Kesici takımların talaşlı imalat sırasındaki aşınmasında, birçok aşınma mekanizması etkili olmaktadır. Şekil-1’ de kesici takımda meydana gelen hasar türleri, Şekil-2’de ise kesme bölgesinde hâkim olan aşınma mekanizmaları gösterilmiştir.
Başlıca üç tip takım aşınması vardır: 1-Serbest yüzey aşınması, 2-Krater aşınması, 3-Çentik aşınması. Bu aşınma tipleri içerisinde en önemlisi, serbest yüzey aşınmasıdır. İkinci önemli aşınma türü ise krater aşınmasıdır. Şekil-3’ te tipik krater ve serbest yüzey aşınmaları şematik olarak gösterilmiştir. Şekilde kesikli çizgiler aşınmaya uğramış kesici ucun orijinal profilini vermektedir. Dolu çizgiler ise aşınmadan sonraki kesici uç profilini göstermektedir.
Serbest yüzey aşınması; Kesici takımın hem asıl kesme kenarında, hem de yardımcı kesme kenarında meydana gelir. Talaş kaldırma sırasında asıl kesme işlemi asıl kesme kenarında meydana gelir. Yardımcı kesme ucu bir nevi tıraşlama yaparak, iş parçasının boyut toleransını ve bitmiş yüzey kalitesini tayin eder. Şekil 4’te görülen asıl kesme kenarı aşınması büyük kesme kuvveti ve yüksek sıcaklık ile metalin kesilmesinden oluşur[3]. Kesme esnasında artan kesme hızı ile sıcaklık artar. Sıcaklığın artması; kesici uçtaki yığıntı talaşın sertliğini ve dayanımını düşürür ve devam eden kesme sürecinde talaş üzerine gelen gerilmelere dayanamayarak kesici uçtan uzaklaştırılır. Yüksek kesme hızlarında yüzey pürüzlülüğünün artması; yüksek kesme hızlarında kesici takım ucunda meydana gelen küçük kırılmalarla (chipping) açıklanabilir[8].
Şekil-3’ te görülen asıl kesme kenarı aşınması büyük kesme kuvveti ve yüksek sıcaklık ile metal kesilmesinden oluşur. Şekil-4’ te ise; serbest yüzey aşınması, serbest yüzey ve asıl kesme köşesi görülmektedir. Sürtünme gerilmesinin yüksek olduğu, yapışma bölgesinde abrazif aşınma meydana gelerek kesici ucun talaş ile ilk temas noktasının biraz ötesinde kesici yüzeyde lokalize olarak dairesel ark şeklinde oyulmalar meydana gelir. Oluşan bu oyuklara krater (Şekil-5) adı verilir.
Kesici ucun bir nevi ekstrüzyona uğrayan, kesilmiş parça yüzeyi ile temas eden serbest yüzeyinde sürtünme neticesinde aşınmalar meydana gelir. Talaş yüzeyinde deformasyon sertleşmesi veya oksit tabakası oluştuğu zaman sertlik artmaktadır. Bu sert kısım ile temas halinde yüksek sıcaklıklardaki kesme kenarında çentik adı verilen lokalize aşınmalar meydana gelir (Şekil-6). Çentik aşınmalarının talaş kaldırma özelliklerine etkisi azdır. Ancak oluşan çentik genellikle derin olduğundan bu noktada gerilme yığılması meydana gelir ve talaş kaldırmaya devam edersek takım ani kırılmaya uğrar.
Aşırı sıcaklık artışı ve kesme gerilmeleri talaş yüzeyinde zamanla bir kraterin oluşumuna sebep olur. Aşınma genellikle KT derinliğinin ölçümü veya kesme kenarına dik olarak kraterin kesit alanının ölçümü ile kantitatif bir şekilde değerlendirilebilir (Şekil-7). Krater aşınması, aşınma, adhezyon ve takiben takım malzemesinin frenlenmesi difüzyon veya ısı yumuşama ve plastik deformasyonun etkisi altında sürekli bir şekilde artarak devam eder.
