IÇINDEKILER…
1. KESICI TAKIMLAR…………………………………………………………………………....4 1.1 Kesici Takim Malzemeleri……………… Malzemeleri……………………………… ……………………………… ……………………………. ……………..……4 .……4 1.1.1. Kesici Takim Malzemelerine Malzemelerine Toplu Bakis………………………………………………4 1.1.2. Takim Çelikleri Çeli kleri…………………………………………………………………………..5 …………………………………………………………………………..5 1.1.3. Yüksek Hiz Çelikleri (Hava Çeligi) HSS………………………………………………...5 1.1.3.1 Yüksek Hiz Çeliklerin Dagilimi……………………………………………………..5 1.1.3.2 Yüksek Hiz Çeligin Içerisinde Bulunan Alasim Elemanlarinin Çelige Etkileri…7 1.1.4 Pulver Metalurjik Yüksek Hiz Çelikleri (PM-HSS) ……………………………….………..8 1.1.5.Sert 1.1. 5.Sert Metalle Meta ller.…… r.………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………..8 …………..8 1.1.5.1. Sinterlenmis Karbürlerin Imalati…………………………………………………………..9 1.1.5.2. Sert Metal Üretimi…… Üreti mi………………… ………………………… ………………………… ……………………...…… ………...………………. …………......9 .....9 1.1.5.3. Sert Metalin Kamponentleri Ve Özellikleri ……………………………..…………………10 1.1.5.4. Sert Metallerin Dagilimi……………………………………………………………………10 2-KESICI TAKIM KAPLAMALARI…………………… KAPLAMALARI………………………………… ………………………… ………………………… ……………...13 ...13 2.1. Fiziksel Buhar Biriktirme Ile Sert Seramik Kaplama ………………………………………14 2.1.1.PVD Teknigi Ile Yapilan Kaplamalarin Özellikleri…………………………………14 2.1.2. Reaktif olmayan kaplama yöntemi …………………………………………….………15 2.1.3. Reaktif kaplama yöntemi………………………………………………………………15 2.2. En önemli fiziksel buhar biriktirme yöntemleri…………………………………………..…15 2.2.1. Manyetik alanda siçratma ………………………………………………...……………15 2.2.2. Vakum ark yardimiyla buharlastirma……………………………………………..……16 2.3. Tek Katmanli Kaplanan Sert Metaller………………………………………………………16 2.4. Çok Katmanli Sert Metaller…………………………………………………………………17 2.5. Titankarbonitrür Kaplama TiCN……………………………………………………….……18 2.6. Alüminyum Oksit Kaplama (Al2O3) .………………………………………………………19 2.7. Kaplama Islemi Karakterizasyonu…………………………………………………..………19 2.8. Seramik Plaketler……………………………………………………………………………20 2.8.1. Kesici Seramigin Dagilimi……………………………………………………..………21 2.8.2. Kesici Seramigin Üretimi………………………………………………………………21 2.8.3. Kesici Seramigin Özellikleri……………………………………………………..…….21 2.9. Kesici Elmaslar……………………………………………………… Elmaslar……………………………………………………………………………...23 ……………………...23 2.9.1. Elmaslarin Dagilimi………………………………………………………….…………23 2.9.2. Elmas Içeren Kesici Takimlarin Üretimi Ve Tipleri ……………………..……………24 2.9.3. Elmas Kesici Takimlarin Kullanim Alanlari……………………………………...……24 2.9.4. Kübik Kristal Bornitrür (CBN) ………………………………………..………………25 3. CNC TEZGAHLARI IÇIN TAKIM SEÇIMI ……………………………………...……………27 3.1. Takim Malzemeleri……………………………………………………….…………………27 3.2. Takim Kontrolü……………………………………………………………...………………27
1
4. KAPLAMANIN FAYDALARI…………………………………………………………..………28 4.1. TIN- Kaplamanin Avantajlari…………………………………………………….…………28 4.2. Sert seramik kaplamalarin kesici takimlarda avantajlari……………………………………28 4.3. TIN Kaplanmis Takimlarla Talasli Imalat………………………………………..…………29 4.4. Kullanim Alanlari ve Performansi…………………………………………………..………30 Performansi…………………………………………………..………30 4.5. Kaplanmis Takimlarin Avantajlari…………………………………………….……………32 4.6. Kaplanmis Takimlarin Dezavantajlari………………………………………………………33 4.7. Kaplamali Takimlarin Asinma Davranislari Ile Ilgili Uygulamali Çalismalarin Sonuçlari...33 Sonuçlari...33 4.7.1. Kaplamali ve Kaplamasiz Torna Kalemlerinin Performanslarinin Karsilastirilmasi..…34 4.7.2. Tornalama ve Frezeleme Isleminde Kesme Hizinin Kaplamali ve Kaplamasiz Takimlarin Ömürlerine Etkisi…………………………………………………………………34 4.7.3. Yüksek Hiz Çeligi ve Kaplanmis Frezelerde Serbest Yüzeydeki Asinma Serit Genisliginin Frezeleme Boyu Ile Iliskisi…………………………………...…………………35 4.7.4. Titan Nitrür ve Titan Alüminyum Nitrür Kaplamali Matkap Ucundaki Performans Artisi…………………………………………………………………………………………...35 4.8. Süneklik ve Sertlik Bakimindan Kesici Takimlar……………………………..……………35 4.9. Islenecek Malzeme Cinsine Göre Sert Metalleri Siniflandirilmasi…………………………36
