Delik içi tornalamada kesici ucun ve delik işleme barasının delik işlemeye etkisi

<p><span style="color: rgb(17, 17, 17); font-family: Poppins; font-size: 14px;">Delik içi tornalama işlemi önceden delinmiş veya döküm yoluyla elde edilmiş olan deliklerin belli ölçülere getirilmesiyle yapılan bir delik genişletme işlemidir. Delik işleme, delik toleransı dairesellik ve yüzey pürüzlülüğü açısından son derece önemli ve hassas bir işlemdir. Delik içi tornalama esnasında istenilen yüzey kalitesine kesme parametrelerinin yanı sıra kullanılan kesici ucun ve kullanılan delik işleme barasının doğrudan etkisi vardır. Bu çalışmada; delik içi tornalama işlemine yönelik yapılmış olan çalışmalar derlenmiştir. Bulunan yayınlar, kullanılan delik işleme barasının (malzemesi, boy/çap (L/D) oranı, sönümleme yöntemleri) ve kesici ucun (malzemesi, geometrisi yarıçap değeri, kaplaması) işlenen yüzeyin pürüzlülüğüne, delik geometrisine, takım aşınmasına ve kesme kuvvetlerine etkisi açısından tek tek ele alınmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, malzemesi çelik olan delik işleme barasının daha ekonomik olduğu, karbür delik işleme barasının daha büyük L/D oranına sahip deliklerin işlenmesinde daha iyi olduğu, kullanımı oldukça yeni olan titreşim sönümlemeli baraların ise kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasını önemli derecede azalttığı ileri sürülmüştür. Bununla birlikte, kullanılan kesici uçlarda ise, küçük uç yarıçapına ve pozitif kesme açılarına sahip olanların arzu edilen delik geometrisi ve toleransların elde edilmesinde daha uygun olduğu, serbest yüzey ve krater aşınmalarının meydana geldiği, kaplamalı uçlarla yüzey pürüzlülüğü ve aşınma üzerinde daha iyi sonuçlara ulaşıldığı ifade edilmiştir.</span><br></p>

section_content: barası malzemeleri ve kesici uçlar kullanılarak birçok çalışmanın yapıldığı görülmüştür. 

Genel itibari ile yapılmış olan çalışmalarda, L/D oranının yüzey pürüzlülüğü ve dairesellik üzerinde etkili olduğu ileri sürülmüştür. Çelik baranın kullanımı, küçük delik boyları (L/D < 4) için uygun olurken, büyük delik boylarında (L/D > 4) karbür baranın kullanımının daha uygun olabileceği, ayrıca karbür baranın çelik baraya göre titreşimi azalttığı ifade edilmiştir [5, 6]. Kesici ucun da, titreşim üzerinde etkili olduğu; [7, 8], titreşim sönümlemeli (AVB: Anti Vibration Bar) delik baralarının titreşimi önemli derecede azaltarak delik içi yüzey pürüzlülüğünü iyileştirdiği, karbür baralara göre daha uzun takım ömrüne sahip olduğu, dolayısı ile de daha az maliyetli olabileceği belirtilmiştir [15] - [17]. Bununla birlikte incelenen çalışmalarda, farklı çaplara, malzemelere ve özelliklere sahip delik işleme baraları ile farklı geometrilere, uç yarıçaplarına ve malzemelerine sahip kesici uçların da kullanıldığı görülmüştür. Bu makalede, deliklerin tornalanarak işlenmesine yönelik son 20 yıla ait yapılmış olan çalışmalar bir araya toplanmıştır. Ulaşılan tüm makaleler, kullanılan delik barası, kesici uç, işlenen malzeme, kesme parametreleri, gibi faktörler, açısından tek tek ele alınmıştır. Sonuç olarak belirlenen bu faktörlerin işlenen deliklerin yüzey pürüzlülüğü, geometrisi ve toleransları açısından etkisi ortaya konmaya çalışılmıştır.

section_content: Delik içi tornalama çalışmalarında kullanılan malzemeler, delik işleme baraları, kesici uçlar, L/D oranları (delik işleme barası bo/çap oranları) ve yöntemler başlıklar halinde değerlendirilmiştir.
section_name: Materyal ve metot

section_content: Delik içi tornalama çalışmalarında, başta çelik malzemeler olmak üzere alüminyum, dökme demir ve toz metalurjisi yöntemi ile üretilen alaşım malzeme kullanılmıştır (Tablo 1). [5].
section_name: Kullanılan Malzemeler

section_name: Kullanılan Delik İşleme Baraları

section_content: Farklı malzemeler kullanılarak farklı özelliklerle imal edilmiş delik baralarının delik işleme üzerindeki etkilerinin de farklı olduğu anlaşılmaktadır. Örneğin, yapılan bir çalışmada, 25 mm çapında çelik, karbür ve titreşim sönümlemeli delik işleme baraları ile AISI 1040 malzeme işlenerek delik içi tornalamada kesme parametrelerinin dairesellikten sapmaya etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda, ilerleme hızının, %23. 92, kesme derinliğinin %21. 21 ve bara bağlama boyunun ise % 21. 15 oranlarında dairesellikten sapmaya etkisi olduğu ifade edilmiştir [6].
section_name: 25-32

