Aşındırmalıİşleme Yöntemleri niçin önemlidir? Her türlü malzemede kullanılabilir Aşındırıcılı ve Geleneksel Olmayan Talaşlı işleme Doç. Dr. Turgut GÜLMEZ Bazen son derece ince yüzey bitirme elde edilebilir -0.025 m (1 -in) e kadar- Bazı parçalar son derece sıkı töleranslarla boyutlarını koruyabilir 1 Aşındırmalı(Taşlama ile) işleme Tekerlek biçimli taş denen takımların yapısında bağlanmış olarak bulunana genellikle sert, aşındırıcı parçacıkların hareketi ile aşındırarak malzeme kaldırma; Genellikle parçanın geometrisi geleneksel işleme yöntemleriyle işlendikten sonra taşlama bitirme operasyonlarında kullanılır Taşlama en önemli aşındırıcılı yöntemdir Diğer aşındırıcı yöntemler: honlama, lepleme, çok hassas(superfinish), parlatma ve polisaj Taşlama Çok yüksek yüzey hızlarında çalışan ve içinde aşındırıcı parçacıkların bağlanmış olarak bulunduğu taşlama taşı ile yapılan malzeme kaldırma işlemi, Taşlama taşı genellikle disk şeklindedir ve yüksek dönme hızları için olarak hassas dengelenmiştir (balance) 1
Taşlama Taşı Aşındırıcı Malzeme Özellikleri Yapıları aşındırıcı parçacıklar ve bağlayıcı malzemeden meydana gelir. Kesme aşındırıcı parçacıklar tarafından gerçekleştirilir. Bağlayıcı malzeme parçacıkları tutar ve taşın şekli ve yapısını oluşturur Yüksek Sertlik Aşınma direnci Tokluk Kırılganlık kesme kenarı körleştiğinde, kolay kırılma kapasitesi, böylece yeni bir keskin kenar açığa çıkar Taşlama Taşı Parametreleri Aşındıcı malzeme Tane boyutu Bağlayıcı malzeme Taş sınıfı Taşın yapısı Geleneksel Aşındırıcı Malzemeler Alumina(Al 2 O 3 ) - en yaygın aşındırıcı Çelik ve diğer demir esaslı yüksek mukavemetli alaşımları taşlamak için kullanılır. Silisyum karbür (SiC) - Al 2 O 3 ) dan daha sert ama onun kadar tok değil Alüminyum, pirinç, paslanmaz çelik, bazı dökme demirler ve seramiklerde kullanılır 2
Yeni Aşındırıcılar Bağlayıcı Malzeme Özellikleri Kübik bor nitrür (cbn) - çok sert, çok pahalı Çelikler için uygundur. Sertleştirilmiş takım çelikleri ve uzay ve havacılık alaşımları gibi sert malzemeler için kullanılır Elmas -da çok sert, ve çok pahalı Doğal ve aynı zamanda Sentetik olarak üretilir Çeliklerin taşlanması için uygun değildir. Seramik, semente karbürler, cam gibi sert, aşındırıcı malzemelerin taşlanmasında kullanılır Merkezkaç kuvvetleri ve yüksek sıcaklıklara dayanması gerekir Taş şok yüklemeler sırasında parçalanmamalıdır. Katı aşındırıcı taneleri birarada tutarken verimli kesme için yeni keskin taneleri açığa çıkarmak üzere aşınmış tanelerin yerinden çıkıp gitmesine izin vermeli Tane Boyutu Küçük tane boyutları daha iyi bir yüzey kalitesi verir Büyük tane boyutları daha büyük malzeme kaldırma hızlarına izin verir Daha sert malzemeleri etkin bir şekilde kesmek için daha küçük tane boyutları gerekir Yumuşak malzemeler ise büyük tane boyutları gerektirir Taşın Yapısı Taştaki aşındırıcı tanelerin göreli hacmini belirtir. Aşındırıcı taneleri ve bağlayıcının yanı sıra, taşlama taşları, hava boşlukları ya da gözenekler içerir. Tanelerin, bağlayıcı malzeme ve gözeneklerin hacimsel oranları aşağıdaki gibi ifade edilebilir: P g P b P p 1.0 3
