Torna-Freze Tezgahları ile İlgili Yapılan Çalışmalar

2.2.1 Torna-freze takım tezgahları

19. yüzyılın ortalarından itibaren metal malzemelerin talaşlı imalatı üniversal frezeleme ve taşlama tezgahları ile gerçekleştirilmeye başlanmış olup, bu tezgahların ve yüzyılın sonlarına doğru tornalama tezgahlarının da kullanımı günden güne artmıştır. İlerleyen teknolojinin sayesinde 20. yüzyılın ortalarında ilk kez nümerik kontrollü tezgahlar geliştirlmiş ve ardından CNC tezgahları imal edilmeye başlanmıştır. Günümüzde CNC takım tezgahları, yüksek hız, yüksek boyutsal hassasiyet ve üretim verimliliği isterleri olan endüstrilerin de gelişmesiyle beraber vazgeçilmez hale gelmiştir. Torna ve freze takım tezgahları en yaygın olarak kullanılan takım tezgahlarıdır.

Şekil 2.2’de TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi İleri İmalat Laboratuvarında bulunan Mazak i-200ST torna-freze takım tezgahı görülmektedir. Bu tezgah, bu çalışmanın imalat işlemleri için kullanılan torna-freze takım tezgahıdır. Şekil 2.2’de görüldüğü üzere toplamda 13 eksenli bir takım tezgahı olup 5 ekseni simultene olarak kullanılabilmektedir.

Tornalama ve frezeleme işlemlerinin eş zamanlı olarak gerçekleştirildiği işlem torna- freze işlemi işlemidir. Bir ileri imalat teknolojisi olan torna-freze işlemi verimliliği artırmak adına kullanışlı bir işlemdir [13]. Torna-freze işleminin en büyük avantajı ise türbin bıçağı ve döner çarklar gibi karmaşık iş parçalarının üretiminde tornalama ve frezeleme işlemlerinin eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesidir. Dahası, torna-freze takım tezgahlarında talaşlı imalat sırasında iş parçası ayna üzerine bir kez

8

bağlandıktan sonra bir daha değiştirlmesine gerek duyulmadan işlem gerçekleştirilebilinmektedir [14]. Bu teknoloji ile havacılık, enerji, otomotiv, medikal ve benzeri sanayiilerin isterleri olan karmaşık iş parçaları üretilebilir kılınmış, yüzey kaliteleri geliştirilmiş ve iş parçalarının üretim maliyetlerini oldukça azaltılmıştır [15].

Şekil 2.2 : Mazak i-200ST torna-freze takım tezgahı.

Torna-freze işlemini diğer talaş kaldırma işlemlerinden ayıran önemli farklardan biri ise kesme hızının hem kesici takımın hem de iş parçasının rotasyonel hızları ile hesaplanmasıdır [16]. Torna-freze işlemi ile ilgili ilk çalışma 1990 yılında Schulz ve Spur tarafından gerçekleştirilmiştir [17]. Bu çalışmada Schulz ve Spur torna-freze işlemlerini dik torna-freze işlemi ve eş-eksenli torna-freze işlemi olarak iki gruba ayırmışlardır [17]. Eş eksenli torna-freze işleminin, rotasyonel simetrik iş parçalarının iç kısım ve dış kısım işlenmesi için kullanılabileceği, dik torna-freze torna-frezelerin ise sadece dış kısım parça işleme için kullanılabileceği belirtilmiştir [16]. Dik torna-freze işlemi ile eş-eksenli torna-freze işlemlerinin temel farkı kesici takım ile iş parçasının konumlamalarıdır. Dik torna-freze işleminde iş parçası ile

9

kesici takım dik konumdayken, eş-eksenli torna-freze işleminde paralel konumdadırlar [18]. Şekil 2.3’te dik torna-freze işlemi ve eş-eksenli torna-freze işlemi gösterilmiştir.

Şekil 2.3 : (a) Dik torna-freze işlemi (b) eş-eksenli torna-freze işlemi [19].

