cnc torna, freze çalişma prensi̇pleri̇
TRANSCRIPT
T.C.GAZİ ÜNİVERSİTESİ
(GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ KALIPÇILIK ÖĞRETMENLİĞİ)
CNC TORNA, FREZE ÇALIŞMA PRENSİBLERİ VE TAKIM TEKNOLOJİSİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİMAYIS, 2006
i
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ....................................................................................................1.CNC TEKNOLOJİSİNİN GELİŞİMİ VE TEZGAH TANITIMLARI 1
1.1. CNC Nedir ? ................................................................................ 11.1.1. CNC Takım Tezgahlarının Avantajları ......................................... 21.1.2. CNC Takım Tezgahlarının Dezavantajları .................................... 31.1.3. CNC’NİN Endüstrideki Kullanım Alanları................................... 31.1.4. Çeşitli CNC Teknik Terimlerin Dilimize Çevirisi......................... 41.1.5. CNC Takım Tezgahları ................................................................ 61.1.6. DNC Kontrol Sistemleri ........................................................... 131.1.7. CNC Tazgahın Çalışma Prensibi ve Genel Kısımları ................ 131.1.8. CNC Programlamadaki bir satırın incelenmesi ........................... 14
1.2. CNC TORNA TEZGAHI........................................................... 161.2.1. CNC Torna İçin Programlamaya Giriş........................................ 191.2.2. CNC Torna Programı ................................................................. 211.2.3. Örnek CNC Torna Uygulaması .................................................. 30
1.3. CNC FREZE TEZGAHI ............................................................ 271.3.1. CNC Freze Çalışma Prensibi ...................................................... 331.3.2. Parça Sıfırlama, Referans Noktası Belirleme .............................. 361.3.3. Freze için G ve M Fonksiyon Kodları......................................... 371.3.4. CNC Freze Programlama............................................................ 391.3.5. CNC Freze İçin Çevrimler .......................................................... 401.3.6 Örnek CNC Freze Uygulaması ................................................... 47 2. TAKIM TEKNOLOJİSİ............................................................... 502.1.1. Kesici Takımların Özellikleri ..................................................... 502.1.2. Kesici Uç Kataloğu .................................................................... 63
ii
Çağımızın bilgisayar teknolojisine bürünmesi, metal kesme işlerinde bir çağ açmış olmaktadır. Bu olaysa genellikle “Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrol” olarak isimlendirilir. Kısa adlandırılması ise CNC’ dır. Bu tür takım tezgahları diğer sanayi kollarından sonrada tarım makineleri sanayine sıçramış ve üreticileri bu tezgahlara yatırıma sevk etmiştir. Bu sayede tarım makineleri sanayi Avrupa standartlarına yaklaşma eğilimi göstermiş ve imalatta seri, hatasız üretime başlanmıştır. Bu çalışmamda CNC ‘nin tanıtılması, tezgah çeşitleri ve programlama tekniklerine değineceğim.
CNC; (CAD) Bilgisayar desteği ile yaptığımız tasarımları (CAM) programları vasıtasıyla tezgah kodlarına çevirebilir yahut kendi çevrim kodlarımızı oluşturup tezgaha manuel girdide bulunabiliriz.
Kalıp ve Makine endüstrisi tüm dünyada hızla gelişmekte ve bu nedenle bununla ilgili eğitim ihtiyacı da artmaktadır. CNC alanında çalışan kalifiye eleman sıkıntısı çekilen ülkemizde de meslek liseleri ve yüksek okullar bünyesinde CNC teknolojisini içeren Kalıpçılık, Makine bölümleri bulunmaktadır. Bu sevindirici gelişmelere rağmen bazı bilgi eksikleri vardır.Umarım bu çalışma size ışık tutar.
Rıza AŞKAR
Kalıpçılık Öğretmenliği –
GÜTEF / 2006
ÖNSÖZ
1
1.1. CNC NEDİR?
Bilgisayarlı Nümerik Kontrol de (Computer Numerical Control) temel düşünce takım tezgahlarının sayı, harf vb. sembollerden meydana gelen ve belirli bir mantığa göre kodlanmış satırları yorumlayarak mekanik çalışma sistemini kontrol etmektedir.
2
Bilgisayarlı Nümerik Kontrol de tezgah kontrol ünitesinin kompütürize edilmesi sonucu programların muhafaza edilebilmelerinin yanında parça üretiminin her aşamasında programı durdurma, programda gerekli olabilecek değişiklikleri yapabilme, programa kalınan yerden tekrar devam edebilme programı son şekliyle hafızada saklamak mümkün olmaktadır. Bu nedenle programın kontrol ünitesine birkez yüklenmesi yeterlidir.
1.1.1. CNC Takım Tezgahlarının Avantajları:
Konvansiyonel tezgahlarda kullanılan bazı bağlama kalıp, mastar vb. elemanlarla kıyaslandığı zaman tezgahın ayarlama zamanı çok kısadır.
Ayarlama, ölçü, kontrolü, manuel hareket vb. nedenlerle oluşan zaman kayıpları ortadan kalkmıştır.
İnsan faktörünün imalatta fazla etkili olmamasından dolayı seri ve hassas imalat mümkündür.
Zanaatkar insan ihtiyacına gerek yoktur.
Tezgah operasyonları yüksek bir hassasiyete sahiptir.
Tezgahın çalışma temposu her zaman yüksek ve aynıdır.
Her türlü sarfiyat (elektrik, emek, malzeme vb.) asgariye indirgenmiştir.
İmalatta operatörden kaynaklanacak her türlü kişisel hatalar ortadan kalkmıştır.
Kalıp, mastar, şablon vb. pahalı elemanlardan faydalanılmadığı için sistem daha ucuzdur.
Depolamada daha az yere gerek vardır.
Parça imalatına geçiş daha süratlidir.
3
Parça üzerinde yapılacak değişiklikler sadece programın ilgili bölümünde ve tamamı değiştirilmeden seri olarak yapılır. Bu nedenle CNC takım tezgahlarıyla yapılan imalat büyük bir esnekliğe sahiptir
1.1.2. CNC Takım Tezgahlarının Dezavantajları:
Her sistemde olduğu gibi CNC tezgah ve sistemlerinin avantajları yanında bazı dezavantajları mevcuttur. Bunlar şunlardır;
Detaylı bir imalat planı gereklidir.
Pahalı bir yatırımı gerektirir.
Tezgahın saat ücreti yüksektir.
Konvensiyonel tezgahlara kıyaslandığında daha titiz kullanım ve bakım isterler.
Kesme hızları yüksek ve kaliteli kesicilerin kullanılması gerekir.
Peryodik bakımları uzman ve yetkili kişiler tarafından düzenli olarak yapılmalıdır.
1.1.3. CNC’NİN Endüstrideki Kullanım Alanları
Günümüzde endüstrinin talaşlı imalat adını verdiğimiz bölümü CNC’ nin en yaygın biçimde kullanıldığı alandır. Bugünkü CNC’nin doğmasına da bu alanda karşılaşılan problemlerin sebep olduğu yukarıda açıklanmıştı. Üç eksenli bir freze tezgahı ilk kez 1952 yılında çalıştırıldığında bu tezgah o günkü bazı imalat problemlerinin çözümünü sağladığı için çok mükemmeldi. Freze tezgahlarına uygulanan bu sistemler daha sonra torna, taşlama vb. takım tezgahlarına da uygulandı. Günümüzde imalatın yapıldığı hemen hemen her alanda CNC kullanılmaktadır.
CNC’nin kullanıldığı başlıca alanlar;
Talaşlı imalat
Fabrikasyon ve kaynakçılık.
Pres işleri
4
Muayene ve kontrol.
Montaj.
Malzemelerin taşınması.
1.1.4. Çeşitli CNC Teknik Terimlerin Dilimize Çevirisi
½ Axis Milling: CNC FrezeTezgahında aynı anda XY, XZ veya YZ eksenleri hareket eder. Üçüncü eksen hareketi ardından gelir . Örnek Delik delme, klavuz çekme, sabit derinliklerde cep boşaltma.
2 Axis Turning (Lathe): 2 Eksen standart torna. Burada XZ eksenlerinde hareket vardır. Tornada X ekseni çap, Z ekseni ise parçanın boyuna olan hareketi temsil eder.
3 Axis Milling: 2 ½ eksen harekete ilave olarak aynı anda XYZ eksenleri hareket edebilir. Örnek vida takımı ile helisel hareket ile erkek veya dişi vida açma.
