ÖNSÖZ Bu çalışma Talaşlı İmalat Teorisiyle ilgili genel bilgiler içermekte olup, Mikell P. GROOVER 'ın "Fundamentals of Modern Manufacturing" isimli kitabının "Theory of Metal Machining" isimli 21. bölümünün çevirisidir. Çeviride bazı hatalar bulunabilir. 1
TALAŞLI İMALAT Talaş kaldırma yöntemleri, nihai parça geometrisini elde etmek için bir başlangıç iş parçası üzerinden fazla malzemenin kaldırılması operasyonlarını içeren şekillendirme grubudur. Bu grubun en önemli dalı, istenen geometriyi elde etmek için malzemenin mekanik olarak kesilmesinde kesici takımların kullanıldığı geleneksel talaşlı imalattır. Üç temel geleneksel talaşlı imalat yöntemi vardır. Bunlar; tornalama, matkap ile delik delme ve frezelemedir. Diğer talaşlı imalat operasyonları testere ile kesme, planyalama, broşlamadır. Aşındırıcı yöntemlerde, sert ve aşındırıcı parçacıkların mekanik olarak iş parçasına etki etmesiyle malzeme kaldırılır. Aşındırıcı talaş kaldırma yöntemleri; taşlama, honlama, lebleme ve parlatma yöntemlerinden oluşur. Geleneksel olmayan yöntemlerde ise malzeme kaldırmak için, kesici takım ve aşındırıcı parçacıklar yerine enerjinin çeşitli formları kullanılır. Bu formlar; mekanik, elektrokimyasal, termal ve kimyasal olabilir. Talaş Kaldırma Yöntemlerinin Sınıflandırılması 1-) Geleneksek Talaşlı İmalat 1a-) Tornalama ve İlişkili Operasyonlar 1b-) Matkap ile Delme ve İlişkili Operasyonlar 1c-) Frezeleme 1d-) Diğer Talaşlı İmalat Operasyonları 2-) Aşındırıcı Yöntemler 2a-) Taşlama Operasyonları 2b-) Diğer Aşındırıcı Operasyonlar 3-) Geleneksel Olmayan Yöntemler 3a-) Mekanik Enerji Yöntemleri 3b-) Elektrokimyasal Yöntemler 3c-) Termal Enerji Yöntemleri 3d-) Kimyasal Yöntemler 2
Talaşlı imalat, istenilen parça şeklini elde etmek için iş parçası üzerinden kesici takım vasıtasıyla istenilmeyen malzeme kısmının uzaklaştırıldığı bir imalat yöntemidir. Talaşlı imalatta etkin olan kesme işlemi, talaş oluşturmak için iş parçasında kayma deformasyonunu gerektirir. Böylece talaş kaldırılırken yeni yüzey ortaya çıkar. Talaşlı imalat metal şekillendirmede sıklıkla kullanılır. Yöntem aşağıdaki şekilde tasvir edilmektedir. a-) Talaş oluşumunun kesit görünüşü, pozitif talaş açılı kesici takım, b-) Negatif talaş açılı kesici takım Talaşlı imalatı önemli kılan birkaç neden aşağıdaki gibi sıralanabilir. * İş parçası malzemesinin çeşitliliği. Talaşlı imalat yönteminde birçok farklı iş parçası malzemesi kullanılabilir. Genel olarak tüm katı metaller işlenebilir. Bunun yanında plastikler ve plastik esaslı kompozitler işlenebilir. Seramikler, yüksek sertliklerinden ve gevrekliklerinden dolayı problem oluşturabilirler. Ancak aşındırıcı talaş kaldırma yöntemleri ile başarılı bir şekilde işlenebilirler. * Parça şeklinin çeşitliliği. Talaşlı imalat ile düzlemler, dairesel delikler ve silindirik kesitler gibi düzgün şekilli parçalar rahatlıkla elde edilebilir. Bunun yanında kesici takım şeklindeki ve takım yolundaki çeşitliliklerle, vida dişi ve T-kanal gibi düzgün şekilli olmayan parça geometrileri oluşturulabilir. Ayrıca birden fazla işleme operasyonunun arda arda uygulanmasıyla birçok çeşit ve zorluktaki şekiller elde edilebilir. * Boyutsal hassasiyet. Talaşlı imalat ile çok dar toleranslı ölçüler elde edilebilir. Bazı talaşlı imalat yöntemleri ile, diğer imalat yöntemlerinden daha hassas olan ± 0,025 toleransındaki ölçüler elde edilebilir. * İyi yüzey kalitesi. Talaşlı imalat ile çok iyi yüzey kalitesi elde edilebilir. Talaşlı imalat yöntemleri ile yüzey pürüzlülüğünü 0,4 mikronun altına indirmek mümkündür. Bazı aşındırıcı talaş kaldırma yöntemleri ile daha iyi değerler elde etmek mümkündür. 3
