cnc kesci takim malzemeleri

www.koumakina2001.8m.com

KESC TAKIM MALZEMELERKesme hareketi ile tala kaldrma ieren herhangi bir ilem, kesme iin kullanlan takmn kesme olaynn sertliine dayanacan gerektirir. stesinden gelinmesi gereken problem vardr. a) Kesme kenarnda yer alan anma. b) Malzemeyi i parasndan kaldrmak iin gerekli enerji tarafndan oluturulan s. c) Kesme olaynda darbe. Kesici takmlarn fonksiyonunu tamas iin sra ile etkilemesi gerekli ana zellikler unlardr: a) Anma olay ile baetmek iin sertlik. b) Is ieriinin stesinden gelmek iin scak g(scak sertlik). c) leme aamas boyunca yarda kesilme veya titreime direnmek iin yeterli tokluk Aadaki malzemeler genellikle kesme iin kullanlmaktadr. Yksek hz elikleri Stellite Sert metaller Sermetler Siyalon Seramikler Silikon nitrit Kbik bor nitrr (CBN) Elmas (nsan yapm veya doal) Sert metaller haricinde sertlik srasna gre dizilmitirler. Sert metaller sertlik olarak geni yer kaplarlar ve ksmen sermetleri ve siyalonlar da kapsarlar. Genelde artan sertlik beraberinde toklukta bir azalma getirir ve listenin yksek sertlik blgelerindeki bu malzemeler, delik ve yark bulunduran i paralaryla ar kesme iin kullanlyorsa krlma sonucu baarszla urayacaktr. Siyalonlar ve silikon nitritler, seramikler gibi grlmektedir. Genel olarak tannm iki grup seramik vardr ve silikon esasl seramiklere girmektedir, dier grup ise alminyum oksit esasl seramiklerdir.

1


KESC TAKIM MALZEMELERNN SEMNDE GENEL KRTERLER Spesifik tala kaldrma uygulamalarnda uygun kesici takm malzemesini semek olduka byk avantaj salar. Bu avantajlar arasnda verimliliin, kalitenin arttrlmas ve retim masraflarnn azaltlmas yer alr. Yksek verimlilik deerleri, kesme hzlarnn ve besleme miktarlarnn arttrlmas ile elde edilebilir. Kesme hz deerleri ve besleme oranlar kesici takm malzemesi ve ilenen parann malzemesine gre snflandrlmtr. Dolays ile kabul edilebilir bir takm mr elde edebilmek iin kesme hz deerlerinin ve besleme oranlarnn belirli bir deerin altna ekilmesi gerekir. Dier taraftan takm deiimleri ve bileme masraflar seri retimde kullanlan ileme tezgahlarnda elde edilen paralarn, para bana den maliyetlerini arttrmaktadr. Bununla birlikte krlenmi veya krlm kesici takmlarn deiimi de verimlilii dren balca etkenlerden biridir. Uygulama alanlarnn ok geni olmas nedeniyle kesici takm tek bana retimin gereksinimlerini karlayamaz. Herhangi bir kesici takm ile her trl kesme ilemi gerekletirilemez nk her bir kesici takmn kullanm alan snrldr. Dolays ile spesifik uygulamalarda kesici takm seimine aadaki faktrler etki etmektedir:

lenecek olan malzemenin sertlii Gerekletirilecek olan ilem trleri (optimum takm seimi gerekli olan ilem saysn azaltabilir) paras yzeyinden kaldrlacak tala miktar lem sonrasnda elde edilecek yzeyin przllk deeri Kullanlan kesici takmn ve i parasnn rijitlii leme hzna ve besleme miktarna etki eden faktrler leme koullar, kesme kuvvetleri ve scaklk leme esnasnda retilen her bir paraya den takm maliyeti, bileme masraflar ve iilik gibi etkenler yer alr.

En ekonomik takm demek en uzun mrl olan yada en ucuz olan demek deildir.

2


Arzu Edilen zellikler

Kesme ilemi esnasnda kesici takmn zellikleri doru bir ekilde deerlendirmek, kesici takmn fiziksel zelliklerine de baldr. Kesici takmn bir zelliini arttrmak demek baka bir zelliin azalmasna neden olmak demektir (zellikle anma direnci yksek olan malzemelerin tokluk deerleri dktr). parasnn zellikleri ve kesme ileminin tipi kesici takm seiminde olduka etkilidir.

. ekil 1. Deiik kesici takm malzemelerinin tokluk ve anma deerlerinin karlatrlmas

Kesici takmn retilmesi esnasnda dikkat edilmesi gereken en nemli zellikler arasnda krlma direnci(tokluk), plastik veya termal deformasyon direnci ve anma direnci yer alr.Dier taraftan kesici takm zerinde oluabilecek krlmalar, atlak oluumu ve krater oluumu gibi olumsuz etkenlerin de dikkate alnmas gerekir. Yukarda saylan istenmeyen mekanizmalara kar kesici takmn direncini belirlemek iin belirli testler3


gelitirilmitir. Bu testler birbirine uyan i paras ve takm malzemesi iin yaplarak bunun sonucunda elde edilen hasar mekanizmalar deerlendirilir. Malzemenin temel fiziksel zelliklerinin hasar mekanizmalarna ne tr bir etkide bulunduu bylece ortaya karlr. Kesici takm zelliklerini en fazla etkileyen hasar mekanizmalar aada aklanmtr. Tokluk, kesici takm kullanclar tarafndan kesici takmn krlmaya kar olan direnci eklinde tanmlanmtr. Krlmaya neden olan zellikler arasnda:

Yksek besleme oranlan lenen parann yapsndaki i hatalar Rijit olmayan malzeme yer almaktadr.

Yan Yz Direnci: Kesme ilemine balarken ilk nce kesici takmn yan yz anmaya maruz kalr. Bunun iin takmn yan yz anmaya kar direnli olmaldr. Kesici takmn hem abrazyon hem de kimyasal anmaya kar yeterli derecede dirence ayrca sahip olmaldr. Bundan dolay malzemenin kimyasal olarak inert olmas nemlidir. Kesme hznn arttrlmas ile kimyasal anma direnci ok daha nemli hale gelir. Yksek kesme hzlarnda oksitler ve nitrrler gibi inert malzemeler daha iyi sonu verir. Deformasyon. Yksek kesme hzlarnn neden olduu dier olumsuz etki de yksek scaklk nedeniyle meydana gelen plastik deformasyondur. Bu koullar altnda sertmetal kesici takm malzemelerindeki balayc faz yumuar ve deformasyona urayarak ikinliin olumasna neden olur. Bylece meydana gelen bu istenmeyen durum krlmaya, yksek yan yz anma oranna ve kaplamann kabarp dklmesine neden olur. Bu etki yksek tala kaldrma kuvvetleri altnda daha da belirgin hale gelmektedir. Kaba tala alma ilemi esnasnda bu tipte bir hasar mekanizmas oluur. Bu gibi ilemlerde tokluun.yksek olmas gerekir ki seramiklerin ve dier balaycsz malzemelerin kullanlmas sakncal olur.Zira seramiklerin ve balaycsz malzemelerin tokluk deerleri dktr. Krater Direnci. Abraziv ve kimyasal anmann ikinci bir sonucu da kesici ucun yzeyinde krater oluumuna sebebiyet vermesidir. Bu durumda kesme ilemi esnasnda oluan talalar kesici takmn yzeyine srtnr ve baz yarlerde yzeye yapr. Talalarn yzeyden kopmas sonucunda yzeyde tabak eklinde ukurcuklar oluur. Bu oluumun sonucu olarak kesme kuvvetleri artar ve kesici ucun mukavemetinde azalma grlr. Bylece katastrofk hasar mekanizmalar oluarak kesici u krlr. atlaklar. atlak oluumu, kesme ilemi esasnda oluan yksek mekanik yklemelerden veya tekrarlanan scaklk deiimlerinden meydana gelir. atlaklar yksek stres4


birikimlerinin olduu blgelerde oluarak kesme kenarna paralel veya dik dorultuda uzanrlar. Bu oluum genellikle frezeleme ileminde grlr, buradaki atlaklar katastrofk hasar meydana getirir ki bunun sonucunda kesici ucun krlmas sz konusudur. entikler. entik oluumu, yksek scaklk dayanmna sahip nikel esasl sper alaml malzemelerde meydana gelir. entikler belirli blgelerde yer alan kesiklerin derinliklerinde yer alr. entiin bymesi atlan ilerlemesine ve buna mtakip krlmaya neden olur. Talalar. Kesici takm malzemesinin uygulad g, i parasna ok kk alanlardan transfer edilirse, kesme ilemi esnasnda kesici takm yzeyinden kk partikller uzaklar.Dolays ile kesici takmn ucundan partikl kopmasn minimum seviyeye indirmek iin kesici kenarn nemi byk olur. Sonu olarak amacmz kesici uta meydana gelebilecek krlmalar engellemektir.

