İmal Usulleri 2 Fatih ALİBEYOĞLU -1-
Malzeme Kaldırma Malzeme kaldırma işlemleri fazla malzemenin iş parçasından kaldırılması ile hedeflenen geometrinin elde edilmesi işlemidir. Malzemenin mekanik bir şekilde kesme takımları ile elde edilmesinde Torna, Delik delme Frezeleme üç temel yöntem kullanılır. Buna ilaveten planyalama, raybalama, testereyle kesme gibi yöntemler vardır. Malzeme kaldırma işlemlerinde malzemenin mekanik olarak uzaklaştırıldığı aşındırıcı işlemler de talaş kaldırma grubundadır. Taşlama Honlama Lepleme Üstün honlama Bunlara ilaveten alışılmamış işlemler vardır. Yani aşındırıcı ve kesme takımı olmadan farklı enerji şekilleri ile talaş kaldırma yöntemleri vardır. Mekanik Elektrokimyasal Termal Kimyasal
Giriş Geleneksel Talaşlı İmalat Tornalama ve ilgili Operasyonlar Delik Delme ve İl. Op. Frezeleme Diğer İşleme Op. Malzeme Kaldırma İşlemleri Aşındırma İşlemleri Alışılmamış Talaşlı İmalat Taşlama Op. Diğer Aşındırma Op. Mekanik Enerji İşl. Elektrokimyasal İşl. Isıl Enerji İşl. Kimyasal İşl. Fatih Alibeyoğlu, Kafkas Üniversitesi
Talaşlı İmalat Talaşlı imalat en önemli imalat yöntemidir. Talaşlı imalat, keskin kesme takımları kullanılarak iş parçasından malzeme çıkartılarak hedeflenen iş parçasını elde etme işlemidir. Kesme işi Kayma deformasyonu ile talaş oluşturulması Talaş çıkartıldıkça yeni iş yüzeylerinin oluşturulması prensibine dayanır. (a) kesme işleminin kesit görünümü (b) negatif talaş açısı; (a) şıkkındaki pozitif talaş açısıyla karşılaştırın.
Giriş Talaşlı imalat çeşitli nedenlerden ötürü ekonomik ve teknolojik açıdan önemlidir. İş parçalarının çeşitliliği: Hemen hemen tüm katı metaller işlenebildiği gibi plastik ve kompozitler de işlenebilmektedir. Hatta seramikler bile aşındırıcı talaş kaldırma ile işlenebilir. Boyutsal doğruluk: Diğer şekillendirme yöntemlerine kıyasla çok hassas toleranslara ulaşılabilir. Pürüzsüz yüzey: talaşlı imalat ile pürüzsüz yüzeyler oluşturmak mümkündür. Talaşlı imalatın, bu avantajlara karşın bazı dezavantajları vardır. Parça şekillerinde ve geometrik özelliklerde çeşitlilik: vida dişi kanal, dairesel ve prizmatik yüzeyler oluşturulabilir. Çok karmaşık geometriler elde edilebilir. Malzeme israfı Zaman : Döküm ve dövmeye kıyasla daha çok zaman alan bir imalat yöntemidir.
