FREZE TEZGAHINDA KULLANILAN KESİCİ TAKIMLAR

CNC Freze tezgahlarında yüzey tarama, delik delme, puntalama, kılavuz çekme, raybalama, kanal açma, cep boşaltma ve hassas delik genişletme gibi birçok operasyonlar yapılmaktadır. Bu proseslerinde uygulanmasında kullanılan kesici takımın seçimi üretimi ciddi oranda etkilemektedir. Kullanılan kesici takım seçimi ise malzemenin cinsine göre değişmektedir. Bugün ki yazımda sizlere parmak freze, tarama freze çakısı, matkap, rayba ve kılavuzlardan bahsedeceğim.

1.PARMAK FREZELER

İngilizcede “End Milling Cutter” olarak adlandırılan parmak frezeler hem alın bölgelerinde hem de yan yüzeylerinde talaş kaldırabilen 2 ya da daha fazla kesici ağızları olan ve imalatta sıklıkla kullanılan takımlardır. Yüksek hız çeliklerinden (HSS (HİGH SPEED STEELS)) imal edilebileceği gibi, sert metallerden de üretimi yapılmaktadır. Ayrıca takma uçlu parmak frezelerde sert metal tipte olanlarda üretimde tercih edilmektedir.

Parmak frezeler kullanım yerine göre ; Düz, konik, küresel ve köşeleri kavisli uç olarak imal edilmektedir. Ayrıca helis açısı ve kesici ağız sayısı değişkenlik gösterebilir.

Şekil 1. Düz ve Küresel uçlu parmak frezeler (HSS ve Karbür)
Şekil 2. 2 ağızlı parmak freze                         

Şekil 3. 2 ağızlı parmak freze

Tungstenkarbür (WC) parmak frezeler, HSS parmak frezelere göre uzun ömürlü ve maliyeti yüksek takımlardır. Maliyetleri yüksek olduğu için tunstenkarbür frezelerin yerine genellikle uçları vidalanabilen farklı geometride ve değişik amaçlı talaş kaldırabilen takımlar ve tutucular mevcuttur. (Bkz. Şekil 4.)


Şekil 4 Değiştirilebilir takımlar ve tutucuları (https://subs.tungaloy.com/wp-content/uploads/381-tr.pdf)

2. Tarama Freze Çakıları


Şekil 5 CNC Frezelerde kullanılan tarama başlıkları

Şekil 5’de görüldüğü üzere sanayide ürün formuna göre değişebilen çeşitli ağızlarda kullanılan tarama kafaları mevcuttur. Universal ve CNC Freze tezgahlarında kullanılan tarama kafalarının farklı sayıda ve takım tasarımına göre farklı açılarda olan uçları elmas olarak piyasada bilinen kesici insertler sayesinde kesme işlemini gerçekleştirirler. Tarama freze çakıları genellikle geniş yüzeylerdeki ve fazla derin olmayan parça yüzeylerin işlenmesinde kullanılır

3. MATKAPLAR

     Üretimde delik delme operasyonunda sıklıkla kullanılan genellikle HSS çeliklerden imal edilen kesici takımdır. Bunun yanında puntalama,havşalama ve faturalama işlemlerinde de özel matkaplar bulunur. HSS matkaplar çabuk aşınmasından ve kesme hızının düşük olmasından ötürü CNC lerde sert metal ve takma uçlu matkaplar tercih edilmektedir. HSS matkaplar delik delme işlemi yapılırken doğru delik merkezini bulması için ve matkap ömrü uzun olması için önden punta matkabı ile uygun derinlikte işaretleme yapılması gerekir.


                Şekil 6. Matkap çeşitleri                

Şekil 7. Tungsten karbür matkap

Şekil 8. Değiştirilebilir takma uçlu matkap

4. RAYBALAR

Rayba çeşitli toleranslarda deliği büyütmeye ve istenilen hassasiyette ölçüye getirmeye yarayan kesici takımdır. Ayrıca rayba çekilen yüzeyin pürüzlülüğünün çok düşük olmasıdır.

Şekil 8. Rayba çeşitleri

5. Kılavuzlar

Şekil 8. Kılavuz çeşitleri

Deliklere diş açmada kullanılan takım çeliğinden yapılmış ve sertleştirilmiş, üzerinde kesici dişler  kesici takımdır. Kılavuz çekme işleminden önce matkapla parçanın yüzeyine delik delinir ve ardından kılavuz çekilir. Bunun sebebi kılavuzun ömrünü ve deforme olmasını engellemektir. Ayrıca delik açılan yüzeyde talaş birikmesini engellemek bu sayede deliğin sağlıklı bir şekilde ağızlanmasını sağlayarak düzgün diş açılmasını sağlarız.

CEVAP YÜZEY ANALİZİ (CYA)

Cevap yüzey analizi deneysel çalışmalardaki problemlerin analiz edilmesi, modellenmesi ve optimizasyonu için, faktörler (bağımsız değişkenler) ve ölçülen tepkiler (bağımlı değişkenler) arasında matematiksel bağıntılar kuran istatistiksel bir tekniktir. Başka bir ifadeyle CYA, bağımsız değişkenler ile bağımlı değişken veya değişkenler arasındaki analitik formüllere dayalı bir polinomiyal ilişki oluşturma veya model/fonksiyon uydurma işlemidir ((Palanikumar, Mata et al. 2008), (Chiang 2008), (Gaitonde, Karnik et al. 2009),(Abhang 2010)

CYA ilk olarak 1950’li yılların başında Box ve Wilson (1951) tarafından ortaya atılmıştır. Bu yöntem ile mühendislik uygulamalarındaki bilimsel problemlerin bazı tiplerinin çözümünü istatistiksel olarak yapmak mümkündür. Günümüzde ise özellikle imalat alanında karşılaşılan optimizasyon problemlerinin çözümünde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Öktem, Erzurumlu et al. 2005),(Öktem 2009), (Bouacha, Yallese et al. 2010), (Neşeli, Yaldız et al. 2011), (Asiltürk and Neşeli 2012).CYA uygulanmasının amacı, elde edilecek cevapları önceden öngörebilecek, sistemi ifade edebilen uygun fonksiyon bulmak ve optimum imalat koşullarını belirlemektir.

