TALAŞLI İMALAT Talaşlı imalat veya talaş kaldırma olarak bilinen yöntem en önemli ve metallere uygulanan en yaygın imalat şekli olup malzemenin yüzeyinden geleneksel olarak kesici takımlarla talaş şeklinde parça kaldırarak hedeflenen son geometrinin verildiği işlemlerdir. Temel olarak geleneksel talaşlı imalat, aşındırma ve alışılmamış talaşlı imalat olarak sınıflandırılır. Geleneksel talaşlı imalat ile keskin kesici takımlar kullanılarak iş parçasından kayma deformasyonu ile talaş şeklinde malzeme kaldırılarak yeni yüzeyler açığa çıkartılır ve hedeflenen parça şekli elde edilir. Bunun için kesici takım ile iş parçası arasında izafi hareket ve temas olmalıdır. Kesici takımın kesme kenarı iş parçası yüzeyinin bir miktar altında olacak şekilde iş parçasının içine dalarak malzemede kayma deformasyonu ile kesme işlemini gerçekleştirirken kesilen malzeme talaş şeklinde iş parçasından koparak ayrılır. 1 Ekonomik ve teknolojik önemi; Plastik, seramik ve kompozit malzemelerle birlikte neredeyse bütün katı metallere uygulanabilmesi, Düz ve silindirik yüzeylerin yanı sıra uygun takımlarla vida dişi, T kanal ve benzeri karmaşık geometrilerin elde edilebilmesi, Çok hassas toleranslarla (0,02 mm mertebesinde) yüksek boyutsal doğruluk sağlaması, Mikron mertebesinde pürüzlülük değerleri ile çok düzgün yüzeyler elde edilebilmesi şeklinde sıralanabilir. Talaşlı işleme çeşitli geometrilere ve özelliklere sahip parçaları işleme kabiliyetinde olduğu için tüm imal usulleri arasında en çok yönlü ve hassas olanıdır. Malzeme kaybının fazla olması ve işlem süresinin uzunluğu talaşlı imalatın olumsuz yönleridir. Birçok talaş kaldırma işlemi kesme hızı olarak adlandırılan birincil hareket ve ilerleme olarak adlandırılan ikincil hareket ile gerçekleştirilir. İşlenecek geometriye ve yüzey şekline bağlı olarak tornalama, frezeleme, delme, vargelleme, planyalama, broşlama, testere ile kesme gibi çeşitli talaşlı imalat yöntemleri geliştirilmiştir. Tornalama Delme Çevresel frezeleme Alın frezeleme 2 Vargelleme Planyalama Broşlama (Tığ çekme) Testere ile kesme Talaşlı imalatta kesici takım tek (a) veya çok (b) sayıda kesici kenara sahip olan ve iş parçasından daha sert malzemeden imal edilen aparattır. Tek noktalı kesici takımlar genellikle öteleme, çok noktalı kesiciler ise dönme hareketi ile talaş kaldırır. Talaşı iş parçasından ayıran kesme kenarı talaş yüzeyi ile yan yüzeyin birleşim yerinde bulunur. Kesme kenarının ucunda genellikle burun yarıçapı ile yuvarlatılmış kesme noktası (burun) bulunur. Yeni kaldırılan talaş, talaş açısı ( ) ile yönlenen talaş yüzeyi üzerinde akar. Talaş açısı negatif veya pozitif olabilir. Yan yüzey, takım ile yeni oluşturulan iş parçası yüzeyi arasında bir boşluk oluşturarak yüzeyi çizilmeye karşı korur. Yan yüzeyin eğim açısına boşluk (kesme) açısı denir. İş parçasının dönme, kesici takımın öteleme hareketi yapmasıyla talaş kaldırma işleminin gerçekleştirildiği tornalama işlemi örnek verilirse, kaldırılan talaşın debisi; 3 RMR vfd [mm3 / s] şeklinde ifade edilir. Burada; v [mm / s] birincil hareketi yani iş parçasının dönmesiyle oluşan kesme hızını, f [mm] ikincil hareketi yani takımın ilerlemesini ve d [mm] ise kesme derinliğini ifade eder. Talaşlı imalatta parçaya son şeklin verilmesi tek adımda gerçekleşmez. Paso denilen her bir adımda az miktarda malzeme kaldırma yapılır. Çünkü kesme derinliğinin artışı malzemede plastik şekil değişimi nedeniyle yüzey kalitesinin bozulması, talaşın aşırı ısınarak takım ucuna sıvanması ve takımın zarar görmesi gibi sorunlara neden olur. Bu nedenle, genellikle talaşlı imalatta başlangıçta birkaç pasoda düşük kesme hızında yüksek ilerleme (0,4~1,25 mm/d) ve kesme derinliğinde (2,5~20 mm) kaba işleme, sonda ise yüksek kesme hızında düşük ilerleme (0,125~0,4 mm/dev) ve kesme derinliğinde (0,75~2 mm) ince işleme yapılarak mümkün olduğunca