Talaşlı İmalat Çeşitleri Bir dizi işlemden oluşan talaşlı imalatta esas nokta kesici takım ile iş parçasından talaş kaldırma işidir. Talaş kaldırma işleminde; Kesme hızı olarak adlandırılan birincil hareket İlerleme olarak adlandırılan ikinci hareketten oluşur. Talaşlı imalat çeşitlerinden en yaygın olan delik delme, tornalama ve frezeleme açıklanacaktır. Tornalama, tek kesme kenarlı kesici takım kullanılarak dönen iş parçasından malzeme kaldırılarak silindirik şekiller üretilmesi işidir. Dönen iş parçası üzerinden parça eksenine paralel duran kesici takımın ilerlemesi işidir. Delik delme, yuvarlak delikler oluşturmak için kullanılır. Bu, iki kesici kenara sahip dönen bir takım ile mümkündür. Frezelemede birden çok kesme kenarlı dönen kesme takımı ile iş parçası üzerinde düzlem ya da düz yüzey oluşturmak için freze çakısı iş parçasına dik olacak şekilde ilerletilir. Alın frezeleme ve çevresel frezeleme olmak üzere iki freze türü vardır. Diğer geleneksel talaşlı imalat işlemleri planyalama, raybalama, testere ile kesmedir. Fatih Alibeyoğlu, Kafkas Üniversitesi
Giriş
Kesici takım Kesici takım tek veya birden çok kesici kenara sahiptir ve iş parçasının malzemesinden daha serttir. Kesici kenar yan yüzey ile talaş yüzeylerinin birleşim kenarıdır. Talaş yüzeyi doğrudan yeni oluşan talaşın aktığı yüzeydir. Bu belli bir açıyla yönlenmiştir. Bu açı pozitif ya da negatif olabilir. Yan yüzey kesici takım ile yeni oluşturulan yüzey arasında açıklık sağlar. Böylece yüzeyin pürüzlenmesini engeller. Bu yüzeydeki yönlendirmeye kesme açısı denir. Kesici takımlar temel olarak tek kesme kenarlı ve çok kesme kenarlı kesici takımı olmak üzere ikiye ayrılır. Tek kesme kenarlı takım tornalama işlemlerinde kullanılır. Talaş kaldırma esnasında kesici takımdaki bu nokta iş parçasından içeri girer. Bu nokta belli bir çap ile yuvarlanmıştır. Buna burun(köşe) açısı denir. Birden çok kesme kenarlı takımlar genellikle freze ve matkaplama işleminde kullanılır.
Kesici takım a) tek kesme kenarlı (noktalı) takım için talaş yüzeti, yan yüzey ve takım ucu; ve (b) helisel freze çakısı, takım kenarı çok olan çakı gösterimi
Kesme Koşulları Talaş kaldırmanın gerçekleşebilmesi için kesme takımı ile iş parçası arasında bağıl hareketin olması gerekmektedir. v=kesme hızı (mm/s) f= ilerleme (mm) d= kesme derinliği (mm) R MR = malzeme kaldırma debisi (mm 3 /s) R MR = vfd
Ortogonal Kesme Ortogonal kesme modeli, talaşlı imalatta basitleştirilmiş iki boyutlu model sunar.
Ortogonal Kesme Talaş Oranı Şekil Değişimi
Ortogonal Kesme-Örnek Ortogonal kesme yapılan talaş kaldırma operasyonunda talaş açısı 10 dir. Kesmeden önceki talaş kalınlığı t 0 = 0.5 mm ve kesmeden sonraki talaş kalınlığı t c =2.8 mm dir. Operasyonun kesme düzlemi ve kesme şekil değişimini hesaplayınız.
Gerçek Talaş Oluşumu Ortogonal model ile gerçek model arasında farklar bulunmaktadır. Kayma deformasyonu işlemi bir düzlem boyunca olmaz ve gerçekte bir bölgede oluşur. Kesme bölgesinin dışında talaş oluştuktan sonra ikinci bir bölgede daha kesme deformasyonu oluşur. Talaşın oluşumu kesilen malzeme ve kesme koşullarına bağlıdır.
Talaş Tipleri Sürekli Talaş Yığma Kenarlı Sürekli Talaş Süreksiz Talaş Talaş Tipleri Tırtıklı (Testere Ağızlı) Talaş
Süreksiz Talaş Kırılgan malzemeler (dökme demir) düşük kesme hızında işlendiği zaman talaşlar ayrık biçimde oluşur. Yüksek kesme takımı- talaş sürtünmesi ve büyük ilerleme ve kesme derinliği süreksiz talaş oluşumunu artırır.
Sürekli Talaş Sünek malzemeler yüksek hızda ve düşük ilerleme kesme derinliğinde uzun sürekli talaşlar oluşmaktadır. Bu tarz talaş pürüzsüz düz bir yüzey oluşumuna neden olur. Keskin kesici kenar ve takım- talaş arasında düşük sürtünme sürekli talaşın oluşumunu artırır. Uzun sürekli talaşın uzaklaştırılması ve kesme takıma dolanması gibi problemlere yol açar. Bunları çözmek için talaş kırıcılar kullanılır.
