İŞLENMESİNDE KESME PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ
Mehmet SOYCAN
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İMALAT MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
EKİM 2019
ALAŞIMININ İŞLENMESİNDE KESME PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Prof. Dr. Zafer TEKİNER İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………
Başkan: Prof. Dr. Mahmut İZCİLER
İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Üye: Prof. Dr. İbrahim ÇİFTÇİ
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Çankırı Karatekin Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Tez Savunma Tarihi: 10/10/2019
Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
……….…….
Prof. Dr. Sena YAŞYERLİ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Mehmet SOYCAN 10/10/2019
MİKRO İŞLEME YÖNTEMİ İLE Ti-6Al-4V ALAŞIMININ İŞLENMESİNDE KESME PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ
(Yüksek Lisans Tezi) Mehmet SOYCAN
Gazi Üniversitesi
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ekim 2019
ÖZET
Bu tez çalışmasında mikro işleme yöntemindeki kesme parametrelerinin belirlenmesi ve takım aşınması ile yüzey pürüzlülüğü deneysel olarak çalışılmıştır. Deneylerde 0,4, 0,5, 0,7 mm çaplarında kaplamasız tungusten karbür yekpare gövdeli parmak frezeler kullanılmıştır. Kesme parametreleri ise sırasıyla 0,05 mm, 0,075 mm ve 0,1 mm eksenel kesme derinliğinde, devir başına ilerlemesi 0,002 mm/dev, 0,006 mm/dev ve 0,01 mm/dev ve yanal kayma mesafesi ise takım çapının %30, %40 ve %50 oranında belirlenmiştir.
Mikro işleme yöntemi ile Ti-6Al-4V iş parçasının işlenmesi sonucunda uygun kesme parametrelerini belirleyebilmek için takım aşınması ve iş parçasının yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. Mikro işleme yöntemindeki takım ömrünü bulabilmek için, takımlar ile yaklaşık 70, 140 ve 200 saniye mikro işleme yapılarak, takımların her deney sonundaki aşınma miktarları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri ile belirlenmiştir.
Deneylerin sonunda, devir başına ilerleme değeri sabit tutulduğunda, eksenel kesme derinliğinin artması ile serbest yüzey aşınması ve maksimum yüzey pürüzlülük değerlerinde artış meydana geldiği görülmüştür. Eksenel kesme derinliği sabit iken, devir başına ilerleme değeri arttıkça serbest yüzey aşınma değerinin belirli bir devir başına ilerleme değerine kadar arttığı fakat söz konusu devir başına ilerleme değerinden sonra serbest yüzey aşınma değerlerinde azalma olduğu görülmüştür. Yanal kayma mesafesi sabit iken, maksimum yüzey pürüzlülüğü ve serbest yüzey aşınma değerinin değişiminde, devir başına ilerleme değerinin etkisinin, eksenel kesme derinliği etkisinden daha fazla olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Takım ömrü için yapılan deneylerin sonunda, işleme mesafesi arttıkça daha yüksek kesme hızlı olan 0,7 mm çaplı takımların daha düşük kesme hızlı olan 0,5 mm çaplı takımlardan daha fazla aşındığı sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, yapılan deneylerde 0,4 mm çaplı takımlarda kırılma gözlenmiş olup, 0,5 mm çaptan daha düşük çaplı takımlar ile yapılan işlemelerde kırılma riskinin arttığı sonucuna ulaşılmıştır.
Buna ilaveten, bu çalışmada takımlarda meydana gelen aşınmalar ve yüzey pürüzlülüğünün analizi doğrultusunda, en uygun kesme parametreleri belirlenmiş ve kesme parametrelerinin aşınma, yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin ortaya çıkarılması amacıyla varyans (ANOVA) analizi gerçekleştirilmiştir.
Bilim Kodu : 91424
Anahtar Kelimeler : mikro işleme, optimizasyon, taguchi, anova, aşınma, yüzey pürüzlülüğü
Sayfa Adedi : 126
Danışman : Prof. Dr. Zafer TEKİNER
DETERMINATION OF CUTTING PARAMETERS IN MICRO MACHINING OF Ti-6Al-4V ALLOY
(M. Sc. Thesis) Mehmet SOYCAN
Gazi University
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES October 2019
ABSTRACT
Determination of cutting parameters in micro processing method, tool wear and surface roughness are studied as experimentally in this thesis. The uncoated tungsten carbide solid shank end mills having the diameter of 0,4, 0,5 and 0,7 are used in the experiments. The cutting parameters were determined as 0,05 mm, 0,075 mm and 0,1 mm for the depth of cut, 0,002 mm/dev, 0,006 mm/dev and 0,01 mm/dev for the feed per revolution and 30%, 40% and 50% of the cutting tool diameter for step-over rate respectively. As a result of milling the Ti-6Al-4V workpiece with micro manufacturing method, the tool wear and surface roughness of workpiece were measured in order to determine suitable cutting parameters. In order to determine the tool life in the micro processing method, the wear of the tools at the end of each experiment were determined by Scanning Electron Microscope (SEM) images by micro milling with the tools for approxiametly 70, 140 and 200 seconds.
As a result of the experiments made for the tool life, it was concluded that as the milling distance increases, 0,7 mm diameter tools with higher cutting speed wear more than the tools having 0,5 mm diameter and lower cutting speed. At the end of the experiments, it was observed that when the feed rate per revolution is kept constant, the increase in axial cutting depth increases the flank wear and maximum surface roughness values. While the axial cutting depth is constant, it was found that as the feed rate per revolution increases, the flank wear value increases to a certain feed rate per revolution, but the flank wear values decrease after that feed rate. It was concluded that the effect of feed rate per revolution is greater than the effect of axial depth of cut in the change of maximum surface roughness and flank wear values while the step-over rate is constant. Besides, it was observed that, the tools having the diameter of 0,4 mm were broken at the experiments, therefore, it was concluded that the risk of breakage increases in machining with tools less than 0,5 mm in diameter. In addition, in this study, the optimum cutting parameters were determined in accordance with the wear and surface roughness analysis and variance (ANOVA) analysis was performed to determine the effects of cutting parameters on wear and surface roughness.
Science Code : 91424
Key Words : micro manufacturing, optimization, taguchi, anova, wear, surface roughness
Number of Pages : 126
Supervisor : Prof. Dr. Zafer TEKİNER
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, kıymetli tecrübelerinden faydalandığım danışmanım Prof. Dr. Zafer TEKİNER’e, “Bera CNC”
firmasına, “Timed Metal Makine İthalat İhracat San. ve Tic. Ltd. Şti.” firmasına ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli aileme teşekkürü bir borç bilirim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... viii
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... ix
SİMGELER VE KISALTMALAR... xiii
1. GİRİŞ
... 12. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
... 33. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
... 313.1. Materyal ve Metot ... 31
3.2. Deneyin Uygulanışı ... 38
3.3. Deneylerin Uygulanışı ve Sonuçları ... 46
4. DENEYSEL SONUÇLARIN TARTIŞMASI
... 1055. SONUÇ
... 109KAYNAKLAR ... 111
EKLER ... 115
EK-1. Deney adedine göre yapılan hesaplamalar ... 116
EK-2. İşleme için hazırlanan örnek program ... 125
ÖZGEÇMİŞ ... 126
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Deneyde kullanılan kesici takımlarda bulunan kaplama
malzemelerinin mekanik özellikleri ... 7
Çizelge 3.1. Ti-6Al-4V malzemesinin çeşitli özellikleri ... 31
Çizelge 3.2. Ti-6Al-4V malzemesinin kimyasal bileşimi ... 31
Çizelge 3.3. Kesme parametreleri ve seviyeleri ... 41
Çizelge 3.4. Taguchi L27 (34) ortogonal dizilimi ... 42
Çizelge 3.5. Deneylerde kullanılacak kesme parametreleri ... 43
Çizelge 3.6. Taguchi kesme parametrelerine göre belirlenen işleme değerleri ... 44
Çizelge 3.7. Deneylerin uygulanış sırası... 45
Çizelge 3.8. Belirlenen kesme parametrelerine göre deney sonuçlarında elde edilen ilerleme hızı, devir sayısı, kesme hızı, kesme genişliği ve işleme süreleri 50 Çizelge 3.9. 10, 11, 12, 19, 20 ve 21 no.lu deneylere ait takım aşınma oranları ... 57
Çizelge 3.10. Yüzey pürüzlülük değerleri ... 67
Çizelge 3.11. Deney sonuçlarından elde edilen değerler ... 70
Çizelge 3.12. Tezgahtan çekilen güç değerleri ... 71
Çizelge 3.13.Takım ömrü belirlenmesi için yapılan deney sonuçlarından elde edilen aşınma değerleri ... 93
Çizelge 3.14. Deney ve S/N sonuçları ... 95
Çizelge 3.15. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) değerinin ortalama S/N oranları ... 100
Çizelge 3.16. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin ortalama S/N oranları ... 101
Çizelge 3.17. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) oranının S/N oranı için ANOVA sonuçları ... 102
Çizelge 3.18. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin (Rz) S/N oranı için ANOVA sonuçları ... 103
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1. Kesme hızı ve ilerlemeye bağlı çapak oluşumu ... 5