1.YKSEK HIZ ELKLERBu eliklerin snflandrlmas aadaki gibidir: Molibden esasl yksek hz elikleri (M) Tungsten esasl yksek hz elikleri (T) 20. yzyln bandan itibaren bilinen ve srekli gelitirilen bu takm malzemesi gurubu, dier takm malzemelerine oranla dk maliyeti ve ilenebilir olmas nedeni ile yaygn olarak kullanlr. Halen en ok kullanlan kesici takm malzemesidir. Hz eliklerinin kompozisyonu ortalama % 0.9 karbon ve karbr oluturucu elementlerden tungsten ve/veya molibden (% 2-18 aras), % 4 krom ve % 1-2 vanadyum ierir. Ayrca % 8e varan kobalt katks kompozisyonda bulunabilir. Tungsten ve/veya molibden, HSSlerin ncelikli alam elementlerindendir. Bu elikler, ilgili alam elementleri miktarna bal olarak T-esasl, Mo-esasl ve T-Mo-esasl olmak zere temel alam serisi ile snflandrlr. M serisi;%10 molibden, krom, vanadyum, tungsten, kobalt ierir.HSS genelde bu tiptir, daha yksek anma direncine sahiptir.T-serisi %12 - %18 tungsten, krom, vanadyum&kobalt ierir.5


Talal ilemde eilimin yksek hzlara kaymas nedeniyle yksek hz eliklerinin nemi giderek azalmaktadr. Kullanm sadece yksek tokluk asndan gerekleir. Kullanm alan ise; ekil ve grev itibariyle yksek tokluk beklenen takmlar, darbeli kesme artlar ve kararll dk eski tezgahlar ile snrldr. Hz elikleri delme, raybalama, di ama ve brolama ilemlerinde genelde yekpare takm olarak kullanlr. Tornalamadaki uygulama sadece dk hzlarda gerekleir. Frezelemede ise darbeli kesme nedeni ile youn olarak hz elii takmlar kullanlr. Yksek hz elikleri (HSS), dier tip kesici takmlar ile karlatrldnda anma dayanm ve yksek scaklk anma dayanm asndan zayftr. Ancak buna karlk, sahip olduu yksek tokluk ile darbeli-titreimli kesme ilemlerinde -zellikle geleneksel tip kesme makinalar iin-ideal gzkmektedir. Polikristalin elmas kesici takmlarn anma dayanm ok yksek olmasna karn tokluu son derece dktr. Bu nedenle bu tip kesici takmlarn zayf tokluu darbeli kesme ilemlerinde kullanlrken daima gz nnde tutulmaldr.HSSlerde son yllarda hzla artan modern kaplama teknikleri uygulamas grlr. Kaplama, hz eliinden retilmi takmlarn performansn birka misli arttrr.

ekil 2. Indexable Plaket Yksek Hz elikleri Aralar

6


ekil 3. Yksek Hz elikleri Indexable Plaketleri

Yksek hz eliklerinin sl ileme tabi tutulmasndan sonraki sertlii, ounlukla Rockwell C birimiyle alnr ve genellikle 62den 68 Rc aralnda der. Delme iin retilen en popler alam M2dir ve bu, musluk(tka) retimi iin ok tutulur. Dier kesici malzemelerin, standart musluk iin temel olarak baarabilecekleri son derece olanakszdr. er scak kuvvet, s direnli alamlarn retiminde ana gereklilik ise M42 kullanlr. Benzer uygulamalar iin Avrupa ktasnda M35 tercih edilir. M35, TiN kapl toz metalrjisi yksek hz elikleri iin malzeme olarak seilir iken M42, konvansiyonel yksek hz eliklerinden yaplm kapl plaketler iin ideal alt tabakadr.ZET

Uygulamann ana alanlar: Delme, son ileme, kat ileme kesicileri, kanal ama, dairesel ve gvercin kuyruu ekil verme aralar, musluklar(tkalar), topaklanma (reamer), delik ama, ara kaynak dnme aralar, kk ve dk gl torna tezgahlar iin yeniden dndrlebilir takm paralar. Yksek hz elikleri, dk kesme hzlarna snrlandrlmtr. Yksek hzlar, yumuatma noktasnn stne ykseltmek iin kesme kenar scakl ierecek.

2. STELLITEStellite, doal olarak sert ve kesici zelliklerine erimek iin sl ilem gerektirmeyen kobalt esasl alamlarn ticari ismidir. Aslnda iki stellite kompozisyonu metal kesmek iin tedarik edilmitir. imdi sadece bir cinsi nerilmektedir ve Stellite alam No. 100 diye bilinmektedir. Krom, tungsten, karbon ieren kobalt alamdr. Eritme ve frlatma ile retilmektedir ve en sert yksek hz elii kadar serttir fakat snk krmz atete scak sertlii, yksek hz elikleri iin 175 VDH ile karlatrlan 535 VDHdr. Dnme almalarnda kullanlmakta, stellite alamlaryla dklm kat takm matkaplar ve dnme takmlar olarak salanyor. Stellite takmlar, ilemesi ar zor yzeyleri sert metallerle kesmek iin kullanlr. Kaynak7


retimi tipik bir rnektir. Kaynaklar sertlemeye ynelirler ve yzeylerine dahil olurlar. Dzgn deildirler ve bozuk kesme art verirler. Stellite, pozitif tarama geometrisi ile bu artlarla baa kabilecek toklua sahiptirler. Kesme hz sras, sert metaller iin daha dktr fakat yksek hz elikleri iin bir para fazladr. zellikler Stellite Alam No. 100: Kompozisyon Sertlik Scak sertlik Younluk ZET Orta hzdan dk hza doru ar kesme almalarnda stellite rol oynar. nemli kesme malzemelerinden biri deil ve dar uzmanlam alan uygulamalarna sahiptir. 34% Cr, 19% W, 2% C, az miktarda Co. ca. 950VDH. 535VDH 700 0 C de. 8,75 g cm-3.

3. SERT METALLERSert metaller yksek derecede sert ve bu nedenle anmaya dayankl toz metalurjik malzemelerdir. Temel mikroyap, tungstenkarbr (WC) ve (yksek slatma zellii nedeniyle karbr tanelerini balayc grevini stlenen) kobalttan oluur. Tungstenkarbr ile beraber titankarbr (TiC), tantalkarbr (TaC) ve niobyumkarbr (NbC) de kark karbr olarak mikroyapda yer alabilecei gibi, baz zel sert metallerde kromkarbr, molibdenkarbr ve balayc metal olarak nikel bulunabilir. DN 4990'a gre sert-metal snflandrlmas ile ilgili evre miktarlar aada gsterilmitir. K-tipi sertmetal: % 0-5 TiC + TaC (NbC) gerisi WC-Co M-tipi sertmetal: % 6-10 TiC + TaC (NbC) gerisi WC-Co P-tipi sertmetal: % l M TiC + TaC (NbC) gerisi WC-Co K, M, P tiplerinin yannda belirtilen seri numaras (01-50 aras), sertmetal kompozisyonu iin artan kobalt miktarn (ortalama %3-30) gsterir. Bu alam ailesi, bugn kullanlan btn kesme malzemelerinin ekirdeidir. Kompozisyona dayal uluslararas bir standart ve sert metaller iin mekanik zellikler yoktur. retim uygulamalar iin bir ISO standard vardr. Sert metal reticileri, ISO uygulamalarn tamamlamak iin nerdikleri alamlar trlerinden tayin ederler. Alamlar genelde derece ile isimlendirilir. Bu uygulama standard, ISO R513tr ve i paralarn nemli grupla snflandrmaktadr. Her gruba tehis edebilmek iin bir harf ve renk verilmitir. Dkme demir ve demir iermeyen metaller uygulamalarna K harfi verilmitir ve renkleri krmzdr. elik grubu P harfine sahiptir ve rengi mavidir. nc grup sya dayankl alamlar gibi daha zor malzemeler barndrr ve M8


harfine sahip olup rengi sardr. Gruplar, gerekli uygulama eitlerine tekrar blnmtr. Yk hafif kolay olan, kesme bitirme grubun en stndedir ve ar przl kesim aadadr. Her eit uygulamaya bir numara verilmitir. Kolay kesmeler kk numaralarla ilikilendirilmi ve yksek numaralar przl uygulamalar tanmlamaktadr.

