Talaş oluşumu

Kesici takım yardımıyla şekil verme uygulamaları sırasında iş parçasının yüzeyinde talaş oluşumu meydana gelmektedir (Şekil 4.2).

Şekil 4.2. TS 95’e göre standart HSS torna kalemi tanımı.

Metal kesme işlemlerinde kesici takımın kenarlarını oluşturan yüzeyler, kesme sırasında iş parçasından talaş kaldırarak yeni yüzey oluşturur. İş parçası ve kesici takımda oluşan iki yeni yüzey arasında bir güç uyguladığından, temas bölgelerinde çok yüksek gerilimler ve yüksek ısı oluşur; böylece hem kesici takımın hem de iş parçasının yüzeyi hasara uğrar. Bu nedenden ötürü, kesici takımın daha kalın bir yüzeyden ince bir tabaka kaldırmak için, iş parçasına doğru asimetrik olarak hareket ettirilen geniş-açılı bir kama formunda olmasını gerekir [1] (Şekil 4.3). Bu tabakanın, takım ve iş parçası arasında oluşan gerilime dayanmasına olanak sağlamak için ince

Şekil 4.3. Metal kesme diagramı [1].

Pratik işleme uygulamalarında, iş parçası üzerinden kaldırılan tabakanın (talaş), en az 60˚ lik bir açı ile takımın meyilli yüzeyi (talaş yüzeyi) boyunca yön almasını sağlamak için, takım ucu açısının 55˚ ila 90˚ arasında olması istenmektedir. Bu işlemde, kaldırılan metalin tüm hacmi plastik deformasyona uğramaktadır ve bundan dolayı da talaşın oluşması ve takım yüzeyi boyunca ilerlemesi için yüksek miktarda bir enerjiye ihtiyaç vardır. İşleme sonucu, işparçasının yeni yüzeyi (Şekil 4.3’deki OA) ve talaşın alt yüzeyi (BC) olmak üzere iki yeni yüzey oluşmaktadır. Yeni yüzeylerin oluşması enerji gereksinimini ortaya çıkarmaktadır.

İşlemenin esas amacı yeni iş yüzeyi biçimi vermektir. İşleme esnasında tüketilen enerjinin büyük bir bölümü talaş oluşumu ve bu talaşın kaldırılmasına harcanmaktadır. Bu nedenle metal işlemedeki pratik ve ekonomik problemler takım performansı ve talaş kaldırma hızı ile bağlantılıdır.

Talaş endüstriyel işleme uygulamalarında biçim ve büyüklük açısından çok fazla çeşitlilik göstermektedir. Şekil 4.4’de bazı örnek talaş şekilleri gösterilmiştir.

Şekil 4.4. Bazı örnek talaş şekilleri.

Tüm talaş şekillerinin oluşumu, takım kenarından açılarak talaşın üst tarafının iş parçası yüzeyinden (Şekil 4.3’deki OD) ayrıldığı konuma ilerleyen bir düzlem bölgesindeki iş parçasının kesilmesini içermektedir. Bu bölgede çok kısa bir zaman aralığında bir çok metal ve alaşımın dayanamayarak kırılacağı yüksek miktarda gerilim (ve dolayısıyla gerinme) oluşur. Örneğin gri dökme demir talaşları kopmuş parçalı şekilde olurken, daha sünek malzemeler özellikle çok düşük kesme hızlarında dilimli talaş şekilleri oluşturabilirler [1].

Talaşlı imalatta, kesici takımın kesme köşesinin iş parçası malzemesi içerisine girmesiyle iş parçası malzemesi elastik ve plastik deformasyona uğrar. Temelde malzemenin çok kısa bir zaman süreci içerisinde kayma yöresinde gerinmesiyle, talaş oluşarak iş parçasından ayrılır. İş parçasının gerilim altında gerinim tutumu oluşacak talaş tipini belirler. Genelde talaş şekillerinin oluşumu sürekli ve süreksiz talaş olarak iki ana kısım altında toplanabilir.

Süreksiz talaş, talaş oluşumunda en çok istenen oluşumdur ve kesme yüzeyinden kolaylıkla temizlenmesi gibi pratik anlamda bir avantajı vardır. Ne var ki, birçok kesme koşulu altında sünek malzemeler ve alaşımlar kesme düzleminden kırılmazlar ve bu durumda Şekil 4.5’te gösterildiği gibi sürekli bir talaş oluşur. sürekli talaşlar

Sürekli ve süreksiz talaş oluşumu birbirinden tamamen bağımsız, ayrı ayrı tanımlanabilen kategoriler değildir, işleme sırasında işlenen malzemede her iki tip talaş oluşum şekli de gözlemlenebilir. Sürekli talaşların uzunlamasına olan şekli, takımın talaş yüzeyi üzerine yapılacak yivlerle, helezonik şekillere çevrilebilir ki bu da talaş şeklinin mekanik olarak değiştirilebileceğini gösterir (Şekil 4.5). Talaşların enine kesitleri ve kalınlıkları metal kesme analizlerinde çok fazla önem taşımaktadır [33].