4 Axis Turning (Lathe): 4 Eksen torna olarak adlandıran bu tür tezgahlarda, torna aynasına bağlanan parçayı aynı anda iki takım birden keser. Her bir takım karşılıklı duran ayrı bir tarete bağlıdır ve taretler senkronize olarak çalışır.
4th/5th axis milling, position only: 4. ve 5. eksenlerde tezgah tablasının veya iş milinin döneme hareketidir. X ekseni etrafında dönme A, Y ekseni Etrafında dönme B, Z ekseni etrafında dönme C olarak adlandırılır. Bu tür tezgahlarda tezgah istenilen açı konumuna geldikten sonra XYZ eksenlerinde kesme işlemi başlar.
5 axis milling, full contouring: Tezgahın aynı anda 5 ekseninin birden hareket edebilme yeteneğidir. Bu hareketlerin tamamı iş milinden olabileceği gibi, iş mili ve tabladan beraberce olabilir.
B axis Machining (Lathe): C&Y eksen özellikli tornada canlı freze çakısının bağlı bulunduğu iş milinin aynı zamanda açısal olarak hareket edebilmesidir. Belirtilen bu harekete ilave olarak bu tür tezgahlarda parçaları tek bağlamada işleyebilmek için "Sub-Spindle" olarak
5
adlandırılan ve Z ekseninde ileri geri hareket edebilen bir karşı ayna bulunur.
C&Y Axis Turning (Lathe): Standart 2 eksen torna özelliklerine ilave olarak iş milinin belirli açılara kendini konumlayabilmesi C eksenidir. Y ekseni ise taret üzerine takılabilen canlı freze çakısı (freze çakısı dönüyor) ile silindirik parça üzerinde frezeleme işlemidir.
High Speed Machining /HSM: Yüksek devirli tezgahlarda, düşük kesme pasosunda yüksek hızda kesme tekniği. Yüksek ilerlemelerde kesme işlemi esnasında CAM sisteminde oluşturulan takım yollarının yüksek kesikin dönüş hareketleri içermemesi gerekir.
Tapping: CNC frezede klavuz çekilmesi
Thread Milling: CNC frezede diş tarağı takım ile silindir etrafına helisel hareketler ile diş açılması
Threading (Lathe): CNC tornda vida çekilmesi
Tombstone Machining: 4 eksenli CNC Yatay Frezelerde (Bohrwerk) küp şeklindeki bağlama tablası üzerine bağlanmış parçaların işlenmesi.
Tool Length Offset: Takım boy telafisi
Toolchange: Takım Değiştirme
Toolpath verification: CAM yazılımından çıkan CNC kodların tezgahta kullanmadan önce bilgisayarda simülasyonun yapılması.
Trochoidal Milling: Kaba talaş boşaltma işleminde takım üzerine binen yükleri azaltmak için takım çapının tamamı parçaya dalmadan işleme yöntemi.
Turning: Tornalama
Wire EDM: Tel erezyon.
Z Level Milling: Z ekseninde paso derinlikleri verilerek kaba/hassas işleme stratejisi
6
1.1.5. CNC Takım Tezgahları
CNC TORNA TEZGAHLARI
Nümerik kontrollü torna tezgahlarda genelde X ve Z ekseni olmak üzere iki temel eksen vardır. Bu tür takım tezgahlarında pek çok profil tornalama işlemlerinin yapılabilmesi için doğrusal interpolasyon (Linear Interpolation) ve eğrisel interpolasyon (Circular İnterpolation) işlem özelliği yeterlidir. Ayrıca devir sayısı ve kesici değiştirme, ilerleme hızının belirlenmesi vb. fonksiyonlara sahiptirler.
İşleme kapasiteleri daha geniş olan CNC torna tezgahlarında eksen sayıları 3 yada daha fazla olabilir. Üçüncü eksen tezgah taretinin eksen hareketi olabilir. Özellikle endüstriyel tip CNC torna tezgahlarında (Industrial type CNC lathes) tezgahın yapısal direncini artırmak, daha hassas imalatı gerçekleştirebilmek ve çıkan talaşları kesme bölgesinden uzaklaştırabilmek için yapısal ayrıntılarında bazı dizayn değişiklikleri yapılmıştır
8
CNC FREZE TEZGAHLARI
CNC Freze tezgahları operasyon yeteneklerinin çeşitliliği bakımından işleme merkezlerinden sonra en çok işlem kabiliyetine sahip olan tezgahlardır. Bu tür tezgahlar en az 3 olmak üzere 4-5 ve daha fazla eksende işlem yapabilme özelliklerine sahiptir. Bu tezgahların bütün çeşitleri sürekli iz kontrol (Continuous Paht Control) ile donatılmıştır. Otomatik kesici değiştirme (Automatic Tool Change) kolaylıkları bir başka özellikleridir. Kesici telafisi (Tool Compensation) özellikle eğrisel frezeleme işlemlerinde ve kalıpçılıkta büyük kolaylık sağlar.
Üç boyutlu (3 Dimension) iş parçalarının ideal profil ve optimum özellikte işlenmeleri başarıyla gerçekleştirilir. Kullanılan kesiciler, uçları radyuslu ve yüksek kesme hızına sahip sert maden ve titanyum kaplı uçlardır. Aşağıda kesici takım örnek üçlar gösterilmektedir.
10
Yat imalatında kullanılan tablasız CNC Freze
CNC İŞLEME MERKEZLERİ
Bu tür CNC tezgahları noktasal hareket (Point to Point) ve sürekli iz kontrolü (CPC) ile donatılmıştır. Böyle kompleks ve çok sayıda operasyonlara sahip iş parçalarının imalatları bir bağlamada gerçekleştirilir.
Yatay İşleme Merkezi
11
Düşey İşleme Merkezi
DİĞER TÜR CNC TAKIM TEZGAHLARI
Yüksek verim ve hassasiyetinden dolayı CNC günümüzde her türlü imalat sisteminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Otomatik kesici değiştirme özellikleriyle de otomasyonda büyük ölçüde kolaylık ve zaman tasarrufu sağlar.
Günümüzde CNC ‘nin kullanıldığı tezgah çeşitleri yalnızca yukarıda bahsedilenler değildir. Ancak bunlar en yaygın olarak kullanılanlardır. Bunların dışında CNC ‘nin kullanıldığı tezgah türleri:
Üç boyutlu ölçme ve kontrol tezgahları
CNC Matkap Tezgahları
CNC Taşlama Tezgahları
CNC Pres ve Zımbalı Deliciler
CNC Nokta Kaynak Makinaları
12
CNC Tel Erozyon
Alet bileme tezgahları
Testere tezgahları
Montaj sistemleri
Erozyon tezgahları
Kaplama tezgahları
Malzeme taşıma sistemleri
Lazer kesme tezgahları
Boru bükme makineleri
Sıvama tezgahları
Alevle kesme makineleri
13
DNC Tezgah Kontrol Sistemi
CNC Tezgahın Çalışma Prensibi ve Genel Kısımları
Bilyalı Somun ve Mil Sistemi
14
CNC Programlamadaki bir satırın incelenmesi
N: Satır Numarası
G: Fonksiyon kodu
X: X ekenindeki gidilecek kordinat
Y: Y eksenindeki gidilecek kordinat (Tornada Z olarak tanımlanır)
M: Yardımcı fonksiyon kodu
Programlamada kullanacağımız karaketerlerin açıklamaları aşşağıdaki gibidir.
HARF AÇIKLAMASIX Temel X ekseninde hareketin yönü ve koordinatıY Temel Y ekseninde hareketin yönü ve koordinatıZ Temel Z ekseninde hareketin yönü ve koordinatıU X ekseninde yardımcı eksen hareketiV Y ekseninde yardımcı eksen hareketiW Z ekseninde yardımcı eksen hareketiN Satır (blok) numarasıG Hazırlık fonksiyonu (kesici hareketlerini belirleyen
kod)M Yardımcı fonksiyonlar (soğutma sıvısını, fener
milini açma/kapama gibi yardımcı kodları içerir)S Devir sayısıF Kesicinin ilerleme miktarıI X ekseninde kesicinin dairesel interpolasyon
15
oluşturmasını sağlayan yardımcı parametre
J Y ekseninde kesicinin dairesel interpoîâsyon oluşturmasını sağlayan yardımcı parametre
K Z ekseninde kesicinin dairesel interpolasyon oluşturmasını sağlayan yardımcı parametre
R Dairesel interpolasyon oluşturmak için girilen yarı çap parametresi
T Takım (kesici) parametresiA X ekseni üzerinde dönel yardımcı eksenB Y ekseni üzerinde dönel yardımcı eksenC Z ekseni üzerinde dönel yardımcı eksen
16
1.2. CNC TORNA TEZGAHI
Bilgisayar desteği ile çalışan torna tezgâhları CNC torna tezgâhı olarak adlandırılmaktadır. Aşşağıda bir CNC torna tezgâhı görülmektedir. CNC torna tezgâhında temel iki eksen mevcuttur. Bu eksenler; kesicinin iş parçasının boyuna ilerlemesini sağlayan Z ekseni ve kesicinin çapta ilerlemesini sağlayan X eksenidir. İşlem yetenekleri daha fazla olan CNC tezgâhlarında X ve Z eksenlerinin yanında C ekseni de bulunmaktadır. C eksenli bir torna tezgâhında parça üzerinde frezeleme işlemleri de yapılır.