Bir sistemde elde edilen sonuç verileri CYA için cevap değerleridir. Cevaplar normalde sürekli ya da kesintili (başta ve sonda) olarak ölçü aletleriyle okunur ve sistemin en önemli fonksiyonudur. Bu yüzden cevapların mümkün olduğunca özenli ve uygun bir ölçme sistemiyle alınması, modelin güvenilirliği açısından önemlidir. Deneyler sonucunda elde edilen model CYA kullanılarak polinom denklemi şeklinde ifade edilir. CYA’nda esas olan iki kısım vardır:

  • Deneysel olarak belirlenen faktör değerleri sonucunda elde edilen cevapların matematiksel modelde değerlendirilmesi
  • Matematiksel olarak elde edilen modelin istatistiksel olarak analizi

Bu yöntemin avantajları ve dezavantajları Şu şekilde sıralanabilir:

Avantajları;

  • Ele alınan tribosistemdeki sürtünme faktörlerinin analizinin yapılabilmesi
  • Seçilen faktörlere ait birimlerin modele etkilerinin olmaması
  • Oluşturulan model ile sürtünme faktörlerinin optimum çalışma aralığının belirlenebilmesi

Dezavantajları ise;

  • Her sistem için özel olarak uygulanabilir olması
  • Uyarlanacak sisteme uygun olarak belirlenecek bir dizi deneyin yapılması
  • Tahminlerin deney limitleri ile sınırlı olması
  • Faktör sayılarına bağlı olarak deney sayısının üstel olarak artmasıdır.

CYA aşağıda ifade edilen amaçlar doğrultusunda kullanılabilir (Kini 2004):

  • Süreci etkileyen faktör seviyelerinin belirlenmesinde,
  • Arzu edilen optimum noktaya en yakın faktör kombinasyonunun belirlenmesinde,
  • Alan testleri sayesinde sistem davranışlarının tespitinde,
  • Süreç kararlılığı için gerekli koşulların tespitinde.

1.1.  CYA ile Optimizasyon Süreci

CYA metodu ile modelleme ve optimizasyon sürecinin daha iyi anlaşılabilmesi için üç aşamalı algoritma takip edilebilir (Şekil 1.)


1. Aşama:

Sürecin birinci aşamasında var olan fiziksel deney ortamında tepkilerin alınabilmesi için kullanılacak bağımsız parametrelerin ve seviyelerinin tespiti gerçekleştirilir. Ardından parametrelerin kombinasyonu ile deneysel tasarım (DT) oluşturulur. Deneysel tasarım minimum sayıda deneyin gerçekleşmesi ve sonuçların güven aralığında uyum içerisinde olabilmesi için son derece önemlidir. En çok kullanılan deney tasarımları Central composite, Box-Benkhen, tam faktöriyel, kısmi faktöriyel ve rastgele bloklamadır(Montgomery 2005). Ardından faktör etkilerinin belirlenebilmesi için bir dizi deney gerçekleştirilir. Bunlara ilaveten fiziksel deney sisteminden basit bir kavramsal/matematik model oluşumu gerçekleştirilir. Burada amaç etkili olduğu düşünülen parametrelerin en ideal deneysel kombinasyonunu tespit edebilmektir. Kavramsal model faktörlerin ve etkileşimlerinin dahil edildiği birinci ya da ikinci seviyeden bir regresyon modeli veya üssel bir model olarak düşünülebilir. Bu aşamada fiziksel sistemi oluşturan tüm faktörlerin modelin içerisine dahil edilecek şekilde dikkate alınması gerekir.

CYA yöntemine dayalı bir regresyon modeli oluşturmak için doğrusal regresyon modelleri ve bu modelleri oluşturan denklemlerde yer alan katsayıların tahmin edilmesinde kullanılan eğri uydurma işleminin bilinmesi gereklidir. Bundan dolayı, öncelikle doğrusal regresyon modelleri ve eğri uydurma işlemi gibi matematiksel kavramlar ifade edilmelidir.

Bir bağımlı değişken (y) birçok bağımsız değişkenden (x1,x2,…….xk) etkilenir. Bağımlı ve bağımsız değişkenler arasındaki ilişki doğrusal bir fonksiyon ile yeteri derecede temsil edilebiliyorsa yaklaşım, çoklu doğrusal regresyon modeli olarak aşağıdaki gibi verilir:

Bu model iki boyutlu x1,x2 uzayındaki bir düzlemi tanımlar. Burada, y arzu edilen tepki, ’lar fonksiyonun bilinmeyen parametreleri, elde edilen tepkilerdeki gürültü veya modelin hata miktarı, indis olarak k ise nicel regresör değişkenidir. Eşitlik (1) ile verilen 1. dereceden çoklu regresyon modeline terimlerin etkileşimleri ilave edilerek;

eşitliği elde edilir. Benzer şekilde sistemde eğrisel bir ilişki varsa ikinci dereceden bir polinomiyal modelin kurulması söz konusudur. Bu durumda ikinci dereceden bir CYA modeli;

şeklinde yazılabilir. (2) ve (3) eşitliklerindeki matematiksel mantık izlenerek yüksek dereceli polinomiyal çoklu regresyon yani CYA modelleri türetilebilir. Ancak en çok tercih edilen model ikinci dereceden olan modellerdir. CYA analiz yönteminde ikinci dereceden modeller yaygın bir şekilde kullanılmasının nedenleri aşağıdaki gibi sıralanabilir (Montgomery 2005).

  • İkinci dereceden modellerin esnekliği gerçek tepki yüzeyine daha iyi yaklaşım sağlamaktadır.
  • İkinci dereceden CYA modellerindeki bilinmeyen parametrelerin ( gibi) en küçük kareler yöntemiyle tahmin edilebilmesi daha kolaydır.
  • İkinci dereceden CYA modellerinin daha başarılı sonuçlar verdiği birçok uygulamayla ispatlanmıştır.