Şekil 2.2. Kesici takımın ilerleme yönü ve meydana gelen kuvvetler ... 6
Şekil 2.3. Kesici takım boyutları... 7
Şekil 2.4. Uç dişler yan aşınma uzunluğu ve farklı kaplamalara sahip mikro uç frezelerin toplam kesme kenarı uzunluğu azalması (Vc = 20 m/dak, fz = 2 µm/z, ap = 50 µm). (a) Uç dişlerin yan aşınma uzunluğu; (b) Toplam kesme kenarı uzunluğu azalması ... 8
Şekil 2.5. Mikro çentik tabanlarının artan kesme uzunluğu ile yüzey pürüzlülüğü ... 9
Şekil 2.6. Kesici takım bağlama uzunluğu... 11
Şekil 2.7. Mikro işleme deney düzeneği ... 12
Şekil 2.8. Çapak formlarının incelenmesi amacıyla yapılan üç farklı kesme stratejisi ... 16
Şekil 2.9. Deney düzeneği ve kesme sırasında oluşan kuvvetler (Ff = İlerleme kuvveti, Fp = Radyal kuvvet, Fc = Kesme kuvveti) ... 17
Şekil 2.10. Kesme hızındaki artışın (Vc) kesme kenar yarıçapı değişimine etkisi ... 22
Şekil 2.11. Direkt akışkan vasıtasıyla çalışan mikro iş milleri (iş mili yükseltgeyicileri) ... 26
Şekil 2.12. Paslanmaz çelik SAE 303 malzemeli türbinin konvansiyonel iş mili ile soğutucu akışkanla çalışan iş mili ile işlenmesinin karşılaştırılması ... 27
Şekil 2.13. Tipik soğutucu akışkan kullanarak çalışan mikro iş millerinin temel karekteristik davranışı ... 28
Şekil 2.14. Alüminyum ve çelik malzemesi üzerinde devir sayısı – kesme derinliği ilişkisi ... 29
Şekil 3.1. SSI prensibiyle çalışan mikro iş mili ... 32
Şekil 3.2. BT 40 – 25 - 90 Veldon takım tutucu ... 33
Şekil 3.3. Deneylerde kullanılan SSI prensibiyle çalışan mikro iş milinin patlamış görüntüsü (sırasıyla iş mili ön kapağı, türbin, gövde ve arka kapağı)... 33
Şekil 3.4. SSI şeklinde çalışan mikro iş miline ait iç çapı 3 mm olan rulman (NSK marka yüksek hız rulmanı) ve türbinin demontaj durumu ... 34
Şekil Sayfa Şekil 3.5. SSI şeklinde çalışan mikro iş miline ait iç çapı 3 mm olan rulman (NSK
marka yüksek hız rulmanı) ve türbinin montaj durumu ... 34 Şekil 3.6. Türbin, kesici takım ve rulman montajı yapmak için kullanılan alet ... 34 Şekil 3.7. Mikro iş milinin montaj yapılmış hali ... 35 Şekil 3.8. Takımlardaki adhezyon aşınmalarının ölçümü için kullanılan Leica Dmc
2900 marka mikroskop ... 35 Şekil 3.9. Takım kesici kenar serbest yüzey aşınmalarının (VB) ölçümü için
kullanılan Hitachi SU 5000 marka taramalı elektron mikroskobu (SEM) .... 36 Şekil 3.10. Kurulmuş olan deney düzeneği ... 38 Şekil 3.11. Deney numarasına göre işlenen kanallar ... 47 Şekil 3.12. Deneyler boyunca takımlardaki devir değeri ile teorik olarak hesaplanan
devir değerlerinin karşılaştırılması ... 53 Şekil 3.13. 10 ve 11 no.lu deneylere ait takım çapına göre aşınma oranları ve
adhezyon aşınma değerleri (Ölçümler 160x büyültülerek yapılmıştır.) ... 54 Şekil 3.14. 12 ve 20 no.lu deneylere ait takım çapına göre aşınma oranları ve
adhezyon aşınma değerleri (Ölçümler 160x büyültülerek yapılmıştır.) ... 55 Şekil 3.15. 19 ve 21 no.lu deneylere ait takım çapına göre aşınma oranları ve
adhezyon aşınma değerleri (Ölçümler 160x büyültülerek yapılmıştır.) ... 56 Şekil 3.16. Deneylerde kullanılan takımlarda kesici kenar üzerinde meydana gelen
serbest yüzey aşınma değerleri (Ölçümler 1000x büyültülerek
yapılmıştır.) ... 57 Şekil 3.17.fn = 0,002 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği
- serbest yüzey aşınması grafiği ... 73 Şekil 3.18. fn = 0,002 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği
- maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 74 Şekil 3.19. fn = 0,006 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği
- serbest yüzey aşınması grafiği ... 75 Şekil 3.20.fn = 0,006 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği
- maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 75 Şekil 3.21. fn = 0,01 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği -
serbest yüzey aşınması grafiği ... 76 Şekil 3.22.fn = 0,01 mm/dev için yanal kayma mesafesi - eksenel kesme derinliği -
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 77
Şekil Sayfa Şekil 3.23. ap = 0,05 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme- serbest
yüzey aşınması grafiği ... 78 Şekil 3.24. ap = 0,05 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme-
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 79 Şekil 3.25. ap = 0,075 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme-
serbest yüzey aşınması grafiği ... 79 Şekil 3.26. ap = 0,075 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme-
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 80 Şekil 3.27. ap = 0,1 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme- serbest
yüzey aşınması grafiği ... 81 Şekil 3.28. ap = 0,1 mm için yanal kayma mesafesi - devir başına ilerleme-
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 81 Şekil 3.29. ae = d x %30 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
serbest yüzey aşınması grafiği ... 82 Şekil 3.30. ae = d x %30 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 83 Şekil 3.31. ae = d x %40 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
serbest yüzey aşınması grafiği ... 84 Şekil 3.32. ae = d x %40 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 85 Şekil 3.33. ae = d x %50 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
serbest yüzey aşınması grafiği ... 86 Şekil 3.34. ae = d x %50 mm için devir başına ilerleme - eksenel kesme derinliği -
maksimum yüzey pürüzlülüğü grafiği ... 87 Şekil 3.35. 14 no.lu deneyde kullanılan 0,5 mm çaplı kesici takım üzerinde
meydana gelen yığma kenarlı (BUE) sürekli talaş formu ... 87 Şekil 3.36. 22 no.lu deneyde kullanılan 0,7 mm çaplı kesici takım üzerinde
meydana gelen yığma kenarlı (BUE) sürekli talaş formu ... 88 Şekil 3.37. Deneylerde kullanılan takımlarda kesici kenar üzerinde meydana gelen
serbest yüzey aşınma değerleri (Ölçümler 1000x büyültülerek
yapılmıştır.) ... 89 Şekil 3.38. İşleme süresi – takım ömrü grafiği ... 94 Şekil 3.39. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) değerinin S/N
oranları için ana etki grafiği (Mikro Kesici Takım Çapı (d)) ... 96
Şekil Sayfa Şekil 3.40. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) değerinin S/N
oranları için ana etki grafiği (Devir Başına İlerleme (fn)) ... 97 Şekil 3.41. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) değerinin S/N
oranları için ana etki grafiği (Eksenel Kesme Derinliği (ap)) ... 97 Şekil 3.42. Kesici kenar üzerinde serbest yüzey aşınması (VB) değerinin S/N
oranları için ana etki grafiği (Yanal Kayma Mesafesi (ae)) ... 98 Şekil 3.43. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin S/N oranları için ana etki
grafiği (Mikro Kesici Takım Çapı (d)) ... 98 Şekil 3.44. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin S/N oranları için ana etki
grafiği (Devir Başına İlerleme (fn)) ... 99 Şekil 3.45. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin S/N oranları için ana etki
grafiği (Eksenel Kesme Derinliği (ap)) ... 99 Şekil 3.46. Maksimum yüzey pürüzlülük değerinin S/N oranları için ana etki
grafiği (Yanal Kayma Mesafesi (ae)) ... 100
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklamalar
a, ap Kesme derinliği
ae Yanal kaçma (kayma) mesafesi
d Kesici takım çapı
F Kesici ilerleme hızı f, fz Diş başına ilerleme değeri
Fc Teğetsel kuvvet
Fhesaplanan Deney sonucu hesaplanan ilerleme hızı Fmm Mikro iş mili ilerleme hızı
fn Devir başına ilerleme değeri
Fp Pasif kuvvet
Fteorik Teorik hesaplanan ilerleme hızı Fx X eksenindeki kesme kuvveti Fy Y eksenindeki kesme kuvveti
N Devir sayısı
n Minimum yanal kayma mesafesi sayısı Nmm Mikro iş mili devir sayısı
nortalama Deneylerden elde edilen devir sayılarının ortalama değeri
P Güç
p Soğutucu akışkan giriş basıncı
Psa Mikro iş mili giriş soğutucu akışkan basıncı
Q Debi
Ra Ortalama yüzey pürüzlülüğü Re Kesici takımın kenar yarıçapı
Rq Kuadratik ortalama yüzey pürüzlülüğü Rz Maksimum yüzey pürüzlülüğü
Rε Kesici takımın burun yarıçapı Tdiş Kesici takım ağız sayısı
Simgeler Açıklamalar
tokunan Tezgahtan okunan işleme süresi (yaklaşma süresi hariç) tteorik Teorik işleme süresi
Vc Kesme hızı
Wkanal Gerekli minimum kanal genişliği
σ Standart sapma
Kısaltmalar Açıklamalar
ANOVA Analysis of variance
BUE Buil-up edge
CNC Computer numerical control
HV Vickers hardness
KT Kareler toplamı
MQL Minimum quantity lubrication
NC Numerical control
PCR Yüzde katkı oranları PVD Pressure vapour deposition SD Serbestlik derecesi
SEM Scanning electron microscope SSI Spindle speed increaser
WC Tungsten carbide
1. GİRİŞ
Günümüzde mikro imalat teknolojileri kullanılarak 1 µm ile 999 µm ölçüsü arasında sayılan mikro ölçülerle, telekomünikasyon, biyomedikal, elektronik, havacılık ve uzay gibi sanayi alanlarında silikondan veya sınırlı metallerden yapılan aktüatörler ve sensörler gibi ihtiyaca yönelik olan parçalar, yüksek hassasiyette, mikro düzeyde ve yüksek hızlarda elde edilmektedir. Mikro imalatın diğer teknolojiler içerisindeki çalışma boyutları/görece doğruluğu Şekil 1.1'de tarif edilmektedir.
