İmal Usulleri 2 Fatih ALİBEYOĞLU -4-
Giriş Talaş kaldırma işlevini yerine getirememesi üç nedenden dolayıdır: Kırılma (Çatlama) Bozulması. Takım ucundaki kesme kuvvetinin aşırı yüksek değerlere ulaşması neticesinde takımın kırılarak fonksiyonunu yerine getirememesidir. Sıcaklık Bozulması. Takım malzemelerinde aşırı yüksek sıcaklıklara ulaşılması sonucu takım ucunun yumuşamasına ve ardından malzemenin plastik deformasyona uğraması ve kesme kenarının keskinliğini kaybetmesi durumudur. Sürekli Aşınma. Kesme kenarındaki aşamalı aşınma takımın şeklini kaybetmesine yol açar ve kesme verimliliği düşer. Aşınma miktarı arttıkça aşınma hızı giderek artar ve sonuçta sıcaklık bozulmasına benzer bir şekilde takım kesme işlemini yerine getiremez olur. Kırılma ve sıcaklık bozulması takımı olması gerekenden daha önce hasara uğratırken aşınmada kesme takımı daha uzun süre kullanılır ve bu süre öngörülen süredir.
Takım Aşınması Aşınma kesme takımının iki ana bölgesinde meydana gelir: Talaş yüzeyi ve yan yüzey. Bu genel olarak krater aşınması ve yan yüzey aşınması şeklinde ifade edilir. Krater aşınması talaşın yüzey üzerinde kayması ile büyür. Krater aşınması boşluk derinliği ve kapladığı alan ile ölçülür. Yan yüzey aşınması, kesme kenarının iş parçasına karşılık gelen yüzeyinde oluşur.
Takım Aşınması Krater Aşınması Yan yüzeyi aşınmış takımdaki abrasif parçacıklar
Takım Aşınması Düşük hızda nikel alaşımlı çeliği işlerken takımdan oluşan yığma kenar (BUE) Takımda oluşmuş ısıl çatlaklar
Aşınmaya Sebep Olan Mekanizmalar Kazıma: Kesilen parçada bulunan sert parçacıkların takımdan küçük parçaları oyduğu ve çıkarttığı mekanik aşındırma işlemidir. (Krater + Yan yüzey ) Yapışma: İki metal yüksek basınç ve sıcaklık altında birbirileriyle temas edince kaynak ve yapışma olur. Talaş yüzeyden atılırken böylece takımdan parça koparır. Difüzyon Malzemeler arası atomların transferidir. Takımın sertliğini sağlayan atomların iş parçasına geçmesi durumudur. Aşınmayı tetikler. Kimyasal reaksiyonlar Yüksek sıcaklık yüksek hızlı işlem neticesinde takımın talaş yüzeyinde oksidasyon benzeri reaksiyonlar meydana gelir. Plastik deformasyon Kesme kenarındaki plastik deformasyon yüksek sıcaklıkta meydana gelerek takımda yan yüzey aşınmasına sebep olur.
Taylor Ömrü ve Taylor Ömrü Denklemi Kesme devam ettikçe farklı aşınma mekanizmaları takımın aşınmasına neden olur. Aşınma miktarı artış eğrisi üç bölümden oluşur. 1. Bölüm: başlangıç evresidir. Takım ilk kullanıldığı anda keskin olan kesme yüzeyi hızla aşınır. 2. Bölüm: istikrarlı aşınmanın olduğu bölümdür. 3. bölüm: belli bir değerden sonra takım aşınması ivmelenir. Sıcaklık çok yükselir ve imalatın verimliliği azalır. 2.bölümdeki takım-aşınma eğrisinin eğimi iş parçasının malzemesi ve kesme koşullarından etkilenir. Kesme hızı artarsa aşınma miktarı da artar.
Taylor Ömrü ve Taylor Ömrü Denklemi
Taylor Ömrü ve Taylor Ömrü Denklemi Takım ömrü takımın kesme işleminde kullanılabileceği süre olarak tanımlanabilir. Takımı bilemek ve eski açısına kavuşturma işlemi yüzey kalitesi açısından tercih edilmez. Takımdaki aşınma miktarı belli bir limit değere ulaşması; takım ömür kriteri ile belirlenebilir. Taylor Takım Ömrü eşitliği v = Kesme Hızı; T =Takım Ömrü; n ve C besleme, paso derinliği iş parçası malzemesi takım malzemesi ve kullanılan takım ömrü kriterine bağlı olarak belirlenen sabitlerdir. n eğrinin eğimidir C ise 1 dak. lık takım ömrüne tekabül eden hız değeri
Üretimde Takım Ömür Kriterleri Yan yüzey aşınma miktarı Taylor eşitliği ile açıklanırken gerçekteki durum daha farklı olmaktadır. Bu nedenle imalat sırasında kullanılması uygun olan 9 adet alternatif takım ömrü kriteri sunulmuştur. Kesme Kenarlarının tamamen hasara uğraması Yan yüzey veya krater aşınması için Operatör tarafından yapılan görsel muayene Takımın kesme kenarı boyunca yapılan tırnak testi Kesme işleminden çıkan sesteki değişiklik Talaş, şerit gibi, spiral yay, ve atılması zor halde Yüzey kalitesinin bozulması Gücün artması İşlenen iş parçası sayısı Toplam Kesme zamanı
Takım Malzemeleri Takım hasar modları bir takım malzemesinin sahip olması gereken en önemli özellikleri bize söyler: Tokluk -kırılma hasarını önlemek için malzemenin hasara uğramadan depolayacağı enerji miktarıdır. Sıcak Sertlik- yüksek sıcaklıklarda sertliğini koruyabilme kabiliyeti Aşınma Direnci- Aşınmaya karşı direnç için sertlik en önemli özelliktir. İncelenecek olan kesme takım malzemeleri 1) Yüksek hız çeliği 2) kobalt alaşımları 3) sinterlenmiş karbürler 4) seramikler 5) sentetik elmas ve kübik boron nitrürlerdir.
