1-Giriş

 

Günümüz endüstrisinde çelik parçalara istenilen son biçimlerin verilip kullanılabilir hale gelmeleri için uygulanan mekanik işlemlerin tamamı talaş kaldırmayı gerektirmektedir. Son yıllarda kesici takım malzemeleri ve takım tezgâhları geliştirilmiş, daha yüksek kesme hızları sağlanmış, kesici takımlar vasıtası ile tezgâhtaki operasyon süreleri kısaltılmış ve bunların neticesinde üretim artışı meydana gelmiştir. Meydana gelen bu artış talaş kaldırmayı daha önemli kılmış ve bunun neticesinde talaş kaldırmada kullanılan kesici takımlar önem kazanmıştır. 

 

Küreselleşen dünyada firmalar arası rekabet her geçen gün artmakta ve buna paralel olarak rekabet edebilmek gittikçe zorlaşmaktadır. Firmaların, faaliyet gösterdikleri sektörlerde rekabet edebilmeleri ve sektörlerindeki konumlarını koruyarak güçlenmeleri için ise en büyük engel, firmaların mali güçleridir. Hemen hemen bütün sektörlerde kullanılan "kesici takımlar" firma giderlerinin büyük bir bölümünü oluşturmakla kalmayıp, daimi bir gider kalemidir. Özellikle metal kesme ve şekillendirmede kesici takımda meydana gelen kırılma, aşınma, yanlış kullanım ve benzeri gibi durumlarda kesici takımların yenisi ile değiştirilmesi gerekmekte ve yapılan her kesici takım değişimi, direkt olarak maliyetlere etki etmektedir[1].

 

Talaş kaldırma işlemlerinde temel amaç, kesici takımın yüksek performansla istenilen özelliklerde, maksimum takım ömründe talaş kaldırabilmesidir[2].Takımın belirli bir aşınma miktarına veya tam aşınarak kesmemesine kadar geçen talaşlı işlem süresi takımın ömrü olarak tanımlanır. Çalışma sırasında çeşitli sebeplerle kesici takımlarda aşınmalar meydana geldiğinden, takım kesicilik özelliğini kaybeder[3]. Takım aşınması doğrudan işlenen parçanın kalitesini etkilediğinden dolayı, doğru parçayı üretmek kadar yapılacak iş için doğru takımı da seçmekte takım ömrü açısından önemlidir[1].  Kesici takım ömrü esas olarak iki kritere dayanır:

 

İş parçasının istenen tolerans sınırları içerisinde üretilmesi 

 

İş parçası yüzey kalitesinin istenen sınırlar içerisinde tutulması

 

Bir kesici takımın bu kriterleri sağlayamadığı andan itibaren kullanılabilirliği bitmiş olur. Yani kesici takım aşınma sonucu kullanım ömrünü tamamlamış olur. Takımda meydana gelen aşınma belirli bir zaman sonra kırılmaya sebep olmaktadır. Kesici takımın kırılması kendi maliyetinden çok ekonomik zararlar getirmektedir[1]. Uygulamalarda ve yapılan deneylerde kesici takımlarda kırılmanın iki şekilde meydana geldiği görülmüştür:

 

Takım ömrü serbest yüzey aşınması veya krater aşınmasına bağlı olarak yavaş yavaş sona ermektedir.

 

Aşınma belirli bir değere ulaştığında bir-iki saniye içerisinde serbest yüzey aşınması hızlı bir artış göstermekte, kesici kenar plastik deformasyona neden olmakta ve takım kırılmaktadır[4].

 

2-Kesici Takım Malzemesinin Seçimi

 

Kesici takımın malzemesinin doğru seçilmesi, kesici takım yüzeyine ihtiyaç duyuluyorsa yüzeylere kaplama yapılması kesici takımın ömrünü uzatacaktır. Çünkü iş parçası malzemeleri yumuşak, sert, sünek, gevrek, lif lif veya ufalanabilen cinsten olabilir[4]. Örneğin kaplamasız sementit karbür kesici takıma göre daha düşük tokluğa sahip kaplamalı sementit karbür takımların ömür olarak kaplamasız sementit karbür takımlara göre daha düşük olduğu ve kaplamalı kesici takım üzerinde aşırı yan kenar aşınması oluştuğu bilinmektedir[5,6]. Kesici uç malzemeleri aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:

 

Basma ve eğilme mukavemeti ile yüksek sertlik değerlerine sahip olmalıdır.

