14.09.2014
TALAŞ KALDIRMA TEORİSİ
1.
2.
3.
4.
5.
IML 313 İmal Usulleri – II
Talaşlı İmalat
Talaş kaldırma teknolojisine genel bakış
Metallerin talaşlı işlenmesinde talaş oluşumu
Kuvvetler ve Merchant dairesi
Talaş kaldırmada güç ve enerji ilişkisi
Isı paylaşımı ve sıcaklık
Prof.Dr. Murat VURAL
[email protected]
http://www.akademi.itu.edu.tr/vuralmu
1
2
Tornalama ve ilgili
işlemler
Talaşlı İmalat Yöntemleri
Geleneksel
talaş kaldırma
Şekillendirme yöntemlerinin ortak noktası, taslak
parçadan malzeme kaldırarak, kalan parçanın
istenen geometriye sahip olmasıdır.
 Talaş kaldırma – keskin bir kesici takımla malzeme
kaldırma, örn., tornalama, frezeleme, delme,..
 Aşındırma yöntemleri – sert aşındırıcı parçacıklarla
malzeme kaldırma, örn., taşlama
 Geleneksel olmayan yöntemler – malzeme
kaldırmak için kesici takım dışında kalan değişik
enerji biçimleri kullanma,
Delme ve ilgili
işlemler
Frezeleme
Diğer talaş
kaldırma işlemleri
Malzeme
uzaklaştırma
yöntemleri
Aşındırma
yöntemleri
Taşlama işlemleri
Diğer aşındırma
yöntemleri
Mekanik enerji
yöntemleri
Geleneksel
olmayan talaş
kaldırma
Şekil 21-1. Malzeme kaldırma
yöntemleri
3
Elektrokimyasal
işleme
Isıl enerji
yöntemleri
Kimyasal
işleme
4
1
14.09.2014
Talaşlı İmalat Neden Önemlidir?
Talaş Kaldırma
Kesme işlemi, parça malzemesinin makaslama
deformasyonu ile talaş oluşturmadır.
 Talaş uzaklaştığında, yeni yüzey ortaya çıkar
Talaş
hareketi
Serbest
yüzey
Makaslama
düzlemi
Takımın hareketi
(Parçaya göre)
Yeni yüzey
Kesici
takım
Negatif
talaş açısı
Serbest
açısı
Parça
Takımın kesici ucu

Kesici takım
Talaş açısı
İlk yüzey


İşlenebilen parça malzemesinin çeşitliliği
 Çoğunlukla metalleri kesmek için kullanılır
Parça şekillerinin ve özel geometrik formların
çeşitliliği, Örneğin:
 Vida dişleri
 Hassas yuvarlak delikler
 Çok düz kenar ve yüzeyler
İyi boyut hassasiyeti ve iyi yüzey kalitesi
Kesici uç
Şekil 21.2 (a) Talaş kaldırma işleminin kesit görünüşü, (b) negatif talaş
açılı takım (pozitif talaş açısıyla karşılaştırınız).