2
4. KAPLAMANIN FAYDALARI…………………………………………………………..………28 4.1. TIN- Kaplamanin Avantajlari…………………………………………………….…………28 4.2. Sert seramik kaplamalarin kesici takimlarda avantajlari……………………………………28 4.3. TIN Kaplanmis Takimlarla Talasli Imalat………………………………………..…………29 4.4. Kullanim Alanlari ve Performansi…………………………………………………..………30 Performansi…………………………………………………..………30 4.5. Kaplanmis Takimlarin Avantajlari…………………………………………….……………32 4.6. Kaplanmis Takimlarin Dezavantajlari………………………………………………………33 4.7. Kaplamali Takimlarin Asinma Davranislari Ile Ilgili Uygulamali Çalismalarin Sonuçlari...33 Sonuçlari...33 4.7.1. Kaplamali ve Kaplamasiz Torna Kalemlerinin Performanslarinin Karsilastirilmasi..…34 4.7.2. Tornalama ve Frezeleme Isleminde Kesme Hizinin Kaplamali ve Kaplamasiz Takimlarin Ömürlerine Etkisi…………………………………………………………………34 4.7.3. Yüksek Hiz Çeligi ve Kaplanmis Frezelerde Serbest Yüzeydeki Asinma Serit Genisliginin Frezeleme Boyu Ile Iliskisi…………………………………...…………………35 4.7.4. Titan Nitrür ve Titan Alüminyum Nitrür Kaplamali Matkap Ucundaki Performans Artisi…………………………………………………………………………………………...35 4.8. Süneklik ve Sertlik Bakimindan Kesici Takimlar……………………………..……………35 4.9. Islenecek Malzeme Cinsine Göre Sert Metalleri Siniflandirilmasi…………………………36
2
1. KESICI TAKIMLAR Metal isleme sanayinde sanayinde kesme bütün bütün operasyonlarin operasyonlarin kalbi niteligindedir. Yapilacak Yapila cak operasyona, islenecek malzemenin cinsine ve istenilen hassasiyete göre, metal kesiciler farklidir. Talasli imalattaki gelismeler, kesme ve ilerleme hizlarini da gün geçtikçe arttirmasi, üretimde degisik malzemelerin kullanilmasi, talasli üretim tezgahlarinin gelisimi, kesici takimlarin gelisimini de zorunlu kilmaktadir. Yapilacak operasyona göre, uygun tezgah seçimini de göz önüne alirsak, kesici takimlardan istenen özellikler;
Uzun ömürlü olmasi Istenilen isleme kalitesini ve ölçüsünü saglamasi Parça basi takim maliyetinin uygun olmasi Kolay temin edilebilir olmasi 1.1 Kesici Takim Malzem alzemeleri Takim degistirme zamanlan ve dolayisiyla isleme zamanlari takim, makina ve isgücü maliyetlerinin yükselmesi nedeniyle, kesici takim malzemeleri asinmaya karsi mukavemetli olmasi istenir. Kesici takim malzemeleri ile ilgili teknik gelismeler sona ermemistir, mevcut malzemelerde hem alasim elemanlari hem de yüzey islemlerle asinma mukavemeti ve ömrünü arttirmak mümkündür. 1.1.1 1.1.1 Kesici Taki Takim m Malzem alzemelerine Topl oplu Bakis akis Degisik kesme kuvvet ve zorlamalara maruz kalan kesici takim malzemeleri asagida belirtilen özelliklere sahip olmalidir. Sertlik ve basinç mukavemeti Egilme mukavemeti süneklilik Kenar mukavemeti Iç yapisal mukavemet Isi mukavemeti Oksitlenmeye karsi koyabilme Difüzyon yayilma egiliminin az olmasi Sürtünmeye karsi dayanikli olmasi Ayrica isi iletim katsayisi ve genlesme kullanim alanlarina göre uygun olmasi gerekmektedir. Yukarida belirtilen tüm özellikleri bir kesici takim malzemesinde toplamak mümkün degildir. Malzeme ana gruplari asinma mukavemet derecesine göre asagida siralanmistir. Takim çelikleri Yüksek hiz çelikleri (Hava çelikleri) Stelit sert alasimlar Sert metaller Seramikler Kübik Kristal bornitrür (CBN) Elmas Tablo 1.1'de ana kesici takim malzemeleri ile çesitli kaplamali malzeme türleri toplu halde verilmistir. Bu tabloda malzeme türlerine göre kesici hizi, isleme sekli ve uygulanan malzemeler görülmektedir. 3