C ekseni iş parçasına 0°- 30° - 45°- 60° - 90°' lik konumlarda olabilir. Çalışma prensibi dik başlıklı freze tezgâhı gibidir. C ekseninde kullanılan kesiciler freze tezgâhında olduğu gibi kendi ekseni etrafında dönmektedir. İş parçası bu durumda istenilen açıda sabitlenir. Kesici belli devir ve ilerleme ile istenilen açı da parçayı işler. Başka bir tezgâha ihtiyaç duymadan, sadece torna tezgâhında freze ve işleme merkezi tezgâhlarına ait İşlemler tamamlanabilir. Hem zaman hem de işçilikten tasarruf edilerek parçanın imalâtı yapılmış olur.
17
CNC Torna Eksen ve Hareket Tanımı
CNC torna tez gâhında aşağıdaki iş ve işlemler yapılır.
• Silindirik tornalama,• Profil tornalama,• Alın tornalama,• Kanal açma,• Vida açma,• Delik delme,• Kılavuzla vida açma,• Raybalama,• Delik büyütme,• Delik içine kanal açma,• Parçanın alnına kanal açma,• Tırtıl açma• Kavis ve pah operasyonları, vb.
19
1.2.1. CNC Torna İçin Programlamaya Giriş
CNC Programlamaya geçmeden evvel devir hesaplarını hatırlatmakta fayda var.
Vc: Kesme hızı m/dk
n: İş mili devir sayısı devir/dakika
d: Freze çapı,torna için işin çapımm
20
Programlarımız M yahut W noktasını referans alarak hazırlayabilirz.Bu tercih geometrinizi programlarken size kolaylık sağlayacaktır.
Parça Üzerinde İşlem Hatasına Sebebiyet Veren Takım Radyusu
21
1.2.2. CNC Torna Programı
% Tezgah program aktarma ve başlatma işlemini gerçekleştirir2001 Program NumarasıN05 G20 G90 G40N Satır NumarasıG20 Metrik ölçü siteminde veri girişiG90 Mutlak kordina sisteminde ölçü tanımlamaG40 Takım telefasi iptaliN10 G95 G96 S2000 M03G95 Sürekli ileri doğrusal haraketG96 Sabit kesme hzııyla haraketS2000 Aynayı 2000 devir/dakika hızıyla döndürM03 Saat yönünde aynayı döndür.N15 T02022 numaralı takım 2 numaralı ofset aktifN20 G00 X1.200 Z.100G00 Doğrusal, hızlı hareket X1.200 Parça çap ölçüsüZ.100 Uzunluk ölçüsü
22
G00, G01 Doğrusal Hareket
G00 ve G01 Doğrusal (Linear) hareketlerdir.
Takım bulduğu noktadan verilen kordinata en kısa yoldan giden bir yol izler.
G00 X-10. Y-20.;
X’de sola 10 mm Y’de aşşağı 20 mm HIZLI (RAPID) doğrusal hareket tanımlanır.
G01 X-10. Y-20. F40.;
X’de sola 10 mm Y’de aşşağı 20 mm kesme hızıyla DOĞRUSAL (LİNEAR) 40 mm/dk hızla hareket tanımlanır.
G02, G03 Dairesel Haraket
23
G02 X-10. Y-20. F40. R20.;
X’de sola 10 mm Y’de aşşağı 20 mm 40 mm/dk kesme hızıyla DAİRSEL (INTERPOLASYON) hareket tanımlanır.
G03 X10. Y20. F40. R20.;
X’de sağa 10 mm Y’de yukarı 20 mm 40 mm/dkkesme hızıyla DAİRSEL (INTERPOLASYON)hareket tanımlanır.
ÇEVRİMLER
Silindirik Tornalama İle Boşaltma Çevrimi
G71 U 5. R 0.;
U: Her pasodaki talaş derinliği (X için)
R: Her pasodaki talaş derinliği (Z için)
24
G71 A … P100 Q200 U0.2 W0.1 F0.4 S1000;
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programda çalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
U: X ekseninde kalavak temizlik payı (ÇAPTA)
W: Z ekseninde kalacak temizlik payı
F: Çevrimin ilerleme hızı
S: Devir sayısı
N 100 …
…..
…
…
N 200 ….
G70 A… P100 Q200
G70: Temizlik (Son Paso)
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programda çalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
……
…
M30;
25
Alın Tornalama İle Boşaltma Çevrimi
G72 W 5. R 2.;
U: Her pasodaki talaş derinliği (Z için)
R: Geri çıkma mesafesi
G72 A … P100 Q200 U0.2 W0.1 F0.4 S1000;
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programda çalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
U: X ekseninde kalavak temizlik payı (ÇAPTA)
W: Z ekseninde kalacak temizlik payı
F: Çevrimin ilerleme hızı
S: Devir sayısı
N 100 …
…..
…
26
N 200 ….
G70 A… P100 Q200
G70: Temizlik (Son Paso)
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programda çalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
……
…
M30;
Profil Tekrarlayarak Boşaltma Çevrimi
G73 U 10. W0. R7.;
U: Toplam talaş payı (X için)
W: Toplam talaş payı (Z için)
27
G73 A … P100 Q200 U0.2 W0.1 F0.4 S1000;
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programda çalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
U: X ekseninde kalacak temizlik payı (ÇAPTA)
W: Z ekseninde kalacak temizlik payı
F: Çevrimin ilerleme hızı
S: Devir sayısı
N 100 …
…..
…
…
N 200 ….
G70 A… P100 Q200
G70: Temizlik (Son Paso)
A: Alt program numarası (P ve Q tanımlanırsa alt programdaçalışır)
P: Profil başlangıç satır numarası
Q: Profil bitiş satır numarası
……
M30;
28
Kanal Açma Çevrimi
G75 R1.;
R: Geri çıkma nesafesi
G75 X10. Z-20. P5. Q2. R0.2 F0.15;
X: Kanalın dip noktası (X için)
Z: Kanalın dip noktası (Z için)
P: Her paso için dalma derinliği
Q: Yana kayma mesafesi
R: Dipte yana kayma mesafesi ( “ - ” alındığında kalem ilk pasoda geri çıkmaz.
