MODERN İMALAT YÖNTEMLERİ

Transkript

1 ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE İMALAT TEKNOLOJİLERİ Doç. Dr. Fehmi Nair Erciyes Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Afşın Alper Cerit Erciyes Üniversitesi Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü F. Nair A. Cerit

2 Modern İmalat Yöntemleri Kimyasal İşleme (Kİ) Kimyasal işlemenin Yapılışı Kimyasal İşlemede Tasarım Faktörleri Termokimyasal İşleme (TKİ) Elektrokimyasal İşleme (EKİ) Elektrokimyasal Delik Delme (EKDD) Elektrokimyasal Taşlama (EKT) Elektrokimyasal Çapak Alma (EKÇA) Modern Mekanik Talaş Kaldırma Yöntemleri Ultrasonik işleme (Uİ) Su jeti ile işleme Aşındırıcı Sıvı Akışı (Sıvı Ekstrüzyon) ile işleme Termal İşlemler Elektro Erozyonla İşleme Tel Erozyonla İşleme Elektron işını ile İşleme Lazerle İşleme Plazma Arkı ile Kesme

3 Modern İmalat Yöntemleri Metallerin talaşlı olarak işlenmesinde kesici takım malzemesinin işlenen malzemeden daha sert olması gerektiği göz önünde bulundurularak hedef daima kesici takımların geliştirilmesi ve yüksek oranda talaş kaldırmak olmuştur. Oysa son yıllarda yüksek mukavemet ve ısıya dirençli malzeme ihtiyacını karşılamak için geleneksel metotlarla işlenmesi çok zor olan bazı alaşımlar üretilmiştir. Bu yeni malzemelerden üretilen parçalar da ekseriya kompleks biçimlidir. Bu sebeple bu parçaların işlenmesi için alternatif işleme metotları üzerinde çalışılmıştır.

4 Modern İmalat Yöntemleri Çoğu zaman kaçınılmaz olmasına rağmen talaşlı imalat pahalı ve zor bir işleme metodudur ve büyük miktarda enerji gerektirir. Talaşların geri dönüşümü nün de belirli bir maliyeti vardır. Talaşlı imalatın gereği olarak kullanılan enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür ve bu ısı da parçanın çarpılmasına ve yüzeyde çatlaklar oluşmasına sebep olur. Çeşitli yönlerde çeşitli şekillerde oluşan kesme kuvvetlerinin karşılanması için parçanın sıkı bağlanması gerekir bu bağlama da, parçanın çarpılmasına sebep olabilir. Sonuçta geleneksel talaşlı üretimle imal edilen parçalar için bazı sınırlılıklar vardır. Az miktardaki bu sınırlılıklarına rağmen birçok parçanın geleneksel talaş kaldırma yöntemleri ile üretilmesi mümkün değildir

5 Modern İmalat Yöntemleri Örneğin, yarı iletken chip ler, geleneksel herhangi bir yöntemle üretilemez. Geleneksel talaşlı imalat yöntemlerinin söz konusu olumsuzlukları ve sınırlılıkları göz önünde bulundurulduğunda son yıllarda bu yöntemlerin geliştirilmesi veya onların yerini alacak yeni talaş kaldırma metotlarının uygulanması kaçınılmaz bir gelişme olmuştur. İşte bu amaçla geleneksel olmayan (Modern) fakat aynı zamanda genelde mekanik de olmayan talaş kaldırma yöntemleri geliştirilmiştir. Yeni geliştirilen bu yöntemler parça yüzeyinde kolayca fark edilebilen talaş veya işleme izi oluşturmaz ve birçoğu yeni enerji çeşidi ile çalışır.

6 Modern İmalat Yöntemleri Bu yöntemler dört grupta toplanabilir: 1. Kimyasal işleme 2. Elektrokimyasal işleme 3. Mekanik işleme 4. Termal işleme Modern talaş kaldırma yöntemleri geleneksel talaşlı imalatla karşılaştırıldığında düşük talaş kaldırma oranına sahiptir. Ancak daha iyi boyut hassasiyeti elde edilir ve yüzey altı hasarları daha azdır. Modern talaş kaldırma yöntemleri, malzemelerin sert olduğu ve geleneksel metotlarla talaş kaldırmanın ve taşlama işleminin mümkün olmadığı durumlarda kullanılır.

7 Kimyasal İşleme Kimyasal işleme, geleneksel olmayan talaş kaldırma yöntemlerinin en eskisi ve en basitidir. Bu metot önceleri isim, marka ve amblem gibi küçük boyutlu baskı kalıpları yapımında kullanılırdı. Şimdi ise çok küçük elektronik devrelerden çok büyük parçaların üretilmesine kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır. Kimyasal işlemede iş parçasının istenilen yerinden talaş kaldırma işlemi parçanın kimyasal ayrıştırıcıya daldırılmasıyla gerçekleştirilir. Talaşlar metalin korozyonunda ve kimyasal çözünmesinde olduğu gibi çok kuçük elektrokimyasal hücre hareketi ile kaldırılır. Harici bir elektriksel devreye gerek yoktur. Bu kontrollü kimyasal çözünme bu işleme maruz kalan yüzeyleri eşzamanlı olarak işler.