1.1.2 Takim Çelikleri Takim çelikleri endüstride Ilk olarak kullanilan kesici takim malzemeleridir. Senliklerini isil islemle saglarlar. Austenit sicakligin üzerinde isitma Suda hizli sogutma (Martenzit sertligi için yüksek soguma hizi gerekli) Temperleme (Hedef: Kismi sertligin düsmesi ayni zamanda sünekliligin artmasi) Takim Çelikleri: Alasimli ve alasimsiz olmak üzere ikiye ayrilirlar. Alasimsiz olanlar: % l .25C ve az miktarda Si ve N ihtiva eder. • Alasimli olanlar: % l .25C ve %l.5Cr, %1.2W; %0.5Mo ve %1.2V içerirler. Alasimsiz takim çeliklerin sertlik ve asinma mukavemeti martenzit yapinin olusmasina baglidir. Alasimsiz takim çeliklerin sertlikleri yüzeyden kenara dogru bir düsüs gösterirler. Bu çelikler kullanim esnasinda 200°C sicakligin üzerine çikilmasi tavsiye edilmedigi için, ege, kalem gibi el aletleri ve ahsap isleme takimlarinda kullanilmasi ile sinirlidir. Cr, W, Mo ve V alasimli çeliklerin, alasimsiz olanlara karsi avantajlari karbür olusturan elementler sayesinde asinma mukavemetini artirmasi ve yüksek sicakliklarda sertligini muhafaza edebilmesidir. Ayrica isil islemde soguma hizinin azalmasi ve böylece tüm kesitin sertlesmesi alasim elemanlari ile saglanir. 1.1.3 Yüksek Hiz Çelikleri (Hava Çeligi) HSS Konvensiyonel ergitme yöntemi ile üretilen yüksek hiz çelikleri degisik kompozisyonlarda olabilir. Genelde yeterli oranda karbon ve yüksek oranda alasim elementlerinden olusmaktadir. Bu alasim elementlerinden büyük bir çogunlugu karbür halinde malzeme bünyesinde dagilmis durumdadir. Bu karbürlerin bir kismi yüksek sicaklikta çözünmezler. Çalisma sicakliklarinda sertliklerini kaybetmezler. Yüksek hiz çelikleri, takim çeliklerine göre yüksek isiya dayanabilme (~600°C) ve daha yüksek sertlige ulasabilme (62/67 HRC) özelliklerine sahiptir. Bu özellikler ana yapidaki karbürlerin sayisina ve dagilimina baglidir. Yüksek hiz çelikleri üç ana grupta toplanabilir. 1) Wolfram içeren yüksek hiz çelikleri 2) Molibden içeren yüksek hiz çelikleri 3) Wolfram ve Molibden içeren yüksek hiz çelikleri Bu grupta Kobalt içeren veya içermeyen diye ikiye ayirmak mümkündür. Yüksek Karbon ve Vanadyum içeren hiz çelikleri süper hiz çelikleri sinifina girerler. 1.1.3.1 Yüksek Hiz Çeliklerin Dagilimi Yüksek hiz çelikleri "S" harfi ile ve alasim elemanlarinin oranlarini belirten sayilarla gösterilir. Örnegin;
W - Mo - V - Co
S-10 - 4 - 3 - 10 Tablo 1-1'de Çesitli kesici malzemelerin kullanim alanlarim ve Tablo 1-2'de ise yüksek hiz çeliklerin analiz degerleri görülmektedir. Yüksek hiz çelikleri W ve Mo oranina göre 4 ana gruba ayrilir. 1. Grupta yüksek Wolfram (%18W) ihtiva ederek yüksek isiya dayanikli olurlar ve Co ile birleserek çelik ve döküm malzemelerin kaba islemesinde tercih edilirler. 2. Grupta yükselen Vanadyum (V) miktarina göre (%12W)'a sahip çelikler. Bu gruptaki çelikler az W ve Co hacimleri ile isiya karsi daha az da yaniklidirlar. Fakat %4 V orani ile, ayni asinma mukavemetine sahiptirler. Bu çelikler hassas islemlerde, otomat islerde ve çelik olmayan malzemelerin islenmesinde kullanilirlar. SI2-1-2 ve S12-1-4 çelikleri iyi islenebilme özelliklerine sahip olduklarindan karisik formlu takim imalinde kullanilirlar. Son iki gruptaki çelikler, agirlikli olarak Wolfram ve Molibden içeren 4
(%12W+%9Mo) çelikler siralanmistir. Molibden elementi Wolfram ile ayni özellige sahiptir. Özgül agirligindan dolayi iki kat hacme sahiptir (γ Mo≈0.5γ W) Molibden elementi içeren çelikler, yüksek süneklige sahiptirler. Az kobalt orani ile, tüm kesici takim üretiminde kullanilir. Buna karsin kobaltli çelikler islenebilme özelliklen güç olan malzemeler için (matkap ucu, frezeler, rayba, bros ve torna kalemi vs.) takimlarda tercih edilirler. Tablo 1-1 Kesici Takim Malzemeleri