5
Talaşlı İmalatın Dezavantajları
6
Talaş Kaldırmanın İmalat Sürecindeki Yeri
 Malzeme israfı vardır
 Talaşlı imalatta çıkan talaş, tek bir operasyonda
bile yapılsa atık malzemedir
 Zaman alıcı
 Bir talaş kaldırma işlemi, belirli bir parça için
döküm, toz metalurjisi veya PŞV gibi alternatif
yöntemlere göre daha fazla zaman alır
 Genellikle, döküm, dövme ve çubuk çekme gibi
imalat yöntemlerinden sonra gerçekleştirilir
 Diğer yöntemler, başlangıç parçasının genel
biçimini oluşturur
 Talaş kaldırma ile, diğer yöntemlerle
oluşturulamayan, son şekil, boyut, yüzey kalitesi
ve özel geometrik detaylar oluşturulabilir
7
8
2
14.09.2014
Talaş Kaldırma Yöntemleri
Talaş kaldırma yöntemleri
 En önemli talaş kaldırma yöntemleri:
 Tornalama
 Delme
 Frezeleme
 Diğer talaş kaldırma yöntemleri:
 Planyalama ve Vargelleme
 Broşlama
 Testereyle kesme
 Taşlama
9
10
Delme
Tornalama
Tek ağızlı bir takım, silindirik bir şekil oluşturmak
üzere dönen parçadan malzeme kaldırır
Parça
Genellikle iki kesici ağzı olan dönel bir takımla (matkap
ucu) dairesel bir delik oluşturmakta kullanılır
Yeni yüzey
Kesme hareketi (parça)
Kesici takım
İlerleme
hareketi
(takım)
Matkap
Kesme
hareketi
(takım)
İlerleme hareketi
(takım)
Şekil 21.3 (b) delme,
Şekil 21.3 En yaygın talaşlı işleme yöntemleri: (a) tornalama,
11
Parça
12
3
14.09.2014
Kesici Takımların Sınıflandırılması
Frezeleme
Dönen çoklu kesici ağızlı (diş’li) takım, düz bir
yüzey kesmek üzere parça boyunca hareket
eder
 2 tiptir: çevresel frezeleme ve alın frezeleme
Kesme
hareketi
Kesme
hareketi
Freze bıçağı
Yeni yüzey
İlerleme
hareketi
(parça)
Freze bıçağı
Yeni yüzey
İlerleme hareketi
(parça)
Parça
Parça
Şekil 21.3 (c) çevresel (yüzey) frezeleme, (d) alın frezeleme.
13
14
Helisel freze çakısı
Kesici Takımlar
Kesme kenarı
(ağzı, dişi)
Takım sapı
Talaş yüzeyi
Takım ucu
(burun radyüsü)
1. Tek ağızlı takımlar
 Bir ana kesici kenarlı
 Uç kısım (burun) genellikle radyüs verilerek
yuvarlatılmıştır
 Tornalamada tek ağızlı takımlar kullanılır
2. Çoklu kesici ağızlı takımlar
 Birden fazla kesici kenar
 Parçaya göre izafi hareket dönme ile sağlanır
 Delme ve frezelemede, çoklu kesici kenarlı
(ağızlı) takımlar kullanılır
Kesme kenarı
Serbest yüzey
Dönme
yönü
Şekil 21.4 (a) Talaş yüzeyi, Serbest yüzeyi ve takım ucunu gösteren
tek ağızlı takım; (b) çoklu kesici kenarları olan takımlara örnek olarak
helisel bir freze çakısı.
15
16
4
14.09.2014
Talaş Kaldırmada Kesme Parametreleri
Tornalama İçin Kesme Parametreleri
 Talaş kaldırma işleminin üç parametresi:
 Kesme hızı v – birincil hareket
 İlerleme f – ikincil hareket
 Kesme derinliği d – takımın ilk parça yüzeyinden
içeriye nüfuz derinliği, paso derinliği
 Bazı talaşlı imalat işlemlerinde malzeme kaldırma
hızı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
RMR = v f d
burada v = kesme hızı;
f = ilerleme;
d = kesme derinliği
Kesme hızı, v
Derinlik, d
(paso derinliği)
İlerleme, f
Şekil 21.5 Tornalamada kesme hızı, ilerleme ve derinlik.
17
Kaba İşleme ve İnce İşleme
18
Kaba paso ve ince paso
İmalatta genellikle parçayı çabuk bitirmek için birkaç
kaba paso ve ardından yüzey kalitesi için bir veya iki
ince paso kaldırılır
 Kaba paso – Taslak parçadan büyük miktarda talaş
kaldırılır
 Şekli istenen geometriye yaklaştırır, bitirme = finiş
= ince paso için pay bırakılmalıdır
 Büyük ilerleme, büyük derinlik, düşük kesme hızı
 İnce paso – parça geometrisini tamamlar
 Son boyutlar, toleranslar ve bitirme
 Düşük ilerleme ve düşük derinlik, yüksek kesme
hızı
19
20
5
14.09.2014
Takım Tezgahları
Ortogonal (Dik) Kesme Modeli
Taşlama dahil, talaş kaldırma işlemlerini gerçekleştiren,
motor tahrikli makinalardır
 Talaş kaldırmadaki işlevleri:
 Parçayı ve takımı tutar
 Takımın parçaya göre konumunu ayarlar
 Ayarlanan ilerleme, kesme ve derinlik için gerekli
gücü sağlar
 Bu ifade, metal şekillendirme işlemlerini yapan diğer
makinalar için de uygulanabilir.