2. Aşama;

İkinci aşamada elde edilen deneysel verilerin bir bilgisayar programı (Minitab, Statistica veya Matlab gibi) yardımı veya elle hesaplama yöntemi ile değerlendirilip model içerisinde kullanılacak katsayıların (bilinmeyen parametrelerin) tespiti yapılır. Katsayıları belirlenen ve son haline gelen matematik modelin kullanılmasıyla tepkiler için tahmin değerleri oluşturulur.

Çoklu regresyon modelindeki bilinmeyen parametreleri tahmin etmek için eğri uydurma işlemi gerçekleştirilir. Bu işlem sürecinde en küçük kareler yöntemi kullanılarak parametrelerin tahmini yapılır.

En küçük kareler fonksiyonu, deneylerden elde edilen veri seti ve (1) nolu eşitlik kullanılarak aşağıdaki gibi yazılabilir:

burada, i  deneysel ölçüm (tepki) xij , L ise hataların kareleri toplamı olarak ifade edilen en küçük kareler fonksiyonudur. Bu fonksiyonun en kolay çözümü için matris yaklaşımı kullanılırsa:

Şekil 2. Dağılım grafiği (scatterplot) üzerinden artıkların hesaplanması.

Artıkların grafikleri model güvenilirliğinin daha iyi anlaşılabilmesi için yüzde ihtimal oranlarının dikkate alındığı veya tahmin edilen bağımlı değişkenlere göre farklı formlarda çizdirilebilir. Hataların normalliğinin kontrolünde Şekil 3(a) ile verilen tepki-% ihtimal (normal-probability) grafiği veya Şekil 3(b) ile verilen, tahmin edilen tepkilerle artıklara (predicted response-residual) ait grafikler kullanılır.

Şekil 3. Artıkların grafikleştirilmesi
                 a) Tepkilerin tahmin tutarlılık yüzdesi
                  b)Tahmin edilen tepkilere ait artıkların geçerlilik grafiği

En küçük kareler yöntemiyle eğri uydurma işlemi boyunca oluşturulan matematik modellerin güvenirliği aşağıda verilen eşitlikler kullanılarak test edilebilir.

Yukarıda verilen eşitliklerde SSE hataların kareleri toplamı, SST  hataların kareleri toplamı, F  regresyon modelinin uygunluk değeri, R2 regresyon modelinin çoklu tahmin geçerlilik katsayısı, R2adj regresyon modelinin ayarlanmış çoklu tahmin geçerlilik katsayısıdır. MSE hataların kareleri toplamının ortalaması, RMSE hataların kareleri toplamının karekökünü ve APE (%) ise ölçülen değerler ile eğri uydurulmuş (tahmin edilmiş) değerlerin ortalama mutlak yüzde hatasını gösterir. Burada R2 oluşturulan regresyon modelinin uygun olup olmadığına karar vermek için kullanılır ve değerleri “0-1” arasında değişir. Bu değer 1’e yaklaştıkça regresyon modelinin geçerliliği yükselir yani modelin tahmin yeteneği oldukça iyi demektir(Montgomery 2005).

3. Aşama;

Son olarak CYA’ya ait karakteristik üç boyutlu veya düzlemsel yüzey grafikleri çizdirilir. CYA analizi aslında dik tırmanış(steepest ascent) prosedürü olarak bilinir. Bu teknik, belirli noktalardan geçen doğru bir yol boyunca gerçekleştirilen deneyler aracılığıyla maksimum veya minimum noktaların araştırılması işlemidir (Şekil 5.). Optimum noktanın grafikler üzerinden tespiti ile optimimum faktör değerleri bulunmuş olur.

Şekil 5. Dik tırmanış prosedürü

Yüzey Karakteristikleri

İdeal pürüzlülük değerinde bir ürünü üretebilmek için, yüzeyi temsil edecek olan parametrelerin tanımlanması gerekir. Yüzeyi tanımlamak için kullanılabilecek birden fazla yüzey parametresi vardır. Endüstride en yaygın kullanılan profil parametresi ortalama pürüzlülük değerini veren Ra’dır. Kolay ve az maliyetle ölçülebildiği hatta alansal ölçümlerde daha hızlı sonuç elde edilmesinden dolayı özellikle kalite kontrolde önemli rol oynar. Aritmetik olarak Ra, adından da anlaşılacağı gibi, örnek uzunluğu boyunca pürüzlülük profili düşey koordinatlarının mutlak değerlerinin aritmetik ortalamasıdır. İstatistik olarak Ra, yüzey pürüzlülüğünün y-koordinatlarının merkez çizgisinden ortalama aritmetik sapması olarak tarif edilebilir (Şekil 1)

Şekil 1. Ra yüzey pürüzlülük değeri gösterimi
(http://www.teamstainless.org/news/2014-12/Ra_Rq_Rz_ Roughness_values_explaine

Parametre matematiksel olarak Denklem (1), (ISO 4287:1997) ile tanımlanmıştır.

Denklem (1)

Burada Z(x) ortalama çizgi ile profil eğrisi arasındaki mesafe ve l örnekleme uzunluğudur. Dikkat edilmelidir ki; Ra profil çıkıntı ve boşluk kesitleri ile ilgili olarak hassasiyet göstermez. Örneğin, eşit aritmetik ortalama pürüzlülük (Ra) değerine sahip iki yüzey, topografik özellikleri itibari ile birbirinden çok farklı olabilir (Şekil 2).

Şekil 2. Aynı aritmetik ortalama pürüzlülüğü ancak farklı topografik özellikler ve performans kabiliyetine sahip iki yüzey (http://www.alphaomegapt.com/pdf%20files/Surface%20Finish%20Definitions.pdf)

Yukarda değinilen durum dikkate alındığında, pürüzlülük tanımlanmasında hedeflenen amaca yönelik birden fazla pürüzlülük tanımlama parametresine dikkat edilmesi gerektiği anlaşılır.