Diğer yandan, talaşlı imalatı ve diğer talaş kaldırma yöntemlerinin olumsuz yönleri de vardır. * İş parçası malzemesinin israf edilmesi. Talaşlı imalat ile doğal olarak iş parçası malzemesi, oluşturulan talaşlar nedeniyle israf edilir. Bu talaşlar geri döüştürülebilir olmasına rağmen her bir operasyon için israfa neden olurlar. * İşleme süresi. Talaşlı imalat operasyonları genellikle verilen parça şekli için, dövme ve döküm gibi alternatif yöntemlere göre daha fazla üretim süresi gerektirirler. Talaşlı İmalat Teknolojisi Talaşlı imalat birçok farklı operasyonlardan meydana gelir. Temel özelliği, kesici takım kullanarak iş parçası üzerinden talaş kaldırılmasıdır. Bu operasyonu gerçekleştirmek için takım ile iş parçası arasında izafi bir hareket oluşturmak gerekir. Bu izafi hareket birçok talaşlı imalat yönteminde kesme hızı olarak adlandırılan birincil hareket ve ilerleme olarak adlandırılan ikincil hareketle sağlanır. Bu iki hareketle ve kesici takımın şekliyle istenilen parça geometrisi oluşturulur. Tornalama, delik delme ve frezeleme üç genel talaşlı imalat yöntemidir. Tornalama yönteminde, silindirik şekil oluşturmak için tek kesme kenarlı kesici takımla dönmekte olan iş parçası üzerinden talaş kaldırılır. Tornalamada birincil hareket dönmekte olan iş parçası tarafından, ikincil hareket ise iş parçasının dönme eksenine paralel doğrultuda yavaşça hareket eden kesici takım tarafından sağlanır. Matkap ile delik delme yöntemi yuvarlak kesitli bir delik oluşturmak için kullanılır. Bu operasyon genellikle iki kesme kenarlı dönmekte olan kesici takım ile sağlanır. Kesici takım, dönme ekseni doğrultusunda, iş parçasına doğru hareket ettirilerek dairesel kesitli bir delik oluşturulur. Frezleme yönteminde, birden çok kesici kenarı bulunan dönmekte olan takım, iş parçası üzerinde hareket ettirilerek, düzlem oluşturur. İlerleme hareketinin doğrultusu kesici takımın dönme eksenine diktir. Birincil hareket olan kesme hızı dönmekte olan tarama kafası ile sağlanır. Frezlemenin iki temel çeşiti vardır. Bunlar; yüzey frezeleme ve yanal frezelemedir. 4
Şekil: Üç temel talaşlı imalat yöntemi: (a) tornalama, (b) matkap ile delik delme ve iki farklı frezeleme yöntemi: (c) yanal frezeleme ve (d) yüzey frezeleme Kesici Takım Kesici takım, iş parçası malzemesinden daha sert olan bir malzemeden yapılır ve bir veya daha fazla kesici kenara sahip olabilir. Kesme kenarı, iş parçası üzerinden talaşın ayrılmasını sağlayan kısımdır. Kesme kenarı ile bağlantılı olan iki yüzey bulunur. Bunlar; talaş yüzeyi ve serbest yüzeydir. Kesme sonucu oluşan talaşın akışını sağlayan talaş yüzeyi, talaş açısı (α) adı verilen belirli bir açıyla konumlandırılır. Talaş açısı iş parçası yüzeyine dik olan düzlem referans alınarak ölçülür. Talaş açısı negatif veya pozitif olabilir. Takımın serbest yüzeyi yeni oluşturulan iş parçası yüzeyi ile takım arasında bir boşluk sağlar. Böylece, yeni parça yüzeyi, yüzey kalitesini bozan abrazif aşınmaya karşı korunmuş olur. Serbest yüzey, serbest yüzey açısı adı verilen bir açıyla konumlandırılır. 5