Şekil 1.1. Mikro imalatın diğer teknolojiler içerisindeki boyutu/görece doğruluğu (Piljek, Keran ve Math, 2014)
Konvansiyonel hassas tezgahlar veya mikro tezgahlar vasıtasıyla geometrik olarak belirlenmiş kesme kenarları ile mekanik şekilde yapılan mikro kesme işlemelerine mikro mekanik işleme denilmektedir (Piljek, Keran ve Math, 2014; Yücel ve Çiçek, 2011).
Bu çerçevede, mikro işleme teknikleri ilk bakışta geleneksel işleme (konvansiyonel) tekniklerinin minyatüre edilmesi olarak görünmekte olup, detaylı olarak incelendiğinde iki teknik arasında kesici kenar boyutu etkisi, minimum talaş kalınlığı vb. birçok farklılık bulunmaktadır. Bu farklılıkların sebebi ise, mikro işleme tekniklerinin sadece minyatür olarak uygulanması değil aynı zamanda Şekil 2’den görüldüğü üzere daha küçük parça boyutlarında hassas geometrik doğruluğa sahip olma zorunluluğu bulunmasıdır. Bu
nedenle, kesme parametreleri göz önünde bulundurulduğunda, ±5 ve ±10 µm değerindeki mikro sapmalar, ciddi zararlara yol açabilecek etkilere neden olabilmekte ve kesici boyutunun küçülmesinden dolayı işleme sonucu kötü yüzey kalitesi elde edilmesi, birçok çapak formunun ortaya çıkması, hızlı takım aşınması ve işleme sırasında ani takım kırılması problemleri yaşanmaktadır. Aynı zamanda, geleneksel işleme yöntemlerinden farklı olarak kesici ucun yüzeyindeki değişen tane büyüklüğü, işleme sürekliliğini etkilemektedir (Özel, Thepsonthi, Ulutan, Kaftanoğlu 2011; Klocke, Quito, Arntz ve Souza 2009).
Bu nedenle, mikro işleme teknolojisi, işlemenin iyileştirilmesi bakımından daha yüksek bir yatırım ve içinde barındırdığı özel koşullar nedeniyle daha çok çalışma yapılmasını gerektirmektedir. Bu doğrultuda, mikro mekanik işleme yöntemlerinde, düşük değerlerde yüzey pürüzlülüğü elde edilmesi, çapak formunun azaltılması, takım aşınma oranlarının iyileştirilmesi için kesme kuvveti, ilerleme değeri, kesme derinliği, kesme hızı vb. kesme parametrelerinin uygun şekilde belirlenmesi gereklidir.
Bu kapsamda, çalışmada, Ti-6Al-4V malzemesinin, belirli ilerleme hızı, kesme derinliği ve takım çapına bağlı olarak kesme hızı kesme parametreleri seçilerek kaplamasız takımlarla mikro kanal frezelemeye tabii tutulmuş ve elde edilen yüzey pürüzlülük değerleri ve takım aşınma oranları değerlendirilmiş olup, ayrıca işleme esnasında tezgahtan çekilen güç belirlenmiştir. Sonrasında, 0,4, 0,5 ve 0,7 mm çaplı takımların takım ömürleri hesaplanmıştır. Elde edilen verilere göre, Taguchi optimizasyon yöntemi ile en uygun kesme parametreleri belirlenmiş, söz konusu parametrelerin bağımsız değişkenleri etkileme oranı varyans analizi (ANOVA) yöntemi ile bulunmuştur. Çalışmada, dünyada var olan teknolojiler göz önünde bulundurularak, deneylerde kullanılan tezgahta bulunan sistem vasıtasıyla tezgahın ana iş milinden gelen soğutucu akışkan ile takımın tahrik edilmesini sağlayan ve yüksek devirde çalışan SSI (soğutucu sıvı yükseltgeyicisi) olarak çalışan özel bir yardımcı (ikincil) mikro iş mili kullanılmıştır.
2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Bu bölümde, mikro mekanik işleme yöntemi içerisinde bulunan mikro frezeleme yöntemi uygulanarak muhtelif iş parçalarına talaş kaldırılması ile yapılan işlemler sonucu takımlarda meydana gelen aşınmalar, oluşan yüzey pürüzlülükleri, çapak oluşumları ve kesme kuvvetlerine ilişkin benzer çalışmalar ve bu çalışmaların uygulanışı ile ilgili bilgiler anlatılmıştır. Bu bölümde yer alan çalışmalar, çalışma amacına göre;
Farklı soğutma yöntemlerinin incelenmesi,
Farklı kaplama çeşitlerinin incelenmesi,
Takım yolu geometrilerinin incelenmesi,
Kesici takım bağlama uzunluğu etkisinin incelenmesi,
Kesici takımın kanal geometrisi üzerindeki değişime etkisinin incelenmesi,
Mikro frezelemede meydana gelen çapak formları ve yüzey pürüzlülüğü değerlerinin incelenmesi,
Kesici takım burun yarıçapı ve kenar yarıçapı değerlerine göre minimum kesme derinliği ve minimum ilerleme değerinin incelenmesi,
farklı kesme parametrelerinin optimizasyonu,
farklı kesme parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi ve sonlu eleman analizinin yapılması,
Yanal kayma oranına göre yüzey pürüzlülük değerlerinin incelenmesi,
Takım Ömrünün İncelenmesi,
gruplarına ayrılmıştır.
Farklı soğutma yöntemlerinin incelenmesi
Ziberov, Silva, Jackson, Hung, ve N. (2016), Ti-6Al-4V malzemesinin 152,4 µm çaplı kaplamasız kesici takımlarla kuru kesme ve MQL yöntemi ile mikro işlenmesinde kesme parametrelerinin belirlenmesi üzerine çalışmıştır. Deneyler maksimum iş mili devir sayısı 60.000 dev/dak olan 0,1 µm çözünürlüklü 4 eksenli CNC freze tezgahında gerçekleştirilmiştir. Çapak yüksekliği, ölçme aralığı 1.0 mm ve çözünürlüğü 16 nm olan profilometre ile ölçülmüştür. İş parçaları ve takımların işlenen yüzey kalitesi ile aşınma ve aşınan mekanizmalar SEM ile incelenmiştir. Kesme koşullarına göre, oluşan çapakların
göreceli büyüklüğü, makro işleme işlemlerinde nazaran çok daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Kesici takım ömrünün ise kuru kesme koşullarında daha yüksek olduğu görülmüştür. Bu durumun ise, yığma kenarlı (BUE) sürekli talaş formundan dolayı takım kesme kenarlarının korunmasından kaynaklı olduğu belirtilmiştir. Kesme işlemi zıt yönlü frezeleme ile aynı yönlü frezeleme şeklinde gerçekleştirilmiş olup, kesme işlemi sonuçları kesici takımın iki yüzeyinden alınarak incelenmiş ve takım aşınması hususunda MQL yöntemi ile kesmede ikinci yüzün aşındığı, kuru kesmede ise kesici kenar yarıçapının arttığı belirlenmiştir.
