İMAL USULLERİ - B

TALAŞLI İMALAT

ESASLAR

Talaşlı İmalatın Esasları

Kesme zonuTalaş çeşitleriKesme kuvvetiTalaşın uzaklaştırılmasıSıcaklık ve kontrolü

Metal kesmede talaş oluşumu, malzemenin kayma gerilmesine maruz kalarak yoğun plastik deformasyona uğramasıyla gerçekleşir.

Talaşın kaldırılmasıyla yeni bir yüzey ortaya çıkar.

Kesme zonu

Talaş kaldırma işlemi gerçekte oldukça karmaşıktır. Bu nedenle, talaş kaldırma mekaniği incelenirken, işlemin ortogonal kesme şartlarında gerçekleştiği kabul edilir. Ortogonal kesme özel bir talaş kaldırma şekli olup, bu işlemde kesici kenarla kesme hızı birbirine diktir. Ortogonal kesme modeli birçok geometrik karmaşıklıkları göz ardı etmesine rağmen, talaş kaldırma mekaniğini tanımlamada oldukça yeterlidir. Talaş kaldırma 3 boyutlu bir işlem olmasına rağmen, ortogonal kesme modeli işlemi iki boyutta inceleyerek basitleştirir.

Talaş oluşumu kayma gerilmesi etkisiyle gerçekleşen bir olaydır. Kesici kenar yeterli bir kuvvetle malzeme yüzeyine bastırıldığında, kayma düzlemi (shear plane) adı verilen düzlemde malzemenin kayma gerilmesi etkisiyle plastik deformasyona uğraması sonucu talaş oluşumu gerçekleşir. Kesici kenarın hemen önündeki malzeme plastik deformasyona uğrar ve talaş haline geçerek esas malzemeden ayrılır.

GERÇEK TALAŞ OLUŞUMU

Ortogonal kesme modeliyle açıklanan talaş oluşumuyla, gerçekte gözlemlenen talaş oluşumu arasında bazı farklar vardır. Ortogonal kesme modelinde kayma deformasyonunun kayma düzleminde gerçekleştiği kabul edilir. Gerçekte ise talaş oluşumu kalınlığı olmayan bir düzlemde değil, belli bir kalınlığa sahip olan bir bölgede gerçekleşir (Şekil 21.8).Bu bölgeye “birincil deformasyon bölgesi (primary deformation zone)” denir. Deneysel gözlemler, bu bölgenin kalınlığının milimetrenin birkaç yüzde biri kadar olduğunu göstermiştir. Bu bölge çok ince olduğundan, düzlem olarak ele alınması çok büyük bir hataya sebep olmaz. Diğer yandan talaş oluşumu sonrasında, talaşla takım arasındaki sürtünme nedeniyle talaş yüzünde bir diğer kayma deformasyonu daha gerçekleşir. Bu deformasyonun gerçekleştiği bölgeye “ikincil deformasyon bölgesi (secondary deformation zone)” denir (Şekil 21.8). Ortogonal kesme modeli bu bölgedeki deformasyonu hiç göz önüne almaz.

Şekil 21.8 Gerçek talaş oluşumunda birincil ve ikincil deformasyon bölgeleri

Deneysel çalışmalarda dört farklı talaş tipi belirlenmiştir:

—Kesikli talaş: Dökme demir gibi gevreklikleri nispeten yüksek olan malzemelerden düşük kesme hızlarında talaş kaldırıldığında, talaş parçalara ayrılır. Buna “kesikli talaş” denir. Üzerinden talaş kaldırılan parçanın yüzey kalitesini olumsuz etkiler (Şekil 21.9 (a)). Takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünmenin yüksek olması, işlemin yüksek ilerleme ve kesme derinliklerinde gerçekleştirilmesi kesikli talaş oluşumunu ilerletir.

Kesintili Talaş

(a) Kesikli talaş

—Sürekli talaş: Sünek malzemeler yüksek kesme hızlarında, düşük ilerleme ve düşük kesme derinliklerinde işlendiğinde uzun ve sürekli talaş elde edilir (Şekil 21.9 (b)). Sürekli talaş, iş parçasının yüzey kalitesini olumlu etkiler. Takım kesici kenarının keskinliğinin iyi olması ve takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünmenin az olması sürekli talaş oluşumunu ilerletir. Sürekli talaşın tek sakıncalı tarafı büyük bir talaş kütlesi oluşturmasıdır. Bu durum hem tezgah hem de operatör açısından sıkıntıya sebep olabilir. Bu nedenle, kesici takımlar üzerinde genellikle talaş kırıcılar olur.