Taşın Yapısı Taş sınıfı Bir taşlama taşının tipik yapısı Kesme sırasında aşındırıcı tanelerin taşa için bağlaynma gücünü gösterir. Taşın yapısındaki bağlayıcı malzeme miktarına (P b ) bağlıdır Sert ve yumuşak arasında değişen bir ölçekte ölçülür Yumuşak taş taneleri kolayca kaybeder, düşük malzeme kaldırma oranları ve sert malzemeler için kullanılır Sert taşlar taneleri daha uzun korur- yüksek talaş kaldırma hızlarında ve yumuşak malzemeler için kullanılır Taşın Yapısı Taşlama Taşlarının Şekli "Açık" ve "yoğun arasında değişen bir ölçekle ölçülür Açık yapıda P p nispeten büyük ve P g nispeten küçük anlamına gelir-talaşların temizlenmesi yeterli açıklık sağlanması önerilir Yoğun yapıda P p nispeten küçük ve P g büyük anlamına gelir, Daha iyi bir yüzey bitirme ve boyutsal kontrol elde etmek için tavsiye edilir Bazı standart taşlama taşı biçimleri: (a) düz (b) iki taraflı çukur, (c) metal tekerlek gövdeli, aşındırıcı, dış çevresine yapıştırılır (d) aşındırıcı kesme taşı, 4
Yüzey Bitirme Taşlamada tanelerin yaptığı işler Taşlama en çok daha iyi bir yüzey elde etmek için yapılır En iyi yüzey Küçük tane boyutları Yüksek taş hızları Yoğun taş yapısı = taş yüzeyi başına daha fazla tane ile elde edilir Taşlamada aşındırıcı tanelerin işlevleri: (a) Kesme, (b Ezme, ve (c) Ovalama. Tanelerin Üç Farklı Etkisi Kesme - aşındırıcı taneleri talaş oluşturmak için yüzey içine doğru yeterince uzanır - malzeme kaldırılır Ezme-(Kazıma) aşındırıcı taneleri yüzey içine doğru uzanır fakat talaş oluşturmaya yetecek kadar değil, yüzey deforme olur ve enerji tüketilir, ama malzeme kaldırılmaz Ovalama - aşındırıcı taneleri yüzeye temas eder ancak sadece sürtme/ovalama sürtünmesi oluşur, enerji tüketilir, ancak hiçbir malzeme kaldırılmaz İş Parçası Yüzeyinde Sıcaklık Taşlama, yüksek sıcaklık ve yüksek sürtünme ile karakterize edilir ve enerjinin çoğu yüzeyinde kalır yüksek işparçası yüzey sıcaklıkları meydana getirir, Zararlı etkileri şunlardır: Yüzey yanıkları ve çatlaklar Yüzeyin hemen altında metalurjik hasar Isıl işlem görmüşse, işparçası yüzeyinin yumuşaması İş parçası yüzeyinde kalıntı gerilmeler 5
Taşlama Sıcaklığı nasıl düşürülür? Uygulama Klavuzu Kesme derinliği (d) Paso azaltılır Taş hızı (v) azaltılır Taşlama taşının inç karesi başına aktif aşındırıcı tane sayısı (C) azaltılır İş parçasının hızı (v w ) artırılır Taşlama sıvısı kullanılır. Yüzey bitirmeyi optimize etmek için Küçük tane boyutu ve yoğun taş yapısı seçin Yüksek taş hızı (v) ve düşük işparçası hızları (vw) kullanın. Küçük Paso (d) ve (D) büyük taş çapları da yardımcı olacaktır Malzeme kaldırma hızını en üst düzeye çıkarmak için. Büyük tane boyutu ve Daha açık taş yapısı seçilmeli. Taşın Bilenmesi Bileme - döner disk, aşındırıcı çubuk şeklindeki bir aşındırıcı ya da başka bir taş bilenecek taşa karşı tutularak gerçekleştirilir Fonksiyonları: Körlenmiş taneleri koparıp yeni keskin taneleri açığa çıkarmak Taştaki tıkanmış/sıvanmış talaşları temizleme Uygulama Klavuzu Çelik ve dökme demirler için Aşındırıcı olarak Alüminyum Oksit, Çoğu demir dışı metaller için. Aşındırıcı olarak Silisyum Karbür, Sertleştirilmiş takım çelikleri ve bazı havacılık alaşımları için Aşındırıcı olarak Kübik Bor Nitrür, Sert aşındırıcı maddeler (örneğin, seramik, semente karbürler, cam) Aşındırıcı olarak Elmas kullanılır 6
Uygulama Klavuzu Yumuşak malzemeleri taşlamak için, Büyük tane boyutu ve and daha sert sınıf(grade) taş, Sert Malzemeleri taşlamak için, Küçük tane boyutu ve yumuşak sınıf(grade) taş kullanılır. Yüzey Taşlama Yatay milli ve ileri geri hareketli iş tablalı (en yaygın taşlama tipi) ile yüzey taşlama 4 tip Yüzey Taşlama Silindirik Taşlama (a) ileri geri hareketli iş tablalı ve yatay milli, (b) döner iş tablası yatay milli, (c) ileri geri hareketli iş tablası ve dikey milli, (d) döner iş tablası ve dikey milli. Silindirik taşlamanın iki türü: (a) dış, and (b)iç. 7
