı, takımın kaplanması, MMS matkap ucu sap sonu kanal yarık formları gibi hususlar dahildir. MMS teknolojisini optimize etmek için Gühring (FEM) sonsuz küçük elementler metodunu yoğun şekilde kullanmıştır.fem metodu takımların boyutlandırılması ve optimizasyonu konstruksiyon esnasında kullanılmaktadır. Kanal, ağızın hemen arkasındaki alanda talaşları mümkün olduğunca kırıp, küçültme, arka planda ise en hızlı şekilde atma görevini üstlenmiştir. Bu durum ıslak MMS sistemine uygun kaplama çapak atımını kolaylaştırır ve proses güvenirliliğini yükseltir. Bu işlemi Gühring ilki sert kaplama ikincisi sert kaplama üzerine yumuşak MOlyGlide kaplama olmak üzere çift kat kaplama uygulayarak çözmüştür. Deneme çalışmaları bu şekilde kaplanan takımlarda talaş akış hızının normal sert kaplı takımlara göre bir hayli yüksek olduğunu göstermiştir. MMS sistemde yağin püskürtülmesi Minimal yağlama sisteminde çok az miktarda kesme sıvısı kullanıldığından bu sıvının özellikle etkili noktalara püskürtülmesi gereklidir.sap sonundaki yarık şeklinin etkisi bilhassa çok önemlidir. 1545

4 kuru işleme ve MMS minimal yağlama sistemi MMS-delik işlemede proses garantisi ve performans taleplerinin karşılanmasında Gühring sap sonundaki kanal yarık şekillerini ve böylece takım ucuna sıvının etkili püskürtülmesi konularını detaylı olarak araştırmıştır. Düşük miktarda yağ kullanılması nedeniyle dört önemli şart konstruktif olarak yerine getirilmelidir. madde birikimine neden olabilecek ölü alanların engellenmesi Kesme sıvısının, HSK içinden veya pensin sıkma yüzeyinden kaçmaması için sap sonu ve vida arasındaki sızdırmazlık yüzeyinin tasarımı ( daha sonra takılacak takımda salgı olmaması için talaş yapışmasını önlemek) kolay kullanım ekonomik üretim. 1. ve 2.: kanalda ve HSK-içinde yoğun yağ-kirlenmesi 3. ve 4.: kanalda ve HSK-içinde yağ kirlenmesi yok sap sonunun konik olması ve labirent tipi sızdırmazlık böylelikle en iyi sızdırmazlığı sağlamaktadır. İkinci bir deneyde farklı sap sonu yarıkları, reaksiyon süresi ve akan sıvının gerçek debisi yönünden araştırıldı. Yarık açılmış bir boru eğik olarak makina çalışma alanına getirildi. Yarığın içine takım geçirildi. Z/Y eksen hareketleriyle MMS sevki açıldı ve kapatıldı. Borunun içi kesme sıvısını tutması amacıyla bir kağıtla sarıldı. Daha sonra kağıt söküldü ve ile ilgili fotoğraflar incelendi. MMS sistemine en uygun sap sonu kanal yarık formlarının konstruktif çözümü için kullanılan teknoloji, kesme yağı deneylerine ve bilgisayar destekli simulasyon programlarına dayanmaktadır.özellikle effektif teknoloji CAD-CFD-bağlantısı ile ortaya çıkmaktadır. CFD programı (Computational Fluid Dynamics) akışkan alanda akım çizgilerini tespit eder. En uygun sap sonu kanal yarık formunun tayini kesme yağı deneyleri sonucunda teyit edilir. CAD-CFD metotları ve deneyleri sonucunda Gühring dört çeşit sap sonu tipini ve bunlara uygun ayar vidalarını performans açısından da araştırmıştır. 1. Düz yüzey sap sonu, yarıksız (sol resim) 2.Düz yüzey sap sonu, iki kanalı birleştiren eğik yarık, düz vida ( soldan 2. nci) sonu başlangıcı sonu başlangıcı sonu başlangıcı 3.konik sap sonu yuvarlak yarık ve konik vida (sağdan 2. nci.) 4.Kademeli sap sonu (Labirent tipi sızdırmazlık) yarıklar birleşmiyor. uygun vidalı (soğutma kanallarının tespiti için Gühring tertibatı dahil, sağ) Değişik zaman aralıklı deneyleri ile farklı sap sonu yarık tipleri HSK sıkma bölgesinde tıkanma ve sızdırmazlık açısından araştırılmıştır. Bir saatlık sürede 5 saniyelik aralıklarla ve devir/dak. lık fener mili dönüş hızında olmak üzere yapılan ve 2- saniye süre fener mili dururken yapılan kuru çalışma deneylerinde dört farklı sap sonu yarık şekli için elde edilen sonuçlar aşağıdadır. Yüzeye yerleştirilen kağıt geometriye bağlı parabol şeklindeki resmini göstermektedir. Resmin deney başlangıcı ve sonunda incelenmesi ve aynı anda makina eksenleri pozisyon kontrol sinyallerinin değerlendirilmesi sonucunda değişik sap sonu yarık çözümlerinin reaksiyon süreleri hakkında bilgi sahibi olunmuştur. Sap sonu yarık şekline bağlı olarak elde edilen değişik sonuçlar açıkça görülmektedir. Ayrıca koyu resimde görülen püskürtülen sıvı miktarına bakarak süresince sevk edilen miktar bulunabilir. Yeni ölçme cihazı MQL-Check-3000 ile takımlarda MMSsisteminde püskürtülen aerosolun kantitatif değerlendirilmesi yapılır. Bu cihaz kullanıcıya MMS aerosal yağ miktarını ve hava basıncını gösterir. 1546