talaş
takım
İş parçası
Şekil 21.6 Ortogonal kesme
21
Ortogonal kesmede açılar
Talaş Oluşumu
Etkin
Primer kayma
bölgesi
Sekonder kayma bölgesi
23
Şekil 21.8 Talaş oluşumunun gerçeğe daha uygun görünüşü. Kayma
düzlemi yerine kayma bölgesi gösterilmiştir. Ayrıca takım-talaş
sürtünmesinden doğan sekonder kayma bölgesi de gösterilmiştir.
24
6
14.09.2014
Talaş oluşumu
C45E çeliğinde talaş oluşumu
25
Talaş Kaldırmada Dört Temel Talaş Türü
1.
2.
3.
4.
26
Kırık Talaş
Kırık talaş
Sürekli talaş
Ağız birikintili (BUE=Built up Edge) sürekli talaş
Testere ağzı talaş
Kırık talaş
 Gevrek parça
malzemeleri
 Düşük kesme hızları
 Büyük ilerleme ve
büyük kesme derinliği
 Yüksek takım-talaş
sürtünmesi
Talaşın kırılmasıyla
yüzeyin bozulması
Şekil 21.9 Metal kesmede talaş oluşumunun
dört türü: (a) kesintili talaş
27
28
7
14.09.2014
Ağız birikintili (BUE*) Talaş
Sürekli Talaş
 Sünek parça
malzemeleri
 Sünek malzemeler
 Düşük-orta kesme
hızları
 Takım-talaş
sürtünmesi, talaş
parçacıklarının talaş
yüzeyine yapışmasına
ve birikmesine neden
olur
 Ağız birikintisi belirli
aralıklarla koparak
işlenen yüzeye sıvanır
Sürekli talaş
 Yüksek kesme hızları
 Küçük ilerleme ve
derinlikler
 Keskin takım
 Düşük takım-talaş
sürtünmesi
İyi yüzey kalitesi
*)BUE: Built-up Edge
Şekil 21.9 (b) sürekli talaş
Sürekli talaş
Yeni yüzey üzerine
sıvanan parçacıklar
Şekil 21.9 (c) ağız birikintili
sürekli talaş
29
Testere Ağzı Tipi Talaş
 Yarı sürekli – testere
dişi görünümlü
 Yüksek kayma şekil
değişimi ve düşük
kayma şekil değişiminin
ardışık oluştuğu
çevrimsel talaş şekli
 Daha çok, talaş
kaldırması zor
metallerin yüksek
hızlarda kesilmesi
sırasında oluşur
30
Takım ve Talaşa Etkiyen Kuvvetler
 Sürtünme kuvveti F , normal kuvvet N ,
 Kayma kuvveti Fs , dik kuvvet Fn
Yüksek kayma
şekil değişimli
bölge
Düşük kayma
şekil değişimli
bölge
Şekil 21.10 Metal
kesmede kuvvetler: (a)
ortogonal kesmede takım
ve talaşa etkiyen kuvvetler
Şekil 21.9 (d) testere ağzı
talaş.
31
32
8
14.09.2014
Kesme Kuvvetleri
Bileşke Kuvvetler
 F ve N ‘nin vektörel toplamı = bileşke R
 Fs ve Fn ‘in vektörel toplamı = bileşke R’
 Talaş üzerine etkiyen kuvvetlerin dengede olması
gerekir, yani
 R’ ‘nün R ile aynı doğru üzerinde, eşit büyüklükte
ve zıt yönlü olması gerekir
Şekil 21.10 Metal
kesmede kuvvetler: (a)
ölçülebilen takım üzerine
etkiyen kuvvetler
Kesme kuvveti
Sürtünme katsayısı
34
Sürtünme Katsayısı
Takım ile talaş arasındaki sürtünme katsayısı
F

N
Sürtünme açısı ile sürtünme katsayısı ilişkisi
  tan 
Kayma Gerilmesi
Kayma Düzleminde etki eden Kayma Gerilmesi:
S
Fs
As
burada As = kayma düzlemindeki Alan
t w
As  o
sin 
Kayma Gerilmesi = İş parçası malzemesinin
kayma dayanımı
9
14.09.2014
Kesme Kuvveti  F, N, Fs, ve Fn doğrudan ölçülemez
 Ancak takıma etkiyen Kesme kuvveti Fc ve itme
kuvveti Ft kuvvetleri ölçülebilir.