Perçin (2015), çalışmasında Ti6Al4V malzemesinde farklı kesme ve 4 farklı soğutma koşulunda delik delme işlemi sonrasında, meydana gelen çapak boyutu, delik yüzey kalitesi ve delme işlemi boyunca oluşan kuvvet ve torkun değişimi hususlarını detaylı olarak araştırmıştır. Deneylerde motor gücü 2,2 kW ve 24.000 dev/dak dönme kapasitesine sahip, 3 eksenli CNC dik işleme tezgahı kullanılmıştır. Deneyde devir (dev/dak), kesici ağza düşen ilerleme (μm/dev), ilerleme hızı (mm/dk) ve kesme derinliği (mm) kesme parametreleri olarak belirlenmiştir. Çalışmada, kesici takım olarak Toolex firması üretimi,
%90 WC ve %10 Co birleşiminden oluşan, 0,7 mm çapında, 4 mm uzunluğunda ve kesici ağız sayısı 2 olan, 150o uç açılı ve 30o helis açılı helisel matkap ucu kullanılmıştır. Söz konusu kesici takımlarla kırılmadan önce 60 delik delme işlemi yapılmış ve deneylerde kesme parametrelerinde 60 adet delik delme işlemi yapılmıştır. Kesme hızı ve ilerlemeye bağlı çapak oluşumları Şekil 2.1’de yer almaktadır.
Deneylerde, işlemenin verimliliğinin belirlenmesinde kuvvet ölçümü önemli olması sebebiyle, kesme esnasında meydana gelen kuvvet ve torklar Kistler 9119AA1 mini dinamometre ile ölçülmüştür. Delik tarafında oluşan mikro sertlik değerleri elektron mikroskobu ve mikro sertlik ölçme cihazı ile ölçülmüştür. Soğutma koşulları ise 1 bar basınç ve 1/50 oranında bor yağı, DoALL ALL2100 sentetik yağ ile 12 ml/h akış hızı ve 3 barlık basınç altında MQL yağlama, 1 bar basınç altında kriyojenik soğutma ve kuru kesme şeklindedir. Çalışmada meydana gelen çapak oluşumları ve yüzey pürüzlülük değerleri 3D profilometre cihazı ile ölçülmüş olup, soğutma yönteminin çapak azaltılması üzerinde önemli bir etkisi olmadığı fakat takım aşınması üzerinde etkisinin olduğu görülmüştür. Bu bağlamda, bor yağı ve MQL ile yapılan delik delme işlemlerinde takım çapı küçülmesi, kuru kesme ve kriyojenik delik delme işlemlerine göre daha azdır. Bu sonucun abrasiv aşınmaya bağlı olduğu ifade edilmiştir.
Şekil 2.1. Kesme hızı ve ilerlemeye bağlı çapak oluşumu (Perçin, 2015)
Perçin, Aslantaş, Ucun ve Çiçek (2015), havacılık, uzay ve biyomedikal sanayisinde korozyona karşı dayanıklı ve üstün mekanik özelliklerinden dolayı tercih edilen Ti-6Al-4V malzemesini iş parçası olarak belirleyerek, bu parçanın mikro şartlarda frezelenmesi ve beraberinde getirdiği sonuçları irdelemeye çalışmıştır. Yapılan deneylerde 500 µm çapında
%92 WC (tungsten karbür) ve %8 Co (Kobalt) bileşiminden oluşan kaplamasız kesici takımlar kullanılmıştır. Deneylerde, kesici takım 15,7 m/dak sabit kesme hızında, 0,1 mm kesme derinliğinde ve 40 mm/dak ilerleme hızında söz konusu iş parçasını frezelemiştir.
Frezeleme sırasında kuvvet değerleri Kistler 9119AA1 dinamometre, çapak oluşumu ve yüzey pürüzlülük değerlerinin ölçümü için NANOVEA 3D profilometre, Data işleme yazılımı olarak ise dynoWare yazılım kullanılmıştır. Frezeleme işlemi kuru kesme, bor yağlı kesme, MQL kesme ve kriyojenik kesme koşullarında gerçekleştirilmiştir.
Deneylerde çıkan sonuçlar doğrultusunda,
Takım dönme yönüne bağlı, literatürde zıt yönlü frezeleme ve aynı yönlü frezeleme olarak adlandırılan çapaklar gözlenmiş, zıt yönlü frezelemede çapak formu daha az iken aynı yönlü frezelemede daha fazla çapak oluşmuştur.
Yüzey pürüzlülüğünde kuru kesme ve kriyojenik işlemenin benzer olduğu, en kötü yüzey kalitesinin bor yağlı işlemeden elde edildiği belirlenmiştir. Buna karşılık, MQL kesme işleminde yüzey pürüzlülüğü değerinin az elde edilmesinde, takım talaş ara
yüzünde oluşan yağ filminin etkisiyle sürtünmenin azaldığı, bu doğrultuda, yüzey kalitesinin arttığı ifade edilmiştir.
Takım aşınması ve dolayısıyla çap değişiminin, MQL‘ le yapılan kesme işleminde en fazla, kuru kesme işleminde ise an az olduğu belirlenmiştir.
Şekil 2.2'de gösterilen kuvvet değişimlerinde Fx yönündeki kesme kuvveti değişiminin bor yağlı kesmede 4,9 N'dan 6 N'ya değiştiği görülürken diğer kesme koşullarında söz konusu kesme kuvveti 4 N'den 4,1 N değerine değişmiştir. Fy yönündeki kesme kuvveti değişimi ise bor yağlı kesmede 4 N'den 6 N'a, diğer kesme koşulları için 4 N'dan - 5 N'a değişmiştir. Fz yönündeki kesme kuvveti değişimi de bor yağlı kesmede 0,6 N'dan - 0,9 N'a, kuru kesme koşulu için 0,8 N'dan - 1 N'a, MQL kesme koşulu için 1 N'dan 1,2 N'a değişmiştir.
Şekil 2.2. Kesici takımın ilerleme yönü ve meydana gelen kuvvetler (Perçin, Aslantaş, Ucun ve Çiçek, 2015)
Farklı kaplama çeşitlerinin incelenmesi
Ucun, Aslantaş ve Bedir (2010), havacılık ve uzay sanayinde kullanılan, yapısı itibariyle korozyona dayanıklı, yüksek ısı dayanımı ve çok mukavim malzeme olan İnconel 718 (NiCr19Fe19Nb5Mo3) alaşımının mikro frezelenmesinde, 3 farklı şekilde kaplanmış mikro kesici uçların aşınması üzerine inceleme yapmıştır.
Çalışmada, AlTiN, TiN ve CrN ve kaplamasız (sadece tungsten karbür (WC) malzeme) kesici takımlar kullanılmıştır. Takımlarda kullanılan kaplamaların mekanik özellikleri ise Çizelge 2.1’de yer almaktadır.
Çizelge 2.1. Deneyde kullanılan kesici takımlarda bulunan kaplama malzemelerinin mekanik özellikleri (Ucun, Aslantaş ve Bedir, 2010)
Kaplama Türü Sertlik (HV 0,05)
Oksidasyon Direnci
(oC)
Sürtünme Katsayısı
Yüzey Pürüzlülüğü
(Ra µm)
Kalınlık (µm)
AlTiN 3600±400 800 0,42 2-5 0,2
TiN 2900 ± 200 550 0,65 2-3 0,2
CrN 2800±400 700 0,55 3 - 5 0,2
Deneyde kullanılan takım ölçüleri Şekil 2.3’te gösterildiği üzere,
Şekil 2.3. Kesici takım boyutları (Ucun, Aslantaş ve Bedir, 2010)
d1 = 740 µm, d2 = 3 mm, L1 = 38 mm ve L2 = 2 mm şeklinde olup, kesici ağız sayısı ise 2 olduğu ifade edilmiştir.
Deney için belirlenen kesme özellikleri kapsamında, takım dönme hızı (n) 17.000 (dev/dk), kesici uç kesme hızı (Vc) 39,5 m/dk, kesme derinliği (a) 0,1 mm, ilerleme hızı (F) 150 mm/dk olarak belirlenmiş olup, kuru kesme koşullarında kesme işlemi yapılmıştır. Talaş hacminin ise 10 mm3 olduğu ifade edilmiştir. Takımlarda aşınmayla meydana gelen çap küçülmesi %5,3, %8,6, %4,4 ve %24,4 olmuştur. Buna ilaveten, takımlardaki yan yüzey yanak aşınması ise sırasıyla 50 – 52 µm, 125 – 130 µm, 55 – 60 µm ve 250 µm’dur.
Deneyler sonucu ölçülen yüzey pürüzlülük değerleri değişiminin ise iş parçasının en başından en sonuna sırasıyla 0,25’ten 0,27’ye, 0,25’ten 0,33’e, 0,26’dan 0,31’e, 0,25’ten 0,375’e şeklinde olduğu belirlenmiştir. Deneylerin 2,2 kW motor gücünde ve 18.000 dev/dk dönme hızında olan CNC dik işleme merkezi vasıtasıyla gerçekleştirildiği belirtilmektedir. Bu çalışmada yapılan deneyler sonucunda,
Aşınma performansı açısından en uygun takımın AlTiN ve CrN kaplamalı kesici takımlar olduğu, bunun nedeninin ise söz konusu takımların sertlik ve oksidasyon direnç değerlerinin yüksek olmasından kaynaklandığı,
Takım küçülme oranı (aşınma) için ise AlTiN ve CrN kaplı kesici takımların en iyi performansı gösterdiği,
Yüzey pürüzlülüğü ve çapak formu konusunda ise en iyi performansı gösteren takımın ise AlTiN kaplı takım olduğu belirtilmiştir.