Takım Malzemeleri
Yüksek Hız Çelikleri ve Öncülleri Yüksek sıcaklıklarda, yüksek karbon ve düşük alaşımlı çeliklerden daha iyi sertlik verme yeteneğine sahip yüksek alaşımlı takım çeliği En önemli Takım malzemelerinden birisidir. Özellikle matkaplar, klavuzlar, freze çakıları ve broş gibi karmaşık takım geometrileri içeren uygulamalar için İki Temel Tipi(AISI) 1. Tungsten-tipi, T- sınıfı olarak gösterilir 2. Molibden-tipi, M- sınıfı olarak gösterilir.
Dökme Kobalt Alaşımları & Sinterlenmiş Karbürler, Sermetler Dökme Kobalt Alaşımları Döküm yöntemiyle üretilir ve keskinlik kazandırmak için taşlanır. Yüksek hız ile sinterlenmiş arasındadır. karbürler Sinterlenmiş Karbürler& Sermetler ve Kaplamalı Karbürler Sermetler metal seramik kompoziti olarak tanımlanabilir. 1) Sinterlenmiş Karbürler Bağlayıcı (matriks)olarak kobalt (Co) ile toz metalurji teknikleri kullanarak tungsten karbüre (WC) dayalı sert takım malzeme sınıfı İki Temel Tipi: 1. Çelik dışı metaller için- sadece WC-Co 2. Çelik kesmek için- WC-Co a TiC ve TaC ilaveli Çelik dışı Karbür takımı sınıfı Demir dışı metaller ve gri dökme demir için kullanılır Özellikleri tane boyutu ve kobalt içeriği ile belirlenir -Tane büyüklüğü arttıkça, sertlik ve sıcak sertlik azalır, ancak tokluk artar. -Kobalt içeriği arttıkça, tokluk, sertlik ve aşınma direnci pahasına(azaldıkça) artar
Sinterlenmiş Karbürler Sermetler Bağlayıcı olarak nikel ve / veya molibden ile birlikte TiC, TiN ve titanyum karbonitrür (TiCN), kombinasyonları. Bazen kimyasal bileşimleri daha karmaşık. Uygulamalar: çeliklerin, paslanmaz çelikler ve dökme demirlerin yüksek hızlı bitirme ve yarı bitirme kesme işleri Çelik kesme karbür kalitelerine oranla daha yüksek kesme hızları ve düşük beslemeler Genellikle taşlama ihtiyacını ortadan kaldıracak kadar, daha iyi yüzey kalitesi ile bitirmek için Kaplamalı Karbürler TiC, TiN, ve/veya Al2O3 gibi aşınmaya dayanıklı malzemelerden, bir veya daha fazla ince tabakalar ile kaplı Semente Karbür plaket(insert) takımlar Kaplama kimyasal buhar biriktirme (CVD) ya da fiziksel buhar biriktirme(pvd) ile uygulanır. Kaplama kalınlığı = 2.5-13 µm Uygulamalar: dökme demir ve çeliklerin tornalama ve frezeleme işlemleri En iyi, dinamik kuvvet ve ısıl şokun enaz olduğu yüksek hızlı kesme işlerine uygundur.