8 Modern İmalat Yöntemleri Bir parçaya uygulanacak kimyasal işlem aşağıdaki sıra takip edilerek yapılabilir: 1. Kimyasal maddenin iş parçasına iyi yapışması için iş parçası yağ ve diğer yabancı maddelerden temizlenir. 2. İşlenmeyecek kısımlar maskelenir/izole edilir (Kaplama maddesi ile kaplanır). 3. İş parçasına kimyasal ayrıştırıcı püskürtülür veya iş parçası kimyasal çözücüye daldırılır, çalkalama yapılır ve yeteri kadar bekletilir. 4. Maskeleme malzemesi çıkarılır, gerekirse yüzey temizlenir. 5. Gerekiyorsa işlem tekrarlanır (Kademeli işlemelerde olduğu gibi), sonraki işlemler yapılır ve parça kontrol edilir.

9 Modern İmalat Yöntemleri

11 Kimyasal İşlemede Tasarım Faktörü Kimyasal işlemede göz önünde bulundurulması gereken ve maske altındaki işlemeyi tanımlayan ve özellikle derin kanalların işlenmesinde ortaya çıkan en önemli faktör kanal genişleme faktörüdür. Şekilde görüldüğü gibi, kimyasal ayrıştırıcı madde tek yönde talaş kaldırma yapmaz, sıvı olduğu için her yönde ilerler ve temas ettiği her yüzeyden talaş kaldırır. İşlemin uzun sürmesi halinde işleme derinliği artarken yatay işleme boyu da artacaktır.

12 Kimyasal İşlemede Tasarım Faktörü Parçalar derin olarak işlendiğinde maskedeki kanal aralığı parçadaki kanalın yatay uzamasını ve radyusunu telafi edecek kadar küçültülmelidir. Dar ve derin kanalların işlenmesi zordur. Bunlardan başka proses problemleri olarak oluşan kusurlar ise mikro çatlaklar ve malzeme yapısından kaynaklanan ve farklı talaş kaldırma oranları sonucu oluşan mikro çukurlardır (Karıncalanma). Kimyasal işleme yoluyla hemen hemen bütün metallere her türlü şekil kolaylıkla verilebilir. Talaş kaldırma için mekanik kuvvetler gerekmediğinden özellikle ince parçaların işlenmesi kolaylıkla yapılabilir. Boyut toleransı +O O.1016 mm arasında değişir. Yüzey kalitesi genelde iyidir. Bazı dezavantajları ise talaş kaldırma oranının düşük olmasıdır. Ancak diğer metotlarla ince parçalardan büyük oranda talaş kaldırılamayacağı dikkate alındığında bu durum büyük bir dezavantaj sayılmaz.

13 Kimyasal İşlemede Tasarım Faktörü Eğer ayrıştırıcı kimyasal madde özellikle derin işleme durumlarında iyi çalkalanmazsa Şekildeki durum ortaya çıkar. Burada (a) da, ağız ölçüsündeki artışın yanı sıra çok keskin köşeler meydana gelir. (b) de, bazı kısımların yabancı maddelerden iyi temizlenmemesi, maske kalıntılarının varlığı ve malzemedeki homojensizlikler nedeniyle tepecikler oluşur. (c) de, uygun olmayan çalkalama ve parçanın tank içindeki konumu gibi nedenlerle tabanda içbükey bir yüzey meydana gelir. Kimyasal derin işlemede ayrıştırıcı maddenin iyi çalkalanmaması durumunda iş parçasında meydana gelen olumsuzluklar.

14 Fotokimyasal İşleme Foto Kimyasal İmalat (PCM - Photo Chemical Manufacturing) kimyasal frezeleme olarak da tanımlanır. Özellikle kuyumculuk, elektronik, dekorasyon, tıp, savunma, uzay ve imalat sanayi başta olmak üzere yaygın olarak kullanılır. Küçük boyutlu, ince ve de hassas parçaların imalatında tercih edilir. İmal edilecek parçaların fotoğrafları çekilerek özel kimyasal banyolarda metallerin üzerinden aşındırma yöntemiyle şekillendirilirler. FOTO KİMYASAL İMALATIN AVANTAJLARI - Kompleks parçaların imalatı kolaydır. - Hassasiyet yüksektir. - İmalat diğer sistemlere göre ekonomiktir. - İmalat esnektir. - Tek parça imalatında da ekonomiktir.