Kesici takımda meydana gelen hasarlardan; kesme işlemi sırasında etkin olan aşınma mekanizmalarını dört ana grupta toplayabiliriz(Şekil-2)[7].1- Adhezif aşınma, 2- Abrazif aşınma, 3- Tabakalaşma aşınması, 4- Kimyasal aşınma (Difüzyon, elektrokimyasal ve kimyasal çözünme). Adhezif aşınma, takım yüzeyindeki malzeme ile işlenen parça sıcaklık ve yüklerin etkisi ile birbirine kaynar (soğuk kaynak). İlerlemenin devam etmesi nedeni ile de birbirlerinden koparak ayrılırlar. Bu sırada, takım yüzeyinden bir miktar malzemede koparak uzaklaşır. Bu tip aşınma, kesme bölgelerindeki sıcaklığın yüksek olmadığı düşük kesme hızlarında ve daha çok kesici ucun serbest yüzeyinde görülür [7](Şekil-2,4,6 ve 7).
Abrazif aşınma durumunda, işlenen malzemede takım malzemesinden daha sert malzemeler bulunabilir. Bu sert partiküllerin takım yüzeyi ile teması sonucu, takım yüzeyinde aşınma söz konusu olacaktır. Takımın sertliği, bu aşınmanın hızına önemli derecede etki etmektedir. Bu tip aşınmanın en çok görüldüğü bölge, takım ile işlenen parça arasındaki ilk temasın olduğu en uç noktadır (Şekil-2 ve Şekil-7)[7]. Bu olay çok yumuşak malzemelerin kesilmesi sırasında dahi görülür.[3]
Tabakalaşma aşınması halinde ise kesme sırasında takımda oluşan plastik deformasyon, takım yüzeyinde küçük çatlakların başlamasına ve büyümesine neden olur. Büyüyen bu çatlaklar sonucunda, takım yüzeyinden ince bir tabaka koparak yüzeyden ayrılır. Bu aşınma mekanizması, takım ile işlenen parça arasında ilk temasın olduğu uç kısımda yaygın olarak görülür.
Kimyasal aşınma, kesme işlemi sırasında takım yüzeyinde meydana gelen çok yüksek sıcaklıklar nedeniyle meydana gelir. Yüksek sıcaklıklarda gerek difüzyon mekanizması ve iyon transferi ile gerekse de bölgesel ergimeler sonucu meydana gelen aşınma ile takım yüzeyinden malzeme kaybı söz konusu olacaktır. Bu aşınma tipi daha çok talaş yüzeyinde görülmektedir ve bu yüzeyde krater oluşumuna neden olmaktadır. Kraterin büyümesi ise takımın bu bölgeden kırılmasına ve ucun da kırılmasına yol açmaktadır. Talaşlı imalat sırasında oluşan bu aşınma mekanizmalarının etkinliği, kesme hızına ve kesme işleminin sürekliliğine bağlıdır.
Yukarıda anlatılanlara göre takım hasarlarını meydana geliş şekline göre; 1- Dereceli olarak yavaş yavaş takımda oluşan hasarlar, 2- Ani kırılmalar şeklinde oluşan hasarlar olarak iki ana grupta sınıflandırabiliriz. Dereceli olarak yavaş yavaş takımda oluşan hasarlar Şekil-7’b de görüldüğü gibi iş parçası ile taban yüzeyi arasında meydana gelen taban yüzeyi aşınması (VB), Şekil-3 ve Şekil-4’ te görüldüğü gibi KT derinliğinde bir oyuk veya çentik çoğunlukla iş parçasının yüzeyine karşı sürtünme neticesinde takım burnunun parçaya dalan kısmında oluşan burun aşınması, adhezyon, aşırı sıcaklık artışı ve kesme gerilmeleri ile talaş yüzeyinde zamanla oluşan krater aşınması, aşınma sonucu kesici kenarların yuvarlak hale gelmesiyle oluşan kenarların yuvarlaklaştırılması, kesme bölgesinde oluşan ısıl yorulma kırılgan takımlarda kesici kenara paralel ve dik kenar çatlaklarına yol açmaktadır.
Ani kırılma ile oluşan takım hatalarında genelde kırılgan malzemelerden imal edilen takımlar ani kırılma riski taşırlar. Bu olaya özellikle seramik ve sinter karbür gibi kırılgan malzemelerden imal edilen kesici takımlarla gerçekleştirilen süreksiz kesme tipi operasyonlarda sıkça rastlanır.