kısa zamanda hassas yüzey kaliteleri elde edilir. Talaş kaldırma esnasında özellikle yüksek hızlarda oluşan aşırı ısıyı gidermek için yağlayıcı özelliği de bulunan soğutma sıvıları kullanılır. Talaşlı imalatın gerçekleştirildiği takım tezgâhlarının görevi; iş parçasını tutmak, kesme, ilerleme ve derinlik hareketleri için güç sağlamaktır. Geleneksel operatör kontrollü manuel tezgâhların yanı sıra sayısal kontrollü (NC), bilgisayar kontrollü (CNC) ve merkezi bilgisayar kontrollü (DNC) tezgâhlar otomasyon amacıyla günümüzde yaygın kullanılmaktadır. Üç boyutlu karmaşık talaşlı imalat geometrisini basitleştirerek mekaniği oldukça iyi tanımlayan iki boyutlu ortogonal kesme modeli pratikte son derece kullanışlıdır. Ortogonal kesme modelinde kullanılan kama biçimli kesici takımın kenarı kesme hızına dik olup uygulanan kuvvet ile kesme düzlemi denilen ve iş parçası yüzeyi ile (kesme düzlemi) açısı yapan düzlem boyunca kesme deformasyonu ile mekanik enerji harcanarak malzeme plastik deformasyona uğratılır ve talaş kaldırılır. Ana malzemeden kaldırılan talaşlar kesici takımın keskin kenarında bozulmaya neden olur. 4 Üç boyutlu İki boyutlu Talaş oluşumundan önceki talaş kalınlığı veya kesme derinliğinin ( to ) talaş kalınlığına ( tc ) oranı daima birden küçük olup talaş kalınlık oranı ( r ) olarak ifade edilir. r to ls sin sin tc ls cos( ) cos( ) olduğundan değeri; tan r cos 1 r sin şeklinde ifade edilir. Talaş oluşumu sırasında kesme şekil değişimi, birbirinin üzerinden kayan paralel plakalar serisi (a) şeklinde gösterilir. Bu plakalardan bir tanesi (b) üzerinde şekil değiştiren malzeme üçgen (c) şeklinde ifade edilirse, metal kesmede şekil değişimi; 5 AC AD DC tan( ) cot BD BD şeklinde ifade edilir. Gerçekte talaş oluşumu malzemenin cinsine ve talaşlı imalat parametrelerine bağlı olarak her zaman kesilmiş plakalar şeklinde olmaz. Dökme demir gibi kırılgan malzemelerin düşük kesme hızlarında işlenmesi durumunda süreksiz talaş oluşumu gözlenir. Sünek malzemeler yüksek kesme hızlarında, düşük ilerleme ve kesme derinliğinde uzun ve sürekli talaş oluşturur. Bu tip talaşlar ortamdan uzaklaşmadığından ve takıma dolanabildiğinden kırılarak uzaklaştırılmaları gerekir. Sünek malzemeler düşük kesme hızlarında sürtünme nedeniyle ısınarak iş parçasına yapışabilir yığma kenarlı (BUE) sürekli talaş oluşur. Yığma kenar koparken takımdan parça kopararak körelmesine neden olabilir. Tırtıklı (yarı sürekli) talaş yüksek dayanımlı malzemelerin yüksek kesme hızlarında işlenmesinde oluşur. Ayrıca, kesme olayı tek bir bölgede gerçekleşmez. Talaş kesildikten sonra takımın yan yüzeyine yapıştığından sürtünme oluşur ve ikincil bir kesilme olayı gerçekleşir. 6 Ortogonal kesme modelinde talaşa etkiyen kuvvetler, sürtünme kuvveti ( F ) ve normal kuvvet ( N ) olarak iki dik bileşene ayrılır. Takım ile talaş arasındaki sürtünme katsayısı bu iki dik bileşen ile veya sürtünme açısı cinsinden ( ); F tan N şeklinde ifade edilir. İş parçası ile talaş arasındaki kesme yüzeyine etki eden kayma gerilmesi; Fs As to w kesilen yüzeyin alanıdır. Kuvvet dengesi gereği, R bileşke sin kuvvetinin büyüklüğü, aynı doğrultulu ve ters yönlü R ' bileşke kuvvetine eşit olmalıdır. Bu kuvvetleri şeklinde ifade edilir. Burada, As doğrudan ölçmek, uygulandığı yönler takım geometrilerine ve kesme koşullarına bağlı olduğundan mümkün değildir. Ancak kesme takımına gelen kesme yönündeki kesme kuvveti ( Fc ) ve buna dik doğrultudaki itme kuvveti ( Ft ) bir dinamometre ile ölçülebilir. 