15

16 Termokimyasal İşleme Bu işlem parça kenarlarında oluşan çok küçük çapakları termal yolla temizlemek için geliştirilen bir yöntemdir. Parça kısa süreli olarak sıcak korozif gaz verilen kapalı bir kaba konur. İşlem oksijen, hidrojen ve diğer yanıcı gazların belirli oranlarda karıştırılarak iş parçasının bulunduğu kapalı ve basınca dayanıklı bir kapta detone edilmesiyle (Patlatılmasıyla) gerçekleştirilir. Patlama sonucu oluşan sıcak ve yüksek basınçlı gaz dalgaları dişliler, kalıpta dökülmüş parçalar, valfler ve benzeri parçalar üzerinde bulunan çapakları birkaç mili saniyede buharlaştırır. Parçanın yüzeyinin, kütlesine nazaran küçük ve işlem süresinin kısa oluşundan dolayı parça nispeten soğuk kalır ve ısıdan etkilenmez. Bu işlem uygun kimyasal bir spreyin parça yüzeyine püskürtülmesi ile de yapılabilir. Bu yöntemle çok az miktarda talaş kaldırılır.

17 Termokimyasal İşleme

18 Termokimyasal İşleme Patlama esnasında oluşan sıcak, yüksek hızlı ve yüksek basınçlı gaz dalgaları her boşluğa nüfuz edebileceğinden bu işlem dış yüzeyleri karmaşık parçalara uygulandığı gibi delikli, kör delikli ve içinde kesişen kanalları bulunan parçalara da rahatlıkla uygulanabilir. Termokimyasal işlemenin tipik bir uygulaması karbüratör parçalarının çapaklarının bu sistemin otomasyonlaştırılmış şekli ile temizlenmesidir. Parçaya üniform olarak uygulanması ve sağladığı yüksek kalite ise bu işlemin özel bir avantajıdır. Termokimyasal işleme birçok metale uygulanabilir olmakla beraber düşük ısıl iletkenliğe sahip malzemeler için daha uygundur. Termoset plastiklere de uygulanabilir ancak termoplastikler için uygun değildir.

19 Elektrokimyasal İşleme Elektrokimyasal işleme, elektrolitik bir işlemdir ve temelleri elektroliz olayına dayanır. Hızlı devridaim yapan elektrolitik sıvı ile anodik bir çözülme sağlanır. Temelde ana metalin yüzeylerinden ince bir talaş tabakası kaldırma metodu olan bu işlemde iş parçası anot, takım (Elektrot) ise katot durumundadır. Bunların her ikisi de elektriksel iletkenliğe sahiptir ancak birbirleri ile temas etmezler. Elektrolitik sıvı hızla takım çevresine pompalanarak iş parçasından ayrılan talaşları süpürüp filtreli hazneye taşır. Oluşan boşluğun şekli takımın simetriğidir

20

21 Modern İmalat Yöntemleri Elektrot (Katot), iş parçasına doğru (Anot) 0.02 mm/sn lik sabit bir hızla ilerler ki bu ilerleme iş parçasından ayrılan talaş tabakası kalınlığı ile aynıdır, yani elektrot kaldırılan talaş derinliği kadar ilerler. Elektrolitik sıvı, yüksek iletkenliğe sahip olan NaCl, KCl, NaNO 3 gibi inorganik tuz çözeltileri ve diğer uygun karışımlardır. Bu işlem C sıcaklıklar arasında yapılır. Elektroliz esnasında oluşan talaşların ve gazların küçük boşluklarda kontrolsüz bir şekilde toplanması elektrotlar arasında kısa devreye sebep olabilir. Bunun için elektrolitik sıvı sürekli olarak pompalanmalıdır. Aşınma olmadığı için takım genellikle bakır, pirinç, grafit veya paslanmaz çelik gibi işlenmesi kolay ve korozyona uğramayan metallerden yapılır. Elektrolitin tipi, akış hızı ve diğer işlem şartları da işleme oranını etkiler. Malzemenin sertliği ve tokluğu bu oranı etkilemez

22 Modern İmalat Yöntemleri Elektrokimyasal işlemede kullanılan elektrolitin cinsi yüzey kalitesini etkiler. Sodyumklor elektroliti çelik ve nikel alaşımlarında pürüzlü ve mat yüzey oluşturur. Bazı metallerde uygun elektrolit kullanılarak 0.1 µm değerinde yüzey kalitesi elde edilebilir. Elektrik akımı yoğunluğunun ve elektrolit akım hızının artması ile yüzey kalitesi artar. Talaş kaldırma esnasında katodik olarak korunduğu için takımda aşınma, işlenen yüzeylerde termal veya mekanik gerilme meydana gelmez. Bazı tuz çözeltileri iş parçasında korozyona sebep olabilir. Bütün yüzeylerin aynı anda işlenmesi bu metodun en verimli yönüdür.

