Kesici Takımlarda AĢınma Mekanizmaları

Takım aĢınması kesici kenar üzerine etkiyen yük faktörlerinin bir sonucudur. Kesici kenarın ömrü birçok yüke bağlı olarak belirlenir. AĢınma olayı ise takım ve iĢ parçası malzemesi ile iĢleme koĢullarının etkileĢiminden kaynaklanan bir olaydır. ġekil 7.1’de (A) mekanik, (B) ısıl, (C)kimyasal, (D) abraziv yükleri temsil etmektedir.

ġekil 7.1. Tipik aĢınma bölgeleri

Mekanik yükün statik bileĢeninin yanı sıra talaĢ oluĢumundan, değiĢken talaĢ derinliklerinden, darbeli ve frezeleme iĢlemindeki gibi aralıklı kesme iĢlemlerinden kaynaklanan çeĢitli dinamik bileĢenleri de söz konusudur. TalaĢ kaldırma iĢlemi esnasında kesici ucun talaĢ ve serbest yüzeylerinde büyük miktarda ısı oluĢumu söz konusudur. Takım malzemesi için ısıl yükün ve frezeleme iĢlemi gibi bazı iĢlemlerde, kesici kenarın iĢ parçasından çıkması ve iĢ parçasına tekrar girmesi esnasında dinamik bileĢenin de göz önüne alınması gerekir.

TalaĢ kaldırma iĢlemi sürekli olarak temiz bir metal yüzeyinin oluĢtuğu ve bu yüzeyin takım malzemesi boyunca çok yüksek basınç ve sıcaklıklara maruz kaldığı iĢlemdir. OluĢan bu yüzey metallerin difüzyonu ve kimyasal reaksiyonlar için son derece çekici bir ortam teĢkil eder.

TalaĢ kaldırma iĢlemi sırasında birçok iĢ parçası malzemesi içersinde sertlikleri bazen takım malzemesinin sertliğine yaklaĢan, son derece sert parçacıklar bulunur. Bu parçacıklar takım üzerinde aĢındırıcı bir etkide bulunurlar. Bu kalıntıların ve cüruflu bir yüzeyin söz konusu olmadığı durumlarda bile talaĢ kaldırma iĢlemi esnasında, kesici kenar üzerinden geçen malzeme nedeniyle, değiĢen miktarlarda abraziv bir aĢınma söz konusudur.

ĠĢleme esnasında kesici kenar üzerine etkiyen çeĢitli yük faktörleri nedeniyle temel aĢınma mekanizmaları talaĢ kaldırma iĢlemine dolayısıyla kesici takımın aĢınmasına etkide bulunurlar. Bu aĢınma mekanizmalarının kesme hızı arttıkça takım aĢınmasını nasıl etkilediği ġekil 7.2’de ki grafikte sembolize edilmiĢtir. Bu grafikte a; kesme kenarı deformasyonu, b; Abraziv aĢınma, c; yığma kenar oluĢumunu, d; difüzyon aĢınmasını, e; oksidasyon aĢınmasını, f; toplam aĢınmayı göstermektedir.

ġekil 7.2. Kesici takımda meydana gelen aĢınma prosesleri (Iscar 2006)

7.2.1. Abraziv AĢınma

En yaygın aĢınma tiplerinden biridir. Genellikle iĢ malzemesine ait sert parçacıklar nedeniyle ortaya çıkar. Bu durum, iĢ parçası yüzeyi ile takım arasına giren sert parçacıkların neden olduğu taĢlama iĢlemine benzer bir durumdur (ġekil 7.3). Bu aĢınma tipi kesici ucun serbest yüzeyinin aĢınmasına yol açar. Kesici

kenarın abraziv aĢınmaya dayanma kabiliyeti önemli ölçüde ucun sertliğine bağlıdır. Sert parçacıkların sıkıĢtırılması ile elde edilen takım malzemesi önemli ölçüde abraziv aĢınmaya dayanacaktır ancak bu malzemenin diğer tip yüklere de dayanabilmesi için gereken önlem alınmalıdır.

ġekil 7.3. Abraziv aĢınma

7.2.2. Difüzyon AĢınması

Bu aĢınma tipi kesme iĢlemi esnasında daha çok kimyasal yükten etkilenir. Takım malzemesinin kimyasal özellikleri ile takım-iĢ parçası malzemesi arasındaki afinite difüzyon aĢınması mekanizmasının ortaya çıkmasına neden olur (ġekil 7.4). Takım malzemesi sertliğinin bu tip aĢınma üzerine etkisi yoktur. Malzemeler arasındaki metalürjik iliĢkiler aĢınma miktarını belirler. Bazı takım malzemeleri birçok iĢ parçası malzemesiyle etkileĢime girmez, bazılarının ise bazı iĢ parçaları ile afinitesi yüksektir.