7 Kesme ve itme kuvvetleri kullanılarak kesilen talaşa ve kesici takıma gelen kuvvetler aşağıdaki şekilde ifade edilebilir. F Fc sin Ft cos N Fc cos Ft sin Fs Fc cos Ft sin Ft Fc sin Ft cos Talaş açısının sıfır olması durumunda; F Ft ve N Fc olur. Örnek: Ortogonal kesme yapılan talaş kaldırma işleminde talaş açısı 10o, kesme derinliği 0,5 mm ve talaş kalınlığı 2,8 mm, kesme genişliği 3 mm, kesme ve itme kuvvetleri sırasıyla 1559 N ve 1271 N olduğuna göre işlemdeki kesme düzlemi açısını ve kesme şekil değişimini hesaplayarak iş parçasının kayma dayanımını hesaplayınız. Talaş kalınlık oranı; r to 0,5 0,17 tc 2,8 1 Kesme düzlemi açısı; tan r cos 0,17 cos10 tan 1 9,8o 1 r sin 1 0,17 sin10 Kesme şekil değişimi; tan( ) cot tan(9,8 10) cot 9,8 5,79 Kayma dayanımı; Fs Fc cos Ft sin 1 559 cos 9,8 1 271sin 9,8 150 MPa to w 0,5*3 As sin 9,8 sin Talaşlı imalatta kesme işlemini gerçekleştirmek için gerekli güç; Pc Fc v bağıntısı ile hesaplanır. Burada; Fc kesme kuvveti ve v ise kesme hızıdır. Mekanik kayıplar da dikkate alınırsa gerekli tezgâh gücü; 8 Pg Pc E Şeklinde ifade edilir. Burada; E takım tezgâhının mekanik verimidir. Gücü birim hacim için ifade etmek çoğu zaman daha kullanışlı olup özgül enerji olarak ( U ) da tanımlanan birim güç ( Pu ); Pu U Pc Fv Fv F c c c RMR vfd vto w to w şeklinde ifade edilir. to 0, 25 mm kesme derinliği ve keskin kesici takım için birim güç (özgül enerji) değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Farklı kesme derinlikleri için aşağıdaki grafik kullanılarak düzeltme faktörü belirlenip uygun değerler hesaplanabilir. 9 Kesme işlemi esnasında oluşacak sıcaklık artışının ( T ) tahmini için; T 0, 4U vt o 0,33 o ( ) [ C] C K bağıntısı kullanılabilir. Burada; U [ Nm / mm3 ] özgül enerjiyi, v [m / s] kesme hızını, to [m] kesme derinliğini, C [ J / mm oC ] iş parçası malzemesinin hacimsel özgül ısısını ve K [m2 / s] iş parçası malzemesinin ısıl yayınımımı ifade eder. Kesme hızı arttıkça kesme sıcaklığı artar ve bu ilişki en genel halde T Kv m şeklinde ifade edilebilir. Burada, K ve m kesme hızı dışındaki kesme koşulları ve iş parçası malzemesine bağlı parametrelerdir. TALAŞLI İŞLEME OPERASYONLARI: Talaşlı işleme ile işlenen parçalar dönen veya dönmeyen olmak üzere sınıflandırılabilir. Dönen parçalar, silindir ve disk gibi şekillere sahip olup tornalama ve delme gibi operasyonlarla işleme yapılır. Ancak delmede çoğunlukla iş parçası yerine takım dönme hareketi yapar. Dönmeyen parçalar ise prizmatik blok veya plaka şeklinde olup iş parçası doğrusal hareket yaparken, kesici takım doğrusal ve/veya dönme hareketi yapar. Her bir talaşlı işleme operasyonu iki faktöre bağlı olarak kendine has bir geometri üretir: İş parçası ve kesici takım arasındaki göreceli hareketler, kesici takımın şekli. Geometrinin oluşturulma şekline bağlı olarak talaşlı imalat operasyonları iki grupta incelenir: Oluşturma ve şekillendirme. Oluşturma 10 işlemlerinde kesici takımın ilerlemede (ikincil hareket) izlediği yol parça şeklini belirlerken talaş kaldırma hız hareketi (birincil hareket) ile sağlanır. Şekillendirmede iş parçasının şekli kesici takımın geometrisi tarafından oluşturulur. Kesici takımın kesme kenarı oluşturulmak istenen şeklin tersidir. 11 Bazı uygulamalarda oluşturma ve şekillendirme tek operasyonda birleştirilir. 1. Tornalama: İlerleme hareketi yapan tek uçlu kesici takım ile dönen iş parçasından talaş kaldırma işlemidir. Tornalamada dönme hızı silindirik iş parçası yüzeyindeki kesme hızı ile; n 60v [d / d ] Do şeklinde ifade edilir. Burada; v [mm / s] kesme hızını ve Do [mm] iş parçasının orijinal çapını ifade eder. İş parçasının son çapı; D f Do 2d 12 bağıntısı ile ilerleme hızı ise devir başına ilerleme miktarı olarak; f r nf şeklinde ifade edilir. Buna göre; silindirik iş parçasını uzunluğu ( L ) boyunca işlemek için gereken süre; tm L Do L f r 60vf şeklinde ifade edilir. Toplam işleme süresi, kesici takımın başlangıçta parçaya yaklaşma ve işleme sonunda parçadan ayrılma süreleriyle birlikte biraz daha fazla olur. Tornalamada malzeme kaldırma debisi; RMR vfd [mm3 / s] bağıntısı ile hesaplanır. Tornalama işleminin pek çok farklı uygulaması bulunur. Tarih öncesi devirlerde ahşap ve taş yontmak için çeşitli mekanizmalar kullanıldığı bilinmekle birlikte, modern takım tezgâhlarının gelişimi Sanayi Devrimine 18. Yüzyılın ikinci yarısında geliştirilen manuel hareketli işleme makinalarına dayanmaktadır. Günümüzde kullanılan motorlu torna tezgâhları temel olarak iş parçasının bağlandığı iş mili, iş milini döndüren tahrik ünitesi, iş parçasını karşıdan destekleyen gezer punta tertibatı ve kesici takım hareketini sağlayan araba mekanizmasından oluşur. 