23 Elektrokimyasal Delik Delme Bu metot, yüksek voltaj ve asit elektrolitik sıvılar kullanılarak çok küçük çaplı deliklerin delinmesi için geliştirilmiştir. Takım, dahili bir elektrot şeklinde cam nozul ile çekilir. Bu işlem için çoklu cam tüpü setleri kullanılır ve her kursta 50 nin üzerinde delik delinebilir. Bu teknik, jet motorlarının türbin kanatlarında bulunan soğutma deliklerinin delinmesi için geliştirilmiştir. Bu metotla nikel ve kobalt alaşımlarına mm çapında, delik derinliğinin delik çapına oranı 50/1 olan delikler rutin olarak delinir. Delinen eliklerin yüzeylerinde gerilme meydana gelmez. Bu işlemin diğer bir şekli de iletken metallerde işlenmesi zor olan değişik biçimli deliklerin delinmesinde kullanılmasıdır. Bu metotla çapları mm arasında değişen ve derinliği 610 mm ye kadar olan deliklerin delinmesi mümkündür.

25 Elektrokimyasal Taşlama Elektrokimyasal işlemenin diğer bir çeşidi de elektrokimyasal taşlamadır. Dönen elmas taşlama taşının metal bağı elektrot (Katot) görevini görür. Taşlama taşının taneleri iletken yapıştırma maddesi olan metalik bağ ile bağlıdır ve elmas partikülleri gibi izole edici aşındırıcılar bağ maddesinin içine konur. İletken olmayan bu partiküller taş ve iş parçası arasında elektrotlar arası sabit boşluğu sağlayan ara malzemesi gibi davranır. Bu boşluktan elektrolit püskürtülür. Elektrik akımı elektrolit vasıtasıyla iş parçası ile taşlama taşı arasında akacağı için metal yüzeyinde metal oksit oluşturur ve bu metal oksitler aşındırıcı taneler vasıtasıyla taşlanarak dışarıya atılır. Atılan tabakanın altından yeni metal yüzeyi çıkar ve bu yüzey de oksitlenerek dışarıya atılır, işlem böylece devam eder.

26

27 Bu işlem karbür kesici takımların biçimlendirilmesinde ve bilenmesinde kullanılır. Bu biçimlendirme ve bileme işleminin elmas taşlar kullanılarak geleneksel metotlarla taşlanmasında elmas taş büyük oranda aşmayacağından oldukça pahalıya ml olur. Oysa elektrokimyasal taşlama bu aşınmayı azaltır. Bundan başka narin ve kırılgan parçalar, cerrahi iğneler ve montajlı türbin kanatları elektrokimyasal taşlama ile başarılı bir şekilde taşlanabilir. İş parçasında ısıl hasarın, çapakların ve kalıntı gerilmelerin meydana gelmemesi sistemin faydalı yönleridir.

28 Modern Mekanik Talaş Kaldırma Yöntemleri Ultrasonik İşleme Bu işlemde aşındırıcı sıvı çamur (Aşındırıcı tane-sıvı karışımı) içinde bulunan aşındırıcı taneler çok yüksek frekanslı titreşim yapan takım ile iş parçasına çarptırılır. Takımın şekli iş parçası şeklinin negatifidir (Zımba şeklindedir). Aşındırıcı tane olarak boron karbür, alüminyum oksit ve silikon karbür yaygın olarak kullanılır. Bütün metaller bu yöntemle işlenmekle beraber en etkili işleme, sertliği 40 HR den fazla olan metallerde gerçekleşir.

29 Ultrasonik İşleme İşlemde yüksek frekanslı titreşimin takımın bağlandığı başlığa aktarılması için transdüzer kullanılır. Transdüzer elektriksel sinyalleri dikey kurs hareketine çevirir. Titreşim büyüklüğü ekseriya aşındırıcı tanelerin çapına eşittir veya 0.05 mm civarındadır. Bu titreşim sayesinde aşındırıcı sıvı çamur içindeki aşındırıcı taneler çok yüksek hız kazanıp kendi ağırlığından çok daha büyük bir ağırlıkla iş parçasına çarparak bir nevi dövme suretiyle talaş kaldırma işlemini gerçekleştirir. İşlem sonunda takım profili takım uzunluğu boyunca iş parçasına işlenmiş olur. Takım yanal titreşim yapmaz ve iş parçası ile asla temas etmez.

30 Modern İmalat Yöntemleri Takım malzemesi olarak genellikle pirinç, karbür, yumuşak çelik veya takım çeliği kullanılır. Takım aşınması takım malzemesinin sertliğine göre değişir. Kaldırılan talaş miktarının takım aşınmasına oranı 1/1 ile 100/1 arasındadır. Takım, yorulma hasarlarına karşı yeterli derecede mukavemetli olmalıdır.

31 Modern İmalat Yöntemleri Talaş derinliği aşındırıcı tane büyüklüğünün iki katı olarak gerçekleşir. Deliklere uygulandığında delikler konik olarak çıkabileceğinden bu işlem, delik derinliğinin delik çapına oranı 3/1 olan orantıyla sınırlıdır. Yüzey kalitesi, iş parçası ve takım malzemesinin sertliğine ve aşındırıcı tanelerin ortalama çapına bağlıdır. Taneler ne kadar küçük olursa yüzey pürüzlülüğü o kadar azalır.