Şekil: (a) Tek kesici kenarlı takım, (b) çoklu kesici kenarlı takım. Pratikte birçok kesici takım daha karmaşık geometrilere sahiptir. Temelde iki çeşit kesici tipi vardır. Bunlar; tek kesici kenarlı takımlar ve çoklu kesici kenarlı takımlardır. Tek kesici kenarlı takım, bir kesme kenarına sahiptir ve tornalama gibi operasyonlarda kullanılır. Takım ucu genellikle, takım uç yarıçapı adı verilen bir yarıçapla yuvarlatılır. Çoklu kesici kenarlı takımlar delik delme ve frezeleme operasyonlarında kullanılır. Kesme Koşulları Talaşlı imalat operasyonu gerçekleştirebilmek için, takım ile iş parçası arasında izafi bir hareket gereklidir. Birincil hareket belirli bir kesme hızı (v) ile gerçekleştirilir. Bunun yanında takım iş parçası üzerinde hareket ettirilmelidir. Daha yavaş olan bu ikincil hareket ilerleme(f) olarak adlandırılır. İş parçasının ilk yüzeyi ile kesme işlemi sonrası elde edilen yüzey arasında kalan mesafe paso (d) olarak adlandırılır. Kesme hızı, ilerleme ve paso kesme koşulları olarak adlandırılır. Bu değerler kullanılarak, birçok operasyon için (örneğin tornalama) talaş kaldırma oranı (Q) hesaplanabilir. Q = vfd Talaş kaldırma oranının birimi mm 3 /s, kesme hızının birimi m/s, ilerleme'nin birimi mm ve paso'nun birimi mm 'dir. Tornalamada ilerleme mm/dev olarak ifade edilir. 6
Şekil: Tornalama operasyonu için kesme hızı, ilerleme ve paso. Talaşlı imalat operasyonları genellikle iki katagoriye ayrılır. Bunlar; kaba işleme ve ince işlemedir. Kaba pasolar ile, elde edilmek istenen forma yakın şekli elde etmek için iş parçası üzerinden mümkün olduğunca fazla malzeme kaldırılır. Ancak bir miktar malzeme ince işleme için bırakılır. İstenilen ölçü toleranslarını ve yüzey kalitesini elde etmek için ince pasolar kullanılır. Kaba işleme operasyonları yüksek paso ve ilerlemelerle gerçekleştirilir. İnce işleme operasyonları ise düşük paso ve ilerlemeler kullanılarak gerçekleştirilir. Kesme hızları ise kaba işlemede ince işlemeye göre daha düşüktür. Talaşlı imalat operasyonlarında, kesici takımı soğutmak ve yağlama sağlamak için kesme akışkanı kullanılır. Kesme akışkanının kullanılıp kullanılmayacağı, eğer kullanılacaksa uygun kesme sıvısının seçilmesi kesme koşullarının durumuna bağlıdır. Takım Tezgahları Bir takım tezgahının sağlaması gereken temel özellikler şunlardır; iş parçasının sabitlenebilmesi, takımın parça üzerinde konumlandırılabilmesi ve talaş kaldırma işleminin gerçekleştirilebilmesi için ayarlanan kesme hızı, ilerleme ve paso değerlerinde gerekli gücü sağlamasıdır. Temel işleme yöntemi olan tornalama için torna tezgahı, delik delme için matkap tezgahı ve freleme için freze tezgahı kullanılır. Klasik takım tezgahları; takımları değiştiren, iş parçasını aparata bağlayan ve kesme koşullarını ayarlayan operatörler tarafından kumanda edilir. Birçok modern takım tezgahı ise çeşitli operasyonları ard arda otomatik olarak gerçekleştiren bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) üniteli olarak tasarlanmıştır. 7
