Sitemizde en çok hangi konu başlığı altındaki haberleri takip ediyorsunuz?
Araştırma-Makale
Güncel-Fuar
Haberler
Şirketlerden
Tornalama operasyonlarında mekanik yükler ve kesici geometrileri
Patrick DE VOS Seco Tools
Kurumsal Teknik Eğitim Müdürü
Metal kesme operasyonlarında, kesici uç, talaş şeklinde kopana kadar iş parçası malzemesini deforme eder. Deformasyon işlemi için büyük miktarda enerji gerekir ve kesici uç; çeşitli mekanik, ısıl, kimyasal ve tribolojik yüklere mâruz kalır. Bu yükler, sonunda ucun deforme olmasına ve aşınmasına veya kırılmasına neden olur. Bu nedenle, iyi bir metal kesme uygulamasının amacı; talaş kaldırmak için gereken enerji miktarı ile takımın üzerindeki yükler arasına güvenli bir şekilde denge
kurmaktır.
Kesme parametreleri, takım geometrileri, takım malzemeleri ve diğer etkenlerin anlaşılması ve doğru şekilde kontrol edilmesi, operatörlerin üretken ve ekonomik bir metal kesme işlemi elde etmesini sağlar. Tornalama operasyonlarındaki mekanik yükler dengelidir. Ancak, frezeleme sırasında yükler dinamiktir ve sürekli olarak küçükten büyüğe ve büyükten küçüğe değişirler. Bu analiz, tornalama operasyonlarındaki parametre ve takım geometrilerine odaklanacaktır ve sonraki bir yazıda, frezelemede ortaya çıkan farklı sorunlar incelenecektir.
İşleme yükleri Kesici takım üzerindeki yükler, dört temel kategoriye ayrılabilir: Mekanik, termal, kimyasal ve tribolojik.
Mekanik basınç, takımların aşınmasını ve arızalanmasını hızlandırır. İçinde boşluklar veya sonradan dâhil edilen kısımlar olan parçalarda kesme işleminin durdurulması, ucun ufalanmasına, çatlamasına veya kırılmasına neden olabilecek darbe yüklerine neden olur.
Termal yüklerin nedeni, iş parçası malzemesinin ısı üretmesi ve 800-900 dereceye kadar sıcaklık artışına neden olabilmesidir. Bu da, ucun deforme olmasına ve körelmesine neden olabilir.
Isı ve basıncın bir araya gelmesi de, kesici malzemesi ve iş parçası malzemesi arasında olabilecek kimyasal tepkimeleri teşvik eder. Bu da, difüzyon veya çukurlaşma (krater) gibi aşınmalara neden olur.
Kesici uç ve talaş arasındaki sürtünme aşınma ve erozyona neden olur. Bunlar tribolojik yüklerden kaynaklanır. Triboloji, birbirine temas eden yüzeylerin belirli sıcaklık ve basınçlarda birbirlerini geometrik olarak nasıl değiştirdiklerini inceler.
Dört yük kategorisi birbirinden bağımsız olarak hareket etmez; birbirleriyle etkileşime girer ve toplam sonucu etkiler. Tezgahın gücü ve fiktürün sağlamlığı ve hatta tezgah operatörünün becerisi de işleme sonuçlarını etkiler. Yüklerin birbiriyle etkileşime girmesi çeşitli sonuçlara neden olur ve hepsi aynı şekilde sonuçlanır: Uç yıpranır ve aşınır veya kırılır.
Takım ömrünün ne zaman sona ereceği ve bunun ne kadar tahmin edilebileceği, kesici ucun mâruz kaldığı yüklere dayanabilme kabiliyetine bağlıdır. Maksimum takım ömrü ve işlemin emniyeti için, işleme yükleri takımın yüke dayanma kapasitesinden belirli bir miktar daha düşük olmalıdır. Bu kapasiteye etki eden önemli unsurlar arasında; takımın kesme geometrisi, kesme malzemesi ve kaplaması bulunur.
Sorunları ortaya çıkmadan çözmek Verim ve maliyet tasarrufu isteyen talaşlı imalat atölyeleri, tezgahın ayarlanması, takımın ve iş parçasının kullanımı ve başka nedenlerden dolayı boşa geçen süreleri kısaltmaya çalışır. Ancak, boşa geçen süreyi kısaltmak sorunu nadiren çözmektedir. Uygun takım geometrilerinin ve kesme parametrelerinin talaş kaldırma işlemi başlamadan önce uygulanması, sorunun teşhisi ve çözümü için gereken süreyi kısaltabilir.