 

Yüksek sıcaklıklara kadar kesici kenar mukavemeti ve dayanıklılığı

 

Kabuklanma ve difüzyona karşı az yatkınlık

 

Isı birikiminin önlenebilmesi için yüksek ısı iletim yeteneği

 

Takım üzerinde parçacık yapışmasını (kaynaklanma) önlemek için alçak ısı iletimi

 

Isıl genleşmenin kesici uç taşıyıcısıyla yaklaşık eşit olması ve bağlantıda (örneğin lehimde) gerilimlerin oluşmaması

 

Kolay işlenebilme

 

Düşük fiyat  

 

Açıkçası yukarıda sayılan gereksinmeler zaman zaman birbirleriyle ters düşmektedir ve bu yüzden takım seçimi her zaman duruma göre değerlendirme yapmayı gerektirmektedir. Bu nedenle kesici malzemeye olan istekler sınırlandırılmalıdır. Kesici takımlar belirli periyotlarda değiştirildiği için bu malzemelerin doğal olarak kolay üretilebilmeleri, bulunabilir olmaları ve pahalı olmamaları gerekir. Hemen hemen bütün talaşlı işlem operasyonlarında kesme hızı ve besleme miktarı takım malzemesinin kapasitesi tarafından belirlenmektedir. Kabul edilebilir bir takım ömrünün sağlanabilmesi için hız ve besleme değerlerinin yeterince düşük seviyelerde tutulması gerekir. Eğer buna uyulmaz ise değiştirme esnasında kaybedilen zaman yüksek kesme hızlarının kullanımı ile sağlanan verimliliği ortadan kaldırabilmektedir. Kesici bir takım metali o metalden daha sert olduğu için keser. Bir işlem için kesici takım seçimi takım malzemesi ve takım geometrisinin yanı sıra aşağıdaki faktörlerden de etkilenir.

 

İşlemin tipi (kaba, ince, sürekli, darbeli vs.)

 

İş parçasının şekli ve malzemesi (sertliği, mukavemeti, yüzeyi vs.)

 

Takım tezgâhı (güç, rijitlik, mekanizmalar, kesme hızı, ilerleme, bağlama sistemi vs.)

 

Kesme verileri (sıcaklık, kesici kenar gerilmeleri vs.)

 

Arzu edilen yüzey kalitesi

 

Genel rijitlik (kesici kenarın kesme kuvvetine dayanabilmesi için mukavemeti)

 

İşleme maliyetleri (takım ömrü, envanter, takım değiştirme sıklığı)

 

Kesici takım malzemelerinin daha yüksek ilerleme ve kesme hızlarında talaş kaldırmaları için önem taşıyan üç ana özelik vardır.

 

(WR) Aşınma direnci: Aşınmaya karşı direnme kabiliyeti.

 

(T) Tokluk: Kırılmaya karşı mukavemet.

 

(HH) Kızıl sertlik: yüksek sıcaklıklarda sertliği ve kimyasal kararlılığı koruma

 

Günümüz endüstrisinde çok çeşitli türde takım malzemeleri kullanılmaktadır. Bunlar özellikleri ve tarihsel gelişimleri göz önünde bulundurularak şu şekilde sınıflandırılabilir: 

  

Takım Çelikleri 

 

Karbonlu Takım Çelikleri 

 

Alaşımlı Takım Çelikleri 

 

Yağ Çelikleri 

 

Hava Çelikleri 

 

Hız Çelikleri 

 

Stellitler 

 

Sinterlenmiş Karbürler 

 