SERT METALLERN MALSert metaller, toz metalurjisi yntemi ile ve de ard arda gelen admlar sonucu retilmektedir. Her bir adm, sonuta elde edilecek olan rnn, arzu edilen zelliklere, mikroyapya ve performansa sahip olmas iin dikkatlice kontrol edilerek atlmaldr. Bu admlar unlardr: 1.Tungsten karbr tozunun hazrlanmas ve maden cevherinin ilenmesi 2. Dier karbr tozlarnn hazrlanmas 3. Derece derece tozlarn tlerek retilmesi 4. Tozlarn sktrlarak birletirilmesi 5. Sinterleme 6. Sinterleme sonras ekillendirme TUNGSTEN SERT METAL TOZUNUN HAZIRLANMASI KARBON LE BRLETRME (KARBRZASYON) Her ne kadar tungsten sert metal tozunu, dorudan madenden, amonyum paratungstateden veya gaz karbrizasyonu ile retmek mmkn ise de tercih edilen yntem, tungsten metal tozlarna, kontroll bir ekilde karbonun ilave edilmesidir. Bu ilave, partikl boyutlarn kontrol eder ve sinterlenmi sert metalin sonu zelliklerini belirler. lk olarak tungsten tozu siyah karm arzu edilen boyutlarda datlr ve yksek kaliteli (dk kl ve slfr ierikli) siyah karbon hazrlanr. nk iki farkl toz nemli younlukta, karbonun dalm garanti edilerek byk bir dikkatle kartrlmaldr. Kartrma, bilyal deirmenler veya zel kartrclar iinde yaplr. Bilyal deirmenlerde, uygun kartrma iin 24 saat veya daha fazla zaman gerekebilir. zel tasarlanm kartrclar ile ise, 6 saat gibi daha hzl kartrma yapmak mmkndr. Karbon ile birletirme (karbrizasyon) ileminin amac, arlk olarak % 6,13 C oranl veya % 0,01-0,03 gibi dk miktarlarda karbon ieren tungsten karbr retmektir. Siyah karmdaki, siyah karbonun ilavesi, karbrizasyon artlarna baldr. Daha ince tozlar, daha fazla oksijen veya9


su buhar ierir. Karbrizasyon frnndaki gaz ak ve siyah karmn miktar, karbon kompozisyonundan ayrca etkilenebilir. Karbrizasyon 1400 oCden 2650 oCye varan scaklk aralnda hidrojenin varlnda yaplr. Hidrojen atmosferinde, siyah karbon ile gaz hidrokarbonlarn reaksiyonlar (ncelikle metan, CH4), tungsten karbr oluturur. W + CH4 WC + 2H2

(Denklem 1)

Tane bymesini nlemek iin sklkla, vanadyum tantalyum veya krom karbrn kk miktarlar ilave edilir. Bu ilaveler oksitler veya metaller eklinde olabilir ve tungsten veya siyah karbon karmna uygun miktarlarda ilave edilir. Onlar ayrca saf sert metaller olarak tungsten karbr tozlar ile kartrlabilir. Tipik bir ilave oran % 0,5 2,0 arasndadr.

ALTERNATF RETM YNTEMLER Her ne kadar karbrizasyon, tungsten karbr retimi iin ok yaygn olarak kullanlan bir ilem ve de yntem ise de iki ilave ilemde ayrca ticari olarak uygulanabilir. Birincisi Menstruum Yntemi olarak adlandrlr. rnein nikel veya kobalt gibi yardmc metallerin ergimesi ile tungsten karbrn oluumunu ierir. Tungsten veya tungsten madeni ve karbon, yaklak 2000o

Cde ki ergimi ekilde bulunan ortama ilave edilir. Tungstene yardmc metalin yaklak olarak

oran 2ye 1dir ve eriyiin soumas ar (yava) bir ekilde olur. Olduka kaba karbr taneleri (1 mmden 0,04 in aralnda) kelir. nce taneler, svlatrma ve daha hzl soutma ile elde edilebilir. Katlatrlm yardmc metal, olduka saf ve stoichiometrik karbr zn karmak iin scak hidroklorik asit iinde znr. kinci alternatif yntem de, bir ekzotermik reaksiyon iinde, ayrca yardmc metaller kullanlr. Bu yntem, tungsten maden konsantrasyonu ve alminyum madeni ile demir oksitin indirgenmesini ierir. Kalsiyum karbr ve karbonun ilavesi ile karbrizasyon e zamanldr. Yaklak 2500 oCde ekzotermik olarak gerekleen reaksiyon aadaki gibidir. 2Al + 3FeO Al2O3 + 3Fe (Denklem 2)

Reaksiyon geni lekte (65 metrik ton veya 72 ton) meydana getirilir. Al torbalara ykleme yaplr ve reaksiyon srdrlr. Bir yklemede elde edilen makrokristal tungsten karbr10


20 metrik ton (22 ton)dur. Soumu ktle eziliyor ve ykanyor. Alminyum matrisli demir manganez asit ile damtlp temizleniyor. KARIIK KARBR KRSTALLERN HAZIRLANMASI Tungsten-titanyum-tantalyum (niyobyum) karbrler, tantalyum, titanyum ve niyobyumun metal oksitlerinden retilirler ve krater veya kimyasal anmaya kar olduka direnli olup elik kesimi iin kullanlr. Bu oksitler metalik tungsten tozlar ile kartrlr ve tungsten karbr tozunun hazrlanmasna benzerdir. Bu karm, hidrojen atmosferi veya vakum altnda oksitlerden indirgenir ve kat zelti karbrleri rnein WC-TiC, WC-TiC-TaC veya WC-TiC-(Ta,Nb)C eklindedir. Menstruum ilemi, kark karbrlerin retimi iin ayrca etkilidir. Kark karbr kristalleri ok homojen olarak retilir. TOZUN DERECE DERECE RETM Sert metal tozlar WC karmndan meydana gelebilir. Sonu olarak metalik balayclar (kobalt, nikel veya demir) veya dier kbik karbrlerin ilaveleri (bunlar TiC, TaC veya NbC olabilir) ile takmn uygulama ve gerekli zellikleri zerine etki eder. Karbr kristallerini balangta paralamak iin iddetli (gl) tclere ihtiya vardr. Deiik elemanlarn kartrlmas sonucu her karbr partikl balayc malzeme ile kaplanr. Tozun ssn minimize etmek ve onun oksidasyonunu nlemek iin heptan ve aseton gibi organik svlar iinde tcnn performans iyidir. tme ileminin son safhasnda veya kartrma ilemi sonras, parafin gibi kat yalayclar toz karmna ilave edilir. Yalama ilemi, tozun oksidasyonunu byk apta indirger ve karbr partikllerini kaplayarak nemli bir koruma salar. Toz karmnn birlemesi veya byk bir kuvvetle preslenmesi sonucu ya ayrca aa karlr. tmeden sonra organik yalayc kuruyarak uzaklar. Sert metal endstrisinde sprey kurutma ilemi yaygn olarak kullanlr. Scak inert (hareketsiz) bir gaz (buna rnek nitrojen verilebilir) karbr partikllerinin zerine gnderilerek arptrlr. TOZUN BRLETRLMES Arzu edilen ekilde, sert metal tozlarnn sktrlmasnda olduka eitli teknikler kullanlabilir. Sert metal takmlar tme ileminden sonra konstrksiyon uygulamalar iin, yar otomatik veya tam otomatik preslerde 50 MPadan 150 MPaa kadarki bir basn aralnda plaket11


veya hap eklinde preslenir. Metal kesme iin plaket eklinde presleniyor fakat sinterlemeden sonra ek ilemler gerekebilir. ubuklar ve teller ekstrzyon ilemi ile ekillendirilir. Sert metaller her ne kadar enjeksiyon kalp yntemi ile retilebilirse de, bu metod daha nce ifade edilen birletirme ilemlerinden daha az kullanlr Dier ou metal tozlarndan farkl olarak, sert metal tozlar sktrma ilemi srasnda eklini bozmaz. Genellikle onlar, teorik olarak younluklarnn % 65inden daha fazla sktrlamaz. Bu younluk deerlerine ramen sert metal retiminde ve sinterlenmi rnde iyi boyutsal toleranslar elde etmek ve baarl olmak iin teknolojiler gelitirilmitir. SNTERLEMESert metallerin sinterlenmesi iin iki temel ve basit yntem kullanlr. Para bileenlerinin

dinamik olarak kontrol edildii ve atmosfer basncnda, hidrojen kullanlarak gerekletirilen hidrojen sinterleme ve yava ileyen kinetik reaksiyonlar vastasyla vakum sinterlemedir. Vakum ynteminin ticari kullanm alan yaygndr. Sert metalin sinterlenmesi, mikroyapnn gelitirilmesi, ve yalaycnn uzaklatrlmasndan ibarettir. YAIN UZAKLATIRILMASI Sert metaller iin, dk seviyelerde (arlk olarak %1-2 orannda) presleme yalar kullanlr. Istma oran yan uzaklatrlmas iin kullanlr. Preslenen paralarn ekli hidrojen atmosferine baldr. 500 oC scaklkta ve scaklk oran 15 ile 20 oC/dak. da, % 1-2 orannda parafin ierirse, presleme iin kullanlabilir. Vakumda, 100 ile 250 oCde kolayca buharlaan, rnein parafin gibi yaygn kullanlan yalayclar kullanlr. Sonu olarak, stma oran bu scaklkta kontrol altnda tutulmaldr. Yaklak 10 ile 90 oCde younlaan yalayc buharlarnn tanmasnda vakum hattnda bir youturucu kullanlr. Frnn i duvarlar bazen parafinin youmas iin kullanlr. Daha sonra ise ana kondensere girmek iin frnn dibine szlr. KARBON KONTROL Sert metalin karbon ierii ok dar snrlarda kontrol altnda tutulmaldr. Tipik olarak bu oran sert metalin gevrek krlma oluumunu nlemek iin arln % 0,04dr. Buna rnek olarak, tungsten karbr alam sistemlerinde fazn verebiliriz. Karbon ierii, gerekte sinterleme reaksiyonlar ile deiebildii iin toz iindeki oksijen12


ve karbon deiim reaksiyonlar frn atmosferinde reaksiyondadr. Yksek kaliteli sinterlenmi paralarn retimi iin frn atmosferinin kontrol, tozun karbon potansiyeli ve oksijen ieriinin kontrol gereklidir. Hidrojenin n sinterlenmesi srasnda,o o

hidrojen ve sert metal arasndaki reaksiyonlar

olduka canszdr. Scaklk dereceleri 400 C ile 600 oC arasndaki dk deerlerdedir. Fakat 600 Cnin zerinde ki scaklklar, eer atmosfer uygun olarak ayarlanmazsa karbon ieriinde nemli deiikliklere neden olur.