Yığma Kenarlı Sürekli Talaş Sünek malzemeler düşük-orta kesme hızlarında işlendiğinde takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünme, talaş yüzeyinin kesici kenarına yakın kısımlarına iş parçasının belli oranda yapışmasına neden olur. Buna yığma kenar adı verilir. Yığma kenar oluşumu aşamalı olarak; oluşur, büyür, takımla arasındaki bağ zayıflar ve kopar. Bu yığma kenarın büyük kısmı talaşla ortamdan uzaklaşır. Yığma kenar koparken takımdan parça da koparabilir. Takımın ömrü azalır. Yığma kenar iş parçasına yapışarak pürüzlü bir yüzey oluşturur.
Tırtıklı (Testere Ağızlı ) Talaş Yarı sürekli talaş olarak da tanımlanabilir. Malzemenin yüksek ve düşük kesme şekil değişimine çevrimsel olarak maruz kalması durumunda oluşur. Titanyum alaşımları nikel esaslı süper alaşımlar, yüksek hızda çeliklerde paslanmaz çeliklerde görülür.
Talaş Tipleri a) Süreksiz talaş b) Sürekli talaş c) Yığma Kenarlı Sürekli Talaş
Talaş Tipleri Sürekli Talaş Tırtıklı Talaş Süreksiz Talaş Yapışan Köşe
Kuvvet Bağlantıları ve Merchant Eşitliği Sürtünme Kuvveti F Sürtünme Kuvvetinin Normali N Takım ile talaş arasındaki sürtünme kuvveti µ
Kuvvet Bağlantıları ve Merchant Eşitliği
Örnek Talaş açısı 10 ve kesme düzlem açısı 25.4 olan ortogonal kesme işleminde F C =1559 N ve F t =1271 N olarak ölçülmüştür ve ortogonal kesme genişliği w= 3.00 mm olduğuna göre iş parçasının kayma mukavemetini belirleyiniz.
Merchant Eşitliği Merchant kesme gerilmesi ile üç boyutlu talaş kaldırma işlemi için genelleştirilebilir. Merchant eşitliğinden şu sonuçlar çıkarılabilir. Talaş açısı artırılarak Sürtünme açısını düşürerek düzlem açısı artırılabilir. kesme Kesme düzlem açısının artması Düşük kesme alanı oluşturulur Kesme alanının düşmesiyle kesme için gereken kuvvet de düşmektedir. Düşük kesme enerjisi Düşük kesme sıcaklığı Düşük güç gereksinimi Daha iyi sonuçlar elde etmek için kesme düzlem açısı mümkün olduğunca artırılmalıdır.
Merchant Eşitliği Kesme düzlem açısının etkisi: (a) daha yüksek kesme düzlem açısı sonucu daha az kesme düzlem alanı oluşur; (b) daha küçük kesme düzlem açısı sonucu daha büyük kesme düzlem alanı ortaya çıkar. Not: (a) şıkkındaki talaş açısı daha büyüktür ve Merchant eşitliğine göre kesme düzlem açısını arttırmaktadır.
Ortogonal Kesme Kullanarak Tornalama İşleminin incelenmesi Ortogonal model, ilerlemenin kesme derinliğine bağlı olarak düşük olduğu tornalama ve tek noktalı işleme işlemleri için kullanılan bir yaklaşımdır. Kesmenin büyük kısmı ilerleme yönündeki yüzeyde oluşmakta ve takımın maruz kaldığı kesme ihmal edilebilir düzeydedir.
İşlemede Güç ve Enerji Bağıntıları İşleme yapabilmek için enerjiye ihtiyaç vardır. Kesme kuvvetinin 1000 N u geçmemesi tavsiye edilir. Talaşlı imalatta kesme kuvveti ve kesme gücü P C = kesme gücü Nm/s W F C = kesme Kuvveti N v = kesme hızı m/s P G = takım tezgâhının tam gücü Nm/s W E=takım tezgahının mekanik verimi R MR =malzeme kaldırma oranı (mm 3 /s)vxt 0 w
İşlemede Güç ve Enerji Bağıntıları Kesme hızı 100 m/dk olarak alınması durumunda işleme operasyonu için kesme gücü ve özgül enerjiyi hesaplayınız. t 0 = 0.5 mm w = 3 mm F C = 1557N
İşlemede Güç ve Enerji Bağıntıları
İşlemede Güç ve Enerji Bağıntıları Birim güç ve özgül enerji, metalden işleme sırasında kaldırılan her bir hacim için ne kadar güç gerektiğinin ölçütüdür. Yukarıdaki tablo iki temel kabule; Keskin takım t 0 = 0.25 mm dayanır. Eskimiş takım için harcanan güç fazla olacağından daha yüksek özgül enerji ortaya çıkacaktır. 1 den büyük bir düzeltme katsayısı ile çarpılır(1-1.25) Kesme öncesi talaş kalınlığı (t 0 ) enerji değerlerine etkimektedir. t 0 düştüğünde birim güç ihtiyacı artar. Takım keskinliği Yüzey etkileri Talaş açısı Kesme hızı Kesme sıvısı U değerlerine etkir. Talaş açısı ve kesme hızı artırıldığında veya kesme sıvısı eklendiğinde U değerleri keskin bir şekilde düşer.