13 İş parçasını iş miline bağlamak için kanca, pens veya ayna gibi tertibatlar kullanılır. Çok sayıda kesici takım bulunduran döner başlıklı (taret) torna tezgâhları otomasyonu ve imalat hızını arttırır. 14 2. Delme: İş parçasında yuvarlak delik oluşturmak veya var olan bir deliği genişletmek için yapılan işleme işlemidir. Oluşturulan delikler açık veya kör olarak adlandırılır. Matkap ucu olarak adlandırılan silindirik kesici takımda genellikle iki kesici uç bulunur. Delmede dönme hızı; n 60v [d / d ] D 15 şeklinde ifade edilir. Burada; v [mm / s] kesme hızını ve D [mm] matkap uç çapını ifade eder. İlerleme hızı ise devir başına ilerleme miktarı olarak; f r nf şeklinde ifade edilir. Buna göre t kalınlığındaki iş parçasında açık delik oluşturmak için gerekli süre; tm t A D(t A) fr 60vf şeklinde ifade edilir. d uzunluğunda bir kör delik oluşturmak için gerekli süre ise; tm d A D(d A) fr 60vf Bu iki bağıntıda, A yaklaşma mesafesi olup; A 0,5D tan(90 ) 2 şeklinde ifade edilir. Burada, matkap uç açısıdır. Delmede malzeme kaldırma debisi matkap uç kesit alanı ve ilerleme hızının çarpımı olup; RMR D2 fr 4 bağıntısı ile hesaplanır. Delme işlemi ile farklı operasyonlar gerçekleştirilebilir. 16 Delme işlemi genellikle dikey çalışan matkap tezgâhları ile geçekleştirilir. 3. Frezeleme: İş parçasının birden fazla kesme kenarına sahip silindirik bir takıma doğru parçanın ilerletildiği talaşlı imalat işlemidir. İki temel tipi; çevresel (düz) ve alın frezelemedir. 17 Çevresel frezelemede takımın dönme ekseni işlenen yüzeye paralel olup kesme işlemi takımın dış çevresinde bulunan kesme kenarları ile gerçekleştirilir. Uygulama şekline göre çeşitli türleri bulunur. Çevresel frezelemede freze çakısının dönüş yönü ile iş parçasının ilerleme yönü arasındaki duruma göre yukarı (zıt yönlü) ve aşağı (eş yönlü) frezeleme söz konusudur. Yukarı frezelemede iş parçasının ilerlemesine karşı talaş kaldırma yapılırken, aşağı frezelemede ilerlemeyle beraber talaş kaldırma yapılır. Yukarı frezelemede talaş ince olarak kaldırılmaya başlar ve kalınlığı sürekli artar. Aşağı frezelemede başlangıçta talaş kalınken gitgide incelir. Talaş boyu aşağı frezelemede daha kısa olup takım ömrü daha uzundur. Alın frezelemede takımın dönme ekseni işlenen yüzeye dik olup kesme işlemi çakının dış çevresinde ve ucunda bulunan kesme kenarları ile gerçekleştirilir. Uygulama şekline göre çeşitli türleri bulunur. 18 Freze çakısının dış çağında hesaplanan kesme hızından dönme hızı; n 60v [d / d ] D şeklinde hesaplanır. Burada; v [mm / s] kesme hızını ve D [mm] matkap uç çapını ifade eder. Frezelemede ilerleme hızı ise freze çakısının talaş yükü olarak da tanımlanan diş başına düşen ilerleme miktarı cinsinden; f r n( zt ) f şeklinde hesaplanır ve her bir kesici kenar tarafından oluşturulan talaşın büyüklüğünü ifade eder. Burada; zt freze çakının diş sayısı ve f [mm / diş] ise talaş yüküdür. 19 Frezeleme geçen süre operasyonun türüne göre hesaplanır. Örneğin, vals frezeleme için süre; tm L A L d ( D d ) D[ L d ( D d )] fr fr 60v( zt ) f şeklinde ifade edilir. Alın frezelemenin iki farklı durumu için yaklaşma mesafesi ( A ); A w( D w) A 0,5( D D2 w2 ) şeklinde ifade edilir. İlk durumda, D w ise işlem kanal açmaya dönüşür ve A 0,5D olur. Frezelemede malzeme kaldırma debisi kesme kesit alanı ile ilerleme hızının çarpımı olup, vals frezelemede w genişliğindeki iş parçası d derinliğinde kesiliyorsa; RMR wdf r bağıntısı ile hesaplanır. Freze tezgâhları, freze çakısı için bir dönen iş mili ve iş parçasının bağlama, pozisyonlama ve ilerlemesi için bir iş tablası bulundurur. Geleneksel tezgahlar iş milini taşıyan sütun ve iş tablasını taşıyan konsoldan oluşur. 