4-Kesici Takım Ömrü
Bir kesici takımın ömrünü iş parçasının istenen tolerans sınırları içinde üretilmesi ve iş parçasının yüzey kalitesinin istenen sınırlar içinde tutulması belirlemektedir. Bir kesici takım bu iki kriteri sağlayamadığı zaman kullanım ömrünü tamamlamış olur.
Kesici takımlar talaş kaldırma esnasında sürekli olarak aşınmaya uğrarlar. Kesici takımın ömrü biterken, takımın aşınma hızı da artar. Bu safhada kesme kuvveti hızla artar, kesme bölgesinden çıkan seste ani artış olur ve iş parçasının yüzeyinde parlak halkalar oluşmaya başlar. Serbest yüzey aşınması en önemli aşınma türü olduğu için takım ömrü tespitinde en önemli kriteri oluşturmaktadır.
Bir kesici takımda serbest yüzey aşınmasının kesme süresi ile değişimi Şekil-8’ de şematik olarak gösterilmiştir. Aşınma hızının değişimine bağlı olarak üç safha tanımlanmıştır. Birincil aşınma, ikincil aşınma ve üçüncül aşınma safhası. Yeni bir kesici uç ile talaş kaldırmaya başlandığında kesici ucun serbest yüzeyinde hızlı bir aşınma meydana gelir. Bu safhaya birincil aşınma bölgesi denir. Bu safhada aşınma hızı kesme şartlarına ve iş parçasının sertliğine bağlıdır. Kesme hızı arttıkça aşınma hızı azalır ve iş parçasının sertliği arttıkça aşınma hızı azalır.
İkincil aşınma safhasında, aşınma hızı sabit kalır. Aşınma hızı birincil bölgeye göre daha yavaştır. Birçok endüstriyel uygulamalarda serbest yüzey aşınması 0,8 mm’ye ulaştığında kesici takım değiştirilir. Bu aşınma miktarı kesici ucun pratik ömrünün sonu olarak kabul edilmektedir. Çıkartılan kesici takım taşlanarak yeniden kullanılabilir. Üçüncül aşınma safhası olarak adlandırılan aşınmanın son safhasında ise aşınma hızı çok yüksektir. Kesici takımda fazla miktarda serbest yüzey aşınma sınırı 0,3 – 1,0 mm arasında değişir. Genellikle 1 mm aşınmadan sonra tornalamaya devam edilirse üçüncül aşınma safhasına girilir.
Bütün şartlar sabit tutulurken sadece kesme hızı değiştirilerek takım ömrünün ölçümüne ait torna tezgâhında yapılan bir deneyde Şekil-9’ da da görüldüğü gibi kesici takım 120 m/dak kesme hızında 8 dakikalık kullanım ömrüne sahipken, 70 m/dak kesme hızında 53 dakikalık bir ömür ölçülmüştür[3].
Genel olarak kesme hızı ile takım ömrü arasında Taylor bağıntısı adı verilen aşağıdaki formül geçerlidir.
V. Tk = C
Bu formülde; V kesme hızını, T kesici takım ömrünü, C ve k ise iş parçası ve kesici takıma bağlı sabitleri göstermektedir. Bu formül çok düşük ve çok yüksek kesme hızları hariç geçerli bir formüldür.
5- Sonuçlar
Takım ömrünün tespiti amacıyla çelikler üzerinde çok sayıdaki deneysel çalışmada elde edilen sonuçlar takım malzemesi ve prosese bakılmaksızın takım ömrü dağılımının genellikle normal logaritmik karakterde ve büyük standart sapmalara sahip olduğunu göstermektedir[1,2,9].
Birçok endüstriyel uygulamada takımın ömrü, asıl kesme kenarının aşınması ile biter. Bu sırada yardımcı kesme kenarındaki serbest yüzey aşınması imalat toleranslarının sınırlarını aşacak boyuta henüz gelmemiştir[3].