Şekil 4.5. Sürekli talaşın üç değişik yönde oluşumu [1].

Sürekli talaşlar, düşük karbonlu çelikler, bakır, pirinç ve aluminyum alaşımları gibi sünek malzemelerin kesiminde şerit şeklinde oluşmaktadır. Kesici takımdaki basınç, kesici köşenin iş parçası üzerine kuvvet uygulamasıyla malzemenin plastik deformasyonuna neden olur. Daha sonra kesici uc talaş yüzeyinde bir miktar daha ilerleyerek takımdan ayrılır. Talaş ve takım arasındaki sürtünme, talaş üzerinde ikincil (ilave) bir deformasyona neden olabilir.

Takım ucunun geçtiği bölge boyunca oluşan alan, birincil deformasyon bölgesi olup, talaş yüzeyindeki deformasyon bölgesine genellikle ikincil deformasyon bölgesi denmektedir (Şekil 4.6). Her iki bölgede de talaş yüzeyinde kayan talaş ısı üreterek,

takım-talaş arayüzeyinde sıcaklık artışı meydana getirir ve kesici takımın sıcaklığı artar. Birincil deformasyon alanının uzunluğu; (i) takımın talaş açısına, (ii) kesme hızına, (iii) iş parçasının özelliklerine ve (iv) talaş yüzeyindeki sürtünmeye bağlıdır. Daha büyük talaş yüzeyi açılarında, işparçası malzemesinin talaşa ayrılması yavaş olur ve işlenen malzeme daha az toplam deformasyona uğrar; burada düşük kesme hızlarında çalışılır. Küçük veya negatif talaş yüzeyi açılarında malzeme daha sert bir deformasyona uğrar ve etkiyen kesme kuvveti de aynı oranda büyüktür.

Şekil 4.6. Talaş tipleri[33].

Yüksek kesme hızlarında, birincil deformasyon bölgesinin kalınlığı daralır. Birincil deformasyon bölgesinin boyutuna; kuvvet, gerinim sertleşmesi, gerinim hızı ve ısı iletkenliği gibi iş parçasına ait bazı malzeme özellikleri etki etmektedir. Talaş yüzeyi üzerindeki sürtünmenin artması, birincil ve ikincil bölge alanlarının büyümesine neden olmaktadır [33].

Sürekli kesmede talaş düz olarak akarken talaş yüzeyi katmerleşmeye veya segmentleşmeye (dilimlenmeye) başlar ve kalıcı periyodik pürüzlülük gösterir. Sürekli talaş oluşumundaki yüksek gerinme nedeniyle talaş soğuk sertleşir ve yüksek

Süreksiz talaşlar, dökme demir, yüksek oranlarda çinko içeren pirinç gibi kırılgan malzemelerin işlenmesinde ortaya çıkarlar. Buradaki talaş oluşumu sünek malzemelerdeki talaş oluşumundan daha farklıdır. Kesici ucun iş parçası üzerinde çok az ilerlemesi ile çok hafif bir plastik deformasyon meydana gelir ve deforme edilecek bölgede (işlenen bölge) çatlak oluşur. Kesici takımın biraz daha ilerlemesi ile çatlak ilerler, malzemeden küçük bir parçacık kesici takımın talaş yüzeyinden ayrılmaya başlar. Yığıntı köşesi üzerinde uygulanan kuvvet ve zorlama ile birlikte oluşan hareket sonucu ilerleyen çatlak, iş parçasının yüzeyinden küçük bir talaş parçasının ayrılmasına neden olur. Kesici takım hareket ettikçe bu sıralama tekrarlanır (Şekil 4.7).

Şekil 4.7. Süreksiz talaş oluşumu[33].

Sürekli ve süreksiz talaş oluşumu arasındaki temel fark; iş parçası ve kesici takımın talaş yüzeyi arasındaki temasın çok kısa bir mesafede ve zamanda meydana gelmesidir. İşleme sırasında talaşta oluşan ısının çoğu, talaşın kendisi tarafından taşınır. Bundan dolayı da kesici takım daha düşük sıcaklıklara ısınır, böylece kesici takımın ömrü artar [33].