Endüstrinin sıklıkla kullandığı bir başka pürüzlülük parametresi Rq veya RMS’dir. Rq, referans olarak kabul edilen ortalama çizgisine göre yüzey profil yükseklik dağılımının standart sapmasını temsil eder. Aritmetik olarak Rq, örnekleme uzunluğu boyunca profil yüksekliklerinin karelerinin ortalamasının kareköküdür ve Denklem (2) ile hesaplanır.

Denklem (2)

Esasen Rq özellikle profil kesitindeki çıkıntı boşluklar için Ra’ya göre daha duyarlı bir pürüzlülük parametresidir. Öyle olmasına rağmen kimi Rq ölçümlerde Ra’ya göre yaklaşık %11 civarında düşük veya yüksek ölçümlere ulaşılabilmektedir (Şekil 3).

Şekil 3. Rq ile Ra ölçüm farkları
(https://www.mahr.com/mahr-parameter/html/english/MarSurf/meanroughness.html).

Hem Ra hem de Rq parametreleri yaygın olarak kullanılan geleneksel yüzey parametreleridir ancak tüm ortalama değer ölçümleri gibi sakıncaları vardır. Bahsedilen parametrelerin hiçbiri çıkıntı ve boşluklar arasında net ayrım gerçekleştiremez.

Yüzey özelliklerini daha iyi tanımak ve tanımlamak için yukarıda açıklanan parametreler (Ra ve Rq) yerine, yüzeydeki tepe ve vadilerin dağılımını daha iyi tanımlayan parametreler kullanılmalıdır. Bu şekilde, işleme süreci daha kontrollü yapılabilir ve istenen yüzey dokusuna sahip parçalar üretmek mümkün olur.

Bir silindir performansı ile korelasyonu en iyi olan parametreler Rk ailesi parametreleridir. Parametreler Abbott-Firestone eğrisinde veya alan yatak eğrisinde (Leach R. Editor 2013) grafiksel olarak açıklanmıştır. Bu eğriler, malzemenin profil yüksekliği içindeki dağılımını grafiksel olarak tanımlayabilir (Şekil 4).

Şekil 4. Pürüzlülük parametrelerini açıklayan Abbott-Firestone eğrisi

Bir maddenin aşınabilirliği hakkında bir ölçüm değeri elde etmenin en uygun yöntemi, yüzey malzeme oranını incelemektir.

Malzeme oranının değerlendirilmesi, yüzey kusurunun seviyesini belirlemek için kullanılan basit bir yöntemdir. Bu maksatla Abbott-Firestone yüzey eğrileri kullanılır.

Bu eğri, kesim koşullarına göre değiştirilebilen işleme yöntemine göre karakteristik bir şekle sahiptir. Rmr sembolü ile gösterilir ve % olarak değerlendirilir. Şekil üzerinde eşdeğer bir düz çizgi çizerek, çıkıntı, boşluk ve ana alanlar tanımlanabilir.

Çizgi, ölçülen profilin %40’ını içeren eğrinin merkezi bölgesi için hesaplanır. Eğriden, yüzeyin farklı kısımlarını karakterize eden beş parametre elde edilebilir. Parametreler aşağıdaki gibi ISO 13565-2 standardında tanımlanmıştır.

  • Öz pürüzlülük derinliği (Rk) : Orta tabaka yüzey pürüzlülük derinliği
  • Malzeme oranı (Mr1) : Pürüzlülük çıkıntılarını orta tabaka profil derinliğinden ayıran kesişim çizgisinden belirlenen, yüzde cinsinden malzeme kısmı.
  • Malzeme oranı (Mr2) : Pürüzlülük derin boşlukların orta tabaka profil derinliğinden ayıran kesişim çizgisinden belirlenen, yüzde cinsinden malzeme kısmı.
  • İndirgenmiş çıkıntı yüksekliği (Rpk) : Orta tabaka yüzey pürüzlülük profili üzerindeki çıkıntıların ortalama yüksekliği

İndirgenmiş vadi derinliği (Rvk) : Orta tabaka yüzey pürüzlülük profili üzerindeki boşlukların ortalama derinliği.

Honlama Taşı

Bildiğiniz üzere imalat yöntemleri genel olarak talaşlı ve talaşsız olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Talaşlı imalat yöntemlerinde etkili olan faktörler arasında kesici takımlar yer alır. Takımlar hem müşterinin hem de tasarladığımız ürünlerin istenilen geometri ve toleranslarda ayrıca parçanın çalışacağa yerde uygun montajlanabilmesi için istenilen yüzey kalitesinde üretim yapmamıza olanak sağlar.

Bugün sizlere talaşlı imalat yöntemlerinden Honlama işleminde kullanılan taşlardan bahsedeceğim.

Honlama taşları, honlama prosesinde iş parçasına istenilen yüzey kalitesinde ve hassas yüzeyler elde edebilmek için taşlar kullanılır. Bu taşlar yapıştırıcı bir malzeme ile birbirine bağlanan aşındırıcı partiküllerden oluşmaktadır. Aşağıda honlama taşı yapısı hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca Şekil 1 ve Şekil 2 de sanayide kullanılan farklı çeşitlerde honlama taşları mevcuttur.