20 4. Vargelleme ve Planyalama: Benzer operasyonlar olup tek kesme kenarlı kesme takımının iş parçasına göre doğrusal hareketi ile işlem gerçekleştirilir. Vargellemede kesme hız hareketi takım ile planyalamada ise iş parçası ile sağlanır. Vargelleme Planyalama Bu işlemler vargel ve planya tezgâhlarında gerçekleştirilir. Vargel tezgâhı, sütun üzerinde kesme hareketi yapan koç başlığı ve iş parçasını tutarak ilerleme hareketini gerçekleştiren iş tablasından oluşur. Başlık kesme için ileri hareket ettikten sonra dönüşte iş parçasına dokunmamak için hafifçe kalkar ve bir sonraki hareket için tekrar konumlanır. Bu arada, iş tablası iş parçasını bir sonraki kesme için ilerletir. Bu nedenle, vargelleme ve planyalamada kesme tornalamadan farklı olarak süreksiz yani kesintilidir. Bu durum kesici takımın parçaya her girişinde darbeye maruz kalmasına ve ömrünün kısalmasına neden olur. Başlık hareketi hidrolik veya mekanik tahrikli olabilir. 1 Planyanın yapısı ve hareket yeteneği vargele göre daha büyük parçaların işlenmesini mümkün kılar. 21 Vargel ve planya tezgâhlarında düz yüzeylerin yanı sıra pek çok farklı işleme işlemi yapılabilir. 5. Broşlama: Dış (yüzey) veya iç (delik) etrafında talaş kaldırma için kullanılan ve tığ çekme olarak da bilinen yöntemde birden çok kesici dişe sahip takımın iş parçasında takımın ekseninde doğrusal hareketi ile talaş kaldırma gerçekleştirilir. Tığ çekme yüksek yüzey kalitesi ve hassas tolerans ile farklı şekiller elde edilmesini sağlar. Tığ veya broş olarak adlandırılan kesme takımı, işe özel ve karmaşık geometrisi nedeniyle pahalıdır. 6. Testere ile kesme: Kısa aralıklarla yerleştirilmiş dişlere sahip bir kesici takımın dar bir kesik açması için kullanılan talaş kaldırma operasyonudur. Genel amaç fazla parçaları kesmek veya iş parçasını daha küçük parçalara ayırmaktır. Çoğunlukla iş parçası sabitlenir ve kesici takım kesme ve ilerleme hareketini gerçekleştirir. Üç temel türü; kollu (vargel) testere ile kesme, şerit testere ile kesme ve dairesel testere ile kesmedir. Kollu testerede geleneksel kesici takım ileri yönde kesme hareketi yaparken boşta geri dönerek bir kesme döngüsü oluşturur. Şerit testerede kesici takım kasnaklar etrafında dönerek kesmeyi sağlar. Dairesel testerede ise kesici takım kendi ekseni etrafında döner. Kollu testerenin aksine şerit ve dairesel testerede geri dönüş hareketi bulunmaz. 22 Bunların dışında özel geometriler için uygun kesici takımlarla gerçekleştirilen ve standartlaşmış çeşitli talaş kaldırma operasyonları bulunur. Diş açma paftası ile vida dişi açma Form frezeleme çakısı ile vida dişi açma 23 Dişli çark diskine form frezeleme çakısı ile dişli dişi açma Dişli çark diskine azdırma freze çakısı ile dişli dişi açma 24 Dişli şekillendirme 7. Aşındırma: Genellikle bağlayıcılı taş şeklindeki sert parçacıkların hareketi ile malzeme kaldırma işlemidir. En yaygın kullanılan şekli taşlama olup, honlama, lepleme, hassas bitirme, parlatma (polisaj) ve hassas parlatma şeklinde türleri bulunur. Aşındırma işlemleri her türlü malzemeye uygulanabilir, 0,015 mikrometreye (mikron) kadar pürüzlülük ve dar imalat toleransları sağlayabilir. Taşlamada en yaygın kullanılan aşındırıcılar yüksek sertlikleri dolayısıyla alüminyum oksit (Al2O3), silisyum karbür (SiC), kübik bor nitrür (CBN) ve elmastır. Aşındırıcı parçacıkları bir arada tutmak için kil, seramik, kauçuk, polimer veya metal esaslı bağlayıcılar kullanılır. Taşlama ile 0,2 mikrona kadar pürüzlülük değerleri elde edilebilir. Taşlamada kullanılan taşlar çoğunlukla dairesel hareket yapar ve disk şeklide imal edilir. 