Akma Talaş

(b) sürekli talaş

—Yığma kenarlı sürekli talaş: Sünek malzemeler düşük-orta kesme hızlarında işlendiğinde, takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünme, talaş yüzeyinin kesici kenara yakın kısımlarına iş parçasının belli oranda yapışmasına neden olur (Şekil 21.9 (c)). Buna yığma kenar (built-up edge, BUE) adı verilir. Yığma kenar oluşumu bir çevrim şeklinde gerçekleşir: oluşur, büyür, takımla arasındaki bağ zayıflar ve kopar. Sonra bu çevrim kendisini tekrarlar. Kopan yığma kenarın büyük kısmı talaşla birlikte ortamdan uzaklaşır. Bazen yığma kenar koparken, kesici takımın kenarından malzeme koparabilir. Bu da takımı körleterek ömrünü azaltır. Diğer bir sakınca da, yığma kenarın belli bir kısmı iş parçası yüzeyine yapışarak, yüzey kalitesini olumsuz etkiler.

Yapışık Talaş

(c) yığma kenarlı sürekli talaş

—Tırtıklı (testere ağızlı) talaş: Yarı-sürekli talaş olarak tanımlanabilir (Şekil 21.9 (d)). Malzemenin yüksek ve düşük kayma gerinimine çevrimsel olarak maruz kalması durumunda ortaya çıkar. Titanyum alaşımları, nikel esaslı süper alaşımlar ve östenitik paslanmaz çelikler gibi kesilmesi zor malzemeler yüksek kesme hızlarında işlendiğinde görülür. Diğer malzemelerde de (çelik gibi) yüksek kesme hızlarında bu tip talaş elde edilebilir.

(d) tırtıklı talaş

KUVVET BAĞINTILARI

Ortogonal talaş kaldırma modelinde tezgahın takıma uyguladığı iki tane kuvvet bileşeni vardır. Bunlardan bir tanesi esas kesme işlemini gerçekleştiren ve kesme hızıyla aynı yönde olan “kesme kuvveti (Fc)”dir. Diğer bileşen ise dikey doğrultudaki “itme kuvveti (Ft)”dir. Tornalama işleminde bu kuvvete ilerleme kuvveti de denilmektedir.

Ortogonal kesme modeli iki boyutlu bir model olduğundan 3. boyut ihmal edilir.

Gerçekte birçok talaş kaldırma işleminde sayfa düzlemine dik doğrultuda da bir kuvvet bileşeni olmasına rağmen, ortogonal model bu bileşeni göz önüne almaz. Bu ihmal çok önemli bir hataya sebep olmaz, çünkü bu kuvvet bileşenleri içinde en önemlisi kesme kuvvetidir. Talaş kaldırma için gerekli enerji ve güç gereksinimini kesme kuvveti belirler.

Şekil 21.10 Ortogonal kesme modelinde (a) takıma etkiyen kuvvetler, (b) talaşa etkiyen kuvvetler

Kayma düzlemi açısı arttıkça, kayma düzlemi küçülmektedir. Bu da küçük kuvvet değerlerinde iş parçasının kayma mukavemeti değerine ulaşılması sonucunu beraberinde getirir. Talaş kaldırma için gerekli kuvvetin azalması, enerji ve güç tüketimini azaltacak, sıcaklığın da çok fazla artmamasını sağlayacaktır.

Kesme kuvvetiyle, kesme hızının çarpımı metal kesme işlemi için gerekli gücü verir.

Depth of cutFeedcutting speed

Cutting force control

The cutting force value is primarily affected by:

1.cutting conditions (cutting speed V, feed f, depth of cut d)2.cutting tool geometry (tool orthogonal rake angle)3. properties of work material

Talaşın uzaklaştırılması

(a) Oluklu tip (b) engel tipi talaş kırıcıları

Sıcaklık ve kontrolü

�Birincil kayma bölgesinde kayma kalıcı deformasyonu (heat source Q1)Kesme takımı yüzeyinde sürtünme ve kayma kalıcı deformasyonu (heat source Q2)Takım yan tarafında talaş ve takım arasındaki Sürtünme (heat source Q3)Isı dağılımı; �Talaş tarafından taşınan: toplam ısının 60~80% (q1) �İş parçasında: toplam ısının 10~20% (q2) Kesici takımda: toplam ısının ~10% heat (q3).Eğer keme sıvısı kullanılırsa; talaş toplam ısının 90% ını uzaklaştırır.