5
Tablo 1-2 Yüksek hiz çeliklerin ortalama analiz degerleri AISI Amerikan Standardi
S 3-3-2 S 2-9-1 S 2-9-2 S 6-5-2 SC 6-5-2 S 6-5-3 S 9-1-2 S 18-0-1 S 1 S-0-2 S 12-1-2 S 12-1-4 S 12-1-2-3 S 12- 1-2-5 S 12-1-4-5 S 6-5-2-5 S 7-4-2-5 S 2-9-2-S S 10-4-3-10
ABC III BMo9 BMo9V DMo5 DMo 5h EMo 5V3 ABC II B 18 C 18 D EV 4 ECo3 BÇo5 EV4Co EMo5 Co5 EMo5 Co5h EW9Co10
M1 M7 M2 M3 Class 2 Tl T2 T7 T9 T8 Tl5 M 35 M41 M34 M36
S 6-5-2- 5S
E18Co3
T2
DÎN 17007'ye Kimyasal Bilesimleri göre Malze me C Cr Mo V W No'su 1.3333 0.95 4 . 2 0 2,60 2.40 3.10 1.3346 0.85 3 . 9 0 8.60 1.20 1.50 1.3348 0.95 3 . 8 0 8.60 2.00 1.70 1.3343 0.90 3 . 8 0 5.00 1 80 6.40 1.3342 1.00 3 . 8 0 5.00 1.80 6.40 1. 3344 1.10 4 . 1 0 4.90 3.00 6.30 1.3316 0.82 4 . 2 0 0.90 1.60 8.50 1.3355 0.75 4 . 2 0 - 1.10 18.00 1.3357 0.75 4 . 2 0 0.50 1.60 18.00 1.3318 0.85 4 . 2 0 0.80 2.50 12.00 1.3302 1.25 4.30 1.00 4.00 12.50 1.3211 O.S5 4,30 1.00 2.00 12.50 1.3251 0.80 4.00 1.20 1.80 12.50 1.3202 1.30 4.30 1.00 4.00 12.50 1.3243 0.90 4.10 4.90 1.80 6.30 1.3246 1.12 4.10 4.00 1.70 6.40 1 .3249 0.90 4.00 8.00 2.00 2.00 1 .3207 1.25 4.10 190 3.50 9.50 1. 3245 0 . 9 0 4.00 5.00 1.80 6.50
S 18- 1 -2-5 S 18-1-2-10 S 2-10-1-8 S 6-5-2-8 (S 6-5-3) (S 10-4-3-10)
E18Co5 El8Co 10 PM* (23) PM 8 (30)
T4 T5 M42 M46 (M3 Class 2) -
1.3255 1.3265 1.3247 1.3222 (1,3344) (1.3207)
S 6-7 -6- 10
PM* (60)
DIN 17006'ya göre Eski DIN kisa gösterilisi normu
-
-
1.3241
1.28
4.30 4.30 4.00 4.25 4.00 4.20 4.20
2.30
4.00 7.00 6.50 6.50
O.BO 0.75 1.08 1.45 1.25 1.28
1.00 1.00 9.50 590 8.25 5.00 5.00
1.60 1 60 1.20 2.30 3.20 3.10 3.10
18.00 18.00 1,50 6.40 2.00 6.40 6.40
Co _ 3.00 5.50 5.00 4.SO 4.80 8.00 10.50 5.00 9.50 8.00 8.00 8.25 8.50
4.80
10.50
* PM : Toz metalürjisi ile üretilen çeli k
1.1.3.2
Yüksek Hiz Çeligin Içerisinde Bulunan Alasim Elemanlarinin Çelige Etkileri Karbon:Yüksek hiz çeliklerinde karbon miktari genelde %0.7-1.6 arasinda degisebilir. Hiz çeliklerinin karbon oranina bagli olarak sertlikleri de artar. Karbon karbür olusumunda önemli rol oynar. Karbon oraninin artmasi darbe mukavemetini düsürür, ancak kesme özelligini ve asinma direncini artirir.
6
Wolfram: Yüksek hiz çeliginin ana alasim elemanidir. % 20'ye kadar ilave edilebilir. Yüksek hiz çeliklerinin temperleme direncini artirir, sicak sertligin artmasi ince taneli bir iç yapinin olusturmasi nedeniyle önemli bir alasim elemanidir. Molibden: Yüksek hiz çeliklerde Wolfram yerine kullanilan bir elementtir. Hiz çeliklerine etkisi wolframin etkisi gibidir. % l .6-2.0 wolframin yerine % l ,0 Molibden ilave edilir. Molibdenin ergime sicakligi wolframin ergime sicakligindan daha düsük oldugundan Molibden içerikli hiz çelikleri, Wolfram içerikli olanlara nazaran daha düsük sicaklikta sertlestirilmelidir. Krom: Hiz çeliklerinin her çesidinde % 3-4 arasinda bulunur. Sertlik ve kesme verimim artirir. Yüksek hiz çeliklerine diger bir etkisi de oksidasyonu önler. Vanadyum: Yüksek hiz çeliklerinin kesme verimini arttirir. Çelik üretim esnasinda cüruflarin çelik bünyesinden ayrilmasini ve bünyedeki azot gazinin giderilmesi için, önemli rol oynar. Çelik içerisinde vanadyum oranina bagli olarak, karbon oraninin yükseltilmesi gerekir. Vanadyum çelik bünyesindeki karbonu kendisine baglar, diger metal karbürlerin olusmasini azaltir. Vanadyum kar bürler (VC) yüksek hiz çeliklerinin en sert karbürleridir. Oksitlenme esnasinda en az çözünen karbürlerdir. Kobalt: Kobaltin yüksek hiz çeliklerine en büyük etkisi sicak sertligini arttirmasidir. Bu nedenle kesici takimin kesme verimini artirir. Büyük paso ile çalisan takimlarda Cr-Ni alasimli çeliklerin islenmesinde uygun sonuç verir. Sertlesme esnasinda % 95 oraninda çözünerek iç yapiyi güçlendirir.