25 Taşlama işleminde aşındırıcı taşın devir sayısı çevresel hızına ( v ) göre; n 60v [d / d ] D bağıntısı ile ifade edilir. Burada, D taşlama taşının çapıdır. Malzeme kaldırma debisi ise; RMR vw wd bağıntısı ile hesaplanır. Burada; vw iş parçasının ilerleme hızı, w taşlama yolu genişliği ve d ise taşlama derinliğidir. Buna göre, özgül enerji; U Fc v [ J / mm3 ] vw wd bağıntısı ile hesaplanır. Burada Fc [ N ] kesme kuvvetidir. Belirli bir değere kadar taşlayıcının çevresel hızı arttıkça taşlama oranı artarken, yüzey pürüzlülüğü azalır. 26 Taşlama işlemi taşlanan iş parçasının şekline farklı şekillerde uygulanır. Tipik bir taşlama tezgâhı, iş miline güç sağlayan sütun ve iş parçasını hareket ettiren iş tablasından oluşur. 27 Honlama, lepleme, hassas bitirme, parlatma ve hassas parlatma işlemleri diğer talaşlı imalat işlemlerinden sonra gerçekleştirilen bitirme operasyonları olup yüzey kalitesini daha iyi hale getirmek için yapılır. Honlama işlemi; piston, silindir, yatak, tüfek namlusu gibi dar tolerans gerektiren dairesel kesitli delikli parçalarda set halindeki bağlayıcılı aşındırı çubuklarla gerçekleştirilir ve 0,1 mikrona kadar yüzey pürüzlülükleri elde edilebilir. Honlamada takım dönme ve ileri geri öteleme hareketi gerçekleştirir. Böylece çaprazlamalı karakteristik bir yüzey elde edilir. Optik lensler, yatak yüzeyleri ve ölçü aletleri gibi çok hassas yüzeylerin istendiği durumlarda uygulanan lepleme ile 0,025 mikrona kadar pürüz değerlerine ulaşılabilir. Leplemede, aşındırıcı takım yerine çok küçük aşındırıcı parçacıklar ve yağlayıcı içeren ve lepleme pastası denilen sıvı kullanılır. Hassas bitirme honlamaya benzer bir aşındırma işlemi olup öteleme stroku kısa ve yüksek frekanslıdır. Düşük hızlarda ve daha ince parçacıklarla uygulanır. 0,015 mikrona kadar pürüzlülük değerleri elde edilebilir. 28 Aşındırıcı taneciklerle ve genellikle elle uygulanan parlatma ile yüzey çizikleri ve çapaklar temizlenerek 0,025 mikrona kadar pürüzlülük değerleri elde edilebilir. Hassas parlatma ise deri, keçe, yün gibi aşındırıcılar ve parlatma pastası kullanılarak gerçekleştirilir ve 0,010 mikrona kadar ayna parlaklığında yüzeyler elde edilmesini sağlar. Talaşlı işleme, operasyon süresinin uzun olduğu bir imalat yöntemi olduğundan kesme hızlarını arttırmak her zaman öncelikli hedeflerin başında gelmektedir. Bu nedenle, tipik olarak 8 000 ila 35 000 d/d, bazı durumlarda 100 000 d/d dönme hızlarına sahip iş millerinin kullanıldığı yüksek hızlı işleme (HSM: high speed machining) önemli bir talaşlı imalat uygulamasıdır. HSM uygulamalarında; 1234567- İş milini yataklamak için özel rulmanlar, 50 m/d gibi yüksek ilerleme yeteneğine sahip tablalar, Yön değişimlerini önceden belirleyen CNC hareket kontrolcüleri, Yüksek hız nedeniyle oluşacak titreşimleri sönümleyecek hassas sistemler, Yüksek basınçlı soğutma sistemleri, Yüksek talaş debisiyle baş edecek talaş kontrol ve taşıma sistemleri Yüksek hızlarda işleme yüklerini taşıyabilecek özel takım uçları gerekir. 29 KESİCİ TAKIM TEKNOLOJİSİ Talaşlı imalat esnasında oluşan yüksek güç ve sıcaklık takımlar için zor şartlar oluşturur. Çatlama kırılması, sürünme ve aşınma nedeniyle takımlar zamanla kullanılamaz hale gelir. Bu sorunların yaşanmaması için kesici takım malzemesinin tokluğunun, sıcak sertliğinin ve aşınma direncinin yüksek olması gerekir. Çeşitli kesici takım malzemelerinin sertlik ve kopma dayanım değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Geleneksel çelikler sıcaklık artışıyla sertliklerini hızla kaybederken takım imalatında kullanılan yüksek hız çelikleri (HSS: high speed steel) daha yüksek sıcaklıklarda çalışma olanağı sağlamaktadır. Sinterlenmiş karbür ve seramikler en iyi yüksek sıcaklık sertliğine sahip malzemelerdir. Kazıma, yapışma, yayınma, kimyasal etkileşim ve plastik deformasyon gibi nedenlerden kaynaklanan aşınma; kırılma ve sürünmenin aksine kaçınılmaz bir talaşlı imalat problemidir. Çünkü talaşlı işleme, temas ve izafi harekete dayanan bir imalat işlemidir. Sürünme yüksek sıcaklık nedeniyle takım ucunun yumuşaması ve plastik deformasyona uğramasıyla ortaya çıkar. 