Proses parametrelerinin takım ömrüne etkisi

Faklı aşınma mekanizmaları; iş parçasının çeşitli bileşenlerinin sertlik ve mukavemeti, takım malzemesinin sıcak sertliği, tokluğu ve abraziv aşınma dayanımı, takım sıcaklığı, iş parçası malzemesi ve takım malzemesi arasındaki afiniteden etkilenir [52].

7.1.8.1. Takım malzemesi

Takım malzemesinin ömrünü artıran özellikler şunlardır:

a) deformasyona, özellikle yüksek kesme hızlarında takımın talaş yüzeyi ve serbest yüzeyinde yüksek sıcaklıkların oluşumunda meydana gelen abrazyon ve adhezyona karşı dayanabilmek için yüksek sıcak sertlik,

b) darbeli kesimlerde ani yüklenmelere, büyük kararlı kesme yüklenmelerine dayanabilmek için yüksek tokluk,

c) yüksek aşınma dayanımı,

d) iş parçası ile kimyasal afinitenin olmaması,

e) termal gerilmeleri ve termal şoku minimize etmek için yüksek termal iletkenlik (düşük termal genleşme katsayısıyla beraber) [52].

7.1.8.2. İş parçası malzemesi

Takım ömrünü artıran iş parçası malzemesi özellikleri şunlardır:

a) kesme kuvvetlerini, kesme sıcaklığını ve abraziv aşınmayı azaltmak için yumuşaklık (sert olmaması),

b) yüzey pulları, kum ve curuf inkluzyonları gibi abraziv bileşenler bulundurmaması,

c) kesme kuvvetlerini ve kesme sıcaklığını azaltmak için sınır yağlayıcıları ve kükürt gibi rol oynayan bazı ilavelerin varlığı,

d) kesme kuvvetlerini, kesme sıcaklığını ve abraziv aşınmayı azaltmak için işleme sertleşmesinin olmaması,

e) elverişli mikroyapılara sahip olması. Örneğin yüksek karbonlu çeliklerde takım ömrü perlitik yapı karakteristiği ile değişir. Örneğin lamelli perlit takım ömrü için olumsuz bir etki yaparken küresel perlit takım ömrü için oldukça avantajlıdır. Buna benzer şekilde dökme demirlerde, yüksek miktarda serbest grafit ve ferrit

bulunduran bir yapı, serbest demir karbür bulunduran bir yapıya göre çok daha iyi takım ömrü verir [52].

7.1.8.3. Kesme hızı, ilerleme hızı ve kesme derinliği

Yüksek kesme hızları takım sıcaklığını artırır ve takım malzemesini yumuşatır. Böylelikle abraziv, adheziv ve difuzyonal aşınma mekanizmaları aktive edilmiş olur. Kümülatif etki, Taylor’un takım ömrü ile ilgili formülünde verildiği gibi takım ömründe exponansiyel bir azalma meydana getirir.

İlerleme hızı ne kadar büyükse talaş yüzeyinde talaş-takım temas alanı ve serbest yüzeyde işparçası-takım temas alanı başına düşen kesme kuvvetleri o kadar büyük olur. Kesme sıcaklıkları ve böylelikle farklı tipteki aşınmalar artar. İlerleme hızındaki bir artışın sonucu olarak kesme kuvvetlerindeki bir artış aynı zamanda mekanik şok doğrultusunda kesici köşeden parçacık kopma olasılığını artırır. Bununla birlikte kesme hızındaki değişimlere oranla ilerleme hızındaki değişimlerin takım ömrü üzerinde daha küçük bir etki yaptığı gözlenmiştir.

Kesme derinliği artarsa, talaş-takım temas alanı kabaca kesme derinliğindeki değişime eşdeğer oranda artar. Sonuçta, takım sıcaklığındaki artış nispeten düşüktür. Böylece kesme derinliğindeki bir artış abraziv, adheziv ve difuzyonal türde takım aşınmalarını hızlandırdığı ölçüde takım ömrünü azaltır.

Mekanik şoka bağlı olarak parçacık kopması ve yorulma aşınması kesme kuvvetlerindeki artış nedeniyle artma eğilimindedir [52]..

7.1.8.4. Takım geometrisi

Talaş açıları, kesici köşe açıları, serbest yüzey açıları (serbest açılar) ve uç yarıçapı değişen oranlarda takım ömrünü etkiler.

Yan talaş açısı, arka talaş açısı veya her ikiside arttığında efektif talaş açısı (αe veya αv) artar. Talaş açısındaki artışla beraber kesme yükleri, takım sıcaklıkları ve takım aşınması azalır. Yani, talaş açıları arttığında takım ömrü artar. Fakat, çok büyük eğim açıları kesici köşeyi keskin yapar ve mekanik dayanımını azaltır. Bu yüzden her takım-iş parçası için optimum bir talaş açısı vardır (Şekil 7.17).