5 Her iki değerlendirmede (yağ ve cevap verme-reaksiyon süresi) konik sap sonu ve labirent tipi sızdırmazlığın, düz yüzeyli sap sonlarına göre daha üstün olduğu görülmektedir.daha sonraki araştırmalar ve optimizasyon çalışmaları konik sap sonu üzerine ve labirent sızdırmazlık üzerine yoğunlaşacaktır. CFD analizi yardımıyla sap sonundaki delik birleşme yarığının form ve ölçüsü incelenmiştir. Yandaki resim konik sap sonunda ayar vidası sap sonu birleşimindeki akışkanın profilini göstermektedir. Farklı yarık formları araştırılmıştır. Akışkanlık vektöriyel olarak gösterildiğinden, akım çizgileri akışkanın aktığı yön doğrultusunda değerlendirilmelidir. Bunun için ileri ve ters yön akış hız vektörleri incelenmelidir. Her sirkulasyon resminde öne ve arkaya akışlar gösterilmektedir. Sirkulasyonda sık sık ölü bölgelere de rastlanmaktadır. Tek veya çift kanal sistemine göre farklı değerlendirmeler yapılabilir. Tek kanal sistemindeki ölü bölgeler akışkanın, sirkülasyondaki hız düşüklüğünden dolayı çeperlere yağıp birbirleriyle karışmasına neden olur. İki kanal sisteminde ölü alanlar sıvının tekrar akmadan önce doldurabileceği boşluklar anlamına gelmektedir. Hazırlanan akış resimlerine göre geniş kanal yarıklı ve yuvarlak kanal tabanlı konik sap sonu B tipi en ideal çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Yukarda açıklanan, "basit kullanışlı " ve "düşük maliyetli üretim" taleplerinin değerlendirilmesi bizi aynı sonuca götürmektedir. Aşağıdaki tabloda, sap sonu ve vida ile ilgili veriler baz alınarak yapılan değerlendirme bulunmaktadır.proses güvenirliliği açısından "küçük ölü alanlar" ve "sızdırmazlık" için düz sap sonu kriteri ortaya çıkmıştır.böylece en uygun sap sonu formu geniş yarıklı ve yuvarlak kanallı olandır. A: dar kanal yarığı yuvarlak tabanlı B: geniş kanal yarığı, yuvarlak tabanlı C: geniş kanal yarığı, yuvarlak iç bükey tabanlı D: geniş kanal yarığı, iç bükey tabanlı bu kanal yarıklarının işlevlerini gösteren resimler çekilmiştir. Sonuçta B çözümüne doğru eğilim görülmektedir. Farklar oldukça kesin, ancak daha açıklayıcı resimleri CFD-analizleri göstermektedir. sap sonu kolay kullanım uygun fiyat üretim küçük ölü alanlar geometrik değerlendirme yarıksız düz yüzey yarıklı düz yüzey yarıklı konik formlu gömme tip labirent tipi sızdırmazlık sızdırmazlık ++ = çok iyi özellikler, + = iyi özellikler, - = kötü özellikler 1547

6 Gühring MMS-Systemi MMS takımlarda diğer bir proses güvenirliliği sağlayan etken ve önemli bir kriter de sistemin problemsiz olarak montajıdır.gühring bunun çözümü için MMS ayar vidaları,yapıştırılmış ince cidarlı INOX-boruları, tek parça boru dahil yeni bir MMS sistemi geliştirmiştir. HSK-A Shrink tutucu ürün no Normal MMS sisteminde monte edilmiş olan MMS hortumlar, yüksek fleksibilite ve düşük termik dayanıklılık nedeniyle fazla uygun değildir. Bu nedenle Gühring bu dezavantajı olmayan inox boru takmaktadır. Bu tip boruların iç çapları büyük olduğu için akışkanlığı daha iyidir. Sıkma pensine takılan kesme yağ borusundan istenen radyal yumuşaklık ta böylece garanti edilir. Boru tüm boyda değil sadece eksenel bir kaç mm kadar yapışık kalmaktadır. Bunun dışında MMS sisteminde sap sonuna kolay ulaşımı ve eksenel ayarı sağlayan altıgen bir vida kullanılmıştır. MMS uzunluk-ayar vidası MMS'e uygun sap sonu azaltılan ölü alanlar Gühring güvenli bir MMS prosesi ve MMS sistemine uygun takımlar için kapsamlı bir üretim programı hazırladı. Bu şekilde MMS sisteminde sert metal takımların kullanımı proses güvenirliliği açısından garanti edilmektedir. Bunun dışında GM 300 programında yine MMS sistemine uygun tutucular, pensler, takım sıkma sistemleri ve aksesuarları bulabilirsiniz. 1548