32 Modern İmalat Yöntemleri Elektriksel iletkenhiği olan veya olmayan metalik, seramik veya kompozit malzemelerdeki değişik profile sahip delikler ve boşluklar ile cam ve tek kristalli gevrek malzemeler bu yöntemle işlenebilir. İşlem sonunda malzemenin mikro yapısında, fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişiklik meydana gelmez, işlenen yüzeylerde kalıntı gerilme yok denecek kadar azdır. İşlem esnasında çok azısı meydana gelir.

33 Su jeti ile İşleme Bu işlem esasında bir su erozyonudur. Su jeti ile işlemede iş parçasında çentik açma veya kesme yapma için çok yüksek hızda ve basınçta akan sıvı iş parçasına çarpar. Düzenli sıvı akışını sağlamak için suya uzun zincir yapılı polimer ilave edilir. Kapalı sistem olarak uygulandığından kullanılan su miktarı çok azdır.

34 Su jeti ile İşleme Bu işlem akustik tuğla, plastik, preslenmiş kağıt ürünleri asbestli malzemeler, deri, kauçuk ve fiberglas gibi metalik olmayan yumuşak malzemelerin kesilmesinde kullanılır. Bunların yanı sıra demir esaslı ve demir esaslı olmayan tüm metallerin işlenmesinde de kullanılır.

35 Modern İmalat Yöntemleri Yüksek ısıya duyarlı malzemelerin işlenmesinde daha çok tercih edilir. İşlem esnasında ısı, iş parçasında ise ısıl hasar oluşmaz. Birçok metalin işlenmesinde su nozuldan çıktıktan sonra aşındırıcı tane ilavesi yapılır.

36 Modern İmalat Yöntemleri Aşındırıcı malzeme cinsi garnet, silika veya alüminyum oksittir. Aşındırıcının akış hızı gr/dk dır. Karbür veya sinterlenmiş borit den yapılan nozul un veya başlığın iç çapı mm arasında değişir. Aşındırıcı su jeti ile kesmede uygun kesme hızı kullanılırsa kompozit malzemelerden iyi sonuç alınır, tabakalı yapılarda tabakalar birbirinden ayrılmaz.

37 Modern İmalat Yöntemleri Parçada 1 dereceden daha az bir koniklik meydana gelebilir fakat bu koniklik kesme işlemi yavaşlatılarak giderilebilir. Vuruş mesafesi kesme genişliğini ve talaş kaldırma oranını etkiler. Takım ile iş parçası temas etmez.

38 Aşındırıcı Sıvı Akışı ile İşleme Abrasive flow machining Bu işlemde kenar kalitesini sağlamak, pürüzleri ve çapaklan almak, köşe radyusleri meydana getirmek, parlatma yapmak veya çok az talaş kaldırarak yüzey işlemek için parça içinden veya üzerinden basınçla akan, içinde aşındırıcı taneler bulunan sıvı çamur kullanılır. Aşındırıcı tane olarak büyüklüğü grit arasında değişen aluminyum oksit, silikon karbür, bor karbür, elmas veya polimer taneleri kullanılır.

39 Aşındırıcı Sıvı Akışı ile İşleme Bu işlem daha çok kompleks biçimli parçaların iç kesimlerinde bulunan, el işçiliği gerektiren ve diğer metotlarla ulaşılmayan veya işlenmesi mümkün olmayan bölgelerin çok ince işlenmesinde, parlatılmasında, çapaklarının alınmasında, elektro erozyonla veya lazerle işlenmiş yüzeylerde oluşan tabakanın giderilmesinde etkilidir Uzay endüstrisinde, medikal araçların yapımında, otomobil endüstrisinde son yüzey işlemi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. En önemli dezavantajı işlemin ve talaş kaldırma oranının yavaş olmasıdır

40 Aşındırıcı Sıvı Akışı ile İşleme Sıvı basıncı bar arasındadır. Sıvı akışı tek yönlü, çift yönlü veya orbital olabilir. En yaygın olarak kullanılanı, dikey hareket eden çift yönlü tezgahlardır. En önemli işlem parametreleri sıvının cinsi, basıncı ve akış hızıdır. İş parçası sisteme bağlama kalıpları vasıtası ile bağlanır.

41 Aşındırıcı Sıvı Akışı ile İşleme Kalıplar ucuz, işlenmesi kolay fakat uygulanan basıncı karşılayabilecek plastik ve türevlerinden yapılabilir. İş parçası bağlama kalıbına öyle yerleştirilmelidir ki sıvı, işlenen yüzeylerin dışında parçanın her hangi bir yerine temas etmemelidir

42 Termal İşlemler Elektro Erozyon İşleme Elektro erozyonla işlemede, kapasitörde depolanan elektrik yükü iki elektrot takım (Katot) ve iş parçası (Anot) -arasındaki küçük boşlukta deşarj edilerek oluşan kıvılcımla talaş kaldırılır.