Cutting temperature control

The temperature in metal cutting can be reduced by: v 1. application of cutting fluids (coolants). 2. change in the cutting conditions by reduction of cutting speed and/or feed; 3. selection of proper cutting tool geometry (positive tool orthogonal rake angle).Apart from application of coolants, the simplest way to reduce the cutting temperature is to reduce the cutting speed and/or feed. The next diagrams show the dependencies between the mean cutting temperature and cutting conditions:

Talaşlı İmalatı Etkileyen Değişkenler

• Kesme hızı• Talaş derinliği ( Paso, kesme derinliği )• İlerleme ( besleme ) miktarı• Takım geometrisi ve Takım uç radüsü• Titreşim• Takım/İş parçası malzemeleri• Soğutma sıvısı• Tezgah

Kesme hızı • Talaş kaldırma esnasında uygulanması gereken kesme

hızı aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişmektedir:

• İşlenecek malzeme,• Kesici takım malzemesi,• Talaş derinliği,• İlerleme miktarı,• Soğutma sıvısı,• Tezgah rijitliği ve tipi vb.

• Takım ömrüne ve yüzey kalitesine etkileri?

İşlenecek malzeme

PCD ile işleme için tipik işleme parametreleri

Kesici takım malzemesi

Kesme hızı – takım ömrü ilişkisi: Kesme hızı artışı takım ömrünü azaltır.

Talaş derinliği: Derinlik artışı ile hız azaltılır.

İlerleme miktarı: İlerleme artışı ile hız azaltılır.

Soğutma sıvısı: Soğutma sıvısı kullanımı sıcaklığı kontrol ederek hız artışını sağlar.

1.Talaş, takım ve iş parçası arasındaki sürtünmeyi azaltır.2.Kesme bölgesindeki sıcaklığı azaltır. 3.Kalkan talaşı uzaklaştırır.4.Yüzey kalitesini iyileştirir. 5.Enerji sarfiyatını azaltır. 6.Takım ömrünü artırır. 7.Yığma kenar oluşumunu engeller.

Tezgah: Motoru güçlü ve konstrüksiyonu dayanıklı tezgahlar hız artışına imkan verir.

Kesme hızı – yüzey pürüzlülüğü ilişkisi: Kesme hızı artışı yüzey pürüzlülüğü değerini küçük değerlerde hızla azaltır. Belirli bir hız değerinden sonra değişim olmaz.

Talaş derinliği ( Paso, kesme derinliği )

Şekildeki malzeme adları yanlıştır. Üst değerler Mould steel içindir.

Talaş derinliği: Derinlik artışı ile hız azaltılır.Talaş derinliği: Derinlik artışı takım ömrünü azaltır.Dayanımı yüksek malzemeler daha küçük talaş derinliği değerlerinde işlenir.Talaş derinliği %50 artarsa takım ömrü %15 azalır.

Talaş derinliği: Derinlik artışı yüzey pürüzlüğünü etkilemez..

İlerleme miktarı

İlerleme miktarı artışı yüzey pürüzlülüğü değerlerini artırıyor.

Şekildeki malzeme adları yanlıştır. Üst değerler Mould steel içindir.

İlerleme miktarı artışı takım ömrü değerlerini azaltıyor. İlerleme miktarı %50 artarsa takım ömrü %70 azalır.

Dayanımı yüksek malzemeler daha küçük ilerleme değerlerinde işlenir.

İlerleme miktarı artışı ile hız azaltılır.

Takım geometrisi ve Takım uç radyüsü

Takım geometrisi kesme kuvvetini etkilediği gibi kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliğinide etkiler .

Effects of clearance angle (α) Takım( alt) işlenmiş yüzey arası açısı

Titreşim

Titreşim yüzey kalitesini, takım ömrünü ve tezgah verimliliğini olumsuz etkiler.

Soğutma sıvısı

Soğutma sıvısı yüzey kalitesini, takım ömrünü ve tezgah verimliliğini olumlu etkiler.

Tezgah

Seramik kesici takımlar için uygun kesme hızları