Liang ve diğerleri (2018), Ti-6Al-4V malzemesinin farklı kaplamalı mikro işleme takımları ile mikro frezelemesindeki kesme performanslarının incelenmesi üzerine çalışmıştır. Çalışmada, 0,5 mm uçlu, 2 ağızlı (helis açısı 300, helis uzunluğu ise 1,5 mm ve kaplama kalınlıkları 1 µm olan AlTiN, AlCrN, TiN ve kaplamasız olan kesici takımlar ile kesme uzunluğu 640 mm ile belirlenen kuru kesme işlemi yapılmıştır. Deney, 5 eksenli işleme merkezi (DMU80 monoblock, DMG MORI Co, Ltd, Nagoya, Japan) ile 20 m/dak devirle, 0,05 mm kesme derinliğinde yapılmış olup, kesici takımın diş başına ilerleme hızı 2µm olarak belirlenmiştir. Çalışmada, AlCrN kaplı kesici takım en yüksek aşınma direnci ve en az kesici uç yan uzunluk aşınması göstermiştir. Buna karşılık, kesici kenar talaş yapışması gözlenmiş olup, kesme kenarı bozulmamıştır. Ayrıca, işlenmiş Ti-6Al-4V'nin yüzey pürüzlülüğü AlTiN kaplı kesici takımda en düşüktür. Çalışma sonucunda elde edilen veriler Şekil 2.4 ve 2.5’te gösterilmektedir.
Şekil 2.4. Uç dişler yan aşınma uzunluğu ve farklı kaplamalara sahip mikro uç frezelerin toplam kesme kenarı uzunluğu azalması (Vc = 20 m/dak, fz = 2 µm/z, ap = 50 µm). (a) Uç dişlerin yan aşınma uzunluğu; (b) Toplam kesme kenarı uzunluğu azalması (Liang ve diğerleri, 2018)
Şekil 2.5. Mikro çentik tabanlarının artan kesme uzunluğu ile yüzey pürüzlülüğü (Liang ve diğerleri, 2018)
Samtaş ve Korucu (2019), kaplamalı ve kaplamasız freze uçları ile otomotiv ve havacılık sanayinde kullanılan EN AW 5754 (AlMg3) alüminyum alaşımı üzerinde, frezeleme sırasında minimum yüzey pürüzlülüğü elde edilmesi amacıyla kesme parametrelerinin optimize edilmesi çalışması yapmıştır. Çalışmada, verilerin elde edilmesinde Taguchi metodu kullanılmış ve deneylerde Taguchi L9 ortogonal dizini düzenine göre Al2O3-TiCN- TiN kaplamalı, TiAlN kaplamalı Nano ve TiB2 kaplamalı olmak üzere üç farklı kesici uç kullanılmıştır. Deneylerde kesme koşulları ise kesme hızı (310, 450, 600 m/dak), ilerleme oranı (0.15, 0.25, 0.35 mm/diş) ve üç ölçüde kesme derinliği (0.5, 1, 1.5 mm) olarak belirlenmiş ve kesici uçlar ile kriyojenik işlem soğutması altında yüzey frezeleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde, kesme söz konusu kesme koşullarının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen değerler, sinyal-gürültü oranı (S/N), varyans analizi (ANOVA), üç boyutlu şekiller ve regresyon metodu kullanılarak değerlendirilmiştir. Taguchi analizi sonucu elde edilen optimum kesme şartları, minimum yüzey pürüzlülüğü için aşağıdaki şekildedir.
Kaplama tipi: Al2O3-TiCN-TiN,
Kesme derinliği: 1 mm,
Kesme hızı: 600 m/dak,
Diş başına ilerleme oranı: 0,15 mm/diş
Bu doğrultuda, hesaplamalarda yukarıda belirtilen kesme koşullarına göre yüzey pürüzlülük değerleri 0,47 µm olarak bulunmuş, doğrulama deneylerinde ise bu değer 0,32 µm olarak ölçülmüştür.
Takım yolu geometrilerinin incelenmesi
Günaydın (2014), Mikro frezeleme uygulamalarında takım yolunun ve kesme parametrelerinin optimizasyonu konusunda çalışmıştır. Çalışmada, girdi parametreleri olarak CNC tezgâh ve kontrol ünitesi özellikleri, takım yolu geometrisi, işleme stratejisi, NC çıktıları ve kesme parametreleri, çıktı parametreleri olarak ise işleme maliyeti, kesici takım aşınması, ölçü ve geometrik doğruluk ve yüzey pürüzlülüğü değerlendirilmiştir.
Takım yolu geometrileri trochoid kesme yöntemi ışığında hazırlanmış ve tüm kontrol ünitelerinde kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, yapılan deneyler ile mikro frezeleme uygulamasında NC satır sayısının mümkün mertebe azaltılması, eleman uzunluklarının eşit tutulması gerektiği, takım yolu geometrilerinde keskin köşe olmaması gerektiği ve doğrusal hareketlerin bu doğrulara teğet yay elemanları ile birbirine bağlanması gerektiği belirtilmiştir. Bu çalışmada, uygulanan işleme yönteminde talaş hacmi büyütülmüş ve talaşların kolay kırılması sağlanması sonucu ortamdan uzaklaştırılması mümkün olmuştur. Deneylerde uygulanan kesme parametreleri ardından optimize edilmiş ve tüm kontrol üniteleri için en uygun kesme parametresi belirlenmiştir.
Kesici takım bağlama uzunluğu etkisinin incelenmesi
Kuram (2017), İnconel 718 süper alaşımının mikro frezelenmesinde kesici takım bağlama uzunluğunu 10, 15 ve 20 mm olarak ayarlayıp, deneyde meydana gelen takım aşınması, kesme kuvvetleri ve çapaklanma değerlerini incelemiştir. Deneylerde kaplamasız ve 0,6 mm çaplı, 30o helis açılı 2 ağızlı mikro düz parmak freze kesici takımı kullanmıştır. Kesici takımın sertliğinin ise 3000 - 35000 HV olduğunu ifade etmiştir. Kesici takım maksimum 40.000 dev/dak devir kapasitesine sahip dik işleme tezgahına bağlanarak, 20.000 dev/dak devir sayısında döndürülmüş, 0,1 mm kesme derinliğinde ve 2,5 µm diş başına ilerleme hızı ile kuru kesme şartlarında frezeleme yapmıştır. Söz konusu kesici takım ile İnconel 718 iş parçası üzerinde her deneyde 15 mm uzunluğunda kanal işleme çalışması yapılmıştır. Şekil 2.6'da kurulan deney düzeneği yer almaktadır.
Şekil 2.6. Kesici takım bağlama uzunluğu (Kuram, 2017)
Frezeleme esnasında oluşan kesme kuvvetleri hassasiyeti yaklaşık 7,5 pC/N olan tabla tipi dinamometre vasıtasıyla ölçülmüştür. Çapak boyutu olarak üst çapak genişliği SEM ile ölçülmüştür. Deneyler aynı yönlü ve zıt yönlü frezeleme şeklinde gerçekleştirilmiş olup, deney sonuçlarına göre takım çapındaki azalma ve yanak aşınmasının artan bağlama uzunluğu ile arttığı (bağlama uzunluğu 10 mm olan takımda %3,74, 15 mm olan takımda
%4,14 ve 20 mm olan takımda % 7,15 mm) belirlenmiştir. Kesici takıma en çok 10 mm olduğu durumda talaş yapıştığı gözlenmiştir. En yüksek bağlama uzunluğu değerinde ise kesici takım kırılmıştır. Bağlama uzunluğu arttıkça kuvvet ve çapak genişliği değerlerinin arttığı sonucuna ulaşılmıştır.
Kesici takımın kanal geometrisi üzerindeki değişime etkisinin incelenmesi
Aslantaş, Çiçek, Çelik ve S. (2018), 2,2 kW motor gücüne sahip, 24.000 dev/dk iş mili hızındaki 3 eksenli CNC dik işleme merkezi ile 70x43x4 ebatlarındaki Inconel 718 alaşım malzemesini 1 mm çapında, 2 ağızlı kaplamasız ve kesici kenar yarıçapı 1,75 µm olan ve Maraton Hole firmasından tedarik edilmiş mikro kesici takımlar ile kuru kesme koşullarında mikro frezeleme işlemine tabii tutmuştur. Çalışmada, talaş derinliği, kesme hızı ve ilerleme değerleri olan kesme parametreleri kesici takım katalog parametrelerine uygun şekilde ve sabit tutulmuş ve aşınan kesici ucun kanal geometrisindeki değişimi incelenmiştir. Kesme deneylerinde, her kesici uç için toplam 430 mm kesme uzunluğu belirlenmiştir. Kesici takımların kenar yarıçapları aşınma değerlerinin belirlenmesi amacıyla deneylerden önce ve deney sonucunda meydana gelen aşınmalar optik mikroskop
ile ölçülmüştür. Kanalların yüzey pürüzlülüğünün ölçülmesi için ise Nanovea 3D, kuvvetlerin ölçülmesi için Kistler 9119AA1 tipi mini dinanometre kullanılmıştır. Kurulan deney düzeneği Şekil 2.7’de yer almaktadır.