Şekil 1 Sanayide kullanılan honlama taşı örneği
Şekil 2 Fırça şeklindeki honlama taşı örneği
Şekil 3 Yaylı honlama fırça örneği

Şekil 2 ‘de ve Şekil 3’de honlama taşları piston veya piston segmanı değiştirme işlemlerinde genellikle honlama fırçaları veya yaylı honlama taşlar ile çalışılır. Ancak bu işleme adımının gerçek honlama işlemi ile pek ilgisi yoktur. Bu çalışmada az veya çok derecede aşınan silindir hareket yüzeyi sadece temizlenir ve biraz pürüzlük verilir. Bu işlemde silindir geometrisinin iyileştirilmesi mümkün değildir. Taşlama takımlarının yaylı olması nedeniyle taşlar her türlü yuvarlaklık bozukluğu ve çekme ile uyum sağlar. Silindir geometrisinin düzeltilmesine herhangi bir etki yapmaz. (https://www.ms-motorservice.com)

1. Honlama Aşındırıcıları

Honlama taşları aşındırıcı partiküller, bağlayıcı malzeme, gözenek ve dolgu maddelerinden oluşan kompozit bir yapıdır (Şekil 1). Aşındırıcı tipi ve tanecik büyüklüğü yüzey pürüzlülüğü değeri üzerinde ana etkendir. İri taneli aşındırıcılar yüksek oranda talaş kaldırma kabiliyetine sahiptir ancak daha büyük pürüzlülük değerleri meydana getirirler (Klocke 2009). Küçük taneli aşındırıcılar ise tersi yönde sonuç oluşturur.

Aşındırıcı taneciklerin birbirlerine tutunmalarını sağlayan aralarındaki bağlayıcılardan dışarda kalan kısımlarının aynı form ve özellikte olabilmesi için son derece hassas (mikron ölçüsü seviyesinde) bir eleme işleminden geçirilirler. Burada amaç yüzey üzerinde oluşturulacak derin izlerin azalmasını sağlamaktır.

Şekil 1. Honlama taşı iç yapısı

Honlama taşlarının performansı aşağıdaki parametrelere bağlıdır:

  • Aşındırıcı malzemenin tipi
  • Tane büyüklüğü
  • Bağlayıcı malzemesi ve kompozisyonu
  • Boşluğun büyüklüğü
  • Bağlayıcı, tane büyüklüğü ve iş parçası arasındaki etkileşim
  • Soğutma sıvısı özelliği
  • Talaş kaldırma ve aşındırma mekanizmaları
  • İşleme koşulları

Geleneksel ve süper aşındırıcılar olmak üzere iki çeşit aşındırıcı tipi mevcuttur. her bir aşındırıcı tip, yukarıda sıralanan parametrelerin kendi içindeki çeşitliliğinden dolayı farklı kesme özelliğine sahiptir. Bu aşındırıcıların seçimi; sertliğine, aşınma direncine, tokluğuna (darbe direnci), basma direncine ve tane morfolojisi gibi mekanik özellikleri dikkate alınarak yapılır.

Bir aşındırıcının talaş kaldırabilmesi için iş parçasının malzemesinden daha sert olmalıdır. Düşük tokluk değerine sahip aşındırıcılar kırılgan olup çalışma yüzeyindeki darbelere direnç gösteremez. Buna göre en sert aşındırıcı olan elmas ise son derece kırılgandır ve hassas bitirme yüzeyleri için kullanılır. Daha tok aşındırıcılar ise yüksek talaş kaldırma işlemleri için idealdir.

Geleneksel aşındırıcılar Al2O3 (doğal veya sentetik olabilir) ve SiC (sentetik) içerirler. Süper aşındırıcılar ise CBN (Cubik Boron Nitride) ve doğal elmas aşındırıcılardan oluşur (Webster ve diğ. 2004).

2. Korundum ve silikon karbür aşındırıcılar

Al2O3 aynı zamanda korund veya korundom olarakta adlandırılır. Sert α fazı Al2O3 hekzagonal yapılı olup değişik saflıkta ve kristalizasyon derecesinde bulunabilen bir üründür. (Şekil 6.)

İlaveten honlama taşlarında aşındırıcı olarak siyah ve yeşil olmak üzere iki tip SiC kullanılır. 2000 C° üstündeki sıcaklıklarda kumun (SiO2) indirgenmesiyle elde edilir. Hekzagonal yapılıdır. Yeşil renkli olan SiC diğerine göre daha sert olup son honlama işlemlerinde tercih edilir. (Şekil 5.)

Geleneksel aşındırıcı tanelere sahip honlama takımları, mekanik işleme yöntemleri kullanılarak formlandırılırlar. Dar honlama taşları, ilk kullanımları sırasında işlenecek iş parçasına kendilerini çok çabuk adapte edebilmelerinden dolayı, ayrı bir profil oluşturma sürecine nadiren ihtiyaç duyulur. Honlama takımları sadece çok küçük çaplı delikler işlenirken, sertleştirilmiş çelikten yapılmış tesviye manşonları ile yuvarlatılmaları yeterlidir.

Kullanılarak körleşmiş veya yeni olan honlama taşları yeniden keskinleştirilmelidir. Bu bileme işlemi, talaş kaldırma sırasında iki şekilde yapılabilir. Birincisi, aşındırıcı parçacıkların parçalanmasına veya kırılarak alttaki daha keskin olanların çıkmasına neden olacak şekilde honlama taşının temas basıncını arttırmak. İkincisi, salınım hızını arttırarak bileme etkisi oluşturmaktır.

Şekil 5. Yeşil silisyum karbür
Şekil 6. Asil korund
Şekil 7. Mikro kristal cüruflu korund

3. Boron nitrit ve elmas aşındırıcılar

Geleneksel honlama takımlarının aksine, CBN (Cubik Boron Nitride) veya elmas honlama taşları kullanımlarından önce iş parçasının formuna uyarlanmalıdır. Örneğin, deliklerin honlanması için, takımlar, silisyum karbür veya hassas korindon taşlama diskleri olan bir dış yüzey taşlama tezgâhında önceden gerilmiş bir durumda deliğin boyutlarına göre öğütülür (Kanthababu ve diğ. 2008).

Şekil 8. Siyah renkli CBN örneği (https://www.kurnazelmas.com/cbn-serisi)

Bu profil oluşturma işleminden sonra, honlama takımının kesme kabiliyeti ve verimliliği yok denecek kadar azdır. Dolayısıyla bir bileme işlemi uygulanması gerekir. Bu amaçla, honlama işlemi sırasında bir miktar nemli silikon tanesi iş parçası ve takım arasına dağıtılır.