F: Çevrimin ilerleme hızı
29
Vida Açma Çevrimi
G76 P010360 Q0.1 R0.2;
a: İnce talaş paso sayısı (a=02 ise bırakılan ince talaşı 2 pasoda alır
b: Vida sonu pah miktarı
c: Vida kalemi uç açısıQ: Minimum talaş derinliğiR: İnce talaş payı
G76 X30. Z-60. R2. P2.4 Q0.5 F0.4;
X: Vida diş dibi çapıZ: Vida sonu Z koordinatıR: Konik yüksekliği (r2 = 0 ise silindirik yüzeye vida açılır.)P: Vida derinliği (P = 0.6495 x F)Q: İlk talaş derinliğiF: Vida adımı (kesicinin ilerleme miktarı)
Kademeli Delik Delme
G83 X0. Z-50. R5. Q5. P2500 F0.25
X: Delik konumunun X kordinatıZ: Delik derinliğiR: Delik demleye başlanacak nokta
30
Q: Her dalmada kalıdırılacak talaşP: Delik sonunda bekleme süresiF: İlerleme
1.2.3. Örnek CNC Torna Uygulaması
31
%O2000 (UYGULAMA 4);N010 G54 (IS PARCASI REF NOKATASI);N020 T0101 (1 NUMARALI TAKIM VE 1 NUMARALI OFFSET DEGERLERINI KULLAN);N030 G00 X100. Z150. (GUVENLI BOLGEYE GIT);N040 M08(SOGUTMA SIVISINI AC);N050 M03 S1500(SABIT KESME HIZI, AYNAYI SAAT IBRESI YONUNDE, 1500 DEV/DAK HIZLA DONDUR);N054 G73 U30. R12.;N056 G73 P70 Q181 U1. W0.5 F 0.3;N70 G00 X0. Z2.;N80 G01 Z0. F0.1;N090 G01 X26.;N100 G01 X30 Z-2.;N110 G01 Z-30.;N120 G02 X52. Z-50. R23. F0.1;N130 G03 X56. Z-52. R3.;N140 G01 X63. Z-64.;N160 G02 X56. Z-78. R40. F0.1;N170 G01 Z-90.;N180 G01 X60.;N181 G00 X80. Z10.;N184 G70 P70 Q181;N186 G00 X100. Z150.N190 T1212 (KANAL KALEMI SECILDI);N200 M03 S500 (AYNAYI SAAT IBRESI YONUNDE, 500 DEV/DAK HIZLA DONDUR);N210 G00 Z-28.;N220 G00 X32.;N230 G75 R1.(1MM GERI CIKARAK KANAL ACMAYA BASLA);N240 G75 X24. Z-30. P0.3 Q1. R-0.2 F0.1(X30. Y 26. YA HER PASODA 1 MM GAGALAYARAK 0.1 DEV/DAK HIZLA KES);N250 G00 X35.;N260 G00 X100. Z150.;N262 G00 X32. Z5.;
32
N264 G76 P020060 Q0.1 R0.1;N266 G76 X25.8 Z-27. P1.9 Q.4 F3;N268 G00 X40.;N270 G00 X100. Z150.;N190 T0505 (7.8 MATKAP SECILDI);N200 G00 X0. Z5.;N210 G98;N220 G83 X0. Z-15. R3. Q4. P2000 F0.25;N230 G00 X0 Z10.;N240 M5 M9 (FENER MILINI DURDUR, SOGUTMA SIVISINI KAPAT);N250 M30 (PROGRAMI BITIR VE BASA AL: SERI IMALATTA KULLANISLIDIR);%
33
1.3. CNC FREZE TEZGAHI
Doğrusal ve Dairesel İşlem Komutları Torna ile benzerlik gösterdiği için tekrar analtılmayacaktır. Uygulamalarda nasıl kullnıldığını gözlemleye bilirsiniz.
1.3.1. CNC Freze Çalışma Prensibi
CNC Freze Ana Gövde Kısımları
34
CNC Freze 3 Eksen Hareket Tanımı
(Elinizi, sırtı yere gelecek şekilde hizalayın)
CNC Freze 6 Eksen Hareket Tanımı
35
CNC Freze İçin Takım Magazini
CNC Frezede Takım Değiştirme Sistemi
1 Numaralı takım magazinden saat yönünde hareket ederken 4 numaralı takım saat yönünde hareketi tamamlayarak çevrimi bitirir, takım değiştirme tamamlanmış olur.
36
1.3.2. Parça Sıfırlama, Referans Noktası Belirleme
X ve Y deki parça sıfırlamalarımızda takım telafisini ayarlamak için Takım yarı çapı kadar her zaman parçanın üzerine kaçarız. Örneğin 8mm çakı için 4 er mm X ve Y de ok yönünde paraçnın üzerine kaçılır.
Z değeri sıfırlandıktan sonra takım telafisi tezgaha girilir.
37
1.3.3. Freze için G ve M Fonksiyon Kodları
G00 Hızlı ilerlemeG01 Doğrusal interpolâsyon. Talaş alma ilerlemesi ile doğrusal
hareketG02 Saat ibresi yönünde dairesel interpolâsyonG02 Saat ibresi yönünde spiral interpolâsyonG03 Saat ibresine ters yönde dairesel interpolâsyonG03 Saat ibresine ters yönde spiral interpolâsyonG04 BeklemeG08 Üç nokta ile tanımlanan yay boyunca hareket etmeG17 X-Y çalışma düzlemiG18 X-Z çalışma düzlemiG19 Y-Z çalışma düzlemiG20 inç (parmak) ölçü sistemiG21 Metrik ölçü sistemiG22 Serbest profilli cep çevresini işleme çevrimiG23 Serbest profilli cep frezeleme çevrimiG24 Dikdörtgen cep frezeleme çevrimiG25 Dairesel cep frezeleme çevrimiG26 Dişi kalıp işleme çevrimiG27 Erkek kalıp işleme çevrimiG28 Tezgah referans noktasına göndermeG33 Vida çekmeG34 Çember etrafında çevrim tekrarlamaG35 Doğru boyunca çevrim tekrarlamaG37 Matris formatta çevrim tekrarlamaG40 Takım yarıçap telafisi iptaliG41 Takım yarıçap telafisi - soldanG42 Takım yarıçap telafisi - sağdanG43 Takım boyu telafisiG50 Ölçek, döndürme ve aynalama çevrimi iptalG51 Aynalama (simetrik kopyalama)G53 Tezgah koordinat sistemi
38
G54 - G59 iş parçası sıfır noktasıG68 DöndürmeG73 Derin delik delme çevrimiG74 Sol kılavuz çekme çevrimiG76 İnce delik büyültme çevrimiG80 Delik delme çevrimlerinin iptaliG81 Delik delme ve silindirik havsa çevrimiG82 Delik sonunda beklemeli delik delme çevrimiG83 Derin delik delme (kademeli delik delme) çevrimiG84 Kılavuz çekme çevrimiG85 Delik büyütme çevrimi (yavaş ilerleme ile uzaklaşma)G86 Delik büyütme çevrimi (hızlı İlerleme ile uzaklaşma)G87 Alttan delik büyütme çevrimiG88 Delik büyütme çevrimi (el tamburu ile uzaklaşma)G89 Delik büyütme çevrimi (delik sonunda beklemeli)G90 Mutlak programlamaG91 Artış programlamaG92 İş parçası koordinatını kaydırmaG94 İlerleme mısdakG95 ilerleme mm/devG98 Delik çevrimlerinde bir önceki Z noktasına göndermeG99 Delik çevrimlerinde hızlı gelme noktasına çekmeMOO Programı şartsız durdurmaM01 isteğe bağlı durdurma (optional stop düğmesi açıksa)M02 Program sonuM03 İş milini saat ibresi yönünde döndürmeM04 İş milini saat ibresine ters yönde döndürmeM05 İş milini durdurmaM06 Takım değiştirme komutuM08 Soğutma sıvısını açmaM09 Soğutma sıvısını kapatmaM19 Fener milini takım değiştirme konumuna ayarlamaM23 Magazini yukarı çıkarma (bakım-onarım amaçlı)M24 Magazini aşağı indirme (bakım-onarım amaçlı)M26 İş mili içinde hava üflemeyi açma (bakım-onarım amaçlı)
39
M30 Program sonuM50 Soğutma suyu kısa takımlar için açıkM51 Soğutma suyu uzun takımlar için açıkM52 Talaş temizleyiciler açıkM72 Satır atlamaM73-M74 M73 ve M74 arasında kalan satırlar istenen sayı kadar
tekrarlanırM98 Alt programı çağırmaM99 Alt program sonu
1.3.4. CNC Freze Programlama
G17 G18 G19 Çalışma Düzleminin Seçimi
Takım Telafisi Seçiminde Kritik Noktalar
40
1.3.5. CNC Freze İçin Çevrimler
Dikdörtgen Cep Boşaltma
G24 X…Y…L …W… Z… R …Q … D … F…
X : Cebin sol alt köşesinin X eksenindeki koordinatıY : Cebin sol alt köşesinin Y eksenindeki koordinatı L : X eksenindeki cebin boyuW : Y eksenindeki cebin boyuZ : Cep derinliğiR : Hızlı gelme noktasıQ : Kesicinin yana kayma mesafesiD : Her paso için dalma miktarıF : İlerleme Hızı
Kontur Cep Boşaltma
G23 N… R… Z… Q… D…Cep BoşaltmaG22 N… R… Z…Yanak Temizleme
N: Alt program başlangıç satır numarasıR: Hızlı gelme noktası (+Z)Q: Kesicinin yana kayma mesafesiD: Her paso için dalma derinliği
Önemli !!
Eğer N satır numarasının başına “ - ” eklerseniz, Parçanız G41 G42 kodlarına gerek duymaksızın dişi olarak işlenecektir.