TALAŞLI İMALATTA TALAŞ OLUŞUMU TEORİSİ Birçok talaşlı imalat operasyonunda sekiller karmaşıktır. Ancak talaşlı imalatın basitleştirilmiş bir modeli, talaş oluşumunun mekaniğini tanımlamak için mevcuttur. Bu model ortogonal kesme modeli olarak adlandırılır. Gerçek bir talaşlı imalat operasyonu üç boyutlu olmasına rağmen, ortogonal kesme modeli sadece iki boyutludur. Bu model analizde oldukça önemli bir rol oynar. Ortogonal Kesme Modeli Ortogonal kesmede, kesici takımın kesme kenarı kesme hızının doğrultusuna diktir. Takım malzemeye doğru hareket ettirildikçe, kayma düzlemi adı verilen düzlem üzerinde oluşan kayma deformasyonuyla talaş oluşur. Kayma düzlemi ile iş parçası yüzeyi arasında kalan açı kayma düzlemi açısı (Φ) olarak adlandırılır. Talaşlı imalatta mekanik enerjinin büyük bir kısmı plastik deformasyonun meydana geldiği kayma düzlemi üzerinde harcanır. Ortogonal kesmede takım iki açıyla tanımlanır. Bunlar; talaş açısı ve serbest yüzey açısıdır. Şekil: Ortogonal kesme: (a) üç boyutlu durum ve (b) iki boyutlu duruma indirgeme. Kesme derinliği (t o ) ile talaş kalınlığı (t c ) oranına talaş oranı (r) denir. r = t 0 /t c Talaş kalınlığı kesme derinliğinden daima büyük olduğu için kesme oranı daima 1 'den büyüktür. Ortogonal kesmede w ile gösterilen genişlik analize çok fazla etki etmez. 8
Ortogonal kesme geometrisi ile talaş oranı, talaş açısı ve kayma düzlemi açısı arasında önemli bir ilişki kurulabilir. Burada l s kayma düzlemi uzunluğu olsun. Bu durumda; t 0 = l s sinφ ve t c = l s cos(φ-α) r = (l s sinφ)/(l s cos(φ-α)) = (sinφ)/cos(φ-α) tanφ = (rcosα)/(1-rsinα) Kayma düzlemi üzerindeki kayma birim şekil değişimi aşağıdaki şekil incelenerek bulunabilir. Yukarıdaki şekilde talaş oluşumu, birbiri ardına kayan plakalarla modellenmiştir. Buradaki her plakada kayma birim şekil değişimi oluşmaktadır. Bu eşitlik aşağıdaki forma dönüştürülebilir. Gerçek Talaş Oluşumu γ = AC/BD = (AD+DC)/BD γ = tan(φ-α) + cotφ Gerçek bir talaşlı imalat işlemi ile ortogonal kesme modeli arasında farklılıklar vardır. Bunlardan ilki, kayma deformasyonunun bir düzlem boyunca değil bir bölge içerisinde gerçekleşmesidir. Kayma bir düzlem üzerinde gerçekleşseydi, kayma olayı düzlem üzerinde sonlu bir zaman dilimi 9
içinde değil hemen gerçekleşirdi. Gerçek bir malzeme için kayma deformasyonu ince bir kayma bölgesi içerisinde meydana gelir. Talaşlı imalatta meydana gelen kayma deformasyonunun daha gerçekçi bir modeli aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Talaşlı imalat deneyleri, kayma bölgesinin kalınlığının sadece bir inç'in binde biri seviyesinde veya biraz daha fazla olduğunu göstermektedir. Kayma bölgesininin kalınlığının çok küçük olması nedeniyle bu bölgeyi bir düzlem olarak kabul etmek çok fazla hataya neden olmamaktadır. Şekil: Talaş oluşumunun gerçekçi kesiti İkinci farklılık, kayma bölgesinde kayma deformasyonunun olması yanında ikinci bir kayma olayı, oluşan talaş ile kesici takım arasında oluşmaktadır. Bu kayma olayı takımın talaş yüzeyi üzerinden kaymakta olan talaş nedeniyle olur. Takım ile talaş arasındaki sürtünme arttıkça bu olayın etkisi de artmaktadır. Üçüncü farklılık ise, talaş tipinin işlenmekte olan malzemeye ve operasyonun kesme koşullarına bağlı olarak değişmesidir. Dört temel talaş tipi tanımlanmıştır. a- Kesintili Talaş: Dökme demir gibi diğer malzemelere göre