43 Elektro Erozyon İşleme Bu boşlukta saniyede binlerce kıvılcım oluşur ve bu kıvılcımların her biri boşluktan atlarken iş parçasından ve elektrottan çok küçük bir parçacığı ergitip buharlaştırarak parça üzerinde çok küçük krater oluşturur ve takım şekli (İş parçasının negatifi) iş parçasına işlenmiş olur. Dielektrik (Yalıtkan) sıvı talaşları taşır ve kıvılcımları tutar. Bu işlem imalatta çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

44 Elektro Erozyon İşleme

45 Elektro Erozyon İşleme Elektro erozyonla işlemede her bir kıvılcım belirli miktarda kontrol edilebilen enerjiye sahiptir ve bu sebeple parçanın boyutları kontrol edilirken aynı zamanda talaş kaldırma oranı ve yüzey kalitesi de kontrol edilir. Kıvılcımlar tarafından oluşturulan ısı metali ergitip daha sonra buharlaştırdığında ana iş parçası yüzeyinde küçük kraterler oluşur yani parçadan çok küçük talaşlar kaldırılmış olur.

46 Elektro Erozyon İşleme İşlemde mekanik kuvvetlerin kullanılmaması narin ve kırılgan parçaların çarpılmadan işlenmesine imkan Sağlar. Hatta takım bile tel erozyonda kullanılan tel gibi narin olabilir. İşlemin kontrol edilebilir ve çok yönlü oluşu iyi bir tasarım esnekliği sağlar. Çelik vb. sert metallerden ve karbürlerden yapılan takım ve kalıpların imalatında önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlanabilir.

47 Elektro Erozyon İşleme Geleneksel metotlarla karşılaştırıldığında elektro erozyonla işleme yavaş bir yöntemdir. İşlenen yüzeyler çok sayıda kraterlerden meydana geldiğinden yüzey mat görünümlüdür. Yüzey kalitesi kıvılcım frekansı, voltaj ve akım şiddetine bağlıdır. Voltajın krater oluşumuna dolayısıyla yüzey kalitesine etkileri görülmektedir. Bu parametreler aynı zamanda talaş kaldırma oranını da belirler. Elektrot ile iş parçası arasında oluşan işleme boşluğu kıvılcım boyuna eşittir ve bir anlamda işlenen parçanın ölçüsünü de belirler.

48 Elektro Erozyon İşleme Elektrot yapımı için çeşitli malzemeler kullanılmasına rağmen karbonun siyah ve yumuşak bir şekli olan grafit; işleme anında gösterdiği aşınma direnci, elektrik iletkenliği ve kolayca işlenmesi nedeniyle bunların en iyisidir. Pirinç ve bakır da yaygın olarak kullanılmaktadır. Pirinç, dengeli bir elektriksel ve termal iletkenlik ve mukavemet sağlar. Tel erozyonda kullanılan tellerin çoğu pirinçten yapılır. Elektrot malzemesi seçiminde işlenebilirlik, kıvılcım erozyonuna karşı aşınma hızı, iş parçasını işleme hızı, elde edilecek yüzey kalitesi, kullanılacak gücün çeşidi ve elektrot malzemesinin maliyeti gibi konular göz önünde bulun durulur. Grafit elektrot kullanılmayacaksa onun yerine bakır, pirinç, bakır tungsten alaşımları, alüminyum, 70/30 çinko-kalay alaşımları ve diğer alaşımlar kullanılır.

49 Dielektrik sıvı, takım ve iş parçası arasında yalıtım sağlar, kıvılcımları iletir, soğutma yapar ve çıkan talaşları uzaklaştırır. Bu sıvı aynı zamanda kıvılcımların hareketini sağlayacak boşlukları oluşturmak için iyonize olmalı ve hemen sonrasında izolatör olarak görev yapması için derhal deiyonize olmalıdır. Kerosen (Bir çeşit mineral yağ) gibi geleneksel kesme sıvıları ile karşılaştırıldığında, trietilen yağ katkılı ve 90/10 oranında gliserin-su karışımı kutupsal bileşikleri talaş kaldırma oranını artırır ve takım aşınmasını azaltır.

52 Tel Erozyon İşleme Elektrot sürekli hareket eden ve elektriksel iletkenliği olan bir teldir. Bakır, pirinç veya tungsten den yapılan bu teller üst ve alt makaralar arasında doğrusal olarak ve gergin vaziyette hareket eder. Yaklaşık mm kalınlığa kadar olan parçalar bu metotla işlenebilir. Tel çapı mm arasında değişir. Pozisyonlama hassasiyeti ise makinenin hassasiyetine bağlıdır.