Dairesel Cep Boşaltma Çevrimi
G25 X… Y… I… J… Z… R… Q… D… F…X: Çember üzerindeki bir nokta (X kordinatı)Y: Çember üzerindeki bir nokta (Y kordinatı)
41
I: X ekseninden çember merkez kordinatıJ: Y ekseninden çember merkez kordinatı
Z: Cep derinliğiR: Hızlı gelme noktasıQ: Yana kayma mesafesiD: Z’te her paso için dalma miktarıF: İlerleme hızı
Kademeli Delik Delme Çevrimi
G83 X... Y... Z… R... P… F… K…
X: Delik konumunun X kordinatıY: Delik konumunun Y kordinatıZ: Delik DerinliğiR: Delik demleye başlanacak nokta (Hızlı Gelme Noktası)P: Delik sonunda bekleme süresiF: İlerlemeK: Tekrar Sayısı
Klazvuzla Vida Çekme Çevrimi
G74 / G84 X… Y… Z… R… P… F… K…;
G74: Sol yan diş çekme komutuG84: Sağ yan diş çekme komutuX: Deliğin X eksenindeki kordinatıY: Deliğin Y eksenindeki kordinatıZ: Vida boyuR: Hızlı gelme noktasıP: Bekleme süresiF: Vida adımıK: Tekrar sayısı
42
Delik Büyütme Çevrimi
G87 X… Y… Z… R… Q… P… F… K…
X: Deliğin X eksenindeki koordinatıY: Deliğin Y eksenindeki koordinatıZ: Delik derinliğiR: Hızlı gelme noktasıQ: Kesicinin yana kayma miktarıP: Dipte Bekleme süresiF: Kesici İlerleme HızıK: Tekrar sayısı
İleri Düzey CNC Freze Çevrimleri
Çember Üzerinde Eşit Aralıklarla Delik Delme İşlemi
G34 I… J… N…I : Çember merkezinin X koordinatıJ : Çember merkezinin Y koordinatıN: Delik sayısı
43
Komutun Örnek Kullanımı………N60 G81 X20.Y 20 Z-15. R3. F80.;N70 G34 I 20. J20. N12;N80 G00 Z100.;….….
Çember Üzerinde Eşit Aralıklarla Delik Delme İşlemi
G36 I… J… A… N…
I: Çember merkezinin X koordinatıJ : Çember merkezinin Y koordinatıA: Delik merkezlerinin çember merkeziyle yaptığı açıN: Delik sayısı
Eşit aralıklarda Doğrusal Delik Delme İşlemi
G35 L… A… N…L : Delikler arası mesafeA : Doğrunun yatayla yaptığı açıN : Delik sayısı
N60 G81 X20.Y 20 Z-15. R3. F80.;N70 G35 L15. A45. N12;N80 G00 Z100.;
44
Matris Delik Kopyalama
G37 I… J… N… K…
I : X eksenindeki delikler arası mesafeJ: Y eksenindeki delikler arası mesafeN: Sütun sayısıK: Satır sayısı
N60 G81 X20.Y 20 Z-15. R3. F80.;N80 G37 I15. J15. N3 K6;N80 G00 Z100.;
İşlem, profil aynalama
G51 X… Y… I… J…yada,G51 I… J… A…
X: Simetri ekseninin bitiş noktasının X koordinatıY: Simetri ekseninin bitiş noktasının Y koordinatı
45
I: Simetri ekseninin başlangıç noktasının X koordinatıJ: Simetri ekseninin başlangıç noktasının Y koordinatıA: Simetri ekseninin yatayla yaptığı açı
N60 M98 N50;N70 G51.1 X50. Y40 .I50. J0;N80 M98 N50;N90 G50; G50: Aynalama Sonu………N 50….
46
G51 I… J… X… Y… Z…
I: Ölçeklendirme noktasının X koordinatıJ: Ölçeklendirme noktasının Y koordinatıX: X eksenindeki ölçek değeriY: Y eksenindeki ölçek değeriZ: Z eksenindeki ölçek değeri
……N8 G51 I50. J50. X2. Y2. Z1.;N9 M98 N150…
İşlem, profil döndürme
G68 I… J… A…
I : Döndüreceği noktanın X koordinatıJ: Döndüreceği noktanın Y koordinatıA: Döndürme ekseninin yatayla yaptığı açı
N100 G68 I20. J15. A60;N110 M98 N190;N120 G00 Z25.;N130 G68 I100. J15. A-60;N140 M98 N190;N150 G00 Z100.;
48
N2 G54Ref noktası tanıtıldıN4 G90Mutlak Kordinat Sistemi aktifN6 G00 X100. Y100. Z100.Güvenli bölgeye hızlı hareketN8 T01 G43 H11 numaralı takım ve 1 numaralı ofset takım telafisi 1 aktifN10 G00 Z50.N20 G00 X31.36 Y41.77 N22 G00 Z3.Takım konumlandırıldıN23 G01 G40 Z-5. F20.Z’te 5 mm derinlik verildi. Takım telafisi iptal (Linear)N25 G02 X31. Y82. I14. J20. F120.N27 G02 X104. Y82. R64.N29 G02 X104. Y41. I-14. J-20.N31 G02 X31. Y41. R64Kontur tamamlandıN33 G00 Z50.N35 G00 X12.64 Y61.5N37 G00 Z3.Takım ikinci işlem için konumlandıN39 G01 Z-5. F60.Z’te 5 mm derinlik verildi.(Linear)N41 G02 X12.64 Y61.5 I55.Kontur tamamlandıN43 G00 Z100.N45 G00 X100. Y100.N47 G00 X67.42 Y68.33N49 G00 Z50.Takım üçüncüi işlem için konumlandıN51 G23 N1000 R3. Z-10. Q3. D2.1000 numarlı satırdan başlayan profil cep boşaltma işlemi başladı.10 mm derinlik 3 mm yana kayarak, 2mm dalarak oluşturulacak.N52 G00 Z50.
49
N53 G00 X67.42 Y68.33Takım üçüncüi işlemi tamamlamak için konumlandıN55 G22 N1000 R3 Z-10.Kontur yanakları temizlendi.N57 G00 Z100.N59 G00 X68.20 Y40.49N61 G00 Z50.Takım dördüncüi işlem için konumlandıN63 G23 N2000 R3. Z-10 Q3. D5.N65 G00 X68.20 Y40.49N67 G00 Z50.Takım dördüncü işlemi tamamlamak için konumlandıN67 G22 N2000 R3. Z-10.Kontur yanakları temizlendi.N69 G00 Z100.N71 G00 X100. Y100.N73 M30Program bittiN1000 G91Eklemeli kordinat sistemine geçildiN1002 G01 G42 X-30. Y9.N1004 G02 X61.13 R58.7N1006 G02 X0. Y-17.2 I-5.2 J-8.6N1008 G02 X-61.1 R58.7N1010 G02 X0. Y17.2 I5.2 J8.6N1010 G00 Z50.N1011 G90Mutlak kordinat sistemine geçildiN1012 M99N1000 satırının sonuna yönlendirilidiN2000 G91Eklemeli kordinat sistemine geçildiN1012 G01 X-8.6 Y-6.N1013 G02 G42 X-8.6 Y54. R56.N1015 G02 X8.6 R4.6N1017 G02 X8.6 Y-54. R56.
50
N1019 G02 X-8.6 R4.6N1021 G90N1023 M99
2. KESİCİ TAKIM ÖZELLİKLERİ
Talaşlı imalat, genelde, iş parçası ile takım malzemesi arasındaki bir rekabet olarak görülebilir. Bu bakımdan, takım malzemesi ile iş parçasının özelliklerinin birbirinin tersi olması beklenir. Bir takım malzemesinde aranan özellikler şunlardır:
Takım sadece oda sıcaklığında değil, çalışma sıcaklıklarında da iş parçasının en sert bileşeninden daha sert olmalıdır (Tablo 1). Takım geometrisinin bozulmasını önleyen yüksek kızıl sertlik, talaş oluşum prosesi sırasındaki ağır şartlar altında muhafaza edilmeli ve hatta aşınma direncine yardımcı olmalıdır. Şekil 1’de yüksek hızlarda takım sertliğindeki değişme görülmektedir.
Aralı kesmede mekanik şoklara (darbeli yükleme) dayanmak için tokluk,
Aralı kesme işlemlerinde hızlı ısınma ve soğumalar meydana geldiği için yüksek termal şok direnci,
Lokalize kaynak teşekkülünü önlemek için iş parçasına karşı düşük yapışkanlık (iş parçası ile reaksiyona girmemelidir),
Takım bileşenlerinin iş parçasına difüzyonu, hızlı aşınmaya yol açar; bu bakımdan takımın iş parçasındaki çözünürlüğü düşük olmalıdır.