İş parçası malzemesinin sertliğinin parça içinde bir noktadan diğer noktaya değişmesi, kesici takım malzemesindeki değişkenlik, geometri ve hazırlama şekli, takım tutucusu ve iş parçası bağlantısı ve diğer faktörlerden kaynaklanan titreşimler, iş parçası yüzey karakteristiklerinin değişimi, kullanılan soğutma sıvısının kimyasal etkisi, kesici takım hızı takım ömrünü doğrudan etkilemektedir.
Plastik deformasyon, gevrek kırılma ve kenar yontulması kesici takım aşınmasına katkıda bulunur. Kesici takım geometrisinin aşınma üzerinde etkin olduğu söylenebilir bu nedenle kesici takım geometrisinin değişimi aşınmayı arttırır. Gevrek kırılma, kesici takımın çalışması sırasında aniden kendini gösterir. Kesme hızı, takım tezgâhının devri, talaş kalınlığı takım ömrü üzerinde etkilidir, eğer kesme hızı düzgün ayarlanmamış, yüksek veya düşük devirde orantısız olarak talaş kaldırılıyorsa, oluşan aşırı kuvvetlerden dolayı kesici takım kırılır.
Süresiz kesme işlemlerinde karşılaşılan ani ısınma ve soğuma söz konusu olduğundan takım malzemelerinin ısıl şok direnci yüksek olmalıdır. Bölgesel kaynaklanmaların önlenebilmesi için takımın iş parçasına yapışma eğilimi düşük olmalıdır. Bu gereksinimin aksine kararlı bir ikinci kesme zonu oluşturabilmek için yüksek yapışma karakteristiğine ihtiyaç vardır. Takım malzemesindeki bileşenlerin iş parçasına difüzyonu hızlı aşınmaya yol açar. Bu nedenle takım malzemesinin iş parçasında çözünürlüğü düşük olmalıdır.
http://www.cadcamcaedunyasi.com/haber/detay/669 sitesinden alıntıdır.
kaynak: [1] Sönmez Murat, Ertunç H.Metin, Karakuzu Cihan, “Kesici Takım Aşınma Durumunun Yapay Sinir Ağı Kullanılarak Belirlenmesi”, Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kocaeli(2006)
[2] Işık Yahya, “Talaşlı İmalatta On-Line Takım Durumu İzleme Yöntemleri”, Uludağ Üniversitesi Mühendislik – Mimarlık Fakültesi Dergisi, Citt 9- Sayı 1/2004, Bursa (2004)
[3] Arıduru Ali, “Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Talaş Kaldırma Kabiliyeti “ Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul (1995)
[4] Çeviri; Dinçmen Murat, “ Takımlar ve Takım Tezgâhları”, Karadeniz Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Karadeniz Üniversitesi Basımevi, Trabzon (1984)
[5] Nalbant Muammer, Altın Abdullah, Gökkaya Hasan, “İşleme Parametrelerinden Kesme Hızının Inconel 718 Super Alaşımının İşlenebilirliğine Etkisi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Cilt 21, No:3/2006, Ankara (2006)
[6] Salman Serdar, Gündüz Oğuzhan, Oktar Faik, “ Katodik Vakum Ark Yöntemi İle Kaplanan ZrN Kaplamalara Pulse Bias Voltajının Etkisi”, Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma 2005/3, İstanbul (2005)
[7] Kayalı E.Sabri, Eruslu Niyazi, Urgen M., Taptik Y., Çimenoğlu H., “Hasar Analizi Seminer Notları”, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, İstanbul ( 07-11 Nisan 1997)
[8] Çiftçi İbrahim, “Östenitik Paslanmaz Çeliklerin İşlenmesinde Kesici Takım Kaplamasının ve Kesme Hızının Kesme Kuvvetleri ve Yüzey Pürüzlüğüne Etkisi” , Gazi Üniversitesi Müh. Mim. Fakültesi Dergisi, Cilt 20, No:2, Ankara(2005)
[9] Ateş S., Er A.O., Aslan E., Camuşçu N., “Sertleştirilmiş P20 Kalıp Çeliğinin Kübik Bor Nitrür Kesici Takımlarla Yüksek Hızlarda Frezelenmesi”, 12. Uluslar arası Makine Tasarım ve İmalat Kongresi 05-08 Eylül 2006, Kuşadası (2006)