30 Zamana göre aşınmanın tipik eğrisi başlangıçta temas eden parçaların birbirine alışması (rodaj) evresine karşılık gelen yüksek ancak azalan bir aşınma, ardından uygun çalışma evresine karşılık gelen dengeli düzgün aşınma ve ardından hasar evresine karşılık gelen ivmelenen şiddetli aşınmadan oluşur. Buna göre, kesici takım ucunun üçüncü evreden önce değiştirilmesi gerekir. Aşınma eğrisine göre, Taylor tarafından geliştirilen takım ömür eşitliği; vt n C şeklinde ifade edilir. Burada; v [m / d ] kesme hızı, t [ d ] takım ömrü, n ve C ise ilerleme, kesme derinliği, takım özelliği ve kullanılan takım ömür kriterine bağlı parametrelerdir. 31 Kesici takım ucu olarak kullanılan malzemelerin ilk kullanım tarihleri ve uygun kesme hızları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Çeşitli alaşım elementleri ilavesiyle elde edilen yüksek hız çeliklerinin toklukları, sertlikleri, sürünme ve aşınma dayanımları arttırılır. 32 Dökme ile imal edilen kobalt alaşımları yaklaşık % 40~50 kobalt, % 25~35 krom, % 15~20 tungsten ve az miktarda diğer elementleri içerir. Grafit kalıpta yapılan dökümden son derece sert olarak çıkan takım daha sonra taşlanarak keskinleştirilir. HSSlerin aksine sertleştirmek için ısıl işlem gerekmez. Aşınma ve yüksek sıcaklık dayanımları HSSlerden daha iyi Sinterlenmiş karbürlerden daha kötü iken toklukları Sinterlenmiş karbürlerden daha iyi HSSlerden daha kötüdür. Metal ve seramik kompozitleri olan sermetler kesici takım malzemesi olarak yaygın kullanılmakta olup üç gruba ayrılırlar: 1- Sinterlenmiş karbürler (WC-Co) 2- Sermetler (WC içermeyen TiC (titanyum karbür), TiN (titanyum nitrür), TiCN (titanyum karbonitrür) esaslı nikel veya molibden bağlayıcılı kompozitler) 3- TiN, TiC ve Al2O3 (alümina) kaplamalı karbürler. Bu grup genel olarak yüksek ezilme, sürünme ve aşınma dayanımı, yüksek sertlik, yüksek ısıl iletkenlik ve yüksek elastisite dayanımı sağlar. Toklukları ve çekme dayanımları düşüktür. Sadece seramiklerden yapılan kesici takımlar genellikle çok ince Al2O3 tozlarının çok yüksek sıcaklık ve basınçta bağlayıcısız olarak preslenip sinterlenmesi ile imal edilirler. Toklukları düşük olduğundan çok sert olmayan iş parçalarının düşük ilerleme ve kesme derinliğinde ince talaşlı imalatında tercih edilir ve çok iyi yüzey kalitesi sağlarlar. Sinterlenmiş sentetik elmas ve kübik bor nitrür sinterlenmiş karbür üzerine kaplanarak kesici takım ucu olarak kullanılır. Takım Geometrisi: Tornalama takımları, kesiciler, freze çakıları, matkap uçları, raybalar, kılavuzlar ve diğer çoğu kesici takımlar kullanıldıkları işlemin ismi ile anılmakta olup her biri kendine has kesme geometrisine ve bazı durumlarda kendine özgü tasarıma sahiptir. Tek noktalı takım geometrisini belirleyen yedi unsur bulunur. 33 Tek noktalı kesici uç takıma üç farklı yolla bağlanabilir. Takıma takma yoluyla bağlanan kesici uçların geometrisi; yuvarlak (a), kare (b), 80o uç açılı eşkenar dörtgen (c), altıgen (d), eşkenar üçgen (e), 55o uç açılı eşkenar dörtgen (f) veya 35o uç açılı eşkenar dörtgen (g) olabilir. Takma ucun kesici köşesi; yarıçaplı (a), pah kırmalı (b), eğimli (c) veya mükemmel keskin köşeli olabilir. Tek noktalı takımda talaş kırma iki yöntemle gerçekleştirilebilir. 34 Geleneksel helisel matkap ucunun geometrisi aşağıdaki şekilde verilmiştir. Freze çakıları; çevresel, modül, alın ve parmak şeklinde sınıflandırılır. Geleneksel bir çevresel freze bıçağının geometrisi aşağıdaki şekilde verilmiştir. Geleneksel bir alın freze bıçağının geometrisi aşağıdaki şekilde verilmiştir. 