Takım Çeşitleri Seramik Takımlar Herhangi bir bağlayıcı kullanmaksızın yüksek basınç ve sıcaklıklarda preslenmiş ve sinterlenmiş, öncelikle ince taneli Al2O3 dan plaket(insert) takım Uygulamalar: dökme demir ve çeliğin yüksek hızlı tornalama işleri Düşük tokluk nedeniyle ağır kesintili kesme(örn. kaba frezeleme) için tavsiye edilmez Al2O3 ayrıca taşlamada, aşındırıcı olarak da yaygın olarak kullanılır Seramik uçların üretiminde, alüminyum oksit tozlarının çok küçük olması ve yüksek basınç ile presleyerek karışımın yoğunluğunu maksimuma çıkarmak kesici ucun düşük olan tokluğunu artırmak için önemlidir. Sentetik Elmaslar ve Kübik Bor Nitrür Elmasa en yakın, bilinen en sert malzeme kübik bor nitrürdür (cbn), cbn (insert)plaket takımların üretimler SPD ile aynı : WC-Co üzerine kaplama Uygulamalar: çelik ve nikel bazlı alaşımların işlenmesi SPD ve cbn takımlar pahalıdırlar
Sentetik Elmas Sinter(lenmiş) çok kristalli elmas (SPD), çok az veya bağlayıcısız şekilde, çok ince taneli elmas kristallerinin istenilen şekle yüksek sıcaklık ve basınç altında sinterleme ile getirilmesiyle imal edilir. Genellikle WC-Co (insert) plaket takımların üzerine kaplama (0,5 mm kalınlığında) olarak uygulanır Uygulamalar:, demir dışı metaller ve fiberglas, grafit ve ahşap gibi aşındırıcı ametallerin, yüksek hızda işlenmesinde Çelik kesilmesi için uygun değil Elmas kesici takımların uygulamaları arasında demir olmayan metaller ve cam elyaf, grafit ve ağaç gibi aşındırıcı ametallerin (metal olmayan malzemeler) yüksek kesme hızlarında işlenmeleri gösterilebilir. Çelik, demirli metallerin ve nikel esaslı alaşımların işlenmesi ise bu metaller ile karbon (elmas sonuçta karbondur) arasındaki kimyasal ilgi (çekim) nedeniyle pratik değildir.
Takım Geometrisi İki Kategori: Tek Kesme Kenarlı (Noktalı) Takımlar Tornalama, borlama, vargel ve planlayalamada kullanmak için Çok Kesme Kenarlı Takımlar Matkapla Delik delme, raybalama, kılavuzla diş açma, frezeleme, broş ve testereyle kesmede kullanmak için Tek Kesme Kenarlı (Noktalı) Takımlar Tek kenarlı takım geometrisinde yedi eleman vardır. Arka talaş açısı Yan talaş açısı Ön boşluk açısı Yan boşluk açısı Yan kesici kenar açısı Ön kesici kenar açısı Burun yarıçapı
Takım Geometrisi
Takım Geometrisi Talaş Kırıcılar Talaşın ortamdan uzaklaştırılması için kullanılır. Uzun ve ip gibi talaşlar sünek malzemelerin yüksek hızda tornalaması sırasında oluşur.
Takım Malzemesinin Takım Geometrisi üzerindeki etkisi Talaş açısının pozitif olması kesme kuvvetlerini sıcaklığı ve güç gereksinimini düşürmektedir. HSS +5 ila +20 derece aralığında talaş açısı vardır. Çok sert kesici takımların(sinterlenmiş karbürler, seramikler) geliştirilmesiyle takım geometrisinde değişiklikler yapılmaya başlanmıştır. Bunlar HSS ye göre daha yüksek sertlik ve ve daha düşük tokluk değerine sahiptirler. Çok sert takımlar negatif yada küçük pozitif talaş açıları ile tasarlanmalıdır. Bu takım üzerindeki basma gerilmesini artırırken kayma gerilmesini düşürmektedir. Kesme takımına kesici ucun yerleştirilmesindeki yöntem farklılık gösterebilir. a) yüksek hız çeliği b)sinterlenmiş karbür uç tutturma c) sinterlenmiş karbür, seramikler ve çok sert takımlar için kullanılır.
Takım Geometrisi Tek noktalı takımlar için kesici ucun yerleştirilmesinin üç yolu:
Takım Geometrisi Yaygın takma uç şekilleri: (a) yuvarlak, (b) kare, (c) eşkenar dörtgen iki 80 derece uç açısı ile, (d) altıgen üç uç 80 derece açı ile, (e) eşkenar üçgen, (f) eşkenar dörtgen iki uç 55 derece açı ile, (g) eşkenar dörtgen iki uç 35 derece açı ile.
Kesme Sıvıları Kesme sıvısı kesme performansını arttırmak için talaş kaldırma işlemlerine direk uygulanan herhangi bir sıvı veya gazdır. Kesme sıvıları iki temel problemi çözerler: 1) kesme ve sürtünme bölgelerinde oluşan ısı, 2) takım-talaş ve iş parçası-kesme takımı ara yüzlerindeki sürtünme. Kesme sıvıları çeşitleri Kesme sıvılarının fonsiyonları: kesme sıvıları iki kategoriye ayrılır: soğutucular ve yağlayıcılar. Soğutucular, ortaya çıkan ısıyı azaltır. Ortaya çıkan ısıyı uzaklaştırarak iş parçasının ve takımın üzerindeki ısıyı düşürürler. Yağlayıcılar, iş parçası ile takım arasındaki sürtünmeyi azaltırlar. Bunlar düşük kesme hızında etkilidir. Temel görevi sürtünmeyi azaltmak olsa da ısıyı da düşürür. Kesme sıvıları formülasyonuna göre şöyle sınıflandırılır.: Kesme yağları Emülsiyon yağlar Kimyasal sıvılar
Kesme Sıvısı
Kaynaklar Principles of Modern Manufacturing- Mikell P. Groover. ASM Handbook Vol 16 Machining. Üretim Yöntemleri Doç.Dr.Murat VURAL (İTÜ Makine Fakültesi). Manufacturing Processes for Engineering Materials (5th Edition)-Serope Kalpakjian, Steven Schmid