F, N, Fs, Fn, Fc ve Ft arasındaki geometrik
ilişkiyi gösteren kuvvet diyagramı
 Merchant
diairesi
38
Kayma düzlemi açısının etkisi
Takım açılarının kesme kalitesine etkisi
 Yüksek kayma düzlemi açısı, daha küçük kayma
düzlemi, yani daha küçük kayma kuvveti, kesme
kuvveti, güç ve sıcaklık demektir.
Şekil 21.12 Kayma düzlemi açısı  nin etkisi: (a) yüksek  (daha küçük
kayma alanı demektir); (b) daha küçük  (daha büyük kayma alanı
demektir). Talaş açısının (a) da daha büyük olduğuna dikkat ediniz
40
10
14.09.2014
Tornalama ile ortogonal kesmenin
benzeşimi
Güç ve Enerji İlişkileri
 Talaşlı İmalat işleminin bir Enerji gereksinimi vardır
 İşlemeyle ilgili güç aşağıdaki gibi hesaplanır:
Pc = Fc v
Pc = Kesme için gerekli güç
Fc = Kesme kuvveti
v = Kesme hızı
İlerleme f = kesmeden önceki talaş kalınlığı to
Derinlik d = kesme genişliği w
Kesme hızı v = Kesme hızı v
Kesme kuvveti Fc = Kesme kuvveti Fc
İlerleme kuvveti Ff = İtme kuvveti Ft
41
Güç ve Enerji İlişkisi
 Talaşlı imalatta gerekli kesme gücü hesabı:
Pc = Fc v
Pc = kesme gücü (W, Watt)
Fc = kesme kuvveti (N, Newton)
v = kesme hızı (m/s , metre/saniye)
ABD’de güç birimi olarak HP (Horse Power) = Beygir
Gücü (BG), uzunluk için feet (ft), ağırlık için libre (lb)
= pound kullanılır.
Güç ve Enerji İlişkileri
 Tezgahın ihtiyacı olan toplam güç ( Pg / HPg ):
Pg 
Pc
E
veya
HPg 
HPc
E
E = tezgahın mekanik verimi,
Genellikle E  % 75-80
11
14.09.2014
Talaşlı İmalatta Özgül Güç
 Gücün, birim hacim talaş kaldırma için gereken
güce dönüştürülmesinde kullanılır
 Özgül Güç: Pu veya HPu
PU =
Pc
RMR
HPu =
HPc
RMR
Talaşlı İmalatta Özgül Enerji
Birim güç aynı zamanda özgül enerji U olarak
da tanımlanabilir
U = Pu =
Pc
Fv
= c
RMR vtow
Özgül enerji birimleri: Nm/mm3 veya
J/mm3 (in-lb/in3)
RMR = Talaş kaldırma hızı (mm3/s)
Sıcaklık
Sıcaklık dağılımı - FEA
 Harcanan enerjinin yaklaşık % 98’i ısı enerjisine
dönüşür
 Bu durum, takım-talaş arayüzeyinde sıcaklıkların çok
artmasına yol açar
 Kalan yaklaşık %2 enerji talaşın elastik şekil
değiştirmesine harcanır
48
12
14.09.2014
Sıcaklığın Önemi
Sıcaklığın ölçümü
Talaş-Takım ara yüzeyinde yüksek sıcaklık oluşumu
1. Takım ömrünü azaltır (sıcaklık arttıkça sertlik
azaldığından takımın aşınması artar, ömür kısalır)
2. Sıcak talaş, operatör emniyeti açısından risk yaratır
3. İşleme sırasında parçada ısıl genleşmeden dolayı
boyutlar arttığından fazla kesme olur, iş bitip parça
soğuduğunda parça boyutları istenenden daha
küçük olur, parça kalitesi olumsuz yönde etkilenir
50
13
Download

Ch 21 Talaş Kaldırma Teorisi