Minimum Miktarda Yağlama Sistemi ile İşleme

Kesme sıvıları, fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle kesme esnasında ortaya çıkan termal veya mekanik arızaların azaltılmasında önemli rol oynamaktadırlar. Kesme sıvıları, soğutma işlemini yapmalarının yanında yağlama yaparak kesici takım-iş parçası ara yüzeyindeki sürtünmeyi azaltarak takım ömrünün uzamasına ve işleme kalitesinin artmasına yardımcı olurlar. Ancak, bazı durumlarda soğutma-yağlama sisteminin maliyeti önemli seviyelere çıkmaktadır. Örneğin; Avrupa otomotiv endüstrisinde yapılan araştırmalara göre işleme sürecinde kullanılan kesici takım maliyeti toplam üretim maliyetinin %2 ila 4’üne denk gelirken kesme sıvısı maliyeti toplam üretim maliyetinin yüzde 8 ila 18’sini oluşturmaktadır [21], [114]. Bir başka örnekte, bir yıllık ortalama kesme sıvısı tüketimi Almanya’da 70000 ton civarındayken bu rakam Amerika Birleşik Devletleri’nde 300000 tondan fazladır [115]. Yine bir başka araştırmaya göre,

Amerika’da her yıl ortalama 1,2 milyon çalışan bu sıvıların getirdiği sağlık sorunlarıyla karşı karşıya kalmaktadır [116].

Gerek maliyet gerekse de çevresel etkilerden dolayı kesme sırasında kullanılan kesme sıvılarının miktarını azaltmanın bir gereklilik olduğu ortaya çıkmaktadır. Örneğin; Ford Motor Şirketi tarafından sunulan rapora göre, MMY sisteminin kullanılmasından itibaren takım ömrü, bakım maliyetlerinde değişiklik göstermekle birlikte toplam üretim maliyetlerinde %13 gibi bir azalma görülmüştür [117]. Kesme sıvılarının miktarını azaltarak üretim maliyetlerini aşağı çekmek için kuru, kriyojenik, YHK ve MMY olmak üzere dört teknik kullanılmaktadır. Kuru işleme, çevre dostu ve düşük maliyetli olmasının yanında kurumsal açıdan ekonomi ve çevre dostu üretim süreçlerinin tercih edilmesi pazarda iyi bir görüntüye yol açmakta ve bu da iyi bir reklam anlamına gelmekte olduğundan son derece faydalı bir yöntemdir. Ancak, daha yüksek işleme verimi ve daha iyi yüzey kalitesinin istendiği ağır kesme koşullarında kuru kesmenin olumlu etkileri çok daha azdır [20]. Kriyojenik işleme de yüksek kesme hızlarında fark yaratacak sonuçlar verememektedir [22]. Bu nedenle kesme yağlarının çok küçük miktarda kullanıldığı yarı kuru kesme olarak da adlandırılan MMY sistemi pratik operasyonlar için çok önemli rol oynamaktadır.

“Minimum Miktarda Yağlama” kavramı ilk olarak 1996 yılında Michigan Teknik Üniversitesi’nde görevli W. D. Hewson ve G. K. Gerow adlı bilim insanları tarafından ortaya atılmıştır [118]. MMY sistemi, günümüz imalat işlemlerinde yaygın olarak kullanılan ve bu alanda araştırma yapan bilim insanları için önemli bir obje olarak karşımızda duran yeni nesil bir soğutma-yağlama teknolojisidir [119]. MMY, üç ana işleme yöntemi olan torna, freze ve delmenin yanında taşlama işlemlerinde de yoğun olarak kullanılmaktadır [120]-[123]. Kuru ve konvansiyonel soğutma-yağlamanın karışımı olarak tanımlanabilen MMY, her iki sistemin avantajlarını bünyesinde toplamaktadır. MMY sisteminin en belirgin faydaları üretim maliyetlerini aşağı çekmek ve işçi sağlığını korumak olarak sıralanabilir [124]. MMY sisteminin kullanımı ile birlikte toplam üretim maliyetinde % 15’e kadar iyileştirme sağlanabilmektedir. MMY sistemi en genel tanımıyla çok az miktarda (bazı kaynaklar yağ miktarını maksimum 50ml/s olarak tanımlarken [125] bazı kaynaklarda ise bu oran 50-500ml/s olarak [113] veya 10- 150ml/s olarak verilmektedir [123]) yağ kullanımı veya konvansiyonel soğutma-yağlama sistemi ile arasında 1/10000 lik bir kesme sıvısı tasarrufu [24] ve parçacık haldeki kesme sıvısının basınçlı hava yardımıyla kesme bölgesine püskürtülmesi olarak tanımlanabilir.

Minimum kesme sıvısı kullanımını amaçlayan MMY sistemi, kesme sıvısını yüksek basınçlı hava ile kesme bölgesine iletmeyi amaçlamaktadır [126]. Bu yüksek basınçlı püskürtme soğutma ve yağlama görevinin yanında kesme sıvılarının bir başka görevi olan talaşı kesme bölgesinden uzaklaştırma işlemini de yapmaktadır [127].