Yapılan bu lepleme işlemi ile takımın kesme kabiliyeti iyi tanelerinin ortaya çıkmasını sağlar. Başka bir olasılık da nemli, yumuşak korindon taşlarının kullanılmasıdır (Klink ve diğ. 1977).

Her iki prosedürün ortak noktası, bilemek için seçilen hem silisyum taneciklerinin hem de korindon taşlarının tane büyüklüklerinin, bilenecek olan CBN veya elmas honlama takımları aşındırıcı taneciklerinden daha küçük olmasından ötürü, sadece kesme kabiliyeti kalmamış olan tanecikler arasındaki bağın uzaklaştırılması işlemi olmasıdır.

4. Honlama Taşı Sertliği

Sertlik; honlama taşı kumunun, honlama taşına nasıl bir sabitlik derecesi ile bağlı olduğuna göre tanımlanır. 150 ve daha ince değerlerdeki honlama taşlarında sertlik derecesi bir sayı ile belirtilir.

Buna göre “200” en yumuşak, “0” en sert honlama taşını ifade etmektedir. 120 ve daha büyük kumlar için ise sertlik harf ile gösterilmektedir (Tablo 1). İşaretleme alfabetik sıralama ile dizilen harflerden oluşur ve bu durumda “A harfi çok yumuşak, Z harfi çok sert” yapıyı ifade eder.

Tanecik YapısıMinimum SertlikMaksimum Sertlik
Kum Büyüklüğü 150 ve daha ince2000
Kum büyüklüğü 120 ve daha kalınAZ
Tablo 1. Honlama taşı sertliği (Güneş 2015)

5. Bağlayıcılar

Bağlayıcının amacı; talaş kaldırma süreci boyunca aşındırıcı taneciklerin taş içerisindeki bulundukları konumda tutunmalarını sağlamaktır.

Genel olarak honlamada kullanılan bağlayıcılar; seramik, Kaolin, Feldspat, Kuvars ve Bor silikatların farklı oranlarda ve kendi aralarında yaptıkları eşleştirilmelerle honlama tipine bağlı oluşturulan bağlayıcılar sayesinde birbirlerinden farklı özellikler elde edilebilir. Özel uygulama durumlarında yapay reçine bağlayıcıları da kullanılabilir.

HONLAMA ÇEŞİTLERİ

1- UZUN STROKLU HONLAMA

1-a) Uygulama alanları

Bağlantı çubuğu delikleri, silindir gömlekleri, fren kampanaları, makaralı rulmanlar için kılavuz delikleri, fren silindirleri, dişli göbek delikleri, vs.

1-b) Avantajları

Üretim dışı süreler az, yüksek talaş kaldırma miktarı mümkün, köşe yuvarlatma mümkün, form ve ölçü verilebilme mümkündür.

1-c ) Dezavantajları

Yanlış hizalamaların düzeltilmesi mümkün olmaz, sınırlı uygulama alanlarına sahiptir.

2- KISA STROKLU HONLAMA

İnce honlama tekniğinin amacı, taşlama veya tornalamadan sonra, işlenen parçaların yüzeyinde kalan lekeleri temizlemek, geometrik eşitsizlikleri düzeltmek, taşlama işleminden sonra yüzeylerde oluşan gerilme ve yanmaları ortadan kaldırarak, yüzeyin bütünlüğünü yeniden sağlamaktır. Kısa stroklu honlamada Ra (aritmetik pürüzlülük değeri) 0.05-1 mikron pürüzlülük değerleri arasında yüzey kalitesi elde etmektedir.

Demirer,2015

2-a) Uygulama alanları

Krank milleri, elektrik motorları rotor milleri, uzun şaftlar, komplex dönel parçalar, vs.

2-b) Avantajları

Dalma taşlama ve boyuna işleme mümkün, Gerekli dönme ve ilerleme hareketi, takım tutucuya bağlanmış salınım başlığı ile gerçekleştirilir, çok büyük parçaların işlenmesi mümkündür.

2-c ) Dezavantajları

Merkezleme sürecinin uzun olması dolayısıyla seri imalata uygun değildir.

3- MERKEZLEMESİZ DALMA HONLAMA

3-a) Uygulama Alanları

Kısa şaftlar, dönel şaftlar, kam milleri, vs.

3-b) Avantajları

Üretim dışı süreler az, merkezleme gerekmez, otomasyon mümkündür, tutarlı yüzey kalitesinin olmasıdır.

3-c) Dezavantajları

Eksenel etki oluşturucu destekler gerekli, taşıyıcı silindirler üzerindeki izler iş parçasına geçebilir, sadece bir honlama aşındırıcı ağız ile kesme yapılması olumsuzluktur.

4-) PROFİL HONLAMA

4-a ) Uygulama Alanları

İç ve dış bilyalı rulman yüzükleri vs.

4-b) Avantajları

Otomasyon sistemi, geniş üretim kapasitesine sahiptir.

4-c) Dezavantajları

Mevcutta olan profil şekli düzeltilir, hatalar düzeltilemez.

5- YÜZEY HONLAMA

5-a) Uygulama Alanları

Makaralı kılavuzlar, dişli pompaların tekerlekleri, rotor temas yüzeyleri, elektrik motorları vs.

5-b) Avantajları

Talaş kaldırma oranının fazla olması ve zaman tasarrufu açısından avantajlıdır.

5-c) Dezavantajları

Yalnızca özel durumlar için geçerlidir.

6- DİŞLİ HONLAMA

6-a) Uygulama Alanları

Dişlilerin fınısh işleminde kullanılır.

6-b) Avantajları

Mevcutta olan profil şekillerindeki hataları düzeltebilir. Otomasyon mümkündür.

6-c) Dezavantajları

Tek parça üretimine uygun değildir.

