İndir - Teknolojik Araştırmalar

www.teknolojikarastirmalar.org
ISSN:1304-4141
Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi
2006 (2) 33-43
TEKNOLOJİK
ARAŞTIRMALAR
Kısa Makale
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
Hasan GÖKKAYA*, Muammer NALBANT**
*Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Safranbolu Meslek Yüksekokulu, KARABÜK
**Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, ANKARA
ÖZET
Bu çalışmada; sabit kesme parametrelerinde kaplamasız sementit karbür kesici takımla AISI 1040 çeliği
üzerinde talaş kaldırılarak kesme bölgesinde oluşan ısının kesici takım, talaş ve iş parçası üzerindeki
değerleri (Sıcaklık cinsinden) termal kamera ile görüntülenerek analiz edilmiştir. Yapılan incelemede, kesme
bölgesinde oluşan ısının büyük kısmı talaşla kesme bölgesinde atıldığı tespit edilmiştir.
Anahtar kelimeler: Isı, Termal kamera
1. GİRİŞ
Bir malzeme plastik olarak deforme edildiği zaman, uygulanan kuvvetlerden oluşan mekanik enerjinin
hemen hemen tamamına yakın kısmı ısıya dönüşür (1-3). Talaş kaldırma sırasında malzeme, aşırı
derecede gerinmeye maruz kalır. Gerinim (strain) için harcanan enerji, elastik gerinim için harcanan
enerjiden oldukça yüksektir. Bu nedenle talaşlı imalat işleminde dikkate alınması gereken önemli faktör
ısı oluşumu ve kesme bölgesindeki sıcaklıklardır (3). Bu sebeple kesme bölgesinde oluşan ısı, takım
performansı ve iş parçası yüzey kalitesini önemli ölçüde etkilemektedir (1,2).
Talaşlı imalatta, en az hata, minimum takım aşınması ve düşük güç sarfiyatı kullanılarak kısa zamanda
çok iş yapmak ekonomik açıdan temel unsurlardır. Kısa zamanda çok iş yapmak ancak yüksek kesme
parametreleri (Kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği) kullanılarak elde edilebilmektedir. Kesme
parametrelerinin yüksek olması kesme bölgesinde yüksek sıcaklık oluşmasına neden olmaktadır. Kesme
parametreleri içerisinde sıcaklık üzerinde en etkili parametre kesme hızıdır (2). Yüksek sıcaklıklar
yetersiz takım ömrünün ve kesme hızı sınırlamalarının en başlı nedenleridir (2). Belirli bir kesme hızında
etkili olan “teğet kesme kuvveti”, enerjinin belli bir kısmını temsil eder. Bu enerji, talaş oluşturmak için
deformasyon ve kesme işinde harcanır. Ayrıca, bir kısım enerji, talaş yüzeyinde ve talaş kırıcı karşısında
talaşın biçimlendirilmesi için kullanılır (2,4,5).
Bu çalışmada; 90 m/min kesme hızı, 0.16 mm/rev ilerleme ve 1.5 mm kesme derinliğinde kaplamasız
sementit karbür kesici takımla AISI 1040 çeliği üzerinde talaş kaldırılarak kesme bölgesinde oluşan ısının
kesici takım, talaş ve iş parçası üzerindeki sıcaklıklar termal kamera ile görüntülenmiştir. Elde edilen
görüntü üzerinde sıcaklık tespiti yapılmıştır.
2. ENERJİ, ISI VE SICAKLIK
Bir sistemin veya maddenin enerjisi, onun iş yapabilme yeteneğiyle ifade edilir. Enerji bir sisteme
eklendiğinde veya sistemden alındığında sistemin özelliklerinde bir değişiklik meydana getirir. Enerji bir
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 33-43
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
sistem veya madde üzerinde çeşitli şekillerde bulunur; mekanik enerji, potansiyel enerji, kinetik enerji,
termal enerji, kimyasal enerji vs. Bir enerji şeklinin kullanılması onun yok edildiği anlamına gelmez.