1.1.4 Pulver Metalurjik Yüksek Hiz Çelikleri (PM-HSS) Konvensiyonel metalurjik yöntemleriyle elde edilen yüksek hiz çeliklerin, karbür konsantrasyonlari mekanik dengeli olmayan kaba taneli iç yapi, malzemenin mukavemetine, asinmaya karsi dayanikligina ve yüksek hizlardaki sertlik derecelerine zarar verirler. Buna karsin; Pulver Metalurjik Hiz çeliklerin iç yapisi çok daha dengeli ve ince taneciklerden ibaret karbür dagilimi gösterirler. Arastirmalar tornalama ve vida isleme, azdirma ile disli açina islemlerinde bu tür çeliklerin daha uzun dayanma zamanlari verdiklerini göstermistir. Maliyet masraflari yüksek oldugundan maliyetleri daha uygun olan konvensiyonel yöntemle üretilen yüksek hiz çeliklerin ömürlerini arttirmak için, TIN (Titan nitrür), TICN (Titan karbo nitrür), TiAl2O3 (Titan alüminyum oksit) Vd kaplama maddeleri ile kaplanirlar. Böylece is parçasi ile kesici takim arasindaki sürtünme kuvvetlerinin azaltilmasi nedeniyle krater asinma azalir. 1.1.5. Sert Metaller Sert metaller sinler malzemesi olup, karbürler ile baglayici maddeden olusurlar. Baglayici fazin özelligi, gevrek olan karbürleri saglam bir yapida birlestirmesi ile ve böylece yüksek sicaklik mukavemeti ve direnci kazandirmasidir. Sert Metaller, Wolfram, titan ve tantal karbürlerin kobalt baglayici madde ile birlesmesinden ve 1300-1600 °C'de sinterlenmesi ile üretilmektedir. Sert metalin avantaji sin terleme ile homojen bir yapiya sahip olmasi ve bu nedenle sertlik ve asinma mukavemetinin yükselmesidir. Sert metaller 1000°C'de yüksek hiz çeliginin oda sicakliginda sahip oldugu sertliktedir. Ayrica baglayici faz ve karbür oranlan ile, degisik kalitede sert metal üretme olanagi mevcuttur. Sinterlenmis sert metaller bugün de varligini sürdüren WIDIA adi altinda 1927 yilinda Friedrich Krupp tarafindan tanitilmisti. Temel buluslar Almanya'da yapilmasina karsin, daha sonra Isveç, Avusturya ve Amerika Birlesik Devletleri'nde gelismeler gerçeklesti. Saf wolfram karbürden ( WC ) kesici takim imali için 2000°C sinterlenme sicakligi gereklidir. Ancak üretilen mamulün, çok gevrek olmasi nedeniyle endüstride kullanilmaya elverisli degildir. Bu nedenle 1914 yilindan bu ana problem üzerine çalisan "Kail Schröter" wolfram karbür tozu içerisine % 10 kadar kobalt, nikel ve demir tozu elementleri karistirilip, preslendigi zaman mamulün yaklasik 1500°C de sinterlenerek düsük prositeli çok yüksek sertlikte ve mukavemette bir ürün elde edilmesini saglamistir. Sert metalde sertlik metalik seri madenden (WC, TiC ve TaC), süneklilik ise, baglayici maddeden (Co, Ni, Mo) kazanilmaktadir.
7
1.1.5.1. Sinterlenmis Karbürlerin Imalati Sert metallerin imalati, uzun ve kompleks operasyon zincirlerini içine almaktadir. Wolfram-Karbür (WC) yüksek sicaklikta titanyum, tantalyum, niobyum, vanadyum,molibden, hafinium karbürler eslik etmekte ve yerine geçmektedir. Baglayici element kobalt da ayni sekilde Nikel veya NikelMolibden alasimlari ile yapilabilir. 1.1.5.2. Sert Metal Üretimi imalatin ana kademeleri Wolfram tozunun hazirlanmasi Kobaltin karsilastirilmasi Presleme (Tek ya da ikili çalisan hidrolik preslerde 50-150N/mm2 basinçla) Ön sinterleme (900°C vakum firininda) Sekillendirme (Yumusak, sünek ve tebesir gevsekliginde kolayca sekillenir.) Son sinterleme (1300QC,1600°C vakum firininda) Taslama lepleme Sekil 1-1'de SMP imalatinin prensip semasi görülmektedir.
Sekil 1-1 SMP imalatinin prensip semasi görülmektedir Bir sert metal plaketin iç yapisi Sekil 1-2'de görülmektedir.
8
Sekil 1-2 Bir Sert Metalin iç yapisi 1.1.5.3. Sert Metalin Kamponentleri Ve Özellikleri WC-Co :WC Co içinde çözünür, bundan dolayi yüksek baglama özelligi ve kenar mukavemeti kazanilir. Ayni zamanda yüksek isilarda çözülme ve difüzyon kabiliyetinden dolayi kesme hizlari sinirlidir, TiC: Az bir difüzyon egilimine sahiptir. Bundan dolayi sert metaller yüksek isilarda daha yüksek asinma mukavemetine sahiptir, baglayici Özellikleri karisim olusturur. Yüksek TiC, içeren sert metaller daha gevrek ve kirilgan olurlar. TiC, çeliklerin yüksek kesme hizlarinda islenmesi tercih edilir. TaC: TaC sünekliligi ve kenar mukavemetini artirir. Iç baglayici özellik TiC'de oldugu gibi büyük oranda düsmez. NbC: TaC özelligi gösterir. Her iki karbür'de seri metal içinde Ta(Nb)C kristal halinde bulunurlar.