Minimum miktarda yağlama sisteminde, 10 bar civarında basınçlı havaya ihtiyaç duyulduğu için bunu karşılayabilecek bir kompresör kullanılır. Kompresörden gelen bu yüksek basınçlı hava, farklı basınç değerlerine sahip sıvı haznesi ve karıştırma haznesine gönderilir. Çok küçük çaplı esnek bir tüp aracılığıyla birbirine bağlı olan bu hazneler yardımıyla karıştırılan kesme sıvısı-hava kombinasyonu yine kompresörde üretilen yüksek basınç tarafından kesme bölgesine iletilir. MMY sistemlerinde kesme sıvıları kesme bölgesine takımın içindeki kanallar vasıtasıyla içeriden veya sabit nozullarla dışarıdan olmak üzere iki farklı şekilde aktarılabilir [20].

4.5.3.1. Dâhili Minimum Miktarda Yağlama Sistemi

Dâhili minimum miktarda yağlama sisteminde soğutma hava ile yağlama ise hava içerisindeki küçük yağ damlacıkları (aeresol) ile yapılır. Bu sistemde aeresol, yağlama sisteminin içerisinde üretilerek hortumlarla dönen milin içinden geçer. Takımın içindeki MMY soğutma kanallarından da geçerek iş parçasına ulaşır [104]. Şekil 4.5’de dâhili minimum miktarda yağlama sistemini gösteren şematik görünüm verilmiştir.

Dâhili MMY sistemi kendi içinde tek kanallı ve çift kanallı olmak üzere ikiye ayrılır (Şekil 4.6). Tek kanallı sistemde, yağ-hava karışımı dışarıda hazırlanarak püskürtülür, çift kanallı sistemde ise yağ ve hava ayrı ayrı takım içine gelir ve orada karıştırılır. Dâhili MMY sistemlerinde aeresol oluşturmak için özel bir alet kullanılmaktadır. Bu sayede damlacıkların büyüklüğü 0.3-1µm’ye kadar düşürülebilmektedir. Damlacıkların kütlelerinin az olması ataletlerinin de küçük olmasına neden olur. Ataletleri küçük olan aeresollar keskin dönüşler ya da yüksek hızda dönen millerden önemli bir değişikliğe uğramadan geçebilir ve istenilen yağlama noktasına ulaştırılabilir [104].

Şekil 4.6. Dâhili MMY sisteminin şematik gösterimi [129].

Bu yöntemle takımın pozisyonundan bağımsız olarak püskürtülen sıvı kesme kenarına ulaşır. Derin delik delme işlemlerinde, büyük l/d oranı içten püskürtmeli minimum miktarda yağlamayı vazgeçilmez hale getirmektedir. Bu yöntemin diğer avantajları ise nozul konumlandırmadan kaynaklanabilecek hataların önlenmiş olması ve takım içinden püskürtme yapıldığı için isleme alanının besleme borularıyla işgal edilmemiş olmasıdır [104].

4.5.3.2. Harici Minimum Miktarda Yağlama Sistemi

Harici MMY yönteminde soğutma uygulaması sabit nozullarla dışarıdan püskürtme şeklinde yapılır. Bir veya birden fazla karışım düzenleyicisi ve soğutma hortumlarına ek olarak püskürtme ağzından oluşur. Sıkıştırılmış hava sisteme beslenir. Bu sayede kesme sıvısı rezervuarının üzerindeki basıncı artırır. Üniteye beslenen basınçlı hava sayesinde sistemde artan basıncın etkisiyle kesme sıvısı hava ile karışmadan taşınır. Sprey nozuldan eş merkezli şekilde hava ile karışarak atomize olmuş bir halde kesme bölgesine iletilir (Şekil 4.7).

Şekil 4.7. Harici püskürtmenin uygulanması [128].

Harici yağlama sistemi de dâhili yağlama sisteminde olduğu gibi kendi içerisinde tek kanallı ve çift kanallı olmak üzere ikiye ayrılır. Tek kanallı harici yağlama sisteminde, yağ hava karışımı dışarıda hazırlanarak püskürtülür, çift kanallı sistemde ise yağ ve hava ayrı ayrı nozul içine veya takım içine gelir ve orada karıştırılır. Dıştan püskürtmeyi gerektiren uygulamalarda aeresol kesici uca dışarıdan bir veya daha fazla nozulla ulaştırılır. Burada nozul sayısı, yönü ve düzeni yöntemin kalitesini belirlemede önemlidir. Bu yöntem; kesme, parmak ve alın frezeleme ve tornalama işlemlerinde kullanılmaktadır. Delme, raybalama ve diş açma gibi işlemlerde sadece uzunluk/çap oranı l/d < 3 olduğu durumlarda dıştan püskürtme kullanışlıdır [104].