HONLAMAYA GİRİŞ

Ağır vasıtalarda ve otobüslerde kullanılan vites, fren, süspansiyon, vb. sistemler sıkıştırılmış hava enerjisinden mekanik iş elde edilmesiyle çalıştırılır. İhtiyaç duyulan basınçlı hava ise genel olarak krank mili, biyel kolu ve piston mekanizmasından oluşan ve silindir içerisinde dönel hareketi doğrusal harekete çeviren, tahrik enerjisini dişli veya kasnak gibi aktarma organları sayesinde ana motordan alan kompresörler vasıtası ile oluşturulur.

Kompresörlerde silindir ve piston gibi eş çalışan bileşenlerin performans seviyeleri sistemin tüm performansının ve kalitesinin bir göstergesidir. Tüketicilerin daha verimli çalışan kompresör ve benzeri sistemlere olan taleplerine nasıl cevap verileceği üzerine akademik ve ilgili sektör uzmanları halen yoğun çaba sarf etmektedirler. Bir kompresör silindirinde hareket eden piston, kompresöre dışardan aktarılan enerjinin bir kısmını havayı sıkıştırmaya harcarken bir kısmını da silindir-piston ikilisinin sürtünmesine harcar. Bu da demektir ki enerjinin bir kısmı dönüşür ve toplam enerji kayba uğrar. O halde var olan sürtünmenin azaltılması tüketici taleplerinin karşılanması için bir çıkış yolu olacaktır. Silindir, pistonla temas halinde olan yüzeyi dikkate alınırsa sürtünme ile ilgili en kritik kompresör bileşenlerinden biri olarak kabul edilebilir. İdeal pürüzlülük değerlerine ulaşabilmesi için bir silindirin honlanması bilinen en yaygın hassas işleme yöntemlerinden birisidir. Honlama, aşındırıcı taşların üç eksen doğrultusu yönünde eş zamanlı hareketiyle, işlenen yüzey üzerinden talaş kaldırılarak kontrollü oluklar oluşturulması için kullanılan bir aşındırıcı işlemdir.

Honlama, sabit yüzey teması altında bir iş parçasının formunu, boyutsal hassasiyetini ve yüzey kalitesini iyileştirmek amacıyla aşındırıcı tanecikler kullanılarak yapılan bir bitirme işlemidir (Kısa 2000). Honlama işlemi küçük parçacıklar halindeki elmastan sonraki en sert metal olan korundum, silikon karbür, bor nitrür, elmas (Kolcke  2009) gibi abrazif taneciklerin seramik kili, yapay reçine, mantar, karbon nitrat ve bazı maddeler kullanılarak birleştirilmesi sonucu oluşan honlama taşları 10-100 N/cm2 gibi düşük basınçlarda iş parçası üzerine temas etmesi sonucu gerçekleşen talaş kaldırma işlemidir.

Bir başka ifadeyle honlama ; toz haline getirilmiş aşındırıcı patiküllerden oluşan taşlar yardımıyla iş parçası üzerine belli bir temas kuvveti uygulayarak, ölçü tamlığı ve düzgün yüzey kalitesi elde etmek amacıyla yapılan mikron seviyede uygulanan bir talaş kaldırma işlemidir. Honlama işlemi ölçü tamlığı ve yüzey kalitesini etkilemesinin yanında ayrıca çapta meydana gelen eksen kaçıklığı, çan eğrisi şeklindeki form hatalarını, eksen kaçıklığı hatalarını da düzeltmektedir. Honlama da 3 çeşit hareket mevcuttur. Bunlardan ilki honlama başlığının rotasyonel (dönme) hareketi ikincisi yine honlama başlığının eksenel (y ekseni) hareketi son olarak taşın iş parçası üzerinde çapraz desen dediğimiz çizgileri oluşturan besleme hareketidir. Şekilde de hareketleri görebilirsiniz.

Şekil 1. Honlama Başlığının ve Taşın Rotasyonel ve Eksenel Hareket Şematik Gösterimi (Klein ve Bähre 2018)

Honlama taşlarının tahriki mekanik veya hidrolik sistemler aracılığıyla gerçekleşir. Honlama başı gövde ve gövde çevresinde eşit aralıklarla konumlandırılmış 3-12 adet honlama taşından ve aşındırıcı özelliği olmayan kılavuzlardan meydana gelmektedir. Genel olarak aşındırıcı nitelikte olmayan kılavuzlar bronz, dökme demir ve sinter malzemeden imal edilmektedir (Kısa 2002).

Bir honlama operasyonu, aşağıda verilen karakteristik özellikleri içerir (Bkz. Şekil 2.):

  • Büyük temas alanı
  • Honlama taşının eksenel salınımı
  • Düşük iş parçası dönüş hızı
  • Kontrollü kuvvet uygulanmasıyla orta seviye baskı
Şekil 2. Honlama işleminin şematik gösterimi

Genel olarak honlama, parçaların hassas işlenmesinden sonra (tornalama,taşlama vs.) uygulanır. Endüstride sıklıkla uzun stroklu honlama işlemi yaygın olarak silindirik parçaların iç yüzeylerini işlemek için kullanılan aşındırıcı bir süreçtir (Feng ve diğ. 2002).

Honlama prosesi boyunca üzerinde aşındırıcı taşların olduğu honlama başlığı delik içinde dönerek ileri ve geri ilerler. Bu sırada honlama taşları eş zamanlı olarak delik yüzeyine baskı yaparak parçacık kopmasına neden olur. Sonuçta iş parçası yüzeyinde yağlamanın kolaylaşması için kullanılabilecek çapraz desenler/çizikler oluşturulmuş olur. Arzu edilen çapraz honlama desenlerin oluşması için dönel ve eş zamanlı ileri-geri ilerleme hareketinin bir korelasyon içinde olması gerekir.