35 Kesme Sıvıları: Kesme sıvısı kesme performansını arttırmak için talaş kaldırma işlemlerine direk uygulanan herhangi bir sıvı veya gazdır. Kesme sıvıları; kesme ve sürtünme bölgelerinde oluşan ısıyı uzaklaştırır ve takım ile talaş ve iş parçası ile kesme takımı ara yüzlerindeki sürtünmeyi azaltır. Bunlara ek olarak; özellikle taşlama ve frezelemede talaşı uzaklaştırmak, gerekli kesme gücünü düşürmek, takım ömrünü arttırmak, iş parçasının boyutsal kararlılığını arttırmak ve yüzey kalitesini arttırmak gibi faydaları da bulunur. Kesme sıvıları atölye ortamında kirlendiğinden genellikle bir filtreleme sistemi ile temizlenerek talaş kaldırma bölgesine gönderilir ve belirli aralıklarla değiştirilir. İşlenebilirlik: Talaşlı imalat işlemlerinin başarısı üzerinde iş parçalarının özellikleri önemli bir etkiye sahiptir. İş parçalarının işlem tipi, takım ve kesme koşulları gibi belirli şartlar altında talaş kaldırma işleminin kolaylığını ifade eden karakteristik özelliklerine bağlı işlenebilirlik takım ömrü, takım aşınması, kesme sıcaklığı, güç ve kuvvet gereksinimi, yüzey pürüzlülüğü ve talaş boşaltma kolaylığı gibi kriterlerle ölçülür. İşlenebilirlik derecesi (MR), referans bir malzeme (B1112 basit çeliği) için MR=1 alınarak oransal olarak ifade edilir. Karşılaştırmada, n ve C parametreleri bilinmek üzere işlenebilirlik derecesi belirlenmek istenen malzemenin kesme hızı ve referans malzemenin kesme hızı vt n C bağıntısı ile hesaplanarak oranlanır. Her imalat işleminde değişkenlik vardır ve toleranslar bu değişkenlikleri izin verilen limitler çerçevesinde ayarlamak için kullanılır. Dar tolerans aralıkları istendiğinde genellikle diğer imalat yöntemlerine göre daha hassas olan talaşlı imalat tercih edilir. Çeşitli talaşlı imalat işlemlerinde ürünün boyutsal hassasiyetini ifade eden tolerans değerleri ve yüzey kalitesini ifade eden yüzey pürüzlülük değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. İmalat toleransları temelde tezgâh özelliği olup tezgâhın teknolojisi ve imalat kalitesi ile ilgilidir. Ancak iş parçasının tezgâha bağlanması ve talaşlı imalat işleminin uygulanışı da toleranslar üzerinde etkilidir. 36 Yüzey pürüzlülüğü öncelikle kesici ucun şekline ve ikincil hıza (ilerleme) bağlıdır. Bu nedenle, kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği başta olmak üzere uygun kesme koşullarının seçimi; ürünün istenen hassasiyet ve yüzey kalitesinde elde edilmesi, takım ömrü ve imalat hızı açısından önemlidir. İmalat hızının maksimum yapılması için kesme hızının en uygun değeri; takım değiştirme süresi, parça taşıma süresi ve işleme süresi değişkenlerinin toplanmasıyla bulunur. 37 İmalat maliyetinin minimum yapılması için kesme hızının en uygun değeri; takım değiştirme süresinin maliyeti, takım maliyeti, parça taşıma süresinin maliyeti ve işleme süresinin maliyeti değişkenlerinin toplanmasıyla bulunur. Talaşlı İmalatta Konstrüksiyon İlkeleri: Talaşlı imalatın en önemli dezavantajı talaş nedeniyle malzeme kaybıdır. Bu nedenle gerekli olmadıkça talaşlı imalat yerine kayıpsız bir yöntem tercih edilir. Talaşlı imalat gerekiyorsa kayıp en aza indirilmeye çalışılır. Talaşlı imalatta gerekenden fazla hassasiyette işleme yapmak süreyi ve maliyeti arttıracağından kaçınılmalıdır. Talaşlı imalatta keskin köşe, kenar ve uçlar hem çapağa neden olduğundan hem de çentik etkisi oluşturduğundan yuvarlatma yapılmalıdır. 38 İş parçasının tezgâha bağlanması için uygulanacak kuvvetler iş parçasına zarar verebileceğinden mukavemet açısından çok zayıf malzemeler kullanılmamalı ve malzemenin işlenebilirliği göz önünde tutulmalıdır. İç oyuk gibi şekiller özel bağlama aparatları ve takımlar gerektirdiğinden süre ve maliyet açısından problemlidir. Mümkün olduğunca bu tip işlemlerden kaçınılmalıdır. Talaşlı imalatta önemli bir süre iş parçasının bağlama ve sökülmesi için harcanır. Bu nedenle, mümkün olduğunca az bağlama ile işlem tamamlanmalıdır. 39