gevrekliği yüksek malzemeler düşük kesme hızlarında işlendiğinde talaşın bölüm bölüm oluştuğu tiptir. Bu durum işlenmiş malzeme yüzeyinde düzensiz doku oluşmasına neden olur. Takım ile talaş arasında oluşan yüksek sürtünme, ilerleme ve pasonun fazla oluşu talaşın bu şekilde oluşmasına katkı sağlar. b- Sürekli Talaş: Sünek malzemeler yüksek kesme hızlarında ve düşük ilerleme ve pasolarda işlendiğinde uzun sürekli talaş formu oluşur. Bu talaş tipiyle iyi bir yüzey kalitesi elde edilir. Kesme kenarının keskin olması ve talaş ile talaş yüzeyi arasındaki sürtünmenin az olması bu tip 10
talaş oluşmasını destekler. Uzun talaş oluşumu, tornalama operasyonunda olduğu gibi talaşın tahliye edilmesi ve talaşın takıma sarılması gibi problemlere neden olur. Bu problemi ortadan kaldırmak için tornalama takımları genellikle talaş kırıcılı olarak donatılırlar. c- Yığma Kenarlı Sürekli Talaş: Sünek malzemeler orta veya düşük kesme hızlarında işlendiğinde takım ile talaş arasındaki sürtünme iş parçası malzemesinin bir kısmının kesme kenarı yakınındaki talaş yüzeyi üzerine bağlanmasına neden olur. Bu oluşuma yığma kenar denir. Yığma kenar oluşumu periyodik olarak devam eder (büyür ve kopar). Birçok durumda yığma kenar oluşumu talaş ile uzaklaştırılır. Bazen, takımın talaş yüzeyinin bir kısmının da aşınmasına neden olur. Bu durum takım ömrünün kısalmasına yol açar. Talaş ile uzaklaştırılamayan yığma kenar parçacıkları yeni oluşturulan yüzey üzerine tutunarak yüzey kalitesini düşürür. d- Testere Dişi Şekilli Talaş: Bu tip talaşlar testere dişi görünümlü olan yarı sürekli talaşlardır. Bu talaş tipi yüksek kayma birim şekil değişiminin ardından düşük kayma birim şekil değişiminin periyodik olarak etkimesiyle oluşur. Bu talaş tipi, talaşlı imalatı zor olan titanyum alaşımları, nikel esaslı süper alaşımlar ve östenitik paslanmaz çelikler gibi metallerin yüksek kesme hızlarında işlenmesinde ortaya çıkar. TALAŞ KALDIRMADA KUVVET İLİŞKİLERİ VE MERCHANT DENKLEMİ Ortogonal kesme modeli esas alınarak birkaç farklı kuvvet tanımlanabilir. Bu kuvvetlerin elde edilmesiyle kayma gerilmesi, sürtünme katsayısı ve diğer bazı ilişkiler tanımlanabilir. Talaş Kaldırmada Kuvvetler Ortogonal kesme modelinde, takım tarafından talaşa uygulanan kuvvetler biribirine dik olan iki bileşene ayrılabilir. Bunlar sürtünme kuvveti ve sürtünme kuvvetine dik olan kuvvetdir (N). Sürtünme kuvveti (F) takımın talaş yüzeyi boyunca akmakta olan talaşın oluşturduğu sürtünme kuvvetidir. Bu iki kuvvet kullanılarak sürtünme katsayısı bulunabilir. 11
μ = F/N Sürtünme kuvveti ve bu kuvvete dik olan kuvvet kullanılarak bileşke kuvvet (R) bulunabilir. Bileşke kuvvetin pozisyonu sürtünme açısı adı verilen bir açıyla tanımlanabilir. Sürtünme açısıyla sürütünme katsayısı arasında aşağıdaki ilişki bulunur. μ = tanβ Takım kuvvetlerinin yanı sıra, iş parçası tarafından talaş üzerine etkiyen iki kuvvet vardır. Bunlar kayma kuvveti ve kayma kuvvetine dik olan kuvvettir (F n ). Kayma kuvveti (F s ) kayma düzlemi üzerinde kayma deformasyonu oluşturan kuvvettir. Kayma kuvveti kullanılarak, talaş ile iş parçası arasındaki kayma düzlemi üzerinde etki eden kayma gerilmesi tanımlanabilir. τ = F s /A s Buradaki kayma gerilmesi değeri talaşlı imalat operasyonunun gerçekleşebilmesi