TUNGSTEN KARBR-KOBALT ALAIMLARI (WC-Co)

lk ticari ve kullanl sert metaller tungsten karbr partikllerinin kobalt ile balanmas sonucu elde edilmitir. Bu alamlar basit abraziv anmaya kar mkemmel bir diren gsterirler ve bylece bir ok metal kesme uygulamasnda kullanlrlar. Ticari olarak olduka nemli olan bu alamlarn ierdikleri kobalt oranlar arlk olarak %3-25 aralnda deimektedir. Alamlarn karbrlerinin boyutlar ise 0,5den 5mye kadar olan aralkta yaygn olarak kullanlr. WC-Co alamlarnn ideal mikroyaplar, keli veya asal WC taneleri ve Co balayc faz olmak zere yalnzca iki fazda gsterilir. Karbon miktar dar aralklar iinde kontrol altnda13


tutulmaldr. Karbondaki eksiklik ayrca ift karbr dizisinin oluumu ile sonulanr (rnein Co3W3C veya Co6W6C) ve faz olarak bilinir. Bu faz krlgan bir yapnn oluumuna neden olur. faznn oluumu orijinal karbrlerin kobalt balayc iinde erimesi ile oluur. MKRONALTI (SUBMICRON) WC-Co ALAIMLARI

Son yllarda WC-Co alamlar, mikron alt tane boyutu ile gelitirilmitir. Burada ama, uygulamalar iin gerekli olan daha fazla dayanm ve tokluu salamaktr. Bu alamlardaki tane incelii tantalyum karbr, niobyum karbr, vanadyum karbr veya krom karbrn arlk olarak 0,25 3,0 aralndaki kk ilaveleri ile elde edilir. Toz kartrc iine tungstenin karbrizasyonundan nce veya sonra ilaveler yaplabilir. Vanadyum karbr tane bymesini engellemede olduka etkilidir. Krom karbr ilavesi de tane bymesine kar olduka etkilidir ve bunun yannda mkemmel mekanik zellikler kazandrr. Tantalyum karbr ise tane incelmesinde vanadyum karbr ve krom karbr kadar etkili deildir.ALAIMLARIN ERD TUNGSTEN KARBR, TTANYUM KARBR VE KOBALT

WC-Co alamlar 1920lerden nce gelitirildi ve bunlar demir d alamlarn ve de dkme demirin ilenmesinde olduka baarl olmutur. Ayrca, yksek hz takm elikleri ile mmkn olandan daha yksek hzlarda alma imkan vermitir. Fakat elik ilendii zaman difzyon anmasna maruz kalrlar. Bu durum WC-TiC-Co alamlarnn gelitirilmesini dourmutur. Tungsten karbr elik yzeyindeki entikten ieri kolayca difze olur. Fakat tungsten karbr ve titanyum karbrn kat zeltisi kimyasal etkiye kar direnlidir. Maalesef titanyum karbr ve WC-TiC kat zeltleri daha krlgandr ve tungsten karbrden daha az abrazyon direncine sahiptir. WC-Co alamlarnn titanyum karbr ilavesinin miktar aarlk olarak %15inden fazla deildir. Karbon miktar ise WC-TiC-Co alamlarnda, WC-Co alamlarndan daha az kritiktir ve mikroyapda faz ortaya kmaz. lave olarak, bu alamlarda nadiren serbest grafit meydana gelir. SERT METAL ALAIMLARININ ELK KESM DERECELER

WC-TiC-Co alamlar, tungsten karbr, kobalt, titanyum karbr, tantalyum karbr ve niyobyum karbr iermektedir ve karmak dereceler, oklu dereceler veya elik kesim dereceleri olarak adlandrlr. WC-TiC-Co alamlarna tantalyum karbr ilavesi, WC-Co alamlarnn14


dayanm zerine titanyum karbrn zararl etkilerini ksmi olarak ortadan kaldrr. Tantalyum karbr, termal ok direncine ve ayrca krater oluumuna kar diren kazandrr. Tantalyum karbr sk sk (Ta, Nb) C olarak ilave edilir. nk tantalyum karbr ve niyobyum karbr arasndaki kimyasal benzerlik, onlarn ayrlmasn olduka masrafl hale sokar. Neyse ki niyobyum karbr, birok durumda tantalyum karbrle benzer etkilere sahiptir. WC-TiC-(Ta,Nb)C-Co alamlarnn mikro yaplar WC-Co alamlarna benzemez ve faz grlr. Bunlar; keli veya al tungsten karbr taneleri, yuvarlak WC-TiC-(Ta,Nb)C kat zelti taneleri ve kobalt balaycdr. Sinterleme ilemi srasnda kusurlu difzyona sebep olan kat zelti karbr faz bir ekirdek yapda sk sk grlebilir.

KESME HIZLARI VE LERLERME DERECELER Sinterlenmi karbrl kesici takmlarda birok deiken hz, ilerleme ve tala derinliine etki eder. Bunlardan en nemli faktrler; i paras sertlii ve cinsi, kesici takm ekli ve derecesi, kesici takmn rijitlii, i paras ve tezgah rijitlii ve tezgah gc olarak zetlenebilir. Karbr kesici iin tavsiye edilen kesme hzlar ve ilerleme miktarlar aada gsterilmektedir. Bunlar rehber olarak kullanlmal, ileme operasyonlarna uyumluluk salamak iin ufak deiiklikler yaplabilmektedir.

15

www.kou makina20 01.8m.co m

Karbrler iin uygun kesme hz ve ilerleme deerleri.

Yksek oranda TiC ieren karbrl takmlara sert lehim yapmak zor olduu iin kullan-at tipli (insert) ularla, difizyon anmasna kar mukavemetinden dolay TiC-bazl takmlara nem verilmektedir. En kullanl balama metali nikel olup gzeneksiz ince dokuludur. Sinterlemeyi kolaylatrmak iin genelde %10 molibden karbr katlmaktadr. TC-bazl karbrler, klasik sinterlenmi karbrle ayn sertlie sahip fakat hem laboratuar hem de endstriyel tecrbeler eliklerin yksek kesme hzlarnda TiC ile ilenmesinde anma miktarlarnn daha dk olduunu gstermitir. Ancak artan tala miktarna gre avantaj, klasik elik derecelilerden TiCbazl takmlara geiteki kadar baar salanmamtr. Anmadaki avantajna ramen piyasada kullanm itibariyle hale az oranda tercih edilmektedir. Bu muhtemelen yaplan trlerde gerekli toklua sahip olunmamasndan kaynaklanmaktadr. Bu ynyle WC-bazl takmlarn yerini alacak bir alam iin daha ok almay gerektirmektedir.16


4. SERMETLER Sermetler. metalik bir fazla balanm seramikler olup esasen semente karbrlerin bir alt snfdr. elik kesimi iin, Ni ve Mo ile balanm TiC tercih edilmektedir. Tipik bileimi; %8-25 Ni, %15-8 Mo2C, ve %60-80 TiC eklindedir. Ayrca kk miktarlarda WC, Co ve TiN ierebilir. Ti(C,N) SERMETLERN TARH GELM: Ti(C,N) (Titanyum karbonitrr) sermetler 1950' lerde TiC kesici takmlarn geliiminden sonra ortaya karlmtr. lk olarak, sermet kesici takm malzemeleri %70 TiC, %12 Ni ve %18 Mo2C iermekteydi. Bu sinterlenmi kompozisyonlar 6,08 g/cm3 younlua, 92 HRA rockwell sertlii ve 860 Mpa (125 ksi) eme mukavemetine sahiptir. nk onlar yksek sertlik, dayankl mukavemet ve dk termal iletkenlik zelliklerini bir araya getirmi ve zellikle yksek hz ve hafif kesme makine uygulamalar iin, uygun olmasn gz nnde bulundurmulardr. Byk endstriyel lkelerdeki daha sonraki gelimeler, TiC bazl yeni kompleks sermet kesici takm kompozisyonlarna ve Ni-Mo sermet takm malzemelerine yol gstermitir. TiC sermetler ile Ni-Mo balayclar yksek hz takm malzemeleri olarak kullanlmtr, fakat bunlar tokluk ve termal ok direnci gibi konularda yetersiz gelmitir. Bu da, balayc faz takviyesi ve karbr faznn slah ile kesme performansnn arttrlmas gibi iki koldan inceleme almalarn harekete geirmitir. ekillendiriciler iin, balayc metal alam elementi olarak alminyumun bunu en ok salayan element olduu grlmtr. 0,075 mm (0,003 in) maksimum burun deformasyonu gibi takm anmas kriteri iin, matrikse %7 Al ilavesi ile optimum kesme hzlar elde edilebilmitir. Alamn maksimum mukavemet, %7 (Al+Ti) ierii ile meydana gelmitir. Yaplan deneysel yaklam ile ulalan matriksin optimum takviye etkisinden sonra, karbr faznn takviye edilmesi yollarnn aratrlmasnda benzer yaklamlar kullanlmtr. Takm burun deformasyon direnci, TiC sert evresi ieren kat zeltide VC (vanadyumkarbr) ilavesi ile temiz bir art gstermitir. %5 VC seviyesinde, eit (homojen) deformasyon iin kesme hz, ilavesiz malzemeden daha fazladr. Daha yksek VC ilaveleri negatif etkiye sahiptir. Bununla beraber, deformasyon direncindeki daha elle tutulur gelimeler, TiN ieriinin arttrlmas ile mmkn olmutur. Bu da, TiN malzemesinin tane boyutu inceliinden ve kat zelti sertlemesi17