Merkezsiz taşlama Honlama Bir takım birbirine bağlı aşındırıcı çubuk tarafından yapılan bir dizi dönme ve salınım hareketleri ile yapılan Zımparama işlemi Yaygın uygulama: içten yanmalı motorların silindirlerinin iç yüzeylerinin bitirme işlemleri için 0.12 m (5 -in) yada daha iyi yüzey bitirmeler Yağlayıcıları yüzeyde tutan karakteristik çapraz taralı bir yüzey oluşturur Dış merkezsiz taşlama Diğer Aşındırmalı Yöntemler Honlama Honlama Lepleme Superfinishing-Hassas Taşlama Honlama işlemi: (a) delik iç yüzeyi için kullanılan bir Honlama takımı ve (b) honlama takımının hareketleriyle oluşturulan çapraz taralı yüzey deseni 8
Lepleme Superfinishing-Hassas Taşlama Leplemede iş parçası ile Lep takımı arasında çok küçük aşındırıcı parçacıkların sıvı süspansiyonu kullanılır, Aşındırıcılar ile sıvı bileşik, kireçli bir macun genel görünümüne sahiptir Uygulamalar: optik lensler, metalik yatak yüzeyleri, mastarlar Honlamaya benzer- ileri geri hareketlerle yüzey karşı bastırılan aşındırıcı içeren çubuk şeklinde takım kullanılır Honlamadan farkları: Daha kısa strok Daha yüksek frekanslar Takım ve yüzey arasındaki basınç daha düşük Daha küçük tane boyutu (aşındırıcı) Lepleme Superfinishing-Hassas Taşlama Lens imalatında yapılan Lepleme işlemi. Silindirik bir parçanın dış yüzeyinin hassas taşlanması 9
GELENEKSEL OLMAYAN TALAŞ KALDIRMA YÖNTEMLERİ 1. Mekanik Enerji Yöntemleri 2. Elektrokimyasal İşleme Yöntemleri 3. Isıl Enerji Yöntemleri 4. Kimyasal İşleme 5. Uygulama Yönergeleri Geleneksel olmayan işleme yöntemlerinin sınıflandırılması Mekanik - tipik mekanik etki biçimli, yüksek hızlı aşındırıcı veya sıvı (veya her ikisi)akışı tarafından işparçası malzemesinin erozyonu Elektriksel - Malzeme kaldırmak için elektrokimyasal enerji kullanımı Isıl İş parçası yüzeyinin küçük bir kısmına ısıl enerji uygulanması sonucu genellikle bu bölümün buharlaşması ve / veya erimesi Kimyasal Diğer bölümleri bir maske tarafından korunmakta olan işparçasının açık bölümlerinin kimyasal dağlayıcılar kullanarak seçici olarak aşındırılması/çözündürülmesi Geleneksel Olmayan Yöntemler Mekanik, ısıl, elektriksel ya da kimyasal enerji (ya da bu enerjilerin kombinasyonları) kullanıldığı fazla malzeme kaldırmak için geliştirilmiş bir grup teknikler/süreçler olarak tanımlanabilir Bunlar geleneksel anlamda keskin bir kesici takımın kullanılmadığı yöntemlerdir Mekanik Enerji Yöntemleri Ultrasonik işleme Su jeti ile Kesme Aşındırıcılı Su jeti ile Kesme Aşındırıcılı Su jeti ile İşleme 10
Ultrasonik İşleme(USM) USM Uygulamaları Bir çamur içinde yeralan Aşındırıcılar, düşük genlikli ve yüksek frekansta titreşen bir takım tarafından işparçasına doğru yüksek hızla çarptırılarak küçük mikro talaşlar kaldırılır Takım salınımı iş parçası yüzeyine diktir Aşındırıcılar malzeme kaldırma işlevini gerçekleştirmek üzere kullanılır. Takım yavaşça iş parçasına doğru beslenir. Takımın şekli iş parçasınının şeklini belirler. Seramik, cam ve karbürler gibi sert, kırılgan iş malzemeleri, Ayrıca, paslanmaz çelik ve titanyum gibi bazı metallerde de başarılı Yuvarlak olmayan delik şekiller "Darp işlemleri" desen oluşturan bir takımın düz bir çalışma yüzeyine aktarılması. Ultrasonik İşleme Su Jeti ile Kesme(WJC) Kesim için, yüksek basınç, yüksek akış hızındaki su işparçası yüzeyine yönlendirilir, 11