1.1.5.4. Sert Metallerin Dagilimi a) Konvansiyonel sert metaller Konveksiyonel sert metaller üç ana grubuna ayrilirlar: (P,M, K) Bu dagilimin kriterleri bilesen elemanlarin oranlan ve elde edilen özellikleri Tablo 1-3'de verilmistir.
9
Tablo 1-3 Farkli Sert Metallerin Bilesimleri ile Özellikleri
P-Grubu : Bu sert metaller yüksek isi sertligi ve düsük asinma mukavemeti gösterirler. Bu gruptaki sert melaller, uzun talas veren çeliklerin de islenmesinde kullanilir. M-Grubu : M grubu sert metaller özellikle yüksek isi sertligine ve asinma dayanikligina sahiptirler. Bu tip sert metaller paslanmaz, asit ve yüksek isiya dayanikli çeliklerin alasimli seri döküm malzemelerin islenmesinde kullanilirlar, K-Grubu : K grubu sert metaller yüksek isiya daha az dayaniklidirlar, buna karsilik yüksek asinma mukavemetine sahiptirler. Bunun için kisa talas veren malzemelerde, metal olmayan malzemeler ve mermer, ahsap malzemelerde kullanilir. Bu gruba genellikle; WC,Co baglayici madde ile az miktarda VC.TiC.TaC ve NbC'den olusurlar. b) Yüksek TiC alasimli sert metaller: Bilesimi : % 60-80 TIC, % 12NI, Mor ve az miktarda WC
Özelligi : Yüksek sertlik Az difüzyon egilimi Yüksek isi mukavemeti Kirilma ve kenar mukavemetinin azligi Bu tip sert metaller difüzyona karsi dayanakli olduklarindan yüksek isiya karsi da dayanikli olurlar ve P01-03 sert metallerde ayni özelligi gösterirler. Hassas isleme için elverislidir, Baglayici madde miktari çok olmasindan dolayi daha sunaktirlar ve P15'e kadar kullanilabilirler. Alasimsiz ve alasimli çelikler TIC sert metallerde kenar mukavemetinin azligi nedeniyle ancak 900 N/mm2 'ye kadar malzemelerde 0.4 mm/devir ilerlemelerle ve 50-100m/dek kesme hizlari ile islenebilirler. Bu tip sert metaller frezeleme islemleri için tercih edilmezler.
10
c) Çok Katmanli Tipler: Kaplamasiz olan bu tip sert metallerin özelligi, yüksek sertliktedir. Sekil 1-4 özellikler kullanilan malzemenin safligindan ve sinterleme prosesinden kaynaklanir. Bunun için, tane büyüklügünün kontrol altina alinmasi ve karbürlerin düzenli dagilimi gerekir. d) Kaplamali Sert Metaller Alasimli elemanlarin avantajini artirmak için, kaplamali sert metaller gelistirilmistir. Bu tip sert metaller yumusak sert metal gövdeden ve bunun üzerine kaplanan sert ve asinmaya karsi mukavim olan TiC, TiN. TICN ve A1 203 kaplama yüzeylerinde olusur. Bu tip sert metaller özellikle tornalama ve frezelemede kullanilirlar. Burada en önemli özellik yüksek asinma mukavemetidir. Uygun kesme sartlarinda bu özellik takim ömrünü artirir. Ömür kaplamasiz tiplere göre birkaç kat yükselir. Sekil 1-3'de Widia ve Plansee'ye göre sert metalin özelliklerini göstermektedir.
Sekil 1-3 Iki imalatçi firma (Widia, Plansee’ye göre) sert metallerin, mekanik degerleri
Sekil 1-4 Widia'ya göre sert metallerin genis kullanim kalitesi 11
2-KESICI TAKIM KAPLAMALARI Kaplama tabakasinin olusumu sert melalin gaz fazindan yüklenmesi ile olur, Bunun yöntemleri ise: Fiziksel Yöntemler: (PVD Vakum-Buharlasma, katod plasma yöntemi) Kimyasal Yöntemler: (CVD Chemical-Vapor-Deposition Yöntemi) Fiziksel-Kimyasal Yöntemler: Elektroliz ergitme yöntemi, ionkaplama-plasma yöntemi
Asagida belirtilen sartlar göz önüne alindiginda kaplama yöntemlerinden katod püskürtme, ion kaplama ve CVD yöntemi önem kazanir. Homojen tabaka kalinligi Tanimlanan kimyasal bilesim Yüksek sayilarda kolay üretim Bugün konvensiyonel yolla elde edilen CVD-kaplamada TiC yüzeyi için, titankarbür ve metan gazi buharlastirilip Bu gaz bilesimi birkaç bin plaketin bulundugu hazneye gönderilir. Bu hazne içerisinde atmosfer basincinin daha alçak degerlerde ve 900CC-1100°C derecelerde, TiC sert metal yüzeylerde yogunlasarak kaplama tabakasi olusur. Bu reaksiyon, sert metal yüzey üzerinde oksit olusumunu engellemek için, hidrojen gazi korumasinda gerçeklesir. Ayrica çok katmanli kaplamalar için, gaz fazi bilesiminin ayarlanma imkani nedeniyle önem kazanir. Makine parçalarinin ömürleri ve takimlarin kullanim süreleri asinma nedeni ile sinirlidir. Günümüzde ayni parçanin gittikçe daha büyük sayida üretilme talepleri, yayginlasan otomasyona karsilik asinma nedeni ile metal isleme makinelerinin durma süreleri fiyat faktörünü devamli olarak arttirmaktadir. Bu nedenle asinmanin önlenebilmesi, her geçen gün ekonomik anlamda daha büyük önem kazanmaktadir. Asinmanin, ülkenin gayri safi milli hasilasinda %5’ in üzerinde kayiplara neden oldugu bilinmektedir. Takim ömürlerini uzatmak