Torna takımlarında mikro yüzey teksürü uygulamasının kesme kuvvetlerine etkisinin incelenmesi

Abstract

Günümüz imalat teknolojileri dikkate alındığında talaşlı imalat yöntemleri en yaygın olarak kullanılan üretim yöntemlerinden biridir. Farklı mühendislik uygulamaları için istenilen çözümlerin bulunması yönünde talebin karşılanması ve bunu gerçekleştirirken talaşlı işleme prosesinin daha verimli hale getirilmesi ilk günden bugüne kadar yapılmış çalışmalarda ve gelecek çalışmalarda temel amaç olarak gözetilmektedir. Bu çalışmalara örnek verilecek olursa farklı malzeme ve kesici takımlar için optimum proses parametrelerinin belirlenmesi, talep edilen yüzey pürüzlülüğünü sağlayacak optimum proses parametrelerinin belirlenmesi veya takım ömrünün arttırılmasına yönelik çalışmalar verilebilir. Yapılan tez çalışması kapsamında birçok farklı uygulama alanı olan mikro yüzey tekstürü uygulamasının kesici takımlar üzerinde uygulanması ve kesme kuvvetlerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu alanda yapılan deneysel çalışmalar ışığında mikro yüzey tekstürü uygulamasının prosesi geliştirebileceği ve kesme kuvvetlerinin düşmesi ile takım ömrünün arttırılabileceği görülmüştür. Ancak günümüz teknolojisi ile sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan analizler ile birçok farklı mühendislik problemi bilgisayar ortamında simüle edilebilmektedir. Bunun sağladığı avantajlar ise bir parçanın üretilip test edilmeden önce bilgisayar ortamında çalışma koşullarını simüle edilebilir kılması nedeniyle çok daha düşük maaliyetler ve zaman ile işlemlerin sonuçlarının görülmesi kapsamında kayda değer bir ilerleme kaydedilebilmesidir. Yüzey tekstürü uygulamasının ana etkisi, aşınmayı, kesme kuvvetlerini, kayma açısını ve aşınmayı azaltarak takımların kesme performansını arttırmaktır. Genellikle kesici takımların eğim veya yan yüzeyine doku desenleri uygulanır. Bunun temel mantığı, bu yüzeylerdeki doku geometrilerinin, takım-iş parçası ve takım-talaş arayüzlerine havaya ve kesme sıvısına kolay erişim sağlamasıdır. Yüzey tekstürü uygulaması hem kuru hem de ıslak kesme işlemleri için faydalıdır. Kuru kesme koşullarında aşınma kalıntılarını yakalar ve takım-talaş arayüzündeki temas alanını azaltır. Islak kesme koşullarında doku kanalları kesme sıvısını depolar ve kesme sıvısının kesme bölgesine ulaşması için bir kanal oluşturur. Bu özellikle derin delme gibi işlemler için faydalıdır. Bunun yanı sıra, kuru kesme koşullarına benzer şekilde ıslak kesme koşulları için dokular aşınma kalıntılarını yakalar ve takım-talaş arayüzündeki temas alanını azaltır. Son parçanın kalitesi büyük ölçüde takım aşınmasına ve sürtünmesine bağlıdır. Yüksek kesme kuvvetleri ve şiddetli takım aşınması, final parçanın düşük yüzey kalitesine sahip olması ile sonuçlanacaktır. Yüzey tekstürü uygulamaları kesme kuvvetlerini ve bunun sonucunda takım aşınmasını azaltma fırsatı yaratır. Kesme kuvvetlerinde ve takım aşınmasında azalma, takım ömrü üzerinde olumlu etkilere sahiptir ve bu da proses verimliliğinin artmasına yardımcı olur. Bu bağlamda yapılan yüksek lisans tez çalışması kapsamında sonlu elemanlar analiz yöntemleri yardımıyla bilgisayar ortamında Inconel 718 malzemesinin tornalama işlemindeki davranışının tekstürsüz ve farklı tekstür parametrelerinin uygulanması durumundaki incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik, ilk olarak literatürde yapılmış çalışmalar incelenmiş ve deneysel çalışmalar için deney senaryoları belirlenmiştir. Referans çalışmadaki kesici takım malzemesi, geometrisi, kesme parametreleri ve benzeri sınır koşulları dikkate alınarak tekstürsüz kesici takım için model kurulup modelin deneylerle kontrol edilmesi hedeflenmiştir. Modelin onaylanmasının ardından tekstür derinliği, tekstürler arası mesafeler vb. tekstür uygulama parametreleri kesici takımın 3 boyutlu modeline uygulanarak incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında farklı kesme hızları ve ilerleme oranları dikkate alınarak dört farklı test koşulu tanımlanmıştır. Her test koşulu için üç test yapıldı ve ölçüm sonuçlarının ortalaması, simülasyon sonuçları için referans değerler olarak kullanıldı. Her test koşulu için, dokusuz takım geometrisi için simülasyonlar yapılmış ve deneysel sonuçlara göre hata oranı en düşük olan takım geometrisi için, doku geometrilerinin etkisini araştırmak amacıyla bu simülasyonun kesme sınır koşulları kullanılmıştır. Çalışmalar sırasında ABAQUS/Explicit programı kullanılmıştır. Literatürde de birçok benzer sonlu elemanlar analizi çalışmalarında kullanılmış olan Johnson-Cook malzeme modeli dikkate alınarak modelleme yapılmıştır. ABAQUS/Explicit programının ilgili arayüze sahip olması bu yazılımı ilgili problemin çözümü için kullanılabilir kılmaktadır. Günümüzde Deform, Advantedge gibi yaygın olarak kullanılan talaşlı imalat analiz programları yüksek lisans ücretlerinden dolayı tercih edilmemiştir.