54 Tel Erozyon İşleme

55 Tel Erozyon İşleme Dielektrik sıvı olarak genelde iyonlaştırılmamış su kullanılır. Bu işlem CNC gibi gelişmiş işleme ve kontrol mekanizmaları ihtiva eden hallerde zımba ve kalıp yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır

56 Elektro erozyon ile işlemenin avantajları ve dezavantajları Elektro erozyonla işleme, geleneksel metotlarla işlenemeyen ve elektriksel iletkenliği iyi olan metallere, alaşımlara ve karbür gibi çok sert malzemelere uygulanabilir. Ergime derecesi, sertlik, tokluk ve gevreklik gibi mekanik özellikler işlemi sınırlamaz. Bu sebeple çok sert, kırılgan ve karmaşık şekle sahip olup diğer metotlarla işlenemeyen parçalar, iç ve dış konturlar, keskin köşeler ve konikler bu metotla kolayca işlenebilir. Talaş kaldırmak için takımın iş parçasına uyguladığı kuvvet hemen hemen sıfır olduğundan çok narin ve kırılgan parçalar bu metotla işlenebilir.

57 Elektro erozyon ile işlemenin avantajları ve dezavantajları İş parçasının kenarlarında çapak oluşmaz. Ancak birçok metalde yüzeyde ince ve sert bir tabaka oluşur. Bu durum parçanın kullanma yerine göre avantaj veya dezavantaj sağlayabilir. Parça, oda sıcaklığında gevrekleşmeye meyilli ise termal gerilmeler sonucu yüzeyinde kılcal çatlaklar oluşabilir. Bu tabakanın giderilmesi için parçaya elektro erozyonla işleme sonrasında diğer finiş işlemleri uygulanmalıdır. Özellikle parça yorulma gerilmelerine maruz kalacak ortamda çalışacaksa bu finiş işlemi mutlaka uygulanmalıdır.

58

59

60

61 Elektron Işın ile İşleme Elektron işini ile işleme, termal bir işlem olup metalden çok küçük parçacıkları ergitip buharlaştırarak uzaklaştırmak için yüksek enerjili elektronlar iş parçası üzerinde odaklaştırılır.

62 Modern İmalat Yöntemleri Bu mikro işleme çeşidi basıncı 10-5 mm civa basıncına eşit olan vakum odasında gerçekleştirilir. İşin demetlerini odaklaştırmak için manyetik lensler kullanılır. Işın demetlerinin pozisyonunu saptırma bobinleri kontrol eder. Kesici takım görevini yapan elektron demetinin yolu (Takım Yolu) bilgisayarla programlanabilir.

63 Modern İmalat Yöntemleri Odaklanan ışının çapı mm arasındadır. Derinliğinin genişliğine oranı 100:1 olan delikler ve dar kanallar herhangi bir metal üzerinde kısa zamanda büyük bir hassasiyetle işlenebilir. Elektron demetinin iş parçası yüzeyi ile etkileşimi sonucu zararlı X- ray ışınları oluşacağından emniyet açısından koruyucu sistem kullanılmalıdır. İşlem sonrası parça yüzeyinde oluşan tabaka ve ısıl hasar derinliği oldukça incedir. İşleme hızı, elektroerozyon ve elektrokimyasal işlemeden daha yüksektir.

64 Modern İmalat Yöntemleri İşlem, bu konuda eğitimli personel tarafından yapılmalıdır. Elektron ışın demetleri ile tavlama, talaş kaldırma ve kaynak işlemleri yapılabilir.

65 Lazerle İşleme Lazerle işleme termal bir işlem olup, metalin ergitilip buharlaştırılması ve kimyasal olarak indirgenmesi esasına dayanır. LAZER (LASER) (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Lazer ışınları diğer ışınlardan farklıdır, bunlar tek renkli, oldukça düz, yoğun; aynı frekansa, faza ve dalga boyuna sahip, paralel dalgalar halinde hareket eden yüksek güçlü ışın demetidir. Bu sebeple yüksek yönlenme özelliğine, yüksek güç yoğunluğuna ve iyi odaklanma özelliğine sahiptirler.

68 Modern İmalat Yöntemleri Yüksek enerji yoğunluklu lazer ışınları iş parçası yüzeyinde istenen noktalarda yoğunlaştığında termal enerji iş parçası tarafından absorbe edilir ve bu ısı parçanın belirli bölgesini önce ısıtır sonra ergiterek buhar haline dönüştürür. Buhar haline dönüşmüş metal, yüksek basınçlı gaz akımı ile işleme bölgesinden uzaklaştırılır Bu metotla mm derinliğinde talaş kaldırılabilir. İşlenen yüzey çok düzgün değildir. İşleme derinliği arttığında kesme hızı hızla düşer. Lazerle işlemede optik penetrasyon derinliği malzeme ve lazer dalga boyuna, termal difüzyon derinliği ise malzeme özelliklerine bağlıdır. Operasyon, ısıl işlem sonucu meydana geldiği için işlenen yüzey üzerinde yeni bir tabaka oluşur ve ayrıca parçada ısıdan etkilenmiş bir bölge meydana gelir. Bu durum malzemenin mekanik özelliklerini bölgesel olarak etkiler.