Fiziğin temel prensiplerinden olan enerjinin korunumu kanuna göre, enerji yoktan var edilemez ve var
olan bir enerji yok edilemez sadece, bir enerji türü başka bir enerji türüne dönüşür (6,7). Isı, bir sistem ile
sistemin çevresi arasında yalnız sıcaklık farkından dolayı akan bir enerji şeklidir. Sıcaklık, bir maddenin
ısıl durumunu sıcak ve soğuk kavramlarla belirten bir ifadedir. Sıcaklık, "ısı geçişine neden olan etken"
olarak da tanımlanmaktadır (6,7).
2.1. Isı Geçişi
Isı geçişi; sıcaklık farkından dolayı sistem çevresi, ya da maddeler arasında meydana gelen enerji akışını
anlatan bir terimdir (6,7). Bir ortam içinde veya ortamlar arasında, bir sıcaklık farkının mevcut olduğu her
durumda, ısı geçişi mutlaka gerçekleşir. Madde alış verişi olmaksızın sadece sıcaklık farkından dolayı
meydana gelen bu enerji geçişi, ısı geçişi olarak tanımlanır. Termodinamiğin ikinci kanunun sonucuna
göre; ısı, sıcak bir sistemden daha soğuk bir sisteme doğru kendiliğinden akar. Termodinamik, bu ısı
geçişinin nasıl ve ne hızda olduğunu açıklamaz. Geçen ısı doğrudan doğruya ölçülemez ve gözlenemez,
ama meydana getirdiği tesirler gözlenebilir ve ölçülebilir.
Isı geçişinin gerçekleşmesine yol açan farklı mekanizmalar, ısı geçişinin türleri olarak adlandırılır. Katı
veya akışkan durgun ortam içinde, bir sıcaklık farkı olması durumunda, ortam içinde gerçekleşen ısı
geçişi için, iletim (kondüksiyon) terimi kullanılır. Buna karşın, bir yüzey ile hareket halindeki bir akışkan
farklı sıcaklıklarda ise, aralarında gerçekleşen ısı geçişi, taşınım (konveksiyon) olarak anılır. Isı geçişinin
üçüncü bir türü ise, cismin yapısından bağımsız olarak, cismi oluşturan atomlar ve moleküllerin elektron
düzenlerindeki değişmeler elektromanyetik dalgalar (veya fotonlar) halinde ise, ısıl ışınım (Radyasyon)
olarak adlandırılır (6,7).
2.2. İletim (Kondüksiyon)
Isı geçişinin bu türü, atomik ve moleküler düzeyde hareketle ilişkilidir. İletim, bir maddenin daha yüksek
enerjili parçacıklarından daha düşük enerjili parçacıklarına, bu parçacıklar arasındaki etkileşimler
sonucunda enerjinin aktarılması olarak düşünülebilir.
Daha yüksek enerjili moleküller, daha yüksek sıcaklıktadırlar ve komşu moleküller sürekli olarak
çarpışırlarken, daha çok enerjili moleküllerden daha az enerjili moleküllere doğru bir enerji aktarımı
gerçekleşir. Bu durumda, bir sıcaklık farkı olması halinde, sıcaklığın azaldığı yönde iletim ile enerji
aktarımı gerçekleşmektedir. Günümüz bilimi, enerji aktarımını, atomik hareketlerin tahmin ettiği kafes
dalgalarına yormaktadır. Bir elektrik yalıtkanında enerji aktarımı, tamamen bu kafes dalgaları yoluyla
gerçekleşir. Bir iletkende ise, serbest elektronların ötelenme hareketine de bağlıdır.