İşlenebilirlik Sorun çıkmadan önce planlama yapmanın amacı, bir operasyonun mümkün olduğunca işlenebilir olmasını sağlamaktır. Klasik işlenebilirlik tanımı, belirli bir iş parçası malzemesine odaklanır ve malzemeyi işlemenin referans bir malzemeyi işlemeye göre ne kadar zor olduğunu yüzde cinsinden ifade eder.Ancak bu yazıda işlenebilirlik, birim güç başına kaldırılan metal miktarındaki artış cinsinden bir hedefi gerçekleştirme olarak tanımlanmıştır. Bu değer, bir metal kesme işleminin mümkün olan en yüksek üretkenlik ve en düşük maliyet ile güvenilir bir şekilde nasıl gerçekleştirilebileceğini ifade eder.
Talaş kaldırma hızını artırmaya basit bir şekilde yaklaştığımızda, kesme koşullarının yani kesme derinliği, ilerleme ve kesme hızının artırılması gerektiğini görürüz. Ancak, kesme koşullarını artırmanın kesici takım üzerindeki yükler açısından bazı sonuçları olmaktadır. Bu analizde mekanik yüklere odaklanacağız.
Kesici takım üzerindeki mekanik yükler ile kesme kuvvetinin aynı şey olmadığına dikkat edilmelidir. Mekanik yük, basınç (birim yüzey alanına uygulanan kuvvet) cinsinden düşünülebilir. Yüksek bir kesme kuvvetinin geniş bir alana yayılması, takım üzerinde nispeten küçük bir yüke neden olur. Diğer yandan, takımın çok küçük bir kısmının üzerindeki küçük bir kesme kuvveti bile soruna neden olabilecek bir yük oluşturabilir. Kesme kuvveti iş parçasının malzemesi, takım geometrisi ve kesme koşullarından etkilenir. Böylece, kesme kuvveti güç tüketimi, titreşim, iş parçasının toleransları ve takım ömrünü etkiler.
Kesme parametrelerinin etkileri Kesme derinliği, ilerleme ve hız değerlerinin değiştirilmesi takım üzerindeki yükü farklı şekillerde etkiler. Kesme derinliği iki katına çıkarıldığında, kesme kuvveti de iki katına çıkar. Ancak, ayrıca ucun kesen kenarının boyu da iki katına çıktığı için birim kesme kenarı uzunluğu başına yük aynı kalır. Kesme kuvvetleri de ilerleme hızının artışı ile birlikte artar. Fakat, daha az ve doğrusal olmayan bir şekilde artış görülür. Daha yüksek ilerleme oranları kesme kuvvetlerini daha derin kesme işlemi kadar artırmaz. Bunun nedeni, ilerleme hızı arttıkça talaş kalınlığının artması; ancak kesme kenarı boyunun artmamasıdır. Bu durum da, kesme kenarı üzerindeki yükün ciddi miktarda artmasına neden olur.
Kesme hızı artırıldığında kuvvetler genellikle aynı kalır. Fakat, güç tüketiminin kuvvet ile hızın çarpımı olduğunu belirten temel mekanik formüle göre güç ihtiyaçları artar. Kesme kuvvetlerinin orta aralığında kuvvetlerin tutarlı olması doğrudur. Ancak, araştırmalar ve pratik deneyimler şunu göstermiştir: Kesme kuvvetleri düşük kesme hızlarında daha büyüktür ve yüksek kesme hızlarında bu kuvvetler azalır. Kesme kuvvetinin düşük hızlarda artmasının nedeni kenarın aşınması olabilir; bu durum kesme hızının uygun olmadığını gösterir. 1920 ve 1930´lu yıllarda Berlin Üniversitesi´nden Dr. Carl Salomon´un yaptığı araştırmalar, kesme sıcaklığının kesme hızıyla birlikte arttığını ve hız iyice arttığında düşmeye başladığını göstermiştir. Bu sonuçlar çok yüksek hızda talaş kaldırma konusuna girmektedir ve bu olgunun da kendi neden ve etkileri olduğu için başka bir yazının konusudur.
Çok yüksek kesme hızları kontrolsüz talaş oluşumu, çok yüksek takım aşınması ve takımın çatlamasına veya kırılmasına neden olabilecek titreşimler ile sürecin güvenilirliğini olumsuz etkileyebilir. Pratik çalışmalar sonucunda elde edilen sonuca göre, daha yüksek ilerleme ve kesme derinliği ile düşük veya orta kesme hızlarının bir arada kullanılması en iyi emniyet ve güvenilirliği sağlamaktadır. Kesme derinliği ve ilerleme, kesme kuvvetlerini sınırlayacak kadar düşük olduğunda, kesme hızlarını artırmak üretkenliği de artırabilir.
Bu sayıdaki diğer Araştırma-Makale bölümü yazıları
Tornalama operasyonlarında mekanik yükler ve kesici geometrileri