Düşük sertlik ve adezyon arzu edilmez. Zira bunlar takım profilinin bozulmasına yol açar, takım burnu yuvarlaklaşır. Uygun olmayan tokluk ve termal şok direnci takım ağzının talaşlanması ve hatta tamamen hasarına sebep olur. Ne var ki, malzemenin sertlik ve ısıl direnci, genellikle, ancak tokluğun azalması ile sağlanabilir; denilebilir ki, yukarıdaki niteliklerin tamamını sağlayan en iyi bir takım malzemesi
51
yoktur (Schey, 1987). Tabloda çeşitli takım malzemelerin mekanik özellikleri, çeşitli malzemeler için takım ömrünün kesme hızı ile değişimi gösterilmiştir.
Takım Malzemesi veya Bileşeni Sertlik, HV
Martenzitik çelik 500-1000
Nitrürlenmiş çelik 950
Sementit (Fe3C) 850-1100
Sert krom kaplama 1200
Alumina 2100-2400
WC (kobalt bağlı) 1800-2200
WC 2600
W2C 2200
(Fe, Cr)7C3 1200-1600
Mo2C 1500
VC 2800
TiC 3200
TiN 3000
B4C 3700
SiC 2600
CBN 6500
Polikristalin elmas/WC 5500-8000
Elmas 8000-12000
Takım Malzemelerinin Mekanik Özellikleri
52
ÖzellikYüksek
Hız Çeliği
Döküm Alaşımı
WC TiCAl ve Si
EsaslıSeramikCBN Elmas
Sertlik (Gpa) 8.5 8.0 14-24 18-32 20-3040-50
70-80
Basma mukavemeti (MPa)
4100-4500
1500-2300
4100-5850
3100-3850
2750-4500 6900 6900
Darbe mukavemeti (J)
1.35-80.34-1.25
0.34-1.35
0.79-1.24
<0.1 - -
Elastisite Modülü (Gpa)
200 200520-600
310-450
310-410 850 820-1050
Yoğunluk (g/cm3)
8.6 8-8.7 10-155.5-5.8
4-4.5 3.48 3.5
Ergime/Bozunma Sıc. (iC)
1300 - 1400 1400 2000 1300 700
Isıl ıletkenlik (W/miC)
- -42-125
17 17-29 13 70
Isıl Genleşme Katsayısı(x10-6/iC)
12 - 4-6.5 7.5-9 3.2-8.5 4.8 1.2
2.2.1 METAL ESASLI TAKIMLAR
Karbonlu ve Düşük Alaşımlı Çelikler
Karbon çelikleri, kesici takım malzemesi olarak kullanılan en eski tip çeliklerdir. Karbon içerikleri %0.6-1.4 arasında değişmektedir. Düşük alaşımlı çeliklerde, kesme özelliklerini iyileştirmek amacıyla az miktarda krom (Cr), vanadyum (V), tungsten (W), molibden (Mo), mangan (Mn) gibi alaşım elementleri bulunmaktadır. Çelikler, tavlama şartlarında kolayca şekillendirilebilir ve takiben su verme ve temperleme ile yüzeyi sertleştirilir. Takım kesitinin tamamı martenzite dönüşmez, iç kısım tok
53
ve yüksek şok direncine sahip olur. (Trent, 1977). Karbon çeliklerinin sertliği martenzitik yapısından ileri gelir (58-64Rc). 250iC üzerindeki sıcaklıklarda temperleme sonucu martenzit yumuşar; bu nedenle, karbon çelikleri sadece ahşap gibi yumuşak malzemelerin işlenmesi için uygundur ve sadece düşük üretim hızlarında (²10m/dk) kullanılırlar. Karbon çeliklerinin en önemli avantajı, kolay işlenmesi ve ucuz olmasıdır. Ayrıca çalışma sıcaklıklarında (max. 200-250iC) sertliklerini ve keskinliklerini korurlar; bu bakımdan, yüksek karbonlu çelik el delik açıcıları (reamer) bazı hallerde metal işleme için kullanılırlar (Schey, 1987)
54
Yüksek Hız Çelikleri
20. yüzyılın başından beri bilinen ve sürekli geliştirilen bu takım malzemesi grubu olup, diğer takım malzemelerine oranla düşük maliyeti ve işlenebilme kabiliyeti nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır (Trent, 1977). Yüksek hız çelikleri, oda ve yüksek sıcaklıklarda yüksek sertliği ve yüksek şok direnci sayesinde iyi performansıyla kesici takım malzemesi olarak kullanılmaktadır. Yüksek hız çelikleri önemli miktarda W, Mo, V ve Cr gibi karbür yapıcı elementlerle alaşımlandırılmıştır (Edwards, 1990). Bu çelikler ihtiva ettikleri ana refrakter elemente göre iki ana gruba ayrılırlar: Molibdenli yüksek hız çelikleri (AISI M grubu: %0.8 C, %0.4 Cr, %5-8 Mo, %0-6 W ve % 1-2 V) ve tungstenli yüksek hız çelikleri (AISI T grubu: %0.7 C, %4 Cr, %18 W ve %1 V). Üretilen bütün yüksek hız çeliklerinin büyük çoğunluğunu (ABD’de %95’ini) M grubu çelikler oluşturmaktadır. M grubu çeliklerin başlangıç maliyeti benzer T grubu çelikten %40 daha düşüktür. Ayrıca M grubu yüksek hız
55
çelikleri daha yüksek abrasif dirence sahiptir ve ısıl işlem esnasında daha az distorse olurlar (Culp, 1997).
Yüksek hız çeliklerinin matris yapısı martenzittir. Metalik alaşım elementleri ile karbon, kuvvetli bağ yapılı karbürleri oluşturur. Tungsten ve molibden, nihai mikroyapıda yüksek miktarda M6C tipi karbürleri [Fe3(W,Mo)3C] oluşturur. M6C tipi karbür ostenitleme esnasında (1190-1270 ¡C) çözünerek matrisin sertleşmesini sağlar. Çözünmemiş M6C karbürleri (~1600 HV) ise aşınma direncinin artmasına yardımcı olurlar. Vanadyum, kuvvetli karbür oluşturucu olarak MC tipi (V4C3) karbür oluşturur. Çok sert (2600 HV) ve kimyasal kararlılığı yüksek olan bu karbür, ostenitlemede çok az çözünür; çözünmeyen serbest karbür partikülleri abrasif aşınma direncini artırır. Krom ise hem karbür oluşturur, hem de katı eriyik sertleşmesi sağlar (Edwards, 1990 - Trent, 1977). Alaşım elementlerinin oluşturduğu karbürler, toplam hacmin %10-20’lik bir kısmını kaplar ve 550¡C’e kadar yapılan ısıtma ve soğutmalarda sertlikte herhangi bir azalma olmaz (M2C ve MC tipi karbür çökelmesinin sebep olduğu ikincil sertleşmeden dolayı). %5-8 Co ilavesi yüksek hız çeliğinin temperleme esnasında sertleşmesini geciktirip kızıl sertliğini artırarak daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına imkan verir, bu çeliklerde karbon içeriği daha yüksektir (M40-T15 kaliteleri). Co ihtiva eden çelikler daha gevrek oldukları için işlenebilirlikleri, bilenmesi ve ısıl işlemleri daha zor ve maliyetleri de daha yüksektir (Schey, 1987 - M. Hand. Vol:3, 1967).
Her tür yüksek hız çeliği arzu edilen boyuta sıcak haddelenebilir veya dövülebilir. Tavlanmış halde iken geleneksel talaşlı imalat teknikleri ile kesici takımlar kolayca üretilebilir. Son bilemeden önce, takımlara ısıl işlem uygulanır. Ostenitleme (1190-1270¡C) ve genelde üç kere menevişleme (~550¡C) ile makul ölçüde tokluk özelliği ile birlikte yüksek mukavemet ve yüksek sertlik (³750 HV) kazanırlar. Yüksek hız çelikleri, 650¡C’e kadar olan işlem sıcaklıklarında kullanılabilmekte ve takımlar tekrar tekrar bilenebilmektedir. Talaşlı işlemde eğilimin yüksek hızlara kayması nedeniyle yüksek hız çeliklerinin önemi giderek azalmaktadır. Bu takımlar metal kesme endüstrisinde (özellikle tokluk beklenen alanlarda) özellikle matkaplar, broşlar ve diğer tüm şekil verme takımları olarak önemli kullanım alanına sahiptirler.