2.3. Taşınım (Konveksiyon)
Taşınımla ısı geçişi, iki mekanizmadan oluşmaktadır. Rastgele moleküler hareket (yayılım) sonucunda
enerji aktarımının yanı sıra, akışkanın kitle veya makroskobik hareketi ile de enerji aktarımı olur. Bu
akışkan hareketi herhangi bir anda, çok sayıda molekülün, topluca veya kümelenmiş olarak hareket
etmesi ile ilgilidir. Bir sıcaklık gradyanı olması durumunda, böylesi bir hareket, ısı geçişine katkıda
bulunur. Küme içindeki moleküller rastgele hareketlerini de korudukları için, toplam ısı geçişi,
moleküllerin rastgele hareketleri ve akışkanın kitle hareketi ile oluşan enerji aktarımlarının bir toplamıdır.
Bu, toplam aktarım söz konusu olduğunda taşınım (konveksiyon) terimi; akışkanın kitle hareketi ile
oluşan aktarım söz konusu olduğunda ise, adveksiyon terimi kullanılır.
2.4. Işınım (Radyasyon)
Isıl ışınım, sonlu sıcaklığa sahip bir cismin yaydığı enerjidir. Katılar, sıvılar ve gazlar ışınımla ısı
yayarlar. Işınım yayma, cismin yapısından bağımsız olarak, cismi oluşturan atomların ve moleküllerin
34
Gökkaya, H., Nalbant, M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 33-43
elektron düzenlerindeki değişmelerle yorumlanabilir. Işınım alanının enerjisi, elektromagnetik dalgalar
(veya fotonlar) ile aktarılır. İletim veya taşınım ile enerji aktarımı, bir maddi ortamın varlığını şart
kılarken, ışınım için bu şart yoktur. Hatta, ışınımla aktarım, boşlukta daha etkin olarak gerçekleşir.
3. TALAŞ KALDIRMADA ISI OLUŞUMU
Talaş kaldırma sırasında ısı oluşumu, Şekil 1’ de görüldüğü gibi üç bölgede oluşur (2,4,5). İş parçası
I.deformasyon bölgesinde aşırı derecede gerinmeye maruz kalır. Gerinim (strain) için harcanan enerji,
elastik gerinim için harcanan enerjiden oldukça yüksektir. Bundan dolayı, mekanik enerjinin yaklaşık
olarak tamamına yakın kısmının ısıya dönüştüğü kabul edilebilir. Bu sebeple kesme bölgesinde oluşan ısı,
takım performansı ve iş parçası yüzey kalitesini etkilediği için, oldukça önemli bir faktör olarak kabul
edilebilir (1).
Isı
Oluşumu
Talaş
C
A
Takım
B
İş Parçası
Birinci Deformasyon
Bölgesi
D
Üçüncü Deformasyon
Bölgesi
İkinci Deformasyon
Bölgesi
Şekil 1. Dik (Ortogonal) kesmede ısı oluşumu (1,3,8)
Dik kesmede oluşan üç ısı bölgesi şöyle sıralanabilir;
•
Birinci deformasyon (AB) bölgesi, plastik deformasyon ile oluşan temel ısı kaynağı. Bu bölgedeki
ısının büyük bir kısmı talaş içinde kalır ve talaşla kesme bölgesinde uzaklaştırılır.
•
İkinci deformasyon (takım-talaş ara yüzeyi (BC)) bölgesi. Talaş içinde ekstra plastik
deformasyonun olduğu ve yeni talaş malzemesinin sürekli akışı sonucu, sürtünme nedeniyle
meydana gelen ısının, bir kısmı talaşla atılırken, bir kısmı da kesici takım gövdesine geçerek
kesme bölgesinden uzaklaştırılır.
•
Üçüncü ısı kaynağı, takım ve iş parçasının işlenmiş yüzeyi arasındaki serbest kenarda (BD’de)
oluşur. Oluşan ısının bir miktarı talaş, bir kısmı da iş parçası tarafından uzaklaştırılır. Bu bölgede
oluşan ısı, ön boşluk açısı olan kesici takım kullanıldığında olmamaktadır. Bu durum kesici takım
ön boşluk açısına bağlıdır.
Talaş kaldırma sırasında en büyük ısı, kayma bölgesinde (birinci deformasyon bölgesinde) ortaya çıkar.