Şekil 3. a) Honlama başlığı. b) Çapraz desenler ve açısı (El-Hofy ve diğ. 2008)

İstenen yüzey dokusunun yanı sıra çapraz tarama oluşturabilen işlem silindir gömleklerinde istenilen desendir. Honlama işlemi sırasında aşındırıcı taşlarla donatılmış honlama kafası, silindir çapı karşılıklı dönme hıza tabidir. Kafa silindirden geçerken, honlama taşları aynı anda delik duvarına baskı uygular ve böylece malzeme bu, yüzeyde karakteristik çapraz tarama deseni oluşturur. Oluşan desen yağlama için kanal görevi görmektedir. Doğru honlama açısı ile istenen çapraz tarama deseni oluşturmak için, honlama kafası dönüş hızı ile takımın dönüş hızı arasında bir korelasyon olması gerekir.

Radyal ilerleme, honlama taşının bağlantılandığı elemana, konik yüzeyli tahrik kolu tarafından baskı uygulayarak oluşturulur. Bu hareket sırasında taşlar delik yüzeyine doğru hareket eder. Baskı kuvvetinin oluşturulabilmesi için ise hidrolik veya elektrikli tahrik ünitesi kullanılır. Şekil de iki farklı genişleme mekanizmasının temel prensibi gösterilmiştir.

Şekil 4. Honlamada kullanılan farklı tip ilerleme kontrolleri (Goeldel ve diğ. 2013 ).

Bir elektromekanik tahrik kullanıldığında ilerleme sabit olur bu da sabit bir talaş kaldırma oranı sağlar. Bu sistem, kullanıcı tanımlı adımla ilerleyen açık döngü kontrollü bir sistemdir. Diğer yandan, hidrolik servo tahrik ile honlama taşı, talaş kaldırma oranında değişikliğe yol açan sabit bir basınçla ilerletilir. Elektromekanik sistemden farklı olarak, hidrolik tahrikli sistem, kapalı döngü kontrollü bir sistemidir. Burada ilerlemenin kullanıcı tarafından belirlenen aralıkta kalabilmesi için kontrol gerçekleştirilir. Bu durum, takım aşınması gibi operasyonel değişikliklerin tezgâh tarafından otomatik olarak telafi edilmesini mümkün kılar.

Honlama işlemi, nihai yüzey formu kazandırılan yüzey bitirme işlemi olduğu için kesme parametreleri hassas bir şekilde ayarlanmalı ve artık gerilmeler ile termal yük sebepli ölçü bozuklukları en aza indirgenmelidir. Bu amaçla operasyon yüzeyi 100ºC sıcaklığı geçmemelidir (Kısa, 2002). Bundan dolayı kesme sıvısının debisi hassas bir şekilde ayarlanmalıdır. Kesme sıvısı aynı zamanda yüzeyden kaldırılan talaşı bölgeden uzaklaştırma, takım sıvanmasını engelleme gibi görevlere de sahiptir (Gezer 2017).

Honlamada temas basıncı arttıkça kesici takımın daha derine nufuziyet şansı artmaktadır. Bu durumda honlama taşı daha büyük gerilmelere maruz kalır. Temas basıncı arttıkça honlama taşı daha büyük gerilmelere maruz kalacağından dolayı aşınmalar artış gösterecek, yüzey pürüzlülüğü artacak, yüzeyden kaldırılan talaş miktarı artacak, silindir cidarlarının eğriliği önce bir miktar iyileşme gösterecek fakat ardından daha kuvvetli bir eğilimle kötüleşmeye başlayacaktır (Klocke 2009).

Aşağıda Şekil ‘de iş parçasının plato honlama öncesi ve sonrasındaki yüzey pürüzlülük karakterleri gösterilmiştir. Plato honlama öncesi yüzey karakteristiği Şekil .a formundayken, plato honlama sonrasında yüzey pürüzlülük karakterleri Şekil .b formunda seyretmektedir (Gezer 2017).

Şekil 5. a) Honlama öncesi yüzeylerin genel pürüzlülük karakteristiği
b)Honlama sonrası yüzeylerin genel pürüzlülük karakteristiği

Honlama prosesinin başında yüzey pürüzlülüğü göreceli olarak yüksektir. Bu yapı iş parçası yüzeyine sabit ilerlemeyle baskı uygulayacak olan honlama taşı için gerekli kuvvetin az miktarda olmasına neden olur. Yüzey pürüzlülüğü azaldığında, yüzeyden işlenerek kaldırılacak malzeme miktarı artacaktır. Bu durum ise sabit ilerleme kullanıldığında taşın yüzeye uygulayacağı dışa doğru baskının artmasına yol açar. Bu sonuç süreç boyunca baskı kuvvetini artırıyor olacaktır. Sabit kuvvetle honlama taşının ilerletilmesi işlemiyle, sabit talaş kaldırma oranına göre yapılacak ilerleme ile yapılan işlem kıyaslandığında, sabit kuvvetle talaş kaldırma işleminde sistem çok daha kararlı olacağı ve yüzey pürüzlülüğündeki değişimin azalacağı tespit edilebilir. kuvvetin zamana bağlı değişimi Şekil ‘de açıkça görülebilir.

Şekil 6. a) Sabit ilerlemede kuvvet değişimi
b) Kuvvetin sabit olduğu durum (Bähre ve diğ. 2012)

Şekilden görülebileceği gibi iki kontrol yönteminde de süreç kuvvetinde bir dalgalanma söz konusudur. Ancak sabit ilerleme kontrollü durumda zamana göre artan bir kuvvet gözlemlenir. Honlama başlığının eksenel salınımı sırasında gerçekleşen boyuna deformasyonlar, eş çalışan elemanların birleşme noktalarındaki sapma miktarıyla ilişkilidir. Bu salınım ilerleme konisi ve iş parçası arasında göreceli hareketlere sebep olur. Sonuç olarak iş parçası ile takım arasında kuvvet değişimi meydana gelir (Bähre ve diğ. 2012).

Bir sonraki yazım honlama çeşitleri ve honlamada etkili olan faktörler nelerdir? Faydalı paylaşımlar yapabilmek dileğiyle bir sonraki yazımda görüşmek üzere 🙂