Seramik Kesici Uçlar 

 

Elmas ve Diğer Doğal ve Yapay Taşlar 

 

Zımpara Taşları 

 

Abrazif aşınma durumunda, işlenen malzemede takım malzemesinden daha sert malzemeler bulunabilir. Bu sert partiküllerin takım yüzeyi ile teması sonucu, takım yüzeyinde aşınma söz konusu olacaktır. Takımın sertliği, bu aşınmanın hızına önemli derecede etki etmektedir. Bu tip aşınmanın en çok görüldüğü bölge, takım ile işlenen parça arasındaki ilk temasın olduğu en uç noktadır (Şekil-2 ve Şekil-7)[7]. Bu olay çok yumuşak malzemelerin kesilmesi sırasında dahi görülür.[3]

 

Tabakalaşma aşınması halinde ise kesme sırasında takımda oluşan plastik deformasyon, takım yüzeyinde küçük çatlakların başlamasına ve büyümesine neden olur. Büyüyen bu çatlaklar sonucunda, takım yüzeyinden ince bir tabaka koparak yüzeyden ayrılır. Bu aşınma mekanizması, takım ile işlenen parça arasında ilk temasın olduğu uç kısımda yaygın olarak görülür.

 

Kimyasal aşınma, kesme işlemi sırasında takım yüzeyinde meydana gelen çok yüksek sıcaklıklar nedeniyle meydana gelir. Yüksek sıcaklıklarda gerek difüzyon mekanizması ve iyon transferi ile gerekse de bölgesel ergimeler sonucu meydana gelen aşınma ile takım yüzeyinden malzeme kaybı söz konusu olacaktır. Bu aşınma tipi daha çok talaş yüzeyinde görülmektedir ve bu yüzeyde krater oluşumuna neden olmaktadır. Kraterin büyümesi ise takımın bu bölgeden kırılmasına ve ucun da kırılmasına yol açmaktadır. Talaşlı imalat sırasında oluşan bu aşınma mekanizmalarının etkinliği, kesme hızına ve kesme işleminin sürekliliğine bağlıdır.

 

Yukarıda anlatılanlara göre takım hasarlarını meydana geliş şekline göre; 

 

1- Dereceli olarak yavaş yavaş takımda oluşan hasarlar,2- Ani kırılmalar şeklinde oluşan hasarlar olarak iki ana grupta sınıflandırabiliriz. Dereceli olarak yavaş yavaş takımda oluşan hasarlar Şekil-7’b de görüldüğü gibi iş parçası ile taban yüzeyi arasında meydana gelen taban yüzeyi aşınması (VB), Şekil-3 ve Şekil-4’ te görüldüğü gibi KT derinliğinde bir oyuk veya çentik çoğunlukla iş parçasının yüzeyine karşı sürtünme neticesinde takım burnunun parçaya dalan kısmında oluşan  burun aşınması, adhezyon, aşırı sıcaklık artışı ve kesme gerilmeleri ile talaş yüzeyinde zamanla oluşan krater aşınması,  aşınma sonucu kesici kenarların yuvarlak hale gelmesiyle oluşan kenarların yuvarlaklaştırılması, kesme bölgesinde oluşan ısıl yorulma kırılgan takımlarda kesici kenara paralel ve dik kenar çatlaklarına yol açmaktadır.

 

Ani kırılma ile oluşan takım hatalarında genelde kırılgan malzemelerden imal edilen takımlar ani kırılma riski taşırlar. Bu olaya özellikle seramik ve sinter karbür gibi kırılgan malzemelerden imal edilen kesici takımlarla gerçekleştirilen süreksiz kesme tipi operasyonlarda sıkça rastlanır.

 

4-Kesici Takım Ömrü

 

Bir kesici takımın ömrünü iş parçasının istenen tolerans sınırları içinde üretilmesi ve iş parçasının yüzey kalitesinin istenen sınırlar içinde tutulması belirlemektedir. Bir kesici takım bu iki kriteri sağlayamadığı zaman kullanım ömrünü tamamlamış olur.