Şekil 7.17. Efektif talaş yüzeyi açısı ile takım ömrü ilişkisi.

Yan kesici köşe açısı, kesme alanını etkilemeksizin birbirine birleşen kesici köşenin uzunluğunu değiştirir. Bunun sonucu olarak talaş eşdeğeri, q değişir, sonuçta takım ömrü artar.

Uç yarıçapındaki artış da talaş eşdeğeri, q değerini artırır ve takım ömrünü geliştirir. Şekil 7.18’de görüldüğü gibi, serbest yüzey açısı arttığında, belli bir serbest yüzey aşınma bölgesi genişliğine ulaşmak için gereken aşınma hacmi artar. Böylece, büyük serbest açılar söz konusu olduğunda daha uzun bir takım ömrü elde edilir. Öte yandan, serbest açılar büyüdükçe, kesici köşenin mekanik dayanımı o kadar azalır ve kesici köşe daha fazla parçacık kopmasına veya kırılmaya maruz kalır. Serbest açılar optimum olduğunda takım ömrü de optimumdur (Şekil 7.19) [52].

Şekil 7.19. Serbest yüzey açısının optimizasyonu.

7.1.8.5. Kesme sıvısı

Kesme sıvısı talaş ve iş parçasını soğutur. Bunun yanında takım-iş parçası ve takım- talaş arayüzeylerindeki sürtünme gerilmesi değerlerini azaltabilir. Böylelikle, kesme sıcaklıkları azaltılmış olur. Eğer takım malzemesi düşük sıcak sertlik değerlerine sahipse (örneğin karbonlu çelikler ve HSS takımlar), soğutucu takım ömrüne önemli bir katkı yapar. Fakat, yüksek sıcak sertlik değerlerine sahip sert metaller ve oksit takımlar üzerinde soğutucular takım ömrüne çok büyük bir etki yapmazlar [52].

7.1.8.6. Tezgah-takım sisteminin titreşim davranışı

Tezgah, takım ve iş parçası birkaç titreşim moduna sahip titreşim sistemi oluştururlar. Tezgah, takım ve iş parçasının bireysel rijitlikleri ne kadar büyükse ve doğal sönümleme ne kadar büyükse; sistemin dinamik rijitliği o kadar büyüktür ve büyük titreşim genliklerine eğilim o kadar küçüktür. Öte yandan, tezgah doğru bir şekilde dizayn edilmezse, iş parçası uzun ve ince ise veya takım çıkıntısı çok fazla ise; kesme sırasında titreşim oluşabilir. Bu durum titreşimin mekanik şok nedeniyle yorulma hasarına veya katastrofik hasara neden olması olarak bilinir [52].

7.1.8.7. Darbeli kesme

Bazen iş sırasında kesici köşenin sık sık iş parçasına girmesi ve çıkması gerekebilir (örneğin uzunlamasına oyuklar içeren iş parçasının kesilmesi sırasında). Her giriş ve çıkış kesici köşede bir darbe demektir ve bu özellikle takım malzemesi sert veya gevrek olduğunda takım ömrünü azaltabilir [52].

7.1.8.8. Yığıntı köşesi

Uygun kesme koşulları altında, belli takım-iş parçası çiftlerinde yığıntı köşesi oluşabilir. Yığıntı köşesi takımın kesici köşesiyle birleşir ve işleme sertleşmesi sayesinde takımın kesici köşesi gibi davranmaya başlar. Yığıntı köşesi takımın efektif talaş açısını artırır ve kesme kuvvetlerini, takım sıcaklığını ve takım aşınmasını azaltır. Fakat yığıntı köşesi boyut olarak büyüme eğilimindedir ve zamanla kararsızlaşmaya başlar ve sonuçta parçalanır. Yığıntı köşesinin kırık parçaları talaş yüzeyinin ve serbest yüzeyin üzerinde yuvarlanır. Bu takdirde, bu kopan parçalar anılan yüzeyleri kuvvetli bir biçimde aşındırır. Yığıntı köşesinin en önemli etkisi serbest yüzey aşınmasında bir artış, krater aşınmasında ise bir azalma meydana getirmesidir [52]. Şekil 7.20’de talaşla birlikte oluşan yığıntı köşesinin şematik gösterimi verilmiştir. Kesme hızının artmasıyla yığıntı köşesi küçülerek kaybolur.

HSS alaşım tipleri arasında oldukça büyük farklar görülür. Alaşım farkları benzer bir şekilde performansa yansır. Performansı direkt belirleyen karbür miktarı ve matriks sertleşme potansiyelleri, alaşım elementi ve karbon miktarı ile ısıl işlem karakteristiğine göre değişir [50].

Şekil 7. 20. Takım/talaş temas yüzeyinde yığıntı köşesi oluşumunun şematik gösterimi.