WJC Uygulamaları Genellikle memesi istenen yörünge boyunca CNC veya endüstriyel robotlar tarafından otomatik olarak yönlendirir. Plastik, tekstil, kompozit malzemeler, karo, halı, deri ve mukavva gibi düz stoklarda dar yarıklar kesmek için kullanılır. Aşındırıcılı Su Jeti ile Kesme(AWJC) WJC metaller üzerinde kullanılması için, genellikle aşındırıcı parçacıkların jet akımına eklenmesi gerekir. Ek proses parametreleri: aşındırıcı türü, tane büyüklüğü ve akış hızı Aşındırıcılar: alüminyum oksit, silisyum dioksit ve garnet (silikat minerali) Grit boyutları 60 ve 120 arasında değişmektedir Aşındıcı, memeden çıktıktan sonra su akışına 0.25 kg / dk civarında eklenir. WJC Avantajları İş parçası yüzeyinde ezilme ya da yanma olmaz Minimum malzeme kaybı Aşındırıcılı Su Jeti ile İşleme(AJM) küçük aşındırıcı partikülleri içerenyüksek hızlı gaz akışı Hiçbir çevre kirliliği olmaz Otomasyon kolaylığı 12
AJM Uygulama Notları Elektrokimyasal İşleme(ECM) Genellikle nozzle yönlendirilmesi operatör tarafından manüel olarak gerçekleştirilir Normalde kesme işleminden ziyade bir bitirme işlemi olarak kullanılır Uygulamalar: çapak alma, kırpma ve çapak kesme, temizleme ve parlatma İş malzemeleri: ince, düz bir stok halindeki sert, kırılgan malzemeler (örneğin, cam, silisyum, mika, seramik) Anodik çözünme ile, aralarından hızla akan elektrolitin aktığı, işparçasına yakın duran bir elektrot (takım) kullanarak gerçekleştirilen Malzeme kaldırma Yön. Elektrokimyasal İşleme Yöntemleri Elektrik enerjisi talaş kaldırmak için kimyasal reaksiyonlar ile birlikte kullanılır Galvanik kaplamanın tersi İşparçası malzemesi iletken olmalıdır Yöntemler: Elektrokimyasal işleme (ECM) Elektrokimyasal çapak alma (ECD) Elektrokimyasal taşlama(ecg) ECM İşlemi Malzeme, anot iş parçasından (pozitif kutup) çözünerek, elektrolit banyosunda katot takıma (negatif kutup) doğru taşınır Elektrolit çözünen malzemeyi taşımak üzere iki kutup arasında hızla akar, bu yüzden takımın üzerine kaplama olamaz Elektrot malzemeleri: bakır, pirinç veya paslanmaz çelik Takımın şekli parçanın tersi bir şekle sahiptir Takım boyutu ve şekli ara boşluk için izin vermelidir 13
Elektrokimyasal Çapak Alma(ECD) ECM in geleneksel delik delme ile metal parçalarda üretilen deliklerin kenar çapak veya keskin köşelerini ortadan kaldırmaya adaptasyonu (ECG)nin Uygulamaları ve Avantajları Uygulamalar: Semente karbür plaket takımların bilenmesi Cerrahi iğneler, diğer ince cidarlı borular ve kırılgan parçaların taşlanması Avantajlar: Çözündürme metal kaldırmanın % 95 nden sorumlu Işleme çoğunlukla elektrokimyasal etkiyle olduğundan, taş çok daha uzun süre dayanır Electrokimyasal Taşlama(ECG) metal parçası yüzeyinin anodik çözünmesini artırmak için iletken bağlayıcılı taşlama taşı ile yapılan özel bir (ECM) şekli(taşlama) Thermal Energy Processes - Overview Very high local temperatures Material is removed by fusion or vaporization Physical and metallurgical damage to the new work surface In some cases, resulting finish is so poor that subsequent processing is required 14