etkisinden dolaydr. TiN ilavesi, Al ve VC ieren sermet alamlar iin, elemann ayr ayr ilave edilmesine oranla deformasyon direncinde daha byk gelimelere yol amtr. Deformasyon direncindeki art ile beraber, TiN ile modifye edilmi kesici alamlar termal atlaklara kar daha byk diren gstermitir. Uygulamalar iin, nemli bir faktr kesilmi dilimler/paracklar iermesidir. rnein; freze operasyonlarnda bunlar meydana gelebilir. Sonu analizinde unu belirtmek nemlidir. TiC-Ni-Mo orijinal kompozisyonuna farkl takviye elementleri ilavesi ile kaydedilen gelimelerin hi birisi iin ok fazla Al' a gerek yoktur. TiC-VC-TiN-Ni-Mo ieren kompozisyonlar ve zel makine uygulamalar iin, ihtiya duyulan zelliklerin tespitinde her elemann deeri optimize edilebilmitir. Bu kompleks sermetler ile daha sert i paralar, yksek kesme hzlarnda ve freze gibi kesintili kesme uygulamalarnda bile ilenebilmitir. Orijinal TiC-Ni-Mo geliimindeki problem iin yaplan teorik yaklamlarn bazlar Ti(C,N) sermetlerin nemli alternatif kompozisyonlarn gelitirmektir. Bu malzemeler iin, 1976 ylnda patent alnmtr. Ti(C,N) SERMETLERN ZELLKLER MKROYAPI Sermetlerin mikroyaps geleneksel semente karbrlerden farkldr. nk sinterleme scaklnda karbrn, balayc Ni ierisindeki znrl Co' a gre fazladr. Bu nedenle, sermetler, semente karbrlerden daha gevrek karakterdedir.T(C,N) bazl sermetlerin mikroyap sonulan, karbrlerin tipine, miktarna ve metalik balayclara baldr. Bundan baka, balayc ve sert fazlarn sonu karakteristikleri balang karmn kompozisyonu ve proses artlarndan byk lde etkilenmektedir. Fazlarn sinterlenmesi srasndaki karlkl znebilirlik mikroyap geliiminde kesin bir rol oynar. MEKANK ZELLKLER: Semente karbrlere dayanarak genel gr Ti(C,N) sermetlerin eme mukavemetinin btn kompozisyon ierisindeki balayc metal oram ile deimesi beklenmektedir. Sermetler, yksek krater ve oksidasyon direnci, dk srtnme katsays ve termal iletkenlik ile nispeten dk younlua sahiptir. Bununla birlikte, sertlik derinlii yksek, abrasif direnci Co ile balanm WC den daha dktr.

AINMA DRENCNE SERTLN ETKS:Oda ve yksek scaklklarda bu malzemelerin sertlikleri geleneksel semente karbrler ile karlatrlabilir. imdiye kadar Ti(C,N) kompozisyonun mukavemet ve tokluk seviyelerinin ar18


kaba ileme uygulamalarnda kesme derinlii ve ilerleme oran limitlerinde geleneksel semente karbrlerden daha az olduu biliniyordu. Kesici kenarn anma direnci, dk scaklklarda ynt kesi oluumuna gre, kesme scakl ile anlatlmtr. Halbuki, difuzyon ve oksidasyon prosesleri yksek kesme scaklklarnda meydana gelmektedir. Ynt kesi, pullanma ve krater oluumu direnci ile Ti(C,N)' n nispeten yksek serbest oluum entalpisi art gsterir. Nispeten yksek kesme hzlarnda tok bir eliin kesimi esnasnda, elverili serbest yzey anmas, takm mrn uzatmaya ve takm deitirmeden toplam tala kaldrmada arta imkan veren sermetlerin bir zelliidir.

UYGULAMALARKesici takm olarak sermetler %20' den daha az balayc iermektedir. Bu malzemeler elik ve dkme demirler iin zellikle orta ve hafif ykler altnda yksek hzda yzey operasyonlarnda kullanlmaktadr. Buna karn, kaba ve darbeli ilemlerde, boluklu ve gzenekli yzeylerde, sert dkmlerde, grafit ve scak i takm eliklerinde, demir d malzemelerde (Al, Cu gibi) ve yksek oranda Ni ieren malzemelerde (Malzemelerdeki Ni ile sermetteki Ni birleme eilimi gsterir.) kullanlmas iyi sonular vermemektedir. Sermet kesici takmlar, elikler, dkme demirler ve demir d otomat alamlarnn ilenmesi iin uygundur. Sermet kesici takmlarn uygulama kabiliyetleri, yksek kesme hzlarnda semente karbr veya kaplanm karbrlerden daha iyidir. Bu yzden, sermet kesici takmlar ile daha iyi yzey bitileri salanabilir. SERMET KESC TAKIMLAR Sermet kesici takmlar genellikle indekslenebilir plaketler formunda kullanlmaktadr. Kat sermet kesici takmlar, kk son frezeler ve delik delme taknlan gibi baz spesifik uygulamalar iin ticari olarak sunulmaktadr. Sermet indekslenebilir plaketler, semente karbr indekslenebilir plaketlere ait temel retim admlarnn uygulanmas ile imal edilmektedir. Kaplama yaplmam semente karbrler iin retim deerlerinde benzer sonular karlatrlabilir ve bu da semente karbr kesici takmlar iin bilinen ekil ve boyutlarda plaketlerin imaline imkan salamaktadr. Kesici takm reticileri ayn zamanda eitli tala kaldrma geometrileri salarlar. Ayrca, sermetler, PVD (Fiziksel Buhar ktrme) prosesi yardmyla TiN kaplanabilir. TORNALAMA: Tornalamada, sermet kesici takmlarn uygulanmasnda en byk neden; uzun ve birbirine uyumlu mr yannda geni bir kesme hzlan aral salamasdr. Yumuak malzemelerin19


tornalanmasnda, tala kaldrma geometrisinin doru seimi gvenli ve emniyetli bir tornalama operasyonu iin temel tekil eder. KANAL AMA: Kanal ama operasyonlar, kesici kede yksek scaklk ve kesme basnc oluumu ile gerekleebilir. Sermet kesici takmlar; yksek plastik deformasyon direnci ve termokimyasal kararllktan dolay, semente karbrlerden daha uzun takm mr sunarlar. Sermet indekslenebilir plaketler, kanal ama operasyonlarnda ilenmi yzeyde son boyut kontrol ve iyi yzey bitii salamak iin uygulanabilir. Soutucu kullanm, yzey bitii ve takm mrn iyiletirir. VDA D EKME: Tokluk arttrc sermet kesici malzemelerin geliimi, sermet kesici takmlarn ekonomik uygulamas olan kalemle vida dii ekme tornalamas ile sonulanmtr. Vida dii ekme ileminde, daha fazla standart di formlarnn kk takm burun radyslerinden, kesme ileminin paraya giri ve knda kesme kuvvetlerinin hzl bir ekilde deimesinden dolay tokluk artrc kesme malzemelerine ihtiya duyulmaktadr.