Bu sebeple, takım ve talaş arasındaki temas miktarı ve kalitesi performansı etkilemektedir.
3.1. Talaş Kaldırmada Sıcaklık Dağılımı
Talaş üzerinde bulunan ısı, talaşla kesici takımın temasta olduğu temas yüzeyi boyunca takımı
etkileyecektir. Metallerin işlenmesi sırasında takım, talaş ve iş parçası üzerine ısının dağılımı Şekil 2’ de
şematik ve grafik olarak gösterilmiştir. Şekil 2’de A talaştaki, B iş parçasındaki C ise kesici takımdaki
sıcaklık dağılımını göstermektedir.
35
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 33-43
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
Talaş kaldırma esnasında ortaya çıkan ısı, kesme kuvvetleri ve işlenen iş parçası malzemesine göre
farklılık gösterir. Kesme parametrelerinden kesme hızı ve ilerleme ısı oluşumu üzerinde çok önemli bir
rol oynarlar. Isı oluşumunda kesme hızının ilerlemeye göre daha etkili olduğu bilinmektedir (2). Kesme
hızı ve ilerleme parametrelerinin sıcaklıkla olan ilişkisi Şekil 3’de gösterilmiştir.
Şekil 2. Metal işlemede ısı dağılımı (2)
Şekil 3. Kesme hızı-sıcaklık ile ilerleme-sıcaklık ilişkisi (2).
Talaş kaldırma sırasında oluşan ısının büyük bir kısmı, kesme bölgesinden talaşla uzaklaştırılır. Dik
kesme sırasında talaş ve iş parçasında oluşan ve deneysel olarak belirlenmiş sıcaklık dağılımları Şekil
4’de gösterilmektedir (9). Kesici takıma doğru hareket eden malzemedeki X noktası, birinci deformasyon
bölgesine doğru yaklaşır ve geçer. X noktası bu bölgeden ayrılana kadar ısıtılır ve ısı talaş içine doğru
taşınır. Y noktası her iki deformasyon bölgesinden geçer ve ikinci deformasyon bölgesinden ayrılana
kadar ısıtılır. Bu nokta, talaş gövdesinde ısı iletimi yoluyla soğutulur ve talaşta üniform bir sıcaklık
dağılımı oluşturulur. Böylece, kesici kenardan belirli bir mesafede, takım yüzeyi boyunca maksimum
sıcaklık oluşur. İş parçası içinde kalan Z noktası, birinci deformasyon bölgesinden ısı iletimi yoluyla
ısıtılır.
Şekil 4’e göre sıcaklık dağılımı şöyledir:
Qmaks. = Qc + Qw + Qt
Burada;
Qmaks. : Toplam ısı (W),
Qw
: İş parçasına iletilen ısı (W),
(1)
Qc
Qt
: Talaşla taşınan ısı (W)
: Takıma iletilen ısı (W) dır.
Kesme hızı, talaş kaldırma işlemini doğrudan etkilemektedir. Kesme hızının talaş kaldırmada oluşan ısı
üzerine etkisi, Şekil 5’de verilmiştir. Talaş içindeki maksimum sıcaklık, ikinci deformasyon bölgesinde
oluşur ve aşağıdaki eşitlikle ifade edilir (4,9):
θmaks. = θm + θs + θo
(2)
36
Gökkaya, H., Nalbant, M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 33-43
Burada;
θm
: İkinci deformasyon bölgesi boyunca sürtünmeyle oluşan
sıcaklık (°C)
θs
: Birinci deformasyon bölgesi boyunca geçen malzemedeki sıcaklık
artışı (°C)
θo
: İş parçasının başlangıçtaki sıcaklığı (°C)
Şekil 4. Dik kesme sırasında talaş ve iş parçası arasındaki sıcaklık dağılımı (9).