section_content: İncelenen çalışmalarda yapılan delik içi tornalama deneylerinde genellikle kesici uç olarak; farklı geometrilere (üçgen, kare, vb), farklı açılara (pozitif-negatif) ve farklı uç yarıçaplarına sahip, kaplamalı/kaplamasız kesici uçlar (insert) kullanılmıştır (Tablo 3). Örneğin, bir delik içi tornalamada AISI 1018 malzeme üzerinde VBGT kodlu TiAl kaplı 0. 2 mm ve 0. 4 mm uç yarıçap değerlerine sahip Şekil 1. Delik içi tornalama işlemi (delik barası/kateri) karbür uçlar kullanılmış, yüzey pürüzlülüğüne etki eden kesme parametreleri belirlenmeye çalışılmıştır. Küçük uç yarıçaplı kesici uç ve yüksek pozitif kesme açısı, minimum yüzey pürüzlülüğü vermiştir [7]. Diğer bir çalışmada ise, SCMT kodlu ve 0. 4 ve 0. 8 mm uç yarıçaplara sahip kaplamalı karbür kesici uçlarla ıslak ve kuru şartlarda delik içi tornama deneyleri yapılarak elde edilen yüzey pürüzlülüğü incelenmiştir. Düşük ilerleme hızı ile büyük uç yarıçaplı kesici uç kullanıldığında, ıslak işlemede yüzey pürüzlülüğünde %80'e varan iyileşmeler elde edilmiştir [8].
section_name: Kullanılan Kesici Uçlar

section_content: Genelde, incelenen delik içi tornalama çalışmalarında elde edilen deney sonuçlarının değerlendirilmesinde Taguchi, Varyans Analizi (ANOVA), Gri İlişkisel Analiz (GRA), yapay sinir ağları (YSA), yüzey cevap metodu (RSM) gibi optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır.
section_name: Kullanılan Optimizasyon Yöntemleri

section_content: Bilindiği gibi, Taguchi metodu, dikkate alınmayan kontrol edilemeyen faktörlerin neden olduğu varyasyonları kontrol etmeyi sağlar. Taguchi, bu faktörlere karşı kontrol faktörlerinin seviyelerinin performansını ölçmek için objektif değerleri sinyal-gürültü (S/N) oranına dönüştürür. ANOVA, elde edilen veriler ile kullanılan parametreler arasındaki ilişkiyi belirlemeyi sağlayan bir istatiksel yöntemdir. Yapılan deneysel çalışmalarda araştırmacılar, deney parametrelerin elde edilen deney sonuçları üzerindeki % etki oranlarını belirlemek için, varyans analizi (ANOVA) yöntemini tercih etmişlerdir. ANOVA kullanılarak yapılan bir çalışmada, AISI 1040 malzemesi 0. 4 mm ve 0. 8 mm uç yarıçaplarına sahip kesici uçlarla delik içi tornalanmış, yüzey pürüzlülüğü, titreşim ve kaldırılan talaş hacmi değerlendirilmiştir. Kesici uç yarıçapının %45. 81 oranla titreşimi etkileyen en önemli parametre olduğu, ilerleme hızının ise yüzey pürüzlülüğü üzerinde %55. 57 oranla ve kaldırılan talaş hacmi üzerinde ise %51. 26 oranla en önemli kesme parametresi olduğu tespit edilmiştir [11].
section_name: Taguchi Yöntemi

section_content: Bilindiği gibi Gri ilişki Analizi (GRA) elde edilmiş olan verilerin içinden en uygun olanın belirlenmesine yönelik kullanılan bir istatiksel metottur. Bu yöntemde, elde edilen veriler (dizi) ile kullanılan parametreler arasındaki ilişki belirlenmeye çalışılır. Bunun için de ilk olarak deneysel veriler normalleştirilir. Gri ilişkisel analizde ''büyük daha iyidir'', ''küçük daha iyidir'' ve ''nominal daha iyidir" modelleri kullanılarak optimum sonuç elde edilir. GRA yönteminin kullanıldığı bir çalışmada, bakır sönümleyicili bir delik barası ile delik içi tornalama deneyleri yapılmıştır., Taguchi yöntemine göre deneylerin yapıldığı çalışmada; GRA yöntemi kullanarak ölçülen kesme kuvvetleri ve takım aşınması için optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Daha Küçük Daha İyidir (Smaller is better) modeline göre yapılan analizde, en iyi kesme kuvveti 342. 47N olarak ve en iyi takım aşınması da 0. 24 mm olarak elde edilmiştir [12]. Yüzey pürüzlülüğü ve titreşim için yüzde hata aralığı sırasıyla %-3 ila %3 ve %-6 ila %7 olduğu belirlenmiştir [14].
section_name: Gri İlişkisel Analiz Yöntemi (GRA, Grey Relational Analysis)