 

Kesici takımlar talaş kaldırma esnasında sürekli olarak aşınmaya uğrarlar. Kesici takımın ömrü biterken, takımın aşınma hızı da artar. Bu safhada kesme kuvveti hızla artar, kesme bölgesinden çıkan seste ani artış olur ve iş parçasının yüzeyinde parlak halkalar oluşmaya başlar. Serbest yüzey aşınması en önemli aşınma türü olduğu için takım ömrü tespitinde en önemli kriteri oluşturmaktadır.

 

Bir kesici takımda serbest yüzey aşınmasının kesme süresi ile değişimi Şekil-8’ de şematik olarak gösterilmiştir. Aşınma hızının değişimine bağlı olarak üç safha tanımlanmıştır. Birincil aşınma, ikincil aşınma ve üçüncül aşınma safhası. Yeni bir kesici uç ile talaş kaldırmaya başlandığında kesici ucun serbest yüzeyinde hızlı bir aşınma meydana gelir. Bu safhaya birincil aşınma bölgesi denir. Bu safhada aşınma hızı kesme şartlarına ve iş parçasının sertliğine bağlıdır. Kesme hızı arttıkça aşınma hızı azalır ve iş parçasının sertliği arttıkça aşınma hızı azalır.

 

 

İkincil aşınma safhasında, aşınma hızı sabit kalır. Aşınma hızı birincil bölgeye göre daha yavaştır. Birçok endüstriyel uygulamalarda serbest yüzey aşınması 0,8 mm’ye ulaştığında kesici takım değiştirilir. Bu aşınma miktarı kesici ucun pratik ömrünün sonu olarak kabul edilmektedir. Çıkartılan kesici takım taşlanarak yeniden kullanılabilir. Üçüncül aşınma safhası olarak adlandırılan aşınmanın son safhasında ise aşınma hızı çok yüksektir. Kesici takımda fazla miktarda serbest yüzey aşınma sınırı 0,3 – 1,0 mm arasında değişir. Genellikle 1 mm aşınmadan sonra tornalamaya devam edilirse üçüncül aşınma safhasına girilir. 

 

Bütün şartlar sabit tutulurken sadece kesme hızı değiştirilerek takım ömrünün ölçümüne ait torna tezgâhında yapılan bir deneyde Şekil-9’ da da görüldüğü gibi kesici takım 120 m/dak kesme hızında 8 dakikalık kullanım ömrüne sahipken, 70 m/dak kesme hızında 53 dakikalık bir ömür ölçülmüştür[3].

 

 

Genel olarak kesme hızı ile takım ömrü arasında Taylor bağıntısı adı verilen aşağıdaki formül geçerlidir. 

 

V. Tk = C

 

Bu formülde; V kesme hızını, T kesici takım ömrünü, C ve k ise iş parçası ve kesici takıma bağlı sabitleri göstermektedir. Bu formül çok düşük ve çok yüksek kesme hızları hariç geçerli bir formüldür.

 

 

5- Sonuçlar

 

Takım ömrünün tespiti amacıyla çelikler üzerinde çok sayıdaki deneysel çalışmada elde edilen sonuçlar takım malzemesi ve prosese bakılmaksızın takım ömrü dağılımının genellikle normal logaritmik karakterde ve büyük standart sapmalara sahip olduğunu göstermektedir[1,2,9].

 

Birçok endüstriyel uygulamada takımın ömrü, asıl kesme kenarının aşınması ile biter.  Bu sırada yardımcı kesme kenarındaki serbest yüzey aşınması imalat toleranslarının sınırlarını aşacak boyuta henüz gelmemiştir[3]. 

 

İş parçası malzemesinin sertliğinin parça içinde bir noktadan diğer noktaya değişmesi, kesici takım malzemesindeki değişkenlik, geometri ve hazırlama şekli, takım tutucusu ve iş parçası bağlantısı ve diğer faktörlerden kaynaklanan titreşimler, iş parçası yüzey karakteristiklerinin değişimi, kullanılan soğutma sıvısının kimyasal etkisi, kesici takım hızı takım ömrünü doğrudan etkilemektedir.