Şekil 2.7. Mikro işleme deney düzeneği (Aslantaş, Çiçek, Çelik ve S., 2018)
Deney sonuçlarında, takım çapında meydana gelen çevresel aşınmanın artan kesme mesafesi ile arttığı belirlenmiştir. Bahse konu çevresel aşınmaya ilaveten aynı zamanda, takım köşe yarıçapının kesme yapıldıkça değişmesine neden olan eksenel aşınmanın meydana geldiği tespit edilmiştir. Bu doğrultuda, aşınan takımla artan köşe yarıçapının kanal geometrisinin bozulmasına ve çapak oluşumunun artmasına neden olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Artan köşe yarıçapına neden olan bir diğer faktör ise kesici takıma yapışan talaş olduğu, bu nedenle, kesici takımın yapışan talaşla birlikte zamanla kazınma şeklinde kesme yaptığı ve bu durumun da daha büyük kesme kuvvetlerini ortaya çıkarttığı ifade edilmiştir.
Mikro frezelemede meydana gelen çapak formları ve yüzey pürüzlülüğü değerlerinin incelenmesi
Bajpai, Kushwaha ve Singh (2013), havacılık endüstrisinde kullanılan mükemmel sağlamlık-ağırlık oranına sahip ve yüksek korozyon dayanımı özelliğinde bulunan ancak, zayıf işleme özelliğine sahip ve işleme sırasında yüksek takım aşınmasına ve çapaklanmaya neden olan Ti6Al4V malzemesini, kaplamasız ve 30o helis açılı Axis tool India firması üretimi mikro takım yoluyla 5 mm uzunluğunda ve kesici uç çapına eşit genişlikte mikro kanal frezelemeye tabii tutarak işleme sırasında meydana gelen çapak formları ve yüzey kalitesini deneysel olarak incelemiştir. Deneyler yüksek dönme hızlarında daha düşük talaş yükü oluşması ve daha iyi yüzey kalitesinin elde edilmesi
durumu göz önünde bulundurularak, iş mili maksimum 160.000 dev/dak devir sayısına ve 4,3 Ncm torka sahip mikro işleme tezgahında yüksek hızlı işleme olarak yapılmıştır.
Deneylerde, iş mili hızı, ilerleme hızı, kesme derinliği, takım çapı ve takımın ağız sayısının çapak boyutu, çapak ve işlenen yüzeyin pürüzlülüğü üzerindeki etkisi analiz edilmiştir.
Kesme parametrelerinde iş mili devri, ilerleme hızı, kesme derinliği için 3 farklı seviye belirlenirken takım çapı ve takımın ağız sayısı için ise 2 farklı seviye belirlenmiştir. Bu seviyeler sırasıyla iş mili devri için 10.000, 50.000 ve 90.000 dev/dak, ilerleme hızı için 1, 3 ve 5 mm/dak, kesme derinliği için 10, 20 ve 50 µm, takım çapı için 300 ve 500 µm ve kullanılan söz konusu takımların ağız sayısı ise 2 ve 4 olarak tarif edilmiştir. Bu çerçevede, deneylerde,
İş mili hızının 10.000 dev/dak ile 90.000 dev/dak arasında olması sebebiyle lineer kesme hızının 16 m/dak ile 141 m/dak arasında değişebildiği,
İlerleme hızın için belirlenen seviye değerlerinde deforme olmamış maksimum talaş kalınlığının 0,3'den 15 µm değerine değişebildiği,
öne sürülerek çalışmanın geniş değişken aralığı için geçerli olduğu belirtilmiştir. Çapak formu kesici uç girişi ile çıkışında SEM vasıtasıyla, 3-D yüzey pürüzlülüğü ise WYKO NT 9100 marka beyaz ışıklı enterforemetre vasıtasıyla incelenmiştir. Kanalların tümü 90o çıkış açılı olacak şekilde 2 kere işlenmiştir. Deney sonuçlarında,
Çapaklanma mekanizmasının geleneksel işleme ile benzer,
Yüksek hızlı işlemede aynı yönlü kesmede oluşan çapaklanmanın geleneksel işlemeden daha büyük, zıt yönlü kesmede ise çapak yüksekliğinin daha büyük fakat çapak genişliğinin daha küçük olduğu,
Zıt yönlü kesmede yan çıkış çapaklanmanın diğer çapaklanma tiplerine göre en kritik ve büyük olduğu,
İş mili 10.000'den 90.000 dev/dak’ya ve ilerleme hızı 1'den 5 mm/dak değerine değiştiğinde yüksekliğin %62 ve %53 oranında azaldığı, buna karşılık, çapak yüksekliğinin ise kesme derinliği 10 µm'dan 50 µm değerine ulaştığında arttığı,
Çapak genişliğinin takım dönme ve ilerleme hızı ile kayda değer miktarda değişmediği,
Takım çapı ve takım ağız sayısının çapak boyutlarını önemli ölçüde etkilemediği,
Yüksek hızlı mikro işlemede tek pasoda 44,7 nm'ye kadar yüzey pürüzlülüğü değerine ulaşıldığı,
Artan iş mili hızı, ilerleme hızı ve kesme derinliğinin daha iyi yüzey oluşumunu sağladığı,
Takım çapındaki artışın daha kaba yüzey ortaya çıkardığı, buna karşılık, takım ağız sayısının arttırılması ile daha pürüzsüz bir yüzey sağladığı saptanmıştır.
Klocke, Quito ve Souza (2009), çapak formunun ürün kalitesi ve montaj otomasyonu üzerinde negatif etkisi olması nedenini göz önünde bulundurarak çapaklanmaya yol açan parametreler üzerine çalışma yapmıştır. Bu çerçevede, çalışmada, pres döküm takımlarında, dövme kalıplarında, ekstrüzyon takımlarında, sıcak kesme bıçaklarında ve plastik işlemeye yönelik silindir ile vida imalatında kullanılan X38CrMoV5-1 kodlu, 53 HRC sertlik değerindeki yüksek termal kararlılığa ve sertlik değerine sahip çelik malzeme iş parçası olarak belirlenmiştir. Yapılan çalışmada, gerek daha yüksek aşınma direncine gerekse de üstün takım ömrüne sahip olması nedeniyle Kübik Bor Nitrür (CBN) kaplamalı kesici takımlar Kern HSPC 2216 mikro işleme tezgahına bağlanarak kesme hızı, diş başına ilerleme değeri gibi farklı kesme parametrelerinin, çapak formu, yüzey kalitesi ve takım ömrüne etkisi incelenmiştir. Deneyler, kesme parametreleri ile en iyi sonuçlara ulaşılması amacıyla 3 ve 0,5 çaplı kesici takımlarla yapılmış olup, maksimum hızı 160.000 dev/dak olan, 0,5 kW gücündeki iş mili taşıyıcısı vasıtasıyla, 15 adet işleme yapılması şeklinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde belirlenen kesme parametreleri,
3 mm çapındaki kesici takım için;
Kesme hızı: 50'den, 358 m/dak'ya değişen, Eksenel kesme derinliği: 0,50 mm,
Radyal kesme derinliği: 0,02 mm,
Dönme hızı: 5.307'den, 38.000 dev/dak'ya değişen, Diş başına ilerleme: 0,001'den 0,010 mm'ye değişen, İlerleme hızı: 42'den 760 mm/dak'ya değişen,
0,5 mm çapındaki kesici takım için;
Kesme hızı100 ve 200 m/dak, Eksenel kesme derinliği: 0,15 mm, Radyal kesme derinliği: 0,02 mm,
Dönme hızı: 63.660'dan, 127.324 dev/dak'ya değişen, Diş başına ilerleme: 0,002'den 0,010 mm'ye değişen, İlerleme hızı: 255'den 2547 mm/dak'ya değişen,
olarak belirlenmiş olup, takımlarda meydana gelen maksimum aşınma değerleri 3 mm çaplı kesici takım için 75 µm değerine, 0,5 mm çaplı kesici takım için ise 25 µm değerine sabitlenmiş olup, söz konusu değerler elektronik mikroskop aracılığıyla ölçülmüştür.
Takım ömürlerinin karşılaştırılmasının optimum şekilde yapılması amacıyla kesme hızı dışındaki parametreler sabit tutulmuştur. Sonuçlar 3 mm ve 0,5 mm çaplı takımlar için aşağıdaki şekilde değerlendirilmiştir.
3 mm çaplı takım kullanılarak yapılan kesme
En iyi takım ömrü 200 m/dak kesme hızı ile 369 m olarak, en kötü takım ömrü ise 100 m/dak kesme hızı ile 61,5 m olarak hesaplanmıştır. Geleneksel Taylor takım ömrü denklemine göre takım ömrünün kesme hızıyla ters orantılı olması gerekirken çalışmada artan kesme hızıyla takım ömrünün önce arttığı sonra ise giderek azaldığı görülmüştür.