20


5. SERAMKLER 5.1 SYALON Bu kesme malzemeleri, seramik esasl silikon nitrit olarak snflandrlabilir. Silika tozlar (SiO2), alimna (Al2O3) ve silikon nitrit (Si3N4) az miktarda yttria (Y2O3) ilavesiyle kartrlp souk preslenir ve sinterlenir. Y2O3, sinterlemeye yardmc olur, MgO da alternatif olarak21


kullanlabilir. Sinterleme boyunca silika, sv hale gemek iin alimna ve yttria ile reaksiyona girer. Silikon nitrit, sonra bu svyla sialonu(silikon alimnyum oksinitrit) ve soutarak cam oluturmak iin reaksiyona giriyor. Mikroyaplar, cams matriksde kristal nitrit faz taneleri iermektedir. Siyalonun sertlii 1700 VDHdr ve younluklar 3,3 g cm-3 tr. Kesme tabakalarnn scak ve souk blgeleri arasnda gerilmeyi dren dk s genleme katsaysna sahiptirler ve termal ok direnleri mkemmeldir. Siyalon, 800den 1000 0 C ye kadar olan scaklklarda sertliklerini alimnaya gre daha iyi korurlar. Bu gze arpan bir zelliidir. Bununla birlikte sert metallerle ayn toklua sahip deildirler. Glendirilmi seramiklerin bu alanda engelleme yapmasna ramen zellikleri onlar s diren retimi iin ok uygun yapar. Siyalonlar, hzl zelti anmas nedeniyle yksek hzlarda genel elik retimi iin kullanlamazlar. Sertletirilmi elikler retilirken ok etkili rol alabilirler. Dkme demirler, kaplamasz ve kaplamal sert metallerden daha yksek hzlarda retilebilirler ve yksek beslemeler, konvansiyonel alimna esasl seramikler ile kullanlabilir. ZET Siyalonlarn zellikleri, s diren alamlar retimi iin onarl ok uygun klar. Yksek kesme hzlarnda dkme demir zerinde byk rol oynarlar fakat genel elik retimi iin uygun deildirler. 5.2. ALMNYUM OKST ESASLI SERAMKLER Metal kesiminde balca baa klmas gereken faktr, retim ilemi srasnda oluan sdr. 800 0 C civarnda Al2O3 seramikleri, zellikle sktrma altnda sert metallerden daha iyi zellikler gstermeye balarlar. 800 0 C nin altnda sert metaller, seramiklerle karlatrldnda yksek gce sahiptirler. Seramikler, geni seri retimde zellikle gri dkme demir retimi iin iyidirler. Otomotiv endstrisi bunun daha nemli rneidir. Almanyada seramik takmlar, birok fren diski, fren silindiri(gmlei) ve uu tekerlei retimi iin kullanlmaktadr. tip Al2O3 seramik kitapta anlatlmtr. En basit seramik, beyaz renkli ve 2%den 5%e kadar zirkonya (Al2O3 + ZrO2) ilavesiyle alimnadan olumaktadr. Zirkonya, anma direncine etkisi olmadan srtnme tokluunu arttrr. Bu seramik, onu termal oka dayanksz yapan dk22


termal iletkenlie sahiptir bu nedenle soutucu kullanmnda kanlmaldr. Scak preslenmi tozlardan yaplmtr ve bu, retilebilecek ekilde bir snrlama takdim eder. Younluu, sunulan ZrO2 miktarna bal olarak 4 g cm-3 tr. Sertlik deeri eitlilik bildirir fakat kesinlikle sert metal serisinin en yksek noktasnda salam durmaktadr. Bu alimna/zirkonya beyaz seramii, dkme demir ve elik retimi iin tok grade olarak grlebilir ve seramiin uyguland konularda ar i yapacaktr. Alimna sertlii, 30% ve 40% arasnda TiC veya TiN (TiC en popler ilave olarak grlyor) ilavesiyle arttrlabilir. Baz ilaveler, oda scakl sertliini beyaz seramikten 200 VDH daha yukar karr ve scak sertlik zerinde benzer etkisi vardr, tokluu arttrrlar.Artan sertlik, onu son ilemler ve daha sert elik retimi iin daha uygun yapmaktadr. Bu ikinci tip seramiin rengi, TiC veya TiN eklenip eklenmediine gre siyah veya koyu kahverengidir. Alimna/zirkonya esasl seramiklerin nc kategorisi, yapsn glendirmede rol oynayan ve tokluunu arttran silikon karbit(SiC), 25% veya daha fazlasn iermektedir. Bu favori glendirilmi seramikler, zellikle yksek kesme hzlarnda nikel esasl sper alamlarn yar biti ilemi ve biti ilemi iin nerilmektedir. Sertlikleri 2000 VDH dzeyindedir. ZET Alimna esasl seramikler sert metallerden daha yksek scak sertlie sahiptirler ve bu yzden yksek hzlarda kesme kenar plastik deformasyona uramadan ileyebilir. Yksek sertlikleri, onlar darbeye kar daha hassas yapar ve uygulama serileri, genellikle temiz kesme, yar biti ilemi ve biti ilemleri ile snrlandrlmtr. Sert metaller zerinde tme ile normal elde edilebilir yzey bitirmesi retebilirler, sert elik rulosu ok iyi bir rnektir. 5.3 SLKON NTRT Silikon nitrit (Si3N4) kesme malzemesi olarak kullanlan bir seramiktir. Toz metalrjisi ile ekle sokulmaktadr fakat dolu younlua isteyerek sinterlemez. Baz reticiler sinterlemeye yardmc olacak kk ilaveler yapmaktadrlar fakat scak presleme teknii iyi dayankll elde etmek iin kullanlyor olmal. Bu kesici malzemenin sertlii 1800 VDH ve younluu 3,2 g cm-3 tr. Tane boyutu 2-3 mikrometre aralndadr. yi anma direnci ve kesme kenar kuvvetine sahiptir, termal darbeye yksek direnlidir. Ana uygulama alan, dkme demiri dndrme ve ileme iin grade przlendirmek gibidir. Si3N4 , zelti anmas iin WCden daha ktdr ve elik retimi iin uygun deildir. Termal oka iyi direnci, soutuculu ve soutucusuz retimine izin verir.23


Seramik kesici takmlar iin uygun kesme hzlar

6.AIRI SERT TAKIM MALZEMELERElmas ve Kbik Bor Nitrr (CBN) bilinen en sert iki malzemedir. Her ikisinin de sanayide ar sert andrc ve kesici takm olarak pek ok uygulamas vardr. Bu makale, bu malzemelerin yksek - ve dk - basn altndaki birleimini, kesici takm ekillerini ve ileme tezgahlarnda kesici takm olarak uygulamalarnn baz rneklerini incelemektedir.

24


ekil 4. Sert/abrasif malzemeler ve baz i paras malzemelerinin sertlik deerleri

Kbik Bor Nitrr ve Elmasn KarlatrlmasElmas ve CBN bir ok ynden benzerlik gsterirler; bunlar bilinen en sert iki malzemedir, ayn kristal yapya sahiptirler ve olduka yksek sl iletkenlik deerine sahiptirler. Dier ynlerden ok da farkllk gsterirler. Mesela; elmas havada oksitlenir, oda scaklnda demir esasl i paras malzemesi ile reaksiyona girer ve grafitlemeye eilim gsterir. Dier taraftan kbik bor nitrr sl olarak, havada ve demir esasl i paras malzemesi ile temasta iken olduka kararldr. Bu temel zelliklerin farkll sonucu olarak elmas ve kbik bor nitrrn kullanmnda temel ve basit bir ayrm vardr. Elmas demir d malzemelerin ilenmesinde kullanlr. Mesela; Alminyum ve alamlar Hacimce %10 - %30 kadar silikon karpit (SIC) veya alminyum oksit (Al2O3) ieren alminyum matrisli kompozitler. Bakr ve alamlar Andrc plastikler Cam ve karbon fiber kompozitler Ham seramikler Tungsten karbr Andrc ahap/plastik kompozitler Doal ta Beton

25


Kbik bor nitrr demir esasl malzemelerin ilenmesinde kullanlr. Mesela; Takm elikleri Sert elikler Perlitik gri dkme demir Yzey sertletirilmi elikler ve demirler

Tablo 4. Ar sert takm malzemeleri ile ilenen malzemeler

Polikristalin Elmas Kesici TakmlarPolikristalin elmas kesici takmlar, tek para veya tabakal ekilde kullanlabilir. Tabakal ekildeki polikristalin elmas kesici takmlarn genel olarak tungsten karpit altl vardr. Standart btn rn kalnlklar 1.6 mm, 3.18 mm ve 8.0 mm aralnda belirlenmitir. Ayrca ap 70 mm yi aan takm plaketleri ticari olarak mmkndr. Elmas tabakasnn kalnl reticiden reticiye deiir fakat, genelde 0.3 mm ve 1.5 mm arasndadr. Yllardr, PCD katmannda kullanlan elmasn, farkl ortalama para/tanecik boyutlarnda deiik trleri gelitirilmitir. Genel olarak ortalama tanecik veya para bykl kategoriye ayrlmtr; iyi (ortalama tanecik bykl 2-4 m), orta (5 m) ve kaba (25 m). Tanecik boyutundaki farkllklar anma direncinde, anmada, i paras son ilem yzeyinde26


deiikliklere neden olur. Bu farkllklarn sonucu olarak tanecik iin tercih edilen kullanm alanlar farkldr.

ekil 5. Elmas tane byklnn a) abrasyon anma direnci b) talanabilirlik c) bitirme yzeyizerine etkisi. Bitirme yzeyi ayrca, ilerleme hz, takm geometrisi, i paras gibi faktrlere baldr.