56
Ergitme ve döküm tekniklerindeki gelişmeler takım kalitesini iyilştirmektedir. ınce karbürlerin daha üniform bir dağılımını sağlamak için, bazı kaliteler ön alaşımlanmış atomize tozların konsolidasyonu ile yapılmaktadır. Yönetimin pahalı olması, mikroyapısal avantajların kullanılmasını büyük ölçüde engellemiştir (piyasa payı %5). Takım yüzeylerine, refrakter metal karbür ve nitrür ince kaplama yapılarak yüksek sertlik ve aşınma dayanımı elde edilmektedir. Böylece yüksek hız çeliğinden üretilmiş takımların performansında birkaç misli artış sağlanır. Düşük sıcaklıklarda (300-550¡C) PVD yöntemi ile takım malzemesinin olumsuz yönde etkilenmesi engellenir. Buharda temperleme (mavileştirme) uygulanması ile takımın ömrünü artıran sert ve poröz mavi oksit film (Fe3O4) oluşturulur. TiC, TiN, HfN ve alumina kaplama yapılarak takım ömründe 2-6 kat artış sağlanır. Yaygın olarak altın renkli TiN kaplamalar uygulanmaktadır (Schey, 1987 - Trent, 1977)
Dökme Karbürler
Karbür miktarı yüksek oranlara ulaştığı zaman, takım malzemesi daha fazla sıcak dövülemez; bu nedenle, dökümle şekillendirilir. Kesici takımlar için dökme Co-Cr-W alaşımları tescilli malzemedir. İstenilen özelliklere bağlı olarak, alaşımların genel bileşimi; %38-46 Co, %25-35 Cr, %4-25 W ve %1-3 C şeklindedir. Stellit olarak adlandırılan Co-Cr-W alaşımının sertliği, tungsten ve karbon oranına bağlı olarak 40-60 Rc arasında değişir. Isıl işlem uygulanmasına gerek yoktur. Mikroskobik olarak alaşım, tungsten esaslı bileşikler ve toplam miktarı %45 mertebesinde karbürlerden ibarettir (Şekil 3).
Bu alaşımın özelliği; yüksek sertliği, yüksek aşınma, oksidasyon ve korozyon direnci ve mükemmel kızıl sertliğidir. Bu özelliklerin kombinasyonu, bu alaşımı kesme uygulamaları için uygun kılmaktadır. Dökme alaşımlar, kesici uçta hasar olmaksızın yüksek hız çeliklerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmektedir. Yumuşama yavaş bir şekilde meydana geldiği için, daha yüksek kesme hızlarında çalışmak mümkündür; fakat, bu sırada süneklik azalır. Stellitin kesici takım olarak uygulanabilirliği yüksek hız çeliklerinden daha sınırlıdır. Zira döküm alaşımları daha gevrektir ve takım dizaynı sınırlıdır. Ayrıca maliyeti de daha yüksektir. Stellit metal kesme takımları yaygın olarak çelik, dökme demir, dökme çelik, paslanmaz çelik, pirinç ve bazı diğer işlenebilir
57
malzemelerin işlenmesinde kullanılır. Çoğunlukla tek noktalı torna tezgahlarında, şekillendirici takımlarda ve freze bıçağında kullanılmaktadır (Dawis Ed., 1995 - Avner, 1974).
Karbür Esaslı Takımlar
Semente Karbürler
Bu malzemeler çok yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetli bir kitle oluşturacak şekilde bir metal veya demir alaşım grubu ile çok ince taneli refrakter metal karbür partiküllerinden oluşurlar (Şekil 4). Semente karbürler toz metalurjisi teknikleri ile üretilmektedir. Proses esasen tungsten, titanyum veya tantalyum karbür tozlarının hazırlanmasını kapsar. Bu tozlardan biri veya birkaçı bağlayıcı ile karıştırılır. Bağlayıcı metal olarak genellikle kobalt, nadiren de nikel ve demir kullanılmaktadır. Bu karışım istenilen şekilde kompakt kitle halinde soğuk preslenir ve akabinde sinterlenir (1370-1480¡C) veya sıcak presleme ile şekillendirilir (Avner, 1974). Kobalt yüksek sıcaklıklarda karbürlerle ötektik oluşturur ve çok iyi ıslatma özelliği gösterir. Tungsten karbür, düşük sıcaklıkta katı kobaltda yalnızca %1 oranında çözünürken, nikelde %25 ve demirde %5 oranında çözünmektedir. Nikel ve demirde, tungsten karbürün yüksek katı çözünürlüğü, gevrekliği arttırıcı bir etki yapar. Kobalt miktarının artışıyla tokluğun artmasına karşılık sertlik, basma mukavemeti, elastik modül ve abrasif direnç azalır (M. Hand, Vol:3, 1967 - Culp, 1997)
Semente Karbürlerin Sınıflandırılması (M. Hand. Vol:3, 1967)
Karbür grubu
Kompozisyon (%)
Kalan WC Sade tungsten karbür
Sertlik (RA)Yoğunluk (gr/cm3)
1 2.5-6.5 0-3 93-91 15.2-14.7
2 6.5-15 0-2 92-85 14.8-13.9
3 15-30 0-5 88-85 13.9-12.5
İlave karbür (ağırlıklı olarak TiC)
4 3-7 20-42 93.5-92.0 11.9-9.0
58
5 7-10 10-22 92.5-90.0 12.0-11.0
6 10-12 8-15 92.0-89.0 13.0-12.0
İlave karbür (ağırlıklı olarak TaC)
7 4.5-8 16-25 93.0-91.0 12.5-12.0
8 8-10 12-20 92.0-90.0 13.0-11.5
İlave karbür (sadece TaC)
9 5.5-16 18-30 91.5-84 14.8-13.5
Bu tür kesici takımlarda abrasif eleman olarak tungsten karbür (WC) ile beraber titanyum karbür (TiC), tantalyum karbür (TaC) ve niobyum karbür (NbC) de mikroyapıda yer alabilir. Bu tür ilave karbürlerin, difüzyona direnç gösteren bir ara tabaka meydana getirmelerinden dolayı kesici takımlarda karşılaşılan önemli hasar türlerinden biri olan kraterleşme engellenmektedir (Schey, 1987). Bazı özel sert metallerde sert faz olarak krom karbür, molibden karbür ve bağlayıcı metal olarak nikel bulunabilir. Sade tungsten karbürlü kaliteler dökme demir, ostenitik çelik, demir dışı ve metal dışı malzemelerin işlenmesinde kullanılırken tungsten karbür yanında titanyum ve tantalyum karbür de ihtiva eden kaliteler ise ferritik çeliklerin işlenmesinde kullanılırlar (Tablo 3).
Semente karbürlerin yüksek sıcaklık mukavemeti, karışık karbür miktarının artışı ile artmasına karşılık, kobalt miktarının artışı ile azalır (tokluk için bu ilişki terstir). Sinterlenmiş karbürlerin çok iyi takım performansı, çok yüksek kızıl sertlikle birlikte yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetinden ileri gelir (Avner, 1987 - M. Hand. Vol: 3, 1967).
Sermetler
Sermetler, metalik bir fazla bağlanmış seramikler olup esasen semente karbürler sermetlerin bir alt sınıfıdır. Çelik kesimi için, nikel ve molibdenle bağlanmış TiC tercih edilmektedir (Schey, 1987). Tipik bileşimi %8-25 Ni, %15-8 Mo2C ve %60-80 TiC şeklindedir. Ayrıca
59
küçük miktarlarda WC, Co, TiN içerebilir. Sermetlerin mikroyapısı geleneksel semente karbürlerden farklıdır. Çünkü sinterleme sıcaklığında karbürün, bağlayıcı nikel içindeki çözünürlüğü kobaltınkinden daha fazladır. Bu nedenle sermetler, semente karbürlerden daha gevrek karakterdedir. Bu malzemeler yüksek krater ve oksidasyon direnci, düşük sürtünme katsayısı ve termal iletkenlik ile nispeten düşük yoğunluğa sahiptir. Bununla birlikte sertlik derinliği yüksek, abrasif direnci kobaltla bağlanmış tungsten karbürden daha düşüktür (M. Hand, Vol:3h, 1967 - Culp, 1997). Karışık TiC-TiN kaliteleri daha iyi termal iletkenlik ve daha yüksek hızları ile karakterize edilmektedir (Schey, 1987).
Kesici takım olarak sermetler %20’den daha az bağlayıcı içermektedirler. Bu malzemeler çelik ve dökme demirler için özellikle orta ve hafif yükler altında yüksek hızda yüzey operasyonlarında kullanılmaktadır. Buna karşın, kaba ve darbeli işlemlerde, boşluklu ve porözlü yüzeylerde, sert dökümlerde, grafit ve sıcak iş takım çeliklerinde, demir dışı malzemelerde (Al, Cu vb.) ve yüksek oranda nikel içeren malzemelerde (malzemelerdeki nikel ile sermetteki nikel birleşme eğilimi göstermektedir) kullanılması halinde iyi sonuçlar vermemektedir (Dawis (Ed.), 1995).