Ayrıca, düşük kesme hızlarında (<100 m/dak) iş parçası yüzeyinde meydana gelen tepe ve vadi yüksekliklerinin takım iş parçası arasındaki partiküllerin kesme kenarı oluşturmasından kaynaklandığı ve artan kesme hızıyla birlikte söz konusu kesme kenarı oluşturan partikül formunun azaldığı ve akıcı talaşa geçişin sağlandığı belirtilmiştir.
Deneyde bulunan diğer sonuç ise, maksimum kesme hızında (358 m/dak) ve en yüksek diş başına ilerleme değerinde (0,01 mm) en yüksek yüzey pürüzlülük değeri (258 nm) meydana gelmesidir. Tüm veriler göz önünde bulundurulduğunda, en uzun takım ömrüne sahip 200 m/dak kesme hızında, 0,001 mm'lik en düşük diş başına ilerleme değerinde 200 nm'lik en düşük yüzey pürüzlülüğü değeri elde edildiği sonucuna ulaşılmıştır. Bulunan diğer sonuç ise, diş başına ilerleme değeri arttıkça sabit kesme hızı altında takım ömrünün de artmasıdır. Buna karşılık, artan diş başı ilerleme değeri, yüzey pürüzlülüğü değerini de arttırmakta dolayısıyla yüzey kalitesini düşürmektedir. Bunun da CBN kaplamalı takımlarda artan ilerleme hızıyla kesme sıcaklığı yükselmesinden kaynaklandığı belirtilmiştir.
0,5 mm çaplı takım kullanılarak yapılan kesme
Kesme hızı arttıkça 25 µm olarak belirlenen maksimum aşınma değerine daha geç ulaşılmış ve kesme uzunluğu artmıştır. Yüksek kesme hızlarında ise takım ömrünün iyileştiği buna karşılık, düşük kesme hızında ise takımda abrasif aşınma görüldüğü ifade edilmiştir. Elde edilen yüzey pürüzlülük değerleri ise 3 mm çaplı takımlarda ulaşılan
sonuçlara benzer olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Diş başına ilerleme sonuçlarında ise, 200 m/dak kesme hızında en düşük olarak belirlenen (0,002 mm) diş başına ilerleme değerinde en düşük yüzey pürüzlülüğü değerine ( yaklaşık110 nm) ulaşılmıştır. Bununla birlikte, 3 mm çaplı takımla yapılan deneyden farklı olarak, artan ilerleme hızı ve dolayısıyla, diş başına ilerleme değerine karşılık, takım ömründe 3 mm çaplı takımda olduğu gibi önemli bir yükselme meydana gelmediği fark edilmiştir.
Ayrıca, bu çalışmada çapak formlarının incelenmesi üzerine 3 farklı çalışma yapılmış olup, Şekil 2.8'de belirtildiği üzere en az çapak oluşumunun son pasoda yeni bir takım kullanılması durumunda sağlanabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Şekil 2.8. Çapak formlarının incelenmesi amacıyla yapılan üç farklı kesme stratejisi (Klocke, Quito ve Souza, 2009)
Kesici takım burun yarıçapı ve kenar yarıçapı değerlerine göre minimum kesme derinliği ve minimum ilerleme değerinin incelenmesi
Aslantaş ve Çiçek (2018), yüksek hızlı (75'den 1.400 m/dak'ya kadar) mikro işleme koşullarında tornalama operasyonları belirleyerek farklı kesme derinliği ve ilerleme değerlerinde kesme kuvveti ve yüzey kalitesindeki değişimlerin incelenmesi üzerine çalışmıştır. Çalışmada, kesici takımın burun yarıçapı (Rε = 40 µm) ve kenar yarıçapı (Re = 5 µm) göz önünde bulundurulduğunda, minimum kesme derinliği ile minimum ilerleme değeri sırasıyla 5 µm ve 0,25 µm/rev olarak alınmıştır. Deneylerde, kesici takımın burun yarıçapı için farklı kesme derinliği değerleri, kenar yarıçapı için ise farklı besleme değerleri kullanılmıştır. Deneyler, maksimum iş mili hızı 60.000 dev/dak yatay işleme merkezine benzer bir tezgaha iş parçasının sabitlenerek, Kennametal Inc. firmasının üretimi AlTiN kaplamalı kesici takımların (TDHB07T12S0) 90o de kesmesini sağlamakve
dinanometreye sabitlenmesi amacıyla özel olarak tasarlanan takım tutucusuna bağlanarak kuru kesme koşullarında tornalanması şeklinde gerçekleştirilmiştir. Buna ilaveten, söz konusu tezgahın lineer kızakları mikro step motorları tarafından hareket ettirilmekte ve eksen hareketlerini sağlamaktadır. Deneyler sırasında ya yeni takımlar kullanılmış ya da kullanılan takımların kesme uzunluğu kısa tutularak takım aşınmasından kaçınılmıştır.
Kesme kuvvetlerine göre yüzey pürüzlülüğünün ölçülmesi için Nanovea optik profilometre kullanılmıştır. Ayrıca, kesme bölgelerinin daha net gözlemlenebilmesi amacıyla 50X ve 800X büyütme yapabilen USB mikroskop kullanılmıştır. Deneylerde, kesme derinliği (ap) ve ilerleme değeri (f), burun ve kenar yarıçaplarından daha düşük olduğu durumda pasif kuvvetin (Fp) arttığı belirlenmiş ve pasif kuvvetin teğetsel kuvvetten (Fc) daha fazla olduğu durumda da kesme sırasında kazıma meydana geleceği ve bu durumda, yüzey kalitesinin bozulacağı ve işlenen yüzeydeki kalıntı gerilmelerin artacağı ifade edilmiştir.
Söz konusu kuvvetler ve deney düzeneği Şekil 2.9'da yer almaktadır.
Şekil 2.9. Deney düzeneği ve kesme sırasında oluşan kuvvetler (Ff = İlerleme kuvveti, Fp = Radyal kuvvet, Fc = Kesme kuvveti) (Aslantaş ve Çiçek, 2018)
Ayrıca, minimum yüzey pürüzlülüğü (Ra) için kritik bir ilerleme değeri olduğu ve bu değerin ise f/Re = 1 olduğu açıklanmıştır. Yani, ilerleme değeri 1 µm iken kesici kenar yarıçapı da 1 µm olarak belirlenirse, minimum yüzey pürüzlülüğü elde edilebileceği ifade edilmiştir. Bulunan bir diğer çıkarım ise, ilerleme değeri artmasıyla daha düşük kesme hızlarında, kesme kuvveti değerinin ilerleme kuvvet değerini geçmesinin mümkün
olmasıdır. Ayrıca, bu çalışmadan elde edilen bir çıkarım da, radyal kuvvetin (Fp), kesme kuvvetinden (Fc) büyük olduğu kesmeler efektif olmayan kesme işlemi için bir göstergedir.
Farklı kesme parametrelerinin optimizasyonu
Kuram ve Özçelik (2018), yüksek plastik deformasyon özelliğine sahip, vickers sertlik değeri (HV) 139 olan 15 mm x 10 mm x 20 mm ebatlarındaki Al 7075 iş parçasını,
Deneysel çalışma (Taguchi yöntemi ile),
Deneysel çalışmanın modellenmesi,
Tek ve çok hedef optimizasyonu
aşamaları çerçevesinde, 38 mm uzunluğunda ve 3 mm çapında, kesici uç çapı 800 µm olan, 2 ağızlı top burun mikro freze takımları (Union Takımları, CB3A 20080-040) ile Deckel Maho DMU 60 P CNC freze tezgahında aynı yönlü frezeleme yoluyla kuru kesme şartlarında işleyerek iş mili hızı, diş başına besleme değeri ve kesme derinliği parametrelerinin takım aşınması, kuvvet ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini araştırmıştır.
Çalışmada, ayrıca, elektron mikroskobu ile kesici uç ve iş parçası yüzeyleri ve iş parçası işlenmesi sırasında ortaya çıkan abrasif ve yapışma aşınma mekanizmaları da incelenmiştir. Bu çerçevede, Taguchi yöntemi ile parametreler 3 farklı seviye altında belirlenmiş ve toplam 9 adet deney yapılmıştır. Deney sonuçları ardından, birinci dereceden model olarak formüle edilmiş ve bağımsız ile bağımlı değişkenlerin birbiriyle ilişkisini bulmak amacıyla regresyon analizi yapılmıştır. Bu sayede, bu deneyden elde edilen veriler kullanılarak, söz konusu iş parçasının mikro işlenmesi sırasında başka yapılan deneylerden elde edilecek sonuçları (bağımlı değişkenleri) ufak hatalarla elde eden denklemler belirlenmiştir. Daha sonra, elde edilen sonuçlar Taguchi sinyal-ses oranı kullanılarak tek hedef optimizasyonu şeklinde değerlendirilmiş ve optimum değerler elde edilmiştir. Bunun ardından, dördüncü aşamada ise sonuçların çok hedef optimizasyonu gri ilişkili analiz kullanılarak yapılmıştır.