PCD snf nce tane Orta tane Kaba tane

Uygulamalar Gzel yzey son ilemi gerektiren uygulamalar Genel amal uygulamalar (%16dan az Si ieren alminyum alamlar) Ar ilemelerde, freze ilemelerinde, aralkl kesmelerde (%16dan ok Si ieren alminyum alamlar)

zel Snflarn Anma Direnci Bal anma karakteristikleri 3 gruba ayrlarak (2 m,10 m ve 25 m) ticari amal retilen katmanl PCD iin aada tanmlanmtr. PCD nin farkl tanecik byklkleri iin bal anma direnci, daha nce de bahsedildii gibi silis tozlarla kuvvetlendirilen epoksi reineli kompozit ar ykl i paras zerinde tornalama testleri ile kolayca tayin edilebilir. ekil6 belirlenen ileme artlar altnda yzey anmasnn zamanla deiimini gstermektedir. leme parametreleri: kesme hz= 400m/dak, ilerleme hz= 0.10mm/dev, kesme derinlii= 1.00 m, takm burun yarap= 0.8mm, kuru, soutucu yok, i paras; silis tozlarla kuvvetlendirilen epoksi reineli kompozit.

27


ekil 6. snf PCD iin takm mr karlatrlmas. Grlyor ki PCD nin tanecik boyutu arttka anma oran azalmaktadr. Benzer bir davran yksek silikonlu alminyum alamlar ilendii zaman gzlenir ( ekil 7). Burada ileme parametreleri; kesme hz= 1000 m/dak, ilerleme hz= 0.10 mm/dev, kesme derinlii= 0.25 mm, takm yarap= 0.8 mm, kuru, soutucu yok. paras; Al-18Si. Bununla beraber burada tanecikler arasndaki farklar daha azdr.

ekil 7. snf PCD iin takm mr karlatrlmas PCD nin iri taneleri daha uzun bir takm mr salar fakat, sonraki taneler daha iyi bir kenar kalitesine sahiptir ve homojen i paras malzemesinin daha kaliteli yzeyle ilenmesine olanak salar. Eer uzun mr gerekliyse iri taneli PCD seilmelidir. Bununla beraber daha iyi bir son ilem yzeyi gerekliyse uzun takm mrnden fedakarlk etmek zorunda kalnabilir. Bir ok uygulama iin 10 m ortalama tanecik boyu genel amal takm iin dnlecektir. Metal D Malzemeleri leme Andrc plastikler ieren yumuak, fibersiz malzemeler ve sert cam fiberle kuvvetlendirilmi plastikler gibi fiberli malzemeler dzgn bir kesme ilemine gerek duymazlar ve 0 st tala as, 5-6 boluk alar kullanlr. Bu geometri, fazla pozitif geometriyle karlatrldnda daha kuvvetli kesme kenar ve gelimi anma karakteristikleri verir. Yumuak fiberli malzemeler iin, karbon fiber veya kevlar gibi, pozitif tala as ileme gerekir.(st tala as 5-6, boluk as 5-6) nk kesilen yzeyin bozulmasn engellemek iin fiberleri temizce kesmek gereklidir. Sert malzemeler, ta veya sinterlenmi tungsten karbr gibi, negatif boluk al kesme geometrileriyle (st tala as -6, boluk as -6) ilenmelidir. Burada meydana gelen kesme kuvvetlerini karlamak iin kenar mukavemetinin yksek olmas gerekir ve burnu geni radyusl takmlar kullanlmaldr.28


leme Parametreleri Bir ok durumda PCD ile ileme sert metal kesici takmlarla ilemenin yerine kullanlabilir. PCD kesici takmlar daha uzun takm mr salayabilir, daha temiz son ilem yzeyleri elde edebilir ve sert metal kesici takmlardan daha yksek devir ve ilerleme hzlarna ulaabilir. Devir, lerleme hz ve kesme derinlii. Sert metal kesici takmlar iin ileme parametreleri genel olarak PCD kesme hz ve ilerleme hz iin kullanl bir balama noktasdr. Bu artlar altnda takm mr 50 200 kat gibi bir katsayyla artacaktr. PCD iin tipik tornalama ve frezeleme ilemlerinin parametrelerinin detaylar Tablo 5te verilmitir.

Tablo 5. PCD ile ileme iin tipik ileme parametreleri Soutucular kesme ilemini kolaylatrmak, dzgn scaklk dalm salamak iin kullanlr ve tala birikintisinin uzaklamasna yardmc olur. Alminyum alamlar sert takmlarla ilendii zaman, alminyum ve sert takm arasndaki ilgiden dolay eklin kenarnda yeniden yaplanma eilimi meydana gelir. PCD takmlarda takmn alminyuma ilgisi varsa bu ok azdr ve bundan dolay basit beyaz su (ya- su emlsiyonu) kullanmak mmkndr. Yalayclarla yaplan deneyler soutuculardan ok az olmak zere daha iyi bir performans gstermitir. PCD nin kullanld metal olmayan malzemelerin ou bolukludur bunlar kesici sv tarafndan zarar grecektir. Bu durumlarda ilemi kuru yapmak gerekir. Bununla beraber byle yaltkan malzemelerin btn sy takm malzemesinde oluturmas engellenmelidir. Bu s sar kaynan erimesine neden olabilir. Uygulamalar Polikristalin elmas kesici takmlar sadece demir olmayan malzemeleri ilemekte kullanlabilir fakat, endstride sertletirilmi tungsten karbr takmlarnn yerini PCDnin ald bir ok durum vardr. Alminyum ve plastik paralarda ok temiz (ayna gibi) son ilem yzeyi iin tek kristalli29


elmas takm gerekli olabilir. nk PCD ile yeteri kadar yksek kalitede kenar elde etmek mmkn olmayabilir. PCD takmlarn balca uygulamalar; Alminyum ve alamlar, zellikle otomotiv endstrisinde kullanlan alminyum- silikon alamlar Hacimce %10 - %30 SiC, dkm kompozit ieren alminyum matrisli kompozitler Bakr ve pirinler Granitler, sentetik mermer ve sentetik ta Karbon fiber gibi fiberle kuvvetlendirilmi plastikler, cam fiberle kuvvetlendirilmi plastikler Aa ve aa bazl rnler Seramikler, yeil seramikler, yanmayan killer ve baz yanan seramikler Tungsten karpit mesela yeil tungsten karpit ve yksek oranda kobalt ieren (>%12) sertletirilmi tungsten karpit Btn bu uygulamalarda PCD takmlarnn takm mr sert metal kesici takmlarnn mrnden yaklak 50 100 defa daha byktr. POLKRSTALN KBK BOR NTRR KESC TAKIMLAR Farkl reticilerin rettii polikristalin elmas kesici takmlar, ayn kullanm alanlarna sahip olsalar da bazlar dierlerinden daha iyi performans gsterir. Benzer olarak piyasada birok PCBN kesici takm mevcuttur. Bununla beraber PCBN le ilgili daha fazla sayda farkl formlasyon vardr. Her retici farkl ikincil faz malzemeler kullanlr. Parack byklk dalm farkllk gsterir. Bundan dolay mekanik zellikleri, takm imal teknikleri ve ileme performanslar hakknda bir genelleme yapmak kolay deildir. Bununla beraber iki genel uygulama alan tanmlanabilir. Sert demirli malzemelerin kaba ilemleri. zellikle sertlii 45 65 aras deien ve kesme derinlii 0.5mm ile 8 mm arasnda olan sert dkme demirler. Sertletirilmi elemanlarn son yzey ilemesi. Genel olarak takm elikleri veya yzey sertletirilmi elikler.(kesme derinlii 0.5 mm olan, genelde 0.2 mm)30


Sert demirli malzemelerin kaba ilemesinde yksek CBN ieren takmlar gerekir. Son ilemlerinde ise PCBN kesici takmlar daha az CBN ieriine sahip olmaldr. Yksek CBN ieren takmlar 0.5mm den kk kesme derinlikleri iin uygun deillerdir. Takm malat PCD gibi PCBN de byk plaket eklinde retilir ve sonra istenilen ekle getirilmeden nce kk plaketler halinde kesilir. Bununla beraber kat PCBN i daha kk plaketler haline getirmek iin lazer ile kesme gerekir. PCBN nin elektrik iletkenlii ok kk olduu iin tel erozyon kesme kullanlmaz. Katmanl PCBN ekli elektriksel olarak iletkendir ve tel erozyon ile kesilebilir. PCD ler gibi PCBN kesici takmlar da katmanl veya tek para eklinde olabilir. Katmanl ekildeki PCBN plaketlerinin kalnlklar 4.8 mm ye kadar olabilir ve sertletirilmi takm sapna sar kaynak ile tutturulabilir veya iine yerletirilebilir. Tek para PCBN rnn standart bir kalnl vardr; 3.18 mm ve tutucunun iine yerletirilir. Tek Para PCBN ler in Takm Tutucular Tek para PCBN ularla beraber yksek kaliteli takm tutucular kullanmak nemlidir. zel olarak gereksiz u krlmasn engellemek iin destekleyici sert metal plakalar kullanlmas nerilir. Ayrca PCBN ularn dzgn ve titreimsiz alacak ekilde yerletirilmesine dikkat edilmelidir. Uygun mekanik ve termal destek ancak ara sac dzgn ve temiz olduunda salanabilir ve mmkn olduunca temas yzeyi byk tutulmaldr. Baz takm tutucu tasarmlarnda mmkn olan en byk temas alann salayabilmek amacyla elik alt saclara kaynakla birletirilen sertletirilmi saclar kullanlr. elik alt saclar takm tutucuya sabitlemek iin delinir ve klavuz ekilir. Bylece genel olarak sabitleme vidas kullanlmakszn alttan takm tutucuya montaj edilebilir. Ayrca takm tutucular zor alma artlaryla ba edecek yeterli kuvvette st tutuculara sahip olmaldr. Burada meydana gelebilecek bir problem, tutucunun tala birikintisi tarafndan andrlmasdr. Byle bir problemin stesinden, tutucu tungsten karpit ile kaplanarak veya alamla sertletirilerek gelinebilir.