Seramik Esaslı Takımlar
Metal işleme teknolojisinin gelişmesi ile işleme hızlarının artması daha uzun ömürlü (yüksek hızlarda çalışan) ve iş parçası ile etkileşmesi minimize edilmiş takım malzemesi arayışlarını hızlandırmıştır. Seramik malzemeler, tokluk dezavantajlarına karşılık yüksek sıcaklıklardaki mekanik ve kimyasal kararlılıkları ile, özellikle sürekli çalışan takımlar olarak kullanım alanı bulmaktadırlar. Bu maksatla kullanılan seramik malzemeler alumina, sialon ve kübik bor nitrürdür (Dawis (Ed.), 1995).
Aluminyum Oksit Esaslı Seramikler
Seramik takımlar, tane boyutu ortalaması birkaç mikron mertebesinde polikristalin, yoğun ve korundum kristal yapılı alumina (a-Al2O3) esaslı malzemelerdir. Seramik takım insertleri sıcak veya soğuk presleme ile üretilir. Soğuk preslemede seramik istenilen şekilde şekillendirilir ve
60
1600-1700¡C’de sinterlenir. Sıcak preslemede, presleme ve sinterleme birlikte yapılır. Bazı tür seramiklere, sinterlemeye yardımcı olmak ve tane büyümesini geciktirmek için, az miktarda titanyum oksit ve magnezyum oksit ilave edilir. Şekillendirildikten sonra takım, elmaslı disklerle perdahlanır (Schey, 1987 - Avner, 1974). Geleneksel kesici takım malzemesi olan alumina (Al2O3) 3 grupta toplanabilir:
A-1. Grup : %10 kadar oksit ve karbür (özellikle titanyum, magnezyum, molibden, krom, nikel, kobalt) içeren alumina. Bu karışım soğuk pres+sinterleme ile üretilir.
A-2. Grup : Saf alumina, sıcak presleme ile üretilir.
A-3. Grup : %25-30 refrakter karbür (TiC, SiC, vb.) içeren alumina, sıcak presleme ile üretilir.
Aluminaya %10 ZrO2 ilavesi ile kırılma tokluğunu önemli ölçüde (~%25) iyileştirmekte, dökme demir ve nikel esaslı alaşımların işleme kapasitesini artırmaktadır. Titanyum karbür (TiC) ilavesi Al2O3’ün ısıl iletkenliğini, dolayısıyla ısıl şok direncini artırmakta fakat ancak sıcak presleme ile üretilebildiği için şekil sınırlandırmasını da beraberinde getirmektedir. Al2O3 takımların SiC wiskerlerle takviye edilmesi kırılma tokluğu, mukavemet ve ısıl şok direncini artırmaktadır. Yaklaşık 1 mm çapında ve 20 mm boyutunda olan bu wiskerler, yapının sertliğini ve aşınma direncini yükseltirler. Sıcak presleme ile üretilen bu kesici takımlar, üstün özellikleri nedeniyle sertleştirilmiş çelik, nikel esaslı alaşımlar ve dökme demirin aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilmektedir (Trent, 1977 - Culp, 1997).
Sialon
Sialon (Si-Al-O-N) bir silisyum-aluminyum oksinitrür tipi seramik malzeme olup, sinterlenebilen silisyum nitrürün (Si3N4) bir türevidir. Silisyum nitrürün kırılma tokluğu aluminanın yaklaşık iki katıdır ve daha yüksek bağ mukavemetine sahiptir. Termal genleşme katsayısı düşük (3,2. 10-6/¡C) olması nedeni ile iyi termal şok direnci verir. Aluminanın kırıldığı hızlı ve aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilir. Yüksek yoğunluklarda sıcak presleme ile üretilir ve takımın şekillendirme maliyeti yüksektir.
61
Sialon silisyum nitrür, aluminyum nitrür ve aluminyum oksite, yitriyum oksit (Y2O3) katkısıyla 1800¡C’de sinterlenmesi ile elde edilir. Yitriyum oksit sinterlemede silikat oluşturarak sıvı faz sinterlemesine ve böylece porozite oranını düşürerek yaklaşık tam yoğunlukta (%98) malzeme elde edilmesini sağlar. Sialonun kırılma tokluğu ve enine kopma mukavemeti aluminadan daha yüksek, fakat Al2O3/SiC wisker seramiklerden daha düşüktür. Sialon kesici takımlar özellikle dökme demir ve süper alaşımların (Ni esaslı gaz türbin diskleri) işlenmesinde kullanılır (Edwards, 1990 - Trent, 1977).
Kübik Bor Nitrür (CBN)
Sentetik elmas yapımı için kullanılanlara benzer yüksek sıcaklık (1500¡C), yüksek basınç (8GPa) teknikleri ile Òhekzagonal-kübikÓ kafes dönüşümü ile elde edilen kübik bor nitrür (CBN), elmastan sonra ikinci en yüksek sertlik değerine sahiptir (Tablo 1). Küçük miktarlardaki seramik veya metal bağlayıcı ile %100 yoğunluktaki bor nitrür karıştırılır. Günümüzde, General Electric firmasının BZN ve De Beers firmasının Amborite ticari adı ile piyasaya sunduğu iki ürün yaygın olarak kullanılmaktadır. Kübik bor nitrür, özelikle CBN-CBN metallerarası bağlarla bağlanmaktadır (Trent, 1977).
Kübik bor nitrürün sertliği, sıcaklık artışı ile azalmaktadır. Elmasla karşılaştırıldığında kübik bor nitrürün en önemli avantajı, demir veya diğer metaller ile temasında veya havada yüksek sıcaklıkta sahip olduğu çok yüksek kararlılığıdır. Çok kristalli kübik bor nitrür endüstriyel alanda son birkaç yıldır kullanım alanı bulmaktadır. Ferro malzemeler ile reaksiyon direnci ve mükemmel abrasif direnci ile kombine edilen kübik bor nitrür, diğer takım malzemelerden daha yüksek sıcaklıklarda ve daha yüksek hızlarda sert malzemelerin işlenmesinde kullanılmaktadır. Özellikle, elmasın kullanımını engelleyen hızlı aşınma olmaksızın yüksek hızlarda sert dökme demir ve sertleştirilmiş çeliğin kesimi için kullanılmaktadır. Ayrıca, süperalaşımlar (nikel ve kobalt esaslı), kübik bor nitrür kompozit kesici takımlarla, semente karbürlerden çok daha yüksek hızlarda işlenebilmektedir. (Edwards, 1993 - Culp,, 1997).
62
Elmas
Elmas, karbonun tetrahedral formudur ve en sert ve en yüksek çizme dirençli malzeme olarak bilinir. Mohs ölçeğinde sertlik numarası 10’dur (Tablo 1). Bu özellikler elması takım malzemesi olarak çekici kılar; ne var ki, endüstriyel alanda kullanılan doğal tek kristal elmasın küçük miktarları bile oldukça pahalıdır. Ayrıca elmas çok gevrektir ve belirli kristallografik düzlemler boyunca kolayca ayrılır. Elmas 650¡C’de hızla okside olmaya başlar ve atmosferik basınçta 1500¡C’nin üzerindeki sıcaklıklarda tekrar grafite dönüşür. Yüksek sıcaklıkta demir için karbonun kolaylıkla çözünmesi veya demire difüze olan grafite dönüşmesi sebebiyle ferro malzemelerin işlenmesinde elmas yeterli performansı sağlamamaktadır. Bununla birlikte, elmas takımlar yüksek silisyumlu dökme aluminyum alaşımları, bakır ve alaşımları, sinterlenmiş semente tungsten karbürler, silika cam ile doyurulmuş kauçuk, cam-fiber/plastik ve karbon/plastik kompozitler ve yüksek aluminalı seramiklerin işlenmesinde kullanılmaktadır (Culp, 1997 -Edwards, 1993).
Doğal elmasın tahmin edilemeyen erken hasara uğramasına karşılık, üretilmiş tek kristaller daha güvenilir performansı sergilemektedir. Son zamanlarda, çok kristalli takım uçlar kendiliğinden sinterlenen yuvalar içinde veya bir karbür altlık üzerine sinterlenmiş 0.5 mm kalınlıkta tabakalar olarak kullanılmaya başlamıştır. Elmas, abrasif iş parçalarının işlenmesinde diğer takım malzemelere oranla yüksek performans göstermektedir (Schey, 1987).