Isı Kaynağı
700
Sıcaklık (°C)
600
500
ş ara
-tala
m
ı
Tak
e
yüz
ğı
aklı
y sıc
m+
s
m
s
s
400
300
200
Birinci
defor
bölge
m a s yon
si sıcak
lığı
0.8
1.0
s
100
0
0.3
0.4
0.5
0.6
2.0
3.0
4.0
5.0
Kesme Hızı (m/saat)
Şekil 5. Talaş kaldırmada kesme hızının oluşan sıcaklık üzerine etkisi (teorik) (5,9).
Kesme hızının artışı ile birinci kesme bölgesinde hafif bir sıcaklık artışı oluşmakta ve sonra sabit
kalmaktadır. Bununla birlikte, kesme hızındaki artışla takım talaş ara yüzey sıcaklığı (θm + θs) hızlı bir
37
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 33-43
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
şekilde artmaktadır (9-11). İkinci deformasyon bölgesinde oluşan bu ani sıcaklık artışı, takımla temas
uzunluğu boyunca kesici takım performansını etkilemektedir (4,9).
Kesici takım malzemelerinin gelişimi ile birlikte takım malzemelerinin yüksek sıcaklığa dayanımı
arttırılmıştır.
4. MATERYAL VE METOT
4.1. Deney Numunesi
Deneysel çalışmalar için, endüstride yaygın olarak kullanılan AISI 1040 çelik malzemeden hazırlanmış
deney numunesi kullanılmıştır. Deney numunesinin spektral analizle belirlenen kimyasal bileşimi,
Çizelge 1’de ve mekanik özellikleri ise Çizelge 2’ de verilmiştir.
Çizelge 1. Deney numunesinin kimyasal bileşimi (% Ağırlık)
C
0.365
Mn
0.799
Si
0.247
P
.0166
S
0.0422
Çizelge 2. Mekanik özellikleri
Sertlik
BSD 30
149
Kopma Dayanımı
N/mm²
515
Akma Sınırı
N/mm²
450
Kopma Uzaması
% (5do)
10
4.2. Kesme Parametresi, Kesici Takım ve Takım Tutucu
ISO 3685’de önerildiği gibi imalatçı firmaların kesici takım kaliteleri için önerdiği kesme hızı aralıkları
dikkate alınarak 90 m/min kesme hızı belirlenmiştir. ISO 3685’de tavsiye edilen aralıkta 0.16 mm/rev
ilerleme hızı ve 1.5 mm kesme derinliği seçilmiştir.
Talaş kaldırma sırasında talaş, takım ve iş parçasına üzerinde oluşan sıcaklığın görüntülenmesi ve
üzerlerinde sıcaklık tespiti yapılmasını hedefleyen bu çalışmada, adi karbonlu çelik malzeme için ISO
P15-P20 kalitesine (grade) karşılık gelecek şekilde, Stellram firmasına ait S2F kalitesinde kaplamasız
sementit karbür, kesici takım kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan değiştirilebilir uç “SNMM 120412”
formunda olup, bu uça uygun PSSNR 2525 M12 takım tutucu kullanılmıştır.
4.3. Tezgah, Deney Düzeneği ve Sıcaklık Ölçme Aleti
Talaş kaldırma deneyleri için, G.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi bünyesinde bulanan SN50 tipi, “Tezsan
Klasik Torna Tezgahı” kullanılmıştır. Sıcaklık ölçümü için kurulan deney düzeneği şematik olarak Şekil
6’ de verilmiştir.
Termal kamera ile sıcaklık ölçme pahalı bir yöntemdir. Talaş kaldırma sırasında kesme bölgesinde oluşan
sıcaklıklar, -40 ile 2000 ºC arasında sıcaklıkları ölçebilen ThermaCAM P60 PAL serisi termal kamera ile
yapılmıştır. Termal kameranın teknik özellikleri Çizelge 3’de verilmiştir.
Termal kamera ile elde edilen görüntülerin analizi ise Windows tabanlı ThermaCAM Reporter 2002 paket
programıyla yapılmıştır.