İş parçası kimyasal kompozisyonu spektrometre vasıtasıyla (SpectroMAXx, Almanya) ölçülmüştür. Yapılan deneyler sırasında, takım aşınması SEM ile, kuvvet dinamometre ile ve kesme yönündeki yüzey pürüzlülük değerleri Mitutoyo Surf Test 301 profilometresi
vasıtasıyla ölçülmüştür. Kesme genişliğinin etkisi mikro işlemede göz ardı edilebilir etkiye sahip olması sebebiyle sabit tutulmuş ve tüm deneyler için 200 µm olarak belirlenmiştir.
Deney sonuçlarından iş mili hızı, diş başına besleme ve kesme derinliği optimum değerleri sırasıyla;
Takım aşınması için, 10.000 dev/dak, 0,5 µm/diş ve 50 µm,
Fx kesme kuvveti için, 10.000 dev/dak, 0,5 µm/diş ve 100 µm,
Fy kesme kuvveti için, 10.000 dev/dak, 0,5 µm/diş ve 75 µm,
Ortalama yüzey pürüzlülüğü için, 12.000 dev/dak, 0,5 µm/diş ve 50 µm,
olarak belirlenmiştir. Ayrıca, takım aşınmasının artan iş mili hızı ve kesme derinliği ile arttığı görülmüştür. Buna ilaveten, Fx ve Fy kesme kuvveti değerlerinin ise artan iş mili hızı, diş başına ilerleme ve kesme derinliği değerleri ile arttığı sonucuna varılmıştır.
Ortalama yüzey pürüzlülüğü değeri ise artan iş mili hızı ile düşmüş ve bu da elde edilen yüzey kalitesinin daha iyileştiğini göstermiştir. Buna karşılık, literatürde artan iş mili hızı ile yüzey pürüzlülük değerinin de yükseldiği ve yüzey kalitesinin bozulduğu belirtildiği ifade edilmektedir.
Ayrıca, bu çalışmada deney sonuçları varyans (ANOVA) analizine tabi tutulmuş ve iş mili hızı, diş başına ilerleme ve kesme derinliği değerlerinin takım aşınmasını sırasıyla
%66,565, %3,041 ve %30,100 oranında etkilediği sonucuna ulaşılmıştır. Fx ve Fy değerini en fazla etkileyen ise iş mili hızı (sırasıyla %55,364 ve %76,020 oranında) olmuştur.
Ortalama yüzey pürüzlülüğüne etki eden en büyük değer ise %78,124 oranı ile diş başına ilerleme olduğu bulunmuştur.
Sonuç olarak, çoklu görev optimizasyonu ile takım aşınması, Fx ve Fy kesme kuvveti değerleri ve yüzey kalitesi için en iyi değerlerin iş mili hızı, diş başına ilerleme ve kesme derinliği için sırasıyla, 10.000 dev/dak, 0,5 µm/diş ve 50 µm olduğu ifade edilmiştir.
Farklı kesme parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi ve sonlu eleman analizinin yapılması
Özel, Thepsonthi, Ulutan ve Kaftanoğlu (2011), 36 HRC sertliğindeki Ti-6Al-4V alaşım malzemesinin ince taneli kaplamasız ve cBN kaplamalı 635 µm, 508 µm ve 381 µm olmak üzere 3 farklı takım çapına sahip 2 ağızlı düz tabanlı ince taneli (tane boyutu 0,2 – 0,5 µm
arasında) mikro takımlar ile kuru kesme koşullarında, sabit 18 mm takım mesafesi ile mikro frezelenmesi üzerine deneysel araştırma ve sonlu eleman analizi çalışması yapmıştır.
Çalışmada, kesme hızı (25, 42, 50, 62, 75 ve 82 m/dak) nominal eksenel kesme derinliği (40, 70 ve 100 µm) ve diş başı ilerleme değerleri (0,5, 2,5 ve 4,5 µm/diş) olarak belirlenen kesme parametreleri ile 18 adet kanal üzerinde her frezelemede yeni bir takım kullanılarak mikro frezeleme işlemi yapılmış ve parametrelerin yüzey pürüzlülüğü, çapak formu ve takım aşınması üzerine etkileri araştırılmıştır. Çapak kalınlığı dijital mikroskop ile yüzey pürüzlülük değeri ise kanal tabanının ortası boyunca Mitutoyo SJ-400 dijital yüzey analizörü vasıtasıyla ölçülmüştür. Deneyler 508 µm çaplı takımların kullanılamayacak hale gelinceye kadar sürdürülmüştür. Çalışma sonucunda, 635 µm, 508 µm çapına sahip mikro takımlarla yapılan deneylerde,
Kesme hızında meydana gelen artış ile yüzey pürüzlülük değerinin düştüğü (381 µm çaplı takıma zıt özellikte) ve çapak formunun yükseldiği,
CBN mikro takımla yapılan işlemedeki ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) değerinin daha iyi olduğu ve daha az çapak kalınlığı elde edildiği gözlenmiştir.
Ayrıca, çalışmadan elde edilen diğer bulgu ise, ilerleme değerinin çapak formu üzerindeki etkisinin ortalama yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisinden daha fazla olduğudur. Yani, artan ilerleme değeri ile çapaklanma azalmaktadır.
Diğer taraftan, deneylerde kullanılan kaplamasız ile CBN kaplamalı takımların aşınma oranlarının tahmin edilmesi amacıyla sonlu eleman analizi ile kesme sırasında oluşan kuvvetler, sıcaklıklar tahmin edilmiştir. Yapılan analize göre CBN kaplamalı takımda öngörülen,
Kuvvetlerin takımın daha geniş kesici kenar yarıçapına ve daha düşük tahmini sıcaklık değerine sahip olması nedeniyle daha fazla,
Sıcaklık yükselmesinin ise düşük sürtünme katsayısı ve yüksek etkili termal iletkenliğe sahip olması nedeniyle düşük,
olduğu ifade edilmektedir. Söz konusu tahminler, sıcaklık ve takım aşınma biçimi bakımından CBN kaplamalı takımın kaplamasız takım üzerindeki avantajlarını ortaya koymaktadır.
Buna ilaveten, deneysel çalışmalar sonucu elde edilen minimum yüzey pürüzlülüğü ve çapak formu kapsamında, optimum kesme parametrelerinin belirlenmesi amacıyla optimizasyon çalışmaları yapılmıştır.
Yanal kayma oranına göre yüzey pürüzlülük değerlerinin incelenmesi
Topal (2009), düz uçlu freze takımlarında takım çapı oranına göre yüzey pürüzlülük değeri değişimini incelemiştir. Çalışmada, takım çapının %10 ile %100’ü arasında yanal kayma oranı belirlenerek deneyler yapılmıştır. Sonuçlarda ise, yanal kayma oranı arttıkça ortalama yüzey pürüzlülük değerinin arttığı gözlenmiştir.
Takım ömrünün incelenmesi
Dadgari, Huo ve Swailes (2018), Ti-6Al-4V test numunesi üzerinde, mikro kesici takımların takım ömürlerini incelemiştir. Takımlardaki aşınmanın karakterizasyonu için yan yüzey aşınma oranı, kesme kenar yarıçap değişimi ve takım volümetrik değişimi değerleri göz önünde bulundurulmuş olup, kesme hızı ve ilerleme değeri gibi kesme parametrelerinin söz konusu aşınma değerlerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmada, Şekil 2.10'da gösterildiği üzere, kesme hızının yükselmesi ile birlikte takımlardaki aşınmanın hızlı bir şekilde yükseldiği ifade edilmektedir.
Şekil 2.10. Kesme hızındaki artışın (Vc) kesme kenar yarıçapı değişimine etkisi (Dadgari, Huo ve Swailes, 2018)
Yücel ve Çiçek (2011), kesici kenar yarıçapı ile mikro takım yarıçapı oranı göz önünde bulundurularak, çapak formunun mikro işlemede konvansiyonel işlemeye oranla yüksek ve çapaklanmanın kaçınılmaz olması sebebiyle, kenar yarıçapına eşit olan deforme olmamış talaş kalınlığı ile mikro frezelemenin en iyi yüzey pürüzlülüğü ve mantıklı düşük çapak miktarını vereceğini belirtmiştir.
Kagnaya, Boher , Lambert, Lazard ve Cutard (2014), WC-6Co kaplamasız karbit kesici takımlarda meydana gelen hasarların incelenmesi amacıyla, kuru kesme şartlarında AISI 1045 çeliğini ortalama ve yüksek hızlarda işlemiştir. Çalışma sonuçlarında, konvansiyonal kesme hızında Vc ≤ 250 m/dak iken, normal kesici takım aşınma tiplerinin (adhezyon, abrasyon ve yığma kenarlı (BUE) sürekli talaş) açık bir şekilde gözlendiği belirtilmiştir.
Diğer taraftan, Vc 250 m/dak değerinden büyük iken, WC-6Co sınıfı malzemenin davranışının termomekanik yüklemeden kaynaklı tamamen değişmesi ile birçok aşınma meydana geldiği belirtilmiştir. Yapılan deneylerde, her koşul için takım - talaş temas uzunluğu, Lc (krater aşınma genişliği) ve serbest yüzey aşınma genişliği VB ölçülmüş olup, Lc ve VB değerlerinin tüm kesme hızları için kesme sürelerine göre arttığı belirtilmiştir.