 

Plastik deformasyon, gevrek kırılma ve kenar yontulması kesici takım aşınmasına katkıda bulunur. Kesici takım geometrisinin aşınma üzerinde etkin olduğu söylenebilir bu nedenle kesici takım geometrisinin değişimi aşınmayı arttırır. Gevrek kırılma, kesici takımın çalışması sırasında aniden kendini gösterir. Kesme hızı, takım tezgâhının devri, talaş kalınlığı takım ömrü üzerinde etkilidir, eğer kesme hızı düzgün ayarlanmamış, yüksek veya düşük devirde orantısız olarak talaş kaldırılıyorsa, oluşan aşırı kuvvetlerden dolayı kesici takım kırılır. 

 

Süresiz kesme işlemlerinde karşılaşılan ani ısınma ve soğuma söz konusu olduğundan takım malzemelerinin ısıl şok direnci yüksek olmalıdır. Bölgesel kaynaklanmaların önlenebilmesi için takımın iş parçasına yapışma eğilimi düşük olmalıdır. Bu gereksinimin aksine kararlı bir ikinci kesme zonu oluşturabilmek için yüksek yapışma karakteristiğine ihtiyaç vardır. Takım malzemesindeki bileşenlerin iş parçasına difüzyonu hızlı aşınmaya yol açar. Bu nedenle takım malzemesinin iş parçasında çözünürlüğü düşük olmalıdır.

 

KAYNAKLAR

 

[1] Sönmez Murat, Ertunç H.Metin, Karakuzu Cihan, “Kesici Takım Aşınma Durumunun Yapay Sinir Ağı Kullanılarak Belirlenmesi”, Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kocaeli(2006)

 

[2] Işık Yahya, “Talaşlı İmalatta On-Line Takım Durumu İzleme Yöntemleri”,  Uludağ Üniversitesi Mühendislik – Mimarlık Fakültesi Dergisi, Citt 9- Sayı 1/2004, Bursa (2004)

 

[3]  Arıduru Ali,  “Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Talaş Kaldırma Kabiliyeti “ Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul (1995)

 

[4] Çeviri; Dinçmen Murat, “ Takımlar ve Takım Tezgâhları”, Karadeniz Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Karadeniz Üniversitesi Basımevi, Trabzon (1984)

 

[5] Nalbant Muammer, Altın Abdullah, Gökkaya Hasan, “İşleme Parametrelerinden Kesme Hızının Inconel 718 Super Alaşımının İşlenebilirliğine Etkisi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Cilt 21, No:3/2006, Ankara (2006)

 

[6] Salman Serdar, Gündüz Oğuzhan, Oktar Faik, “ Katodik Vakum Ark Yöntemi İle Kaplanan ZrN Kaplamalara Pulse Bias Voltajının Etkisi”, Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma 2005/3, İstanbul (2005)

 

[7] Kayalı E.Sabri, Eruslu Niyazi, Urgen M., Taptik Y., Çimenoğlu H., “Hasar Analizi Seminer Notları”,  TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, İstanbul ( 07-11 Nisan 1997)

 

[8] Çiftçi İbrahim, “Östenitik Paslanmaz Çeliklerin İşlenmesinde Kesici Takım Kaplamasının ve Kesme Hızının Kesme Kuvvetleri ve Yüzey Pürüzlüğüne Etkisi” , Gazi Üniversitesi Müh. Mim. Fakültesi Dergisi, Cilt 20, No:2, Ankara(2005)

 

[9] Ateş S., Er A.O., Aslan E., Camuşçu N., “Sertleştirilmiş P20 Kalıp Çeliğinin Kübik Bor Nitrür Kesici Takımlarla Yüksek Hızlarda Frezelenmesi”, 12. Uluslar arası Makine Tasarım ve İmalat Kongresi 05-08 Eylül 2006, Kuşadası (2006)