2.2.2 Torna-freze takım tezgahlarında işlem parametrelerinin incelenmesi ile ilgili çalışmalar

Torna-freze işlemi yıllardan bu yana özel bir araştırma konusu olmuş ve bir çok araştırmacı tarafından çalışılmıştır. Araştırmaların temeli Schulz ve Spur (1990) tarafından ortaya konulan çalışmaya dayanmaktadır [17]. Genellikle yüzey pürüzlülüğü, talaş yapısı ve takım aşınması üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Kopac ve Poganik (1997) torna-freze işlemi üzerinde hem teorik hem deneysel çalışmışlardır. Bu çalışmada yüzey pürüzlülüğü işlem parametreleri etkisinde incelenmiştir. Yüksek kesme derinliğindeki işlemlerde titreşim kaynaklı yüzey pürüzlülüğü artışı belirtilmiştir [20]. Choudhury ve Mangrulkar (2000) tarafından yapılan çalışmada, normal hız ve ilerleme aralığında rotasyonel olarak simetrik iş parçalarının torna-freze takım tezgahlarında işlenmesi incelenmiş ve torna işlemine göre avantajları belirtilmiştir. İşlem çıktılarından yüzey pürüzlülüğü ve talaş uzunluğu dikkate alınmıştır. Sonuçlar doğrultusunda, yaklaşık 10 kat daha iyi püzey kalitesi ve çok daha küçük talaş yapısı ile torna-freze işleminin torna işlemine alternatif olabileceği belirtilmiştir [21]. Benzer şekilde Choudhury ve Bajpaj 2005

10

yılında yaptıkları çalışmada dik torna-freze işleminde kesici takım dönüşünün, çapının ve kesme derinliğinin yüzey pürüzlülüğüne etkisini incelemişlerdir. En düşük yüzey pürüzlülüğü değeri için optimal kesme hızını araştırmışlardır. Deneyler sonucunda torna-freze işlemi ile elde edilebilen yüzey pürüzlülüğünün frezeleme işlemine göre daha iyi olduğu belirtilmiştir [22]. Savaş ve Özay 2007 yılında yaptıkları çalışmada tanjant torna-freze işleminde yüzey pürüzlülüğü ile işlem parametreleri arasındaki etkileşimi belirlemişlerdir. Tanjant torna-freze işlemi ile tornalama işlemine göre daha düşük yüzey pürüzlülüğü ve daha küçük talaş uzunluğu elde edilebileceğini belirtmişlerdir [23]. 2008 yılında yaptıkları çalışmada ise, Savaş ve Özay, Genetik Algoritma ile minimum yüzey pürüzlülüğü için tanjant torna-freze işleminin işlem parametrelerini optimize etmişlerdir [24]. Jiang vd. (2012) tanjant torna-freze işleminde iş parçasının yüzey kalitesini, pürüz yüksekliği ve kurulan model ile MATLAB ortamında simüle ederek incelemişlerdir. Çalışma sonucunda diş başı ilerlemenin artışı ile pürüz yüksekliğinin ve mesafesinin arttığı görülmüştür [25]. Zhu vd. 2013 yılında yaptıkları çalışmada hem simülasyon hem de deneysel çalışma ile dik torna-freze işleminde kesme parametrelerinin yüzey topoğrafyası üzerine etkilerini incelemişlerdir. Torna işleminde daha iyi sonuçlar elde edildiği belirtilmiştir [26].

Yüzey pürüzlülüğünün yanı sıra kesme kuvvetleri hakkında da literatürde oldukça çalışma mevcuttur. Karagüzel vd. 2012 yılında yaptıkları çalışmada dik ve tanjant torna-freze işlemi için kesme kuvvetinin tahmini ve optimizasyonu için bir işlem modeli kurulmuştur [16]. Uysal vd. 2014 yılında dik torna-freze işleminin eksantiriklik etkileri üzerine bir tahmin modeli geliştirmişlerdir. Bu model talaş geometrisi ve kesme kuvvetleri hesaplamalarını içermektedir. Ayrıca bu çalışmada eksantirikliğin takım aşınması üzerine etkileri de incelenmiştir [27]. Qiu vd. (2015) tarafından yapılan çalışmada dik torna-freze işleminde kesme kuvvetleri yuvarlak uçlu kesicili kesici takımlar ile simüle edilmiştir [28]. Karagüzel cd. 2015 yılında yaptıkları çalışmada ise torna- freze ve taretli torna işlemlerinde işlenmesi zor malzeler ile çalışmışlardır. İşlem çıktısı olarak ise takım ömrü araştırılmıştır [29]. Babu vd. 2016 yılında yaptıkları çalışmada Yanıt yüzey Metodolojisi ile torna-freze işleminde kesici takım titreşimi ve yüzey pürüzlülüğünün çok amaçlı optimizasyonunu yapmışlardır. Ayrıca, kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği işlem

11

parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve kesici takım titreşimi üzerine etkileri de belirlenmiştir. Parametre etkileşimleri için elde edilen yüzey grafikleri Şekil 2.4’te gösterilmiştir [30].

Şekil 2.4 : (a) İlerleme ve kesme hızının Ra üzerindeki etkisi, (b) kesme

derinliği ve kesme hızının Ra üzerindeki etkisi, (c) kesme derinliği ve

ilerlemenin Ra üzerindeki etkisi, (d) Ra için artıkların normal olasılıkları

[30].