38
Gökkaya, H., Nalbant, M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 33-43
Şekil 6. Deney düzeneği
Çizelge 3. ThermaCAM P60 PAL tipi termal kamernın teknik özellikleri
Ölçüm aralığı (ºC)
Hedef işaretleme
Odaklama
Objektif
Çıkışlar
Monitor
Hafıza
-40...2000 ºC
Laser
otomatik
CCD camera
Ses ve analog video
4” LCD
128 MB
5. BULGULAR
5.1 Termal Kamera İle Sıcaklık Analizi
Bu çalışmada, öncelikle kesici takım ömrü üzerinde önemli bir etkiye sahip olan takım-talaş ara yüzey
sıcaklığı ölçümü hedeflenmiştir. Fakat takım-talaş ara yüzey sıcaklığı ölçümü yapılamamıştır. Takımtalaş ara yüzey sıcaklığı ölçümü yapılamamasının nedeni, kesme sırasında maksimum sıcaklığın olduğu
nokta (takım-talaş temas noktası) kesme sırasında oluşan talaşın bu noktayı perdelemesi ve termal
kameranın maksimum olan noktayı görmesini engellemesinden kaynaklanmıştır.
Termal kamera ile takım-talaş ara yüzey sıcaklığı ölçülememesi nedeniyle çalışmada, talaş kaldırma
sırasında talaş, iş parçası ve kesici takım üzerinde termal kamera ile sıcaklık görüntüsü elde edilmiştir ve
elde edilen görüntü üzerinde sıcaklık tespiti yapılmıştır. Yapılan çalışmada kaplamasız sementit karbür
kesici takımla 90 m/min kesme hızı, 0.16 mm/rev ilerleme ve 1.5 mm kesme derinliği parametreleri
kullanılarak AISI 1040 çeliği üzerinde talaş kaldırılmıştır. Talaş kaldırma anı görüntüsü Şekil 7’de
verilmiştir.
Şekil 7’de görüldüğü gibi iş parçası üzerinde talaş kaldırma sırasında oluşan sıcaklık talaş, iş parçası ve
kesici takıma dağılmaktadır. Maksimum sıcaklık talaş üzerindedir. Bu durum literatürle paralellik arz
etmektedir (2,8).
Maksimum sıcaklığı üzerinde bulunduran talaş kesmeye devam ettikçe kesme bölgesinde uzaklaşmakta
ve koparak atılmaktadır. (Talaş kaldırma sırasında oluşan sıcaklık talaş üzerine iletim yoluyla
taşınmaktadır.) Talaşın koparak kesme bölgesinde uzaklaştığı an görüntüsü Şekil 8’de verilmiştir. Kesme
bölgesinde koparak ayrılan talaş üzerinde rastgele belirlenen noktalarda sıcaklık ölçümü yapılmıştır.
Noktalarda ölçülen sıcaklıklar çizelge halinde verilmiştir (Çizelge 4).
39
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 33-43
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
Şekil 7. Kaplamasız sementit karbür kesici takımla AISI 1040 çeliği üzerinde 90 m/min kesme hızı, 0.16
mm/rev ilerleme ve 1.5 mm kesme derinliği değerleri kullanılarak yapılan talaş kaldırma işlemi
sonucunda elde edilen talaş, iş parçası ve kesici takım görüntüsü
Şekil 8. Talaşın koparak kesme bölgesinden uzaklaştığı an görüntüsü
Çizelge 4. Kesme bölgesinden uzaklaşan talaş üzerinde rastgele belirlenen noktalarda ölçülen sıcaklık
değerleri, ºC
Rastgele belirlenen
noktalar
P01 nokta sıcaklığı
P02 nokta sıcaklığı
P03 nokta sıcaklığı
P04 nokta sıcaklığı
P05 nokta sıcaklığı
Ölçülen sıcaklık
değerleri, ºC
167
181
145
144
113
40
Gökkaya, H., Nalbant, M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 33-43
Şekil 9. Kaplamsız sementit karbürle AISI 1040 çeliği üzerinde talaş kaldırma anı görüntüsü
Kesici uç değiştirilerek ve aynı parametreler kullanılarak yapılan başka bir talaş kaldırma işlemi sırasında
elde edilen talaş, iş parçası ve kesici takım görüntüsü Şekil 9’da verilmiştir. Termal kamera ile elde edilen
talaş, iş parçası ve kesici takım görüntüsü daha sonra ThermaCAM Reporter 2002 sıcaklık analiz paket
program ile analiz edilmiştir. Analizde talaş, iş parçası ve kesici takım üzerinde belirlenen noktalar
rastgele seçilmiştir. Rastgele seçilen noktalarda belirlenen sıcaklıklar çizelge halinde Çizelge 5’ de
verilmiştir.