Kesme Sıcaklığı Talaş kaldırmada kullanılan toplam enerjinin %98 i ısıya dönüşür. %2 lik kısım ise talaşta elastik enerji şeklinde depolanır. Kesme sıcaklığı Takım ömrünü düşürür. Sıcak talaş makine operatörüne zarar verir. Genleşmeden dolayı iş parçasının boyutlarında değişime yol açar. Kesme sıcaklığı T = takım talaş ara yüzeyindeki ortalama sıcaklık artışı C U=operasyon özgün enerjisi Nm/mm 3 v=kesme hızı t 0 = kesmeden önceki talaş kalınlığı mm ρc= iş malzemesinin hacimsel özgül ısısı J/mm-C K= iş malzemesinin ısıl yayınımı m 2 /s Ortalama sıcaklık artışının20 C üstünde olmasına göre hesaplayınız. v=100 m/dak t 0 = 0.5 mm hacimsel özgül ısı 3.0(10 3 ) ısı yayınımı 50(19 6 )m 2 /s veya 50 mm 2 /s
Kesme Sıcaklığının Ölçülmesi Sıcaklık ölçmek için takım-talaş sıcaklık sensörü kullanılır.
Bölüm Sonu Soruları Bir ortogonal kesme operasyonunda talaş açısı =10 kesme genişliği 0.25 cm değerleri kullanılarak yapılmıştır. Kesme sonrası ölçülen talaş kalınlık oranı 0.35 tir. A) kesme sonrası talaş kalınlığını, b) kesme düzlem açısını c) sürtünme açısını d) sürtünme katsayısını e) kesme şekil değişimini belirleyiniz. Bir karbon çeliği 7.64 çapında olup 450 MPa çekme dayanımına ve 310 MPa kesme dayanımına sahiptir. Tornalama işlemi ile 120 m/dk kesme hızında çap azaltılmaktadır. İlerleme hızı 0.027 cm/dev ve kesme derinliği 0.3 cm dir. Talaş akışı yönündeki talaş açısı 13 dir. Talaş kalınlık oranı 0.52 olarak ölçülmüştür. Ortogonal kesme modeli kullanılarak a) kesme düzlem açısını b) kayma kuvvetini c) kesme ve ilerleme kuvvetini ve d) takım ile talaş arasındaki sürtünme katsayını bulunuz. Paslanmaz çeliğin tornalama işlem parametreleri sertlik değeri 200 HB, kesme hızı=200 m/dk ilerleme =0.025 mm/dev ve kesme derinliği 7.5 mm dir. Mekanik verimin %80 olduğu tornalama işlemi için torna tezgahının ihtiyacı olan enerji değeri nedir. Kütle özgül ısı 1j/g-C yoğunluğu ve 2.9 g/cm 3 termal yayınım değeri 0.8 cm 2 /s olan bir metale dikey kesme işlemi uygulanmaktadır. Kesme hızı 4.5 m/s kesilmemiş talaş kalınlığı 0.25 kesme genişliği 2.2 mm dir. Kesme kuvveti 1170 N olarak ölçülmüştür. Çevresel sıcaklığı 22 alıp kesme sıcaklığını hesaplayınız.
Kaynaklar ASM Metal Handbook Vol 16 Machinig Manufacturing Engineering & Technology (7th Edition) by Serope Kalpakjian and Steven Schmid Principles of Modern Manufacturing- Mikell P. Groover