için gerekli olan gerilme değeridir. Burada A s kayma düzlemi alanıdır. Kayma düzlemi alanı aşağıdaki denklemle elde edilebilir. A s = (t 0 w)/(sinφ) Kayma kuvveti ve kayma kuvvetine dik olan kuvvetin bileşkesi R' dır. Talaşa etki eden kuvvetlerin dengede olabilmeleri için aynı büyüklükte, karşı yönlerde ve aynı doğrultu üzerinde olmaları gerekir. R = R' Şekil: Talaşlı imalatta oluşan kuvetler ve (b) ölçülebilen kuvvetler Bir talaşlı imalat operasyonunda F, N, F s, F n kuvvetlerinden hiçbiri doğrudan ölçülemez. Çünkü uygulandıkları doğrultular takım geometrisine ve kesme koşullarına göre farklılıklar gösterir. Ancak, bir dinamometre kullanılarak takıma etkiyen iki kuvvet doğrudan ölçülebilir. Bunlar 12
kesme kuvveti (F c ) ve kesme kuvvetine dik olarak etkiyen kuvvettir (F t ). Kesme kuvveti kesme hızıyla aynı yöndedir. Ölçülen kuvvet değerleriyle, kuvvet diyagramı kullanılarak diğer kuvvet bileşenleri hesaplanabilir. Şekil: Kuvvet diagramı Kuvvet değerlerinin elde edilmesiyle, kayma gerilmesi ve sürtünme katsayısı hesaplanabilir. Talaş açısının 0 olduğu durum ortogonal kesmde özel bir durumdur. Bu durumda F = F t ve N = F c olur. Böylece bu özel durumda sürütnme kuvveti ve sürütünme kuvvetine dik olan kuvvet dinamometre ile doğrudan ölçülebilir. Merchant Denklemi Metal kesmede önemli bir ilişki Eugene Merchant tarafından elde edilmiştir. Bu ilişki ortogonal kesme modeli esas alınarak elde edilmiştir. Ancak üç boyutlu talaşlı imalat operasyonlarında da 13
geçerliliği vardır. Merchant kayma gerilmesini aşağıdaki formda yazarak başlamıştır. Merchant, takımın kesme kenarından başlayan mümkün olan tüm açıların dışında kayma deformasyonunun oluşabilceği bir tek kayma düzlemi açısı vardır. Bu açı, kayma gerilmesinin iş parçası malzemesinin kayma dayanımına eşit olduğundaki açıdır. Diğer mümkün olan tüm kayma açıları için kayma gerilmesi kayma dayanımından daha düşüktür. Bu nedenle diğer açılarda talaş oluşumu meydana gelmez. Böylece iş parçası malzemesi, enerjiyi en düşük seviyeye indiren kayma düzlemi açısını seçmiş olur. Bu açı kayma gerilmesinin kayma düzlem açısına göre türevinin alınıp 0 'a eşitlenmesiyle bulunur. Merchant denklemindeki varsayımlar şunlardır; iş parçası malzemesinin kayma dayanımı sabittir, birim şekil değişimi hızı, sıcaklık ve diğer faktörlerin etkisi yoktur. Gerçek bir talaşlı imalat operasyonunda bu varsayımlar ihlal edildiğinden, bu denklem yaklaşık sonuçlar elde etmede kullanılan bir bağıntı olarak düşünülmelidir. Merchat Denkleminden Elde Edilebilecek Çıkarımlar Bu denklem talaş açısı, takım talaş sürtünmesi ve kayma düzlemi açısı arasında genel bir ilişkiyi tanımlar. Kayma düzlemi açısı, talaş açısının arttırılmasıyla ve takım ile talaş arasındaki sürtünme açısının azaltılmasıyla arttırılabilir. Talaş açısı uygun takım tasarımıyla arttırılabilir. Sürütünme açısı ise yağlayıcı olarak kesme akışkanlarının kullanılmasıyla azaltılabilir. Kayma düzlemi açısının arttırılmasının önemi aşağıdaki şekilde görülebilir. Diğer etkilerin aynı kalması şartıyla kayma düzlemi açısının büyük olması kayma düzlemi alanının azalmasına neden olur. Kayma düzlemi alanının azaltılmasıyla talaş oluşturmak için gerekli olan kayma kuvveti de azaltılmış olur. Kayma düzlemi açısının daha büyük olması ile daha az kesme enerjisi, daha az güç gereksinimi ve kesme sıcaklığının azaltılması sağlanır. Bu iyi nedenler, talaşlı imalatta kayma düzlemi açısının mümkün olduğunca arttırılmaya çalışılmasını gerektirir. 14