Isıl Enerji Yöntemleri Elektro erozyonla işleme Elektro-erozyon tel kesme Elektron ışınlarıyla işleme işleme Lazer ışını ile işleme Plazma Ark ile işleme Geleneksel termal kesme işlemleri Electro-Erozyonla İşleme(EDM) Elektro erozyon ile işleme (EDM): (a) genel kurulum, (b) ve boşluğu, deşarj ve talaş kaldırmayı gösteren yakın plan, Electro-Erozyonla İşleme(Dalma Erozyon) EDM İşlemi Metali eritmek veya buharlaştırmak için yeterince yüksek lokalize sıcaklıklara neden olan ) bir dizi ayrık elektrik deşarjı-ark (kıvılcımlar) ile metal kaldırma Sadece elektrik iletken malzemeler kullanılabilir İki ana yöntem: Elektro-erozyonla işleme Tel elektro-erozyonla işleme En yaygın olarak kullanılan geleneksel olmayan yöntem Üretilen bitmiş işparçasının yüzeyinin şekli Elektrodun şekli tarafından belirlenir Takım ve iş parçası arasındaki küçük bir aralık boyunca kıvılcımlar meydana gelir Aralıktaki sıvının iyonize olmasıyla, her bir deşarj için bir yol oluştururan bir Dielektrik sıvı Kullanılmasını gerektirir 15
EDM de işlenebilen iş Malzemeleri İş malzemelerin elektriksel olarak iletken olmalıdır iş malzemesinin Sertlik ve dayanımı EDM de bir faktör değildir Malzeme Kaldırma Hızı, iş malzemesinin erime noktasına bağlıdır. Tel EDM işparçası içinden geçerek hareket edebilen küçük çaplı bir tel elektrodun kullanıldığı özel bir EDM EDM Uygulamaları Birçok mekanik işlemler için takımlar:, plastik enjeksiyon kalıplama kalıpları, ekstrüzyon kalıpları, tel çekme kalıpları, dövme ve sac kesme kalıplarının üretimi için en ekonomik çözümdür Üretilen parçalar: geleneksel kesme kuvvetleri dayanmak için yeterince rijit olmayan hassas parçalar, sert ve egzotik metallerin işlenmesi, delik ekseni 90 O lik olmayan bir açıyla yüzeye, delik delme, vb Tel EDM İşlemi İş, testere ile kesmedekine benzer şekilde, istenilen kesme patikası boyunca yavaş yavaş tele doğru beslenir Hareket kontrolü için CNC kullanılır Dielektrik sıvı, takım-iş arayüzüne yönlenmiş nozullar kullanarak veya işparçasını tamamen daldırarak uygulanır 16
Elektron Işınlarıyla İşleme(EBM) Uses high velocity stream of electrons focused on workpiece surface to remove material by melting and vaporization EBM Uygulamaları Hertür malzeme üzerinde çalışılabilir Mikro -işleme için idealdir. Küçük çaplı delik delme - 0.05 mm e kadar Yarık Kesme sadece 0.025 mm genişlikte Çok yüksek derinlik/çap oranlarında delik delme 100:1 'den daha fazla Oranları EBM Operation EB tabancası sürekli bir elektron hüzmesini ışık hızının yaklaşık % 75'i mertebelerine hızlandırır elektromanyetik mercek yoluyla odaklanan Işınının çapı (0.025 mm) gibi küçük çapa azaltarak, Çalışma yüzeyine çarptırılır, elektronların kinetik enerjisi çok lokalize bir alanda, son derece yüksek yoğunluklu ısıl enerji dönüştürülür ve bununla malzeme erir ya da buharlaşır Laser Işını ile İşleme(LBM) Bir lazer ışığının enerjisi malzemeyi buharlaşma ve ablasyon için, kullanır. Ablasyon -> buzulların boyutunu küçülten erozif süreç 17
LBM Uygulamaları Plazma Arkla Kesme(PAC) Delme, dilme, kanal işleme, kazıma ve işaretleme işlemleri Küçük çaplı delik delme - 0.025 mm e kadar Genellikle ince stok kalınlıkları kullanılır Çalışma materyalleri: yüksek sertlik ve mukavemetli metaller, yumuşak metaller, seramikler, cam ve cam epoksi, plastikler, lastik, kumaş ve ahşap Metali ergiterek kesmek için çok yüksek sıcaklıklara çıkabilen bir plazma hüzmesi kullanılır. PAC işlemi İnce bir saçta gerçekleştirilen Laser Işının ile kesme Plazma = aşırı ısıtılılarak elektriksel olarak iyonize edilmiş gaz PAC sıcaklıkları: 10,000 C den 14,000 C e kadar Plazma arkı hamlaç içindeki elektrot ile işparçası(anot) arasında oluştuurulur Plazma suyla soğutulan ve akışı istenen bölgeye yönlendiren bir lüle (nozzle) içinden akar 18