için yeni nesil takim çelikleri üretilmektedir. Takimlarda kullanilan malzemeleri daha pahali olan yenileri ile degistirme yerine, yalnizca yüzeyin asinma özelliklerini gelistirmek ise soruna ekonomik ve pratik bir yaklasimdir. Bu alanda sert seramik film kaplamalar ile son yillarda büyük bir asama saglanmistir. Bu teknolojilerde kullanilan nitrür, karbür, oksit vb. sert seramik kaplamalarin, asinmaya karsi dayanikli olduklari uzun süredir bilinmektedir. Bu malzemelerin gevrek ve çok kirilgan oluslari, dolu malzeme olarak kullanimlarini engellemektedir. Ayrica fiyatlari da oldukça yüksektir. Bu tür malzemeler sert seramik film olarak çelikler ve sert metaller üzerine kaplandiklarinda yüzey sertligi çok yüksek, kütlesel olarak toklugu yeterli kesici takimlarin üretilmesi mümkün olmaktadir. Takim çeliklerinin sert seramik malzemelerle kaplanma teknikleri arastirilmistir. Bu arastirmalar neticesinde 1960’li yillarda CVD (chemical vapour deposition) Kimyasal Buhar Biriktirme adi altinda bir teknik gelistirilmis, fakat bu yöntemle 200-5000 C arasinda sertligini kaybeden takim çeliklerini kaplamak mümkün olmamistir. Çünkü bu teknik için 1100-1200 0 C civarinda kaplama sicakliklari gerekmektedir. Bu teknik ile sadece sert metal tabir edilen WC (volfram-karbür) malzemeler üzerine kaplama yapilabilmektedir. Uzmanlarin arastirmalari sonucunda PVD (Physical 12
Vapour Deposition) Fiziksel Buhar Biriktirme tekniginin bir dali olan ion kaplama adli bir metot gelistirilmistir. Bu metot ile HSS ve HWS adi verilen yüksek hiz ve is çeliklerini sert seramik filmler ile kaplamak mümkün olmustur. Ancak sertliklerini 100-3000 C arasinda kaybeden soguk is çeliklerini sert seramik filmler ile kaplamak, PVD-ARK buharlastirma adi verilen metodun Rusya’da gelistirilmesi ile mümkün olmustur. PVD-ARK teknigi ile 100-6000 C arasinda her türlü isil islem görmüs takim çeliklerinin sert seramik filmler ile kaplanmasi büyük bir basari ile saglanmistir.
2.1. F iziksel Buhar Biriktirme Ile Sert Seramik Kaplama PVD teknikleri diger kaplama teknikleri ile kiyaslandiginda; • Düsük sicakliklarda çalisma (taban metalinin fazla isinma tehlikesinin olmamasi), • Istenmeyen yönlü birikmenin olmamasi (kaplama kalinliginin homojen olmasi), • Çevre kirliligine yol açmamasi, • En yaygin ve gelismeye açik yöntem olmasi gibi avantajlarinin oldugu görülmektedir. PVD teknigi ile elde edilen sert seramik film kaplamalar dünyada 2000'li yillarin bacasiz sanayi olarak degerlendirilmektedir. PVD teknikler ile elde edilen sert seramik ince film kaplamalarin geçmisi 20-25 yil öncesine dayanmaktadir. Ülkemizde ilk PVD sert seramik film kaplama 1990 yilinda baslamistir. Halen endüstriyel amaç ile kaplama yapan tesisler mevcuttur. Ayrica ITÜ ve Kocaeli Üniversitelerinde de sert seramik kaplama yapan tesisler bulunmaktadir. Bu birimler ile kaplamacilarin birlikte yaptiklari çalismalar neticesinde, son yillarda Türkiye'de bu alanda yapilan arastirma ve yayin sayisi da hizla artmistir. Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) metodu ile elde edilen film kaplamalar vakum ortaminda yapilmaktadir. Sert seramik filmlerin elde edilmesinde degisik teknikler kullanilmaktadir. PVD teknikler, elde edilecek sert seramik film malzemesinin fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre degismektedir. Ince film tekniklerini, kaplama malzemesinin elde edilis, sekline göre, iki temel grup altinda toplamak mümkündür. 2.1.1. PVD Teknigi Ile Yapilan Kaplamalarin Özellikleri 1 – Isil islem görmüs takim çeliklerinin 180 - 1600°C arasinda kaplanabilmesi ve parçalarda sertlik kaybi olmamasi. 2 – Kaplanan tabakalarda çok yüksek tutunma kuvvetlerinin olusmasi ve yüzeyden pul pul dökülmemesi. 3 – Sik dokulu kristal tabaka yapisinin olusmasi. 4 – Çok ince ( 1 – 5 µm ) kaplama yapilabilmesi ve parça toleransinin muhafaza edilmesi. 5 – Kompleks geometrik parçalarin döner mekanizmalarla homojen özelliklerde kaplanabilmesi. 6 – Köselerin ve keskin uçlarin keskinliginin bozulmadan kaplanabilmesi. 7 – Takimlarin ve kaliplarin bilendikten sonra tekrar kaplanabilmesi. 8 – Kaplamalarin sökülerek tekrar kaplama yapilabilmesi. 13
2.1.2. Reaktif olmayan kaplama yöntemi;
Kaplanacak malzeme vakum altinda herhangi bir metot ile buharlastirilir. Buharlasan malzeme atomlarinin veya moleküllerinin kaplanacak malzeme yüzeyinde birikmesi sonucu kaplama elde edilir. Bu yöntem ile sert seramik filmden ziyade metal kaplama yapilir.