31


ekil 8. PCBN ular iin takm tutucu Anma Direnci Takmn CBN ierii azaltlarak, PCBN takmlarnn son yzey ilemleri sresince anma direnci arttrlabilir. ekil 19, kaba snf ve fini snf PCBN takmnn yzey anmalarn karlatrmaktadr.

ekil 9. Amborite ve DBC50nin bal anma direnci.a) 60 HRCde D3 souk i takm elii b) 62 HRCde yataklama elii c) 62 HRCde M2 yksek hz elii d) 50 HRCde scak i takm elii. leme parametreleri: kesme hz= 120 m/dak, kesme derinlii= 0.25 mm, ilerleme oran= 0.1 mm/dev,kuru, soutucu yok CBN ierii dk olan fini snf takm (DBC50), daha fazla CBN ieriine sahip olan kaba snfndan (Amborite) 3-5 kat fazla anma direncine sahiptir. Baz i paralarnda kesme hznn artmas, takm mrnn artmasna neden olur. Dier malzemeler iin sert martenzitik dkme demirler gibi, kesme hznn artmas takm mrnn dmesine neden olur (ekil 10)

32


ekil.10. PCBN ve tungsten karbr kesme hzna kar takm mr. leme parametreleri; kesme derinlii= 2.0 mm, ilerleme hz= 0.3 mm/dev, kuru, soutucu yok. paras; Ni-HARD 2C leme Parametreleri PCBN ile fni ilemi yapld zaman kesme hz, kaba ileme hzndan daha yksek olmaldr. Tablo 6 eitli malzemelerin, fini snf PCBN takm (DBC50) iin baz ileme artlarn nermektedir.

Tablo 6. Fini snf PCBN kesici takmlarla (DBC50) nerilen ileme artlar Tablo 7 de kaba taneli PCBN takmnn (Amborite) balca uygulamalar iin baz ileme parametreleri zetlenmitir.

33


Tablo 7. Kaba snf PCBN takm ile ileme iin tipik ileme parametreleri Soutuculara, kaba ilemede genelde ihtiya duyulmaz ve frezeleme iin de tavsiye edilmezler. Fini ilemleri kuru yaplabildii gibi, bir sv soutucu kullanm nerilebilir. Fini ilemlerinde kullanlan soutucu biraz da olsa takm mrn artrr.(ekil 11)

ekil11. PCBN takm ile 20 dak. kesme ilemi sonras serbest yzey anmasna soutucunun etkisi. leme parametreleri: kesme hz = 50 m/dak, ilerleme oran = 0.7 mm/dev, kesme derinlii = 8 mm Kaba leme Uygulamalar Martenzitik Dkme Demirin Tornalanmas : Sert martenzitik dkme demirler dkm srasndaki souma ile ve nikel ve\veya krom alamlar ile retilebilir. Bu tip malzemeler genelde 50-60 HRC sertlie sahiptir ve sert kat tayclarda mastar olarak, maden paralayc eleman olarak ve hadde silindiri olarak kullanlrlar. PCBN kesici takmlardan nce bu tip malzeme, talama ile veya sert metal kesici takmlar kullanarak ok kk kesme hzlar ile ilenebiliyordu. PCBN kesici takmlar , tala kaldrma orannda ve retim oranlarnda ok byk gelimeler salamtr. Geometrik yaplarnn daha byk olmasndan dolay, sert dkme demir ilenecei zaman yuvarlak pahl ular kullanlmaldr. Bu zellikle siyah dkmler ilendii zaman34


nemlidir, nk dkm kabuu boyunca ileme gereklidir. ekil 10, Ni-HARD2C malzemesini 0.3 mm/dev ilerleme hz, 2 mm kesme derinlii iin ileyen amborite PCBN takm (RNMN120300T ular) ve tungsten karpit (K10) takmlarnn karlatrlmasn gstermektedir. Grld gibi amborite 40 55 m/dak aras hzlarda 30 60 dakika takm mr verirken, sertletirilmi karpit ayn mr daha dk hzlar olan 10- 20 m/dak aralnda salayabilmektedir. 20 m/dak nn zerinde karpit takmn mr hzlca azalr, artan kesme hz takmn hzlca yumuamasna neden olur. Beyaz dkme demirin kaba ilemelerinde tala kaldrlmasna literatrde ska rastlanr. RNMN120300T ular ile zorlanmadan 40 -50 mm3.103/dak tala kaldrma oranlarna ulalabilir. Bu tala kaldrma oran sert metal kesicilerle elde edilenden yaklak 5 kat daha hzldr ve sonuta retim miktarndaki art, artan takm maliyetini telafi eden balca faktrdr. Salad ikinci fayda, daha uzun ileme takm mr ve yakn toleranslardr, nk kesme kuvvetleri sert kesme takmlar ile ilemeden nemli derece daha dktr. Sertletirilmi Takm eliklerinin lenmesi Sertletirilmi takm eliklerinin (45-65 HRC) kaba ilenmesi PCBN kesme takmlarnn pek kullanld bir uygulama deildir. nk takm elikleri genelde sertletirme ilemi uygulanmadan nce yumuak halde iken kaba ilenir. Bununla beraber baz durumlarda, mesela elemanlar tekrar parlatmak ve hatay dzeltmenin gerekli olduu durumlar gibi, kaba ileme yapmak uygun olur. elik veya kat endstrisindeki haddelerin yeniden ilenmesi de bir baka rnektir. Yakn zamanda zellikle rulman endstrisinde, PCBN kesici takmlarnn sertletirilmi haldeki elemanlarn kaba ve fini ilemede retim ekonomisindeki deeri hakknda baz almalar yaplmtr. Sert demirlerin kaba ilemesinde yuvarlak pahl standartlatrlabilir ular, mmkn olduunca kullanlmaldr. Kesme hzlar genel olarak 50 100 m/ dak aralnda dzenlenir ve 60 HRC zerindeki takm eliklerinde yuvarlak ula 3 mm kesme derinlii ve 0.3 mm/dev ilerleme hz mmkndr. Yzey Sertletirilmi Alamlarn lenmesi Sert demir ve elikler iin kullanlan kesme hzlarndan daha fazlas yzey sertletirilmi alamlar iin gereklidir. Bu zellikle daha sl direnli kobalt bazl malzemeler iin geerlidir. Bu alamlar iin 200- 250 m/dak kesme hzlar genel olarak tavsiye edilir. lerleme hzlar da 0.2 mm/ rev den kk olmamaldr. Mmkn olduunca yuvarlak, pahl PCBN ular kullanlmal ve takmn kesme derinlii iteki malzemenin iine girecek kadar35


yeterli olmal. Nikel bazl malzemelerin ilenmesindeki kesintiler daha dayankl bir bileen ve kat ileme takm verilerek tolere edilebilir. Bununla beraber kobalt yapnn frezelenmesi daha zordur, nk bu alamlar zellikle s direnlidir. Yzey sertletirilmi alamlarn kaba ilenmesi tipik olarak kuru yaplr. Gri Dkme Demirin lenmesi Sert demirli malzemelerde sertlik ilenebilirlik iin bir l olarak ele alnr. Bununla beraber gri dkme demirlerde mikro yap daha genel bir gstergedir. Serbest ferrit yapsndaki bir azalma veya perlit boluklarnn artmas gri dkme demirin ilenebilirliini azaltr. Maalesef otomotiv endstrisindeki kritik elemanlarn zellikleri iin fren diski gibi, genelde en az seviyede ferrit ierikli ve olduka iyi perlit boluklu demir gerekir. Bundan dolay da ileme bir problem olabilir ve sk takm deiimine bal olarak rn kayb ve yksek imalat maliyeti nemli bir sorun olabilir. ki nemli kriterin salanmas durumunda PCBN kesici takmlarnn gri dkme demirin ilenmesinde iyi bir performans gsterdikleri grlmtr. Mikro-yap az oranda serbest ferrit iermelidir, yani bu tam perlit olmaldr. kesme hz 500 m/dak dan ok fazla olmaldr.

CVD Elmas Kesici TakmlarKimyasal buhar kelmesi rnleri artk byk paralarn ekonomik retimine ve ticari orak kullanmna sentetik elmasn 1000 C gibi scaklklarda ve olduka dk basnlarda (50m) ve ince (

cnc kesci takim malzemeleri

Documents