section_content: Delik içi tornalama ile ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde, titreşim, yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri, takım aşınması, dairesellik, delik barasının boy çap oranı (L/D oranı) gibi kriterlerin önemli faktörler olduğu görülmüştür. Şekil 7. Deney numarası serbest yüzey aşınması grafiği [25] Toz metalurjisi ile elde edilen Fe-C-Cu-Ni-Mo alaşımlı malzemenin, PCBN kesici uçlarla işlenerek yüzey pürüzlülüğünün incelendiği bir çalışmada, kesme hızının takım aşınmasında en büyük etkiye sahip olduğu belirtilmiştir. Kesme hızı artıkça aşınma tiplerinin, serbest yüzey aşınması ve krater aşınması olarak ortaya çıktığı, düşük kesme hızında aşındırıcı ve orta kesme hızında da difüzyon gibi aşınma mekanizmalarının görüldüğü ifade edilmiştir. Aşınmanın artmasıyla da, yüzey pürüzlülüğünün arttığı vurgulanmıştır [26].
section_name: Araştırma ve bulgular

section_name: Titreşim ve

section_content: Delik içi tornalamada, delik barası, kesici uç ve kesme parametreleri seçimine göre kesme kuvvetleri farklılık göstermektedir. Bununla birlikte, delik baralarında kullanılan sönümleyicilerin de kesme kuvvetleri üzerinde etkili olduğu yapılan çalışmalarda görülmüştür. Örneğin yapılan bir çalışmada, çelik bara üzerine monte edilen sönümleyicinin (with impact damper) titreşimi bastırarak delik barasına doğal bir sönümleme yeteneği kazandırdığı, elde edilen deneysel sonuçlardan, titreşim sönümlemeli delik barasının kesme kuvvetlerini etkili bir şekilde azalttığı (Cutting forcevariable feed test, kesme kuvvetleri -farklı ilerleme deneylerinde, Cutting forcevariable speed test, kesme kuvvetleri -farklı kesme hızı deneylerinde) görülmüştür (Şekil 8) [3]. İncelenen bir başka çalışmada, 10 mm çapında ve 65 ve 95 mm boylarda çelik ve karbür delik baraları, 0. 4 ve 0. 8 mm yarıçapında kesici uçlar kullanılarak AISI 1026 malzeme işlenmiştir. Kullanılan tüm deney parametrelerinde kısa bara uzunluğunun daha iyi yüzey pürüzlülüğü değerleri verdiği belirtilmiştir. Her iki delik işleme barası için de daha küçük yarıçapa sahip kesici uç ile daha iyi yüzey pürüzlülüğü değerinin elde edildiği ifade edilmiştir [31]. Dökme demir malzeme üzerinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisinin Taguchi metodu (L27) ile belirlendiği bir çalışmada ise, deney parametrelerin yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin sırasıyla, kesme derinliği, ilerleme ve kesme hızı şeklinde olduğu belirtilmiştir [32].
section_name: Kesme kuvvetleri

section_content: Bu çalışmada, delik içi tornalamaya yönelik yapılmış çalışmalar ele alınmıştır. Ulaşılabilen tüm yayınlar tek tek incelenerek yapılan çalışmalar ve elde edilen sonuçlar bir araya toplanmaya çalışılmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, elde edilen bulguların, delik barası ve kesici uç üzerinden tasnif edilmesinin daha uygun olacağı görülmüştür.
section_name: Sonuç

section_name: Delik

section_content: Delik işleme operasyonlarında kullanılan kesici uç yarıçapının yüzey pürüzlülüğü üzerinde yüksek etkiye sahip oluğunu yapılan deneysel çalışmalar göstermiştir. Daha küçük kesici uç yarıçapı ve yüksek pozitif eğim açısı, minimum yüzey pürüzlülüğü vermiştir. Düşük ilerleme hızlarında büyük kesici uç yarıçapı, ıslak işlemede yüzey pürüzlülüğünde %80'e varan iyileşmeler sağlanmıştır. Sert malzemelerin işlenmesinde CBN kesici uçlarla daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Kesici uç yarıçapı iş parçasının titreşim genliğini etkileyen önemli parametredir. Baskın aşınma tipleri serbest yüzey aşınması ve krater aşınmasıdır. Kaplamasız karbür kesici uçlarda serbest yüzey aşınması meydana gelmiştir. CBN uçlarda serbest yüzey ve krater aşınması etkindir. Aşınma mekanizmaları aşındırıcı ve difüzyondur. Sprey kaplama tekniği ile çok katmanlı (TiO2 +ZrO2) kaplanan kesici uçlar ıslak işleme ortamında daha yüksek kesme performansına sahiptir. Delik barası çapı sabit iken kesici uç yarıçapı azaldığında sorunsuz olarak kullanılabilen L/D oranının da arttığı görülmüştür. Kesici uç yarıçapı arttığında artan titreşim ile yüzey pürüzlülüğünün de arttığı belirtilmiştir.
section_name: Kesici uç

section_content: Katkılarından dolayı Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Birimine teşekkür ederiz.
section_name: Teşekkür