Çizelge 5. Şekil 10 üzerinde rastgele belirlenen noktalarda elde edilen sıcaklık değerleri,
Rastgele
noktalar
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
P08
P09
P10
belirlenen Ölçülen sıcaklık
değerleri, ºC
280
271
247
211
118
85
55
54
67
31
Rastgele
noktalar
P11
P12
P13
P14
P15
P16
P17
P18
P19
belirlenen Ölçülen sıcaklık
değerleri, ºC
29
28
34
33
55
46
37
31
29
Çizelge 5’dede görüldüğü gibi Şekil 9’daki görüntüde talaş üzerinde sıcaklığın maksimumu oldukları
tahmin edilen ve rastgele belirlenen (P01-P04) noktalarında ölçülen sıcaklıklarda maksimum sıcaklık P01
noktasında 280 ºC dir. Kaplamasız sementit karbür kesici takım üzerinde rastgele belirlenen (P05-P09)
noktalarda ölçülen sıcaklıklarda maksimum sıcaklık P06 noktasında 118 ºC dir. İş parçası üzerinde
rastgele belirlenen (P10-P14) noktalarda ölçülen sıcaklıklarda maksimum sıcaklık P13 noktasında 34 ºC
dir. Takım tutucu üzerinde rastgele belirlenen (P15-P19) noktalarda ölçülen sıcaklıklarda ise maksimum
sıcaklık P15 noktasında 65 ºC dir. Belirlenen noktalardaki sıcaklıklar kesme bölgesinden uzaklaştıkça
sıcaklıkları düşmektedir. En yüksek sıcaklık talaş üzerindedir. Bu durum kesme bölgesindeki sıcaklığın
talaşla atıldığının bir göstergesidir.
41
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 33-43
Talaş Kaldırma Sırasında Isı Oluşumu Ve Dağılımı
Şekil 10. Talaş kaldırma sırasında talaşın kesme bölgesinde kopma anı görüntüsü
Şekil 10 talaş kaldırma esnasında talaşın kesme bölgesinde kopma anını göstermektedir. Yine Şekil 9’da
olduğu gibi talaş, iş parçası ve kesici takım üzerinde noktalar rastgele belirlenmiştir. Rastgele belirlenen
ve seçilen noktalarda ölçülen sıcaklıklar çizelge halinde Çizelge 6’da verilmiştir.
Çizelge 6. Şekil 10 üzerinde rastgele belirlenen noktalarda elde edilen sıcaklık değerleri
Rastgele
noktalar
P01
P02
P03
P04
P05
belirlenen Ölçülen sıcaklık
değerleri, ºC
64
68
130
198
136
Rastgele belirlenen Ölçülen sıcaklık
noktalar
değerleri, ºC
P06
167
P07
186
P08
31
P09
29
P10
61
Şekil 10 üzerinde belirlenen noktalarda alınan sıcaklıklara bakıldığında kesici takım uç noktasında (P01
ve P02) sıcaklık artışı pek fazla olmamıştır. İş parçası üzerinde talaş kaldırma sırasında maksimum
sıcaklık kesme parametrelerine bağlı olarak kesici takım burun uç radyusu ve esas kesme kenarından (1∼2
mm) uzaklıktadır (8,12). Bu durumu bu çalışma bir kez daha doğrulamıştır ve çalışma literatürle
paralellik arz etmektedir. Yine iş parçası üzerindeki sıcaklık düşük değerdedir. Talaş üzerindeki sıcaklık
ise maksimum değerdedir.