Örneğin tungsten karbür ile çelik arasında bir etkileĢim söz konusudur. Bu ise difüzyon aĢınması mekanizmasının ortaya çıkmasına neden olur ve aĢınma sonucu kesici ucun talaĢ yüzeyi üzerinde bir krater oluĢur. Bu aĢınma mekanizması önemli ölçüde sıcaklığa bağlıdır. AĢınma yüksek kesme hızlarında en büyük kesme hızlarına ulaĢır.

Difüzyon aĢınmasının yüksek kesme hızlarında artması söz konusudur. Bu tip aĢınma tüm takım malzemeleri için söz konusu değildir ve bu tip aĢınmayı önlemek için çeĢitli önlemler alınabilir. Örneğin çeliklerin iĢlenmesinde sinterlenmiĢ karbür kalitesini iyileĢtirmek amacıyla ilave bir gama fazı koruyucu kalkan görevi görecektir. Mesela Al2O3 hiçbir Ģekilde iĢ parçası ile reaksiyona girmeyen malzemedir. Bu nedenle de yüksek difüzyon aĢınması direncine sahiptir.

7.2.3. Oksidasyon AĢınması

Yüksek sıcaklık ve havanın varlığı birçok metal için oksidasyon demektir. Oksitler birbirlerine göre farklılık gösterirler. Tungsten ve kobalt gözenekli oksit film tabakaları oluĢtururlar, ancak bu tabakalar talaĢ ile yüzeyden uzaklaĢtırılabilirler. Alüminyum oksit gibi bazı oksitler ise son derece dayanıklı ve serttir. Bu bazı takım malzemeleri için kesici takımın aĢınması söz konusudur. Özellikle kesici kenarın talaĢ ile temasta olan kısmında, talaĢ geniĢliğinin sona erdiği noktada (talaĢ derinliğinde) havada kesme iĢlemine etkide bulunur ve oksidasyon nedeni ile kenarda çentikler oluĢur. Oksidasyon aĢınması günümüzde talaĢlı imalat alanında pek yaygın olmayan bir aĢınma tipidir.

7.2.4. Yorulma AĢınması

Termo-mekanik bir kombinasyonun sonucudur. Sıcaklıktaki dalgalanmalar ve takıma etkiyen kesme kuvvetlerinin sıfır ile maksimum değerler arasında değiĢmesi kesici kenarın çatlamasına ve kırılmasına yol açar (ġekil 7.5). Aralıklı kesme iĢlemi ucun sürekli olarak ısınıp soğumasına ve talaĢ ile temasta olan kesici kenarda Ģok etkisine neden olur. Bazı takım malzemelerinin diğer takım malzemelerine göre

yorulma aĢınmasına daha duyarlı olduğu bilinmektedir. Mekanik yorulma kesme kuvvetlerinin kesici kenarın mukavemetinden çok daha büyük olduğu durumlarda görülür. Bu durum sert ve dayanıklı iĢ parçası malzemelerinin çok yüksek ilerleme hızlarında iĢlendiği veya takım malzemesinin yeterince sert olmadığı durumlarda söz konusudur. Bu gibi durumlarda plastik deformasyon oluĢur.

ġekil 7.5. Malzemede yorulma aĢınması

7.2.5. Adeziv AĢınma

Genellikle takımın talaĢ yüzeyindeki düĢük ilerleme sıcaklıklarından dolayı ortaya çıkar (ġekil 7.6). Çelik, alüminyum ve dökme demir gibi uzun ve kısa talaĢ oluĢumunun söz konusu olduğu malzemelerde görülür. Bu aĢınma mekanizması genellikle kenar ile talaĢ arasında yığma kenar oluĢumuna neden olur. Yığma kenar oluĢumu talaĢ tabakalarının sürekli olarak kesici kenar üzerine kaynak olup kenarın bir parçası haline gelmeleri iĢlemidir. Bu kenarın çok fazla büyümesi ve bir noktada kopması, kesici kenar üzerinden bir kısım malzemenin de yığma kenar ile uzaklaĢmasına neden olur. Bazı kesici takım malzemeleri ve sünek çeliklerde yığma kenar oluĢumu diğerlerine göre çok daha fazladır. Belirli bir sıcaklık aralığında takım ve iĢ parçası malzemeleri arasındaki afinite ve kesme kuvvetlerinden dolayı ortaya çıkan yük adeziv aĢınmayı oluĢturan nedenlerdendir. Belirli bir malzemenin iĢlenmesi esnasında bu aĢınma türü talaĢ derinliğinin maksimum değerinde hızlı bir bölgesel aĢınmaya neden olur.

ġekil 7.6. Adeziv aĢınma

Bu temel aĢınma mekanizmaları genellikle iĢ parçası malzemesi ve kesici kenarın kesmeye katılan kısmı üzerinde etkide bulunurlar. Takım-iĢ parçası malzeme çiftine göre takım üzerinde oluĢan aĢınma tipi değiĢir. Bu aĢınma mekanizmalarının tam anlamıyla anlaĢılması takım aĢınma tiplerinin analizini ve iĢlemler için doğru takım seçimini önemli ölçüde kolaylaĢtıracaktır.