Şekil: Kayma düzlemi açısının etkisi. (a) Daha büyük kayma düzlemi açısı ile daha küçük kayma düzlemi alanı. (b) Daha küçük kayma düzlemi açısı ile daha büyük kayma düzlemi alanı. Tornalama Operasyonunun Ortogonal Kesme Modeli İle Benzeşimi Ortogonal kesme modeli, ilerlemenin pasoya göre küçük olduğu sürece tornalama ve diğer tek kesme kenarlı talaşlı imalat operasyonlarında benzeşim için kullanılabilir. Böylece kesmenin büyük bir kısmı ilerleme yönünde gerçekleşmiş olur. Diğer yüzeyde kalan kesme ise ihmal edilebilir. 15
Şekil: (a) Tornalama ve (b) Tornalamaya karşılık gelen ortogonal model. Yukarıdaki tabloda gösterildiği gibi kesme koşulları farklı durumlarda değişmektedir. Ortogonal kesmede kesme öncesi talaş kalınlığı tornalamada ilerlemeye karşılık gelmektedir. Ortogonal kesmede talaş genişliği tornalamada pasoya karşılık gelmektedir. Ayrıca ortogonal kesmede itme kuvveti tornalamada ilerleme kuvvetine denk gelmektedir. Talaşlı İmalatta Güç ve Enerji İlişkileri Talaşlı imalat operasyonlarında kesme kuvveti 1000 N 'u geçebilmektedir. Ortalama kesme hızları ise bir kaç yüz metre/dakika seviyesindedir. Kesme hızı ve kesme kuvvetinin çarpılmasıyla talaşlı imalat operasyonunu gerçekleştirmek için gerekli olan güç elde edilir. 16
P c = F c v Kesme kuvvetinin birimi Nm/s veya W, kesme kuvvetinin birimi N ve kesme hızının birimi m/s 'dir. Talaşlı imalat operasyonunu gerçekleştirmek için gereken güç, motor ve aktarma organlarının mekanik kayıplarından dolayı daha fazladır. Burada P g toplam güç, E ise takım tezgahının mekanik verimidir. Bazen gerekli olan gücü, birim talaş kaldırma oranı için gerekli olan güce çevirmek daha kullanışlıdır. Burada R MR talaş kaldırma oranıdır. Birimi ise mm 3 /s 'dir. Talaş kaldırma oranı; v, t 0 ve w değerlerinin çarpılmasıyla elde edilir. Birim gücün birimi Nm/mm 3 'tür. Birim güç, talaşlı imalatta birim hacim metal kaldırmak için gerekli olan gücü elde etmek için kullanışlı bir veri oluşturur. Bu veri kullanılarak çeşitli iş parçası malzemeleri için gerekli olan güç değerleri karşılaştırılabilir. 17
Bu tablodaki değerlerde iki varsayım yapılmıştır. Bunlardan biri kesici takımın kesme kenarının keskin olduğudur. Diğeri ise kesme öncesi talaş kalınlığı ise 0,25 mm 'dir. Eğer bu iki varsayım karşılanamıyorsa bazı düzenlemeler yapılması gerekir. Keskin olmayan takımlar için gerekli olan güç daha fazladır. Bu nedenle birim güç değeri daha büyüktür. Yaklaşık bir çözüm için tablodaki değerler, takımın durumuna göre 1.00 ile 1.25 arasında değişen değerlerle çarpılabilir. Kesme öncesi talaş kalınlığı birim güç değerini etkiler. Kesme öncesi talaş kalınlığı azaldıkça birim güç gereksinimi artar. Bu ilişkiye boyut etkisi denir. Örneğin taşlama gibi talaşların boyutlarının çok küçük olduğu talaşlı imalat operasyonlarında oldukça fazla birim güç değerlerine ihtiyaç duyulur. Aşağıdaki tabloda kesme öncesi talaş kalınlığının 0.25 olmadığı durumlarda kullanılması gereken katsayılar verilmiştir. 18
19
Çeviren: ADS e-mail: ahmet_ds@hotmail.com 06/06/2013 20