5. SONUÇ
Kaplamasız sementit karbür kesici takımla sabit kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliğinde AISI 1040
çeliği üzerinde talaş kaldırmak için harcanan mekanik enerjinin kesme bölgesinde ısıya dönüşmesinin ve
ısıya dönüşen enerjinin talaş, iş parçası ve kesici takıma üzerinde sıcaklık biriminden tespiti için yapılan
deneysel çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibidir;
9 Termal kamera ile sıcaklığın maksimum olduğu takım-talaş ara yüzey sıcaklığı ölçülememiştir.
9 Termal kamera ile perdeleme olmayan bütün bölgelerde sıcaklık ölçümü yapılabileceği
görülmüştür.
42
Gökkaya, H., Nalbant, M.
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 33-43
9 Termal kamera ile talaş, iş parçası, kesici takım (takım-talaş ara yüzey bölgesi hariç) ve takım
tutucu üzerindeki sıcaklıkları ölçmek çok kolay fakat pahalı bir yöntemdir.
9 Talaş kaldırma sırasında oluşan sıcaklığın büyük çoğunluğu kesme bölgesinden talaş ile
uzaklaştırıldığı tespit edilmiştir.
5.KAYNAKLAR
1. Boothroyd, G., “Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools”, International Student ed. 5th
Printing, McGraw-Hill, ISBN 0-07-085057-7, New York, (1981).
2. “Modern Metal Cutting”, Practical Handbook, Sandvik, (1994).
3. Gökkaya, H., Şeker, U., İzciler, M., “Takım Talaş Arayüzey Sıcaklığının Ölçülmesi İçin Yapılmış
Deneysel Çalışmalar Üzerine Bir Değerlendirme”, Makine Tasarım ve İmalat Teknolojileri Kongresi,
Matit 2001, s 91-94, Konya, (2001).
4. Şeker, U., Takım Tasarımı Ders Notları. (1997).
5. Şahin, Y., “Talaş Kaldırma Prensipleri”, Nobel, Ankara, (2000).
6. Halıcı, F., Gündüz, M., “Isı Geçiş”i, Burak Ofset, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, (2001).
7. Derbentli, T., Genceli, O., Güngör, A., Hepbaşlı, A., İlken, Z., Özbalta, N., Özgüç, F., Parmaksızoğlu,
C., Urakan, Y., (Incropera, F.P., Dewıtt, D,P), “Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri”, Literatür
Yayıncılık, Dördüncü Basımdan Çeviri, İstanbul, (2001).
8. Gökkaya, H., “Takım-Talaş Ara Yüzey Sıcaklığının Isıl Çift Yöntemiyle Ölçülmesi ve Kesici Takım
İle Takım Tutucu Üzerindeki Etkilerinin Sonlu Elemanlarla İncelenmesi, Doktora Tezi, G.Ü. Fen
Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2004).
9. Özçatalbaş, Y.,,“1050, 4140 ve 8620 Çeliklerinin Isıl İşlemle Değişen Mikroyapı ve Mekanik
Özelliklerine Bağlı İşlenebilirlikleri”, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1996).
10. K.J. Trigger, “Progress Report no.2 on Chip-Tool Interface Temperatures”, Trans ASME 70, pp 163174, (1949).
11. Stronkowski, J.S., Moon, K.J., “Finite Element Prediction of Chip Geometry and Tool/Workpiece
Temperature Distributions in Ortogonal Metal Cutting”, Journal of Eng. for Industry, Vol 112, pp.
313-318, (1990).
12. Tent, E.M., “Metal Cutting, 2nd ed., Butterwoths”, London ISBN 0-408-10856, (1984).
43