69 Modern İmalat Yöntemleri Lazerle, metal ve metal olmayan malzemeler işlenebilir. Bütün metaller lazerle kaynak yapılabilir. Ayrıca metallerde kesme, şekillendirme, kaplama yapma, temizleme, aşınmış kısımların doldurulması, ısıl işlem, mikro işleme, markalama ve sinterleme işlemlerinde kullanılabilir. Lazerle işleme yapan CNC li tezgahlarda çok hassas işler elde edilebilir. Lazer ışınlarının insan sağlığına zararları nedeniyle çalışma esnasında gerekli emniyet tedbirleri alınmalıdır.

70 Plazma Arkı ile Kesme Plazma, maddelerin çok yüksek ısıya maruz kaldığında gaz hali sonrası dönüştüğü fakat gaz haline benzeyen dördüncü bir gaz ötesi halidir. Yüksek ısı gaz halindeki maddenin moleküler bağlarını kopararak atomları ayrıştırır. Isının daha fazla yükselmesi ile iyonlaşma başlar ve gaz plazmaya dönüşür. Plazma arkı ile kesme termal bir işlem olup, elektriksel olarak iyonlaştırılmış ve sınırlanmış çok yüksek sıcaklıktaki plazma gazının metali ergiterek işlem bölgesinden uzaklaştırmasıdır

71 Plazma Arkı ile Kesme

72 Plazma Arkı ile Kesme Plazma arkı torç içinde oluşur. Ark esnasında oluşan bu enerji negatif elektrot (Katot) ile pozitif durumdaki iş parçası arasında çarpışır ve kesme gazının bir kısmını iyonize ederek plazma durumuna getirir ve entalpisini aniden yükseltir. Torçun iç geometrik yapısı, plazma ve ısıtılmış gaz karışımının dar ağızlı nozıldan hızla akmasını sağlayacak şekilde tasarlanmıştır, bu durumdaki gaz karışımının hızı daha da artar ve devinim hareketi ile süper sıcaklığa ulaşır.

73 Plazma Arkı ile Kesme Nozıldan çıktıktan sonra yüksek sıcaklık ve hızdaki alev küme si iş parçasına çarparak metali ergitir. Ergiyik metalin kesme bölgesinden uzaklaştırılması için çift akışlı torçun diğer kanalından koruyucu gaz veya su püskürtülür. Kullanılan koruyucu gaz, kesme bölgesini kaplayarak torçun soğuma sına ve kesme noktasındaki enerji yoğunluğunun artmasına da yardımcı olur

74 Plazma Arkı ile Kesme Kesme gazı olarak nitrojen, hidrojen, argon veya bunların karışımı kullanılır. Oksijen kullanılması, ergiyik metalin miktarını arttırarak talaş kaldırmayı kolaylaştırır ve sıvı metal tabakasının yüzey gerilimini azaltır. Su ile soğutulan nozul içindeki plazma sıcaklığı gazların iyonlaşması ile C a ulaşır. Plazma arkı serbest elektronların, pozitif yüklü iyonların ve nötr atomların karışımıdır. Bu metot, paslanmaz çelikler, yüksek sertliğe ve yüksek ergime derecesine sahip metaller ile işlenmesi zor olan diğer metallerin kesilmesinde yaygın olarak kullanılır. Ayrıca plazma arkı ile kaynak ve sac metal şekillendirmesi de yapılmaktadır.

75 Plazma Arkı ile Kesme Plazma arkı ile kesmenin en önemli avantajı işlemin hızlı yapılmasıdır. Malzeme kalınlığının artmasıyla işlem hızı azalır. Su püskürtmeli torçlarda nozul ömrü daha uzun, kesme hızı daha yüksektir. İşlemde, plazmanın etkime mesafesi (Stand-off) önemlidir. Güç seviyesi, gaz çeşidi, gaz akış hızı, ilerleme hızı ve alev açısı ayarlanarak değişik kalınlıktaki malzemeler kesilebilir. İnce saclardan başlayarak 250 mm kalınlığa kadar olan platinaları bu metotla kesmek mümkündür fakat pratikte 50 mm kalınlığa kadar olan saclar kesilmektedir.

76 Plazma Arkı ile Kesme İşlem esnasında iş parçasında ısıdan etkilenen bir bölge oluşur. Bu bölgenin büyüklüğü metalin yapısına, kalınlığına ve kesme hızına bağlıdır. Son yıllarda, olumsuz etkilerini azaltmak için kesme işlemi su içinde de gerçekleştirilmektedir.