2.1.3. Reaktif kaplama yöntemi; Reaktif olmayan kaplama yöntemine ek olarak metal buharlastirma sirasinda ortama reaktif gazlarin verilmesi ile saglanan bir yöntemdir. Bu durumda buharlastirilan malzemenin, ki bu genellikle bir metaldir (Ti, Cr, Al, Zr, Mo vb.) kaplanacak malzeme yüzeyinde sisteme dahil edilen bir gaz ile (azot, karbon, oksijen vb.) bilesik olusturma saglanir. Yöntem sert seramik ve bilesik malzemeler i üretm ek için oldukça ya ygin olarak kullanilan bir yöntemdir. Bu iki temel metot kendi içlerinde degisik buharlastirma tekniklerine göre siniflandirilirlar; • Termal isi ile, • Elektron demeti ile, • Lazer ile, • Manyetik alanda siçratma, • Dogru akim siçratma, • Radyo frekansi ile siçratma, • Vakum arki ile. Dünyada seramik ve ince film kaplamalarin PVD teknikler ile elde edilmesinde temel olarak iki reaktif teknik yaygin olarak kulla nilmaktadir. Bunlar; 1. Manyetik alanda siçratma (magnetrom sputtering), 2. Vakum arki (vacuum arc). Vakum ark buharlastirma teknigi kendi içinde dallara ayrilmaktadir. a. Rasgele ark (random arc), b. Manyetik alan odaklamali ark (m agnetic focus arc), c. Kontrollü ark (steered arc). PVD ark teknolojisinin bir dali olan PVD- Manyetik Alan Odaklamali ark teknigidir. Bu teknik kati fazdan buhar fazina direkt olarak geçebilme, buharlasma aninda elektron akimi ile ionizasyonu saglama, ionenerjisinin yüksek olmasi, reaktif gazin ionizasyon enerjisinin yüksek olmasi ve düsük sicakliklarda kaplamaya olanak tanima si gibi avantajlara sahiptir.
2.2. En önemli fiziksel buhar biriktirme yöntemleri Projemizin konusu olan teknikte, havasi bosaltilan bir odada saf metal buharlastirilir ve isitilan takim üzerinde reaktif gaz ile reaks iyona sokularak ince film kaplama olus turulur. PVD teknikler ile 300-700°C arasinda ince film kaplamalari elde etmek mümkündür. Böylece isil islem görmüs takim çelikleri, sertlik kaybina neden olmadan kaplanabilmektedir. PVD tekniklerde metali sadece buhar lastirma yeterli olmamaktad ir. Kaplamayi olusturacak metal buharinin yüksek enerjili ion buhari haline geçmesi ve elektrik alanda hizlandirilmasi gerekmektedir. Metal buharinin ve ionizasyonun elde edilme sekline bagli olarak PVD teknikleri kendi aralarinda farklilasirlar.
2.2.1. Manyetik alanda siçratma "Magnetron sputtering" adi verilen bu metod ile vakum ortaminda hizlandirilan gaz ionlari manyetik alan içinde bulunan katod malzemeye çarptirilmak suretiyle buhar elde edilir, Buhar elde edildikten sonra yüksek gerilim altinda ve manyetik alanda ionize edilerek kaplanacak malzeme üzerinde reaktif gaz ile reaksiyona sokulur ve istenilen tip kaplama üretilir. Avrupa'da oldukça yaygin olarak kullanilan bir tekniktir. Ark metodu ile kiyaslandiginda, bu yöntem ile elde edilen kaplamanin yüzey kalitesinin daha yüksek fakat kaplanan malzemenin taban metale yapismasinin ise daha zayif oldugu görülmektedir. 14
2.2.2 Vakum ark yardimiyla buharlastirma Bu teknikte magnetik alan içindeki metal katod üstüne gönderilen elektrik arki küçük bir noktaya odaklanarak bu bölgelerde metal buharlastirilir ve ayni anda ionize edilir. Ion buhari elektrik alanda hizlandirilarak kaplanacak malzeme yüzeyinde reaktif gaz ile reaksiyona sokularak istenilen kaplama elde edilir, PVD-ARK adi verilen bu yöntemde, yüksek ion enerjisi ve ion-akim yogunlugu elde edilir. Bu teknik ile elde edilen kaplamalarin taban metale yapismasi çok iyidir.
2.3. Tek Katmanli Kaplanan Sert Metaller Pratikte asagida belirtilen malzemeler kullanilir. Titankarbür (TIC) Titannitrür (TiN) Hafniyum karbür (HfC) Hafniyum nitrür (HfN) Zirkon karbür (ZrC) Zirkon nitrür (ZrN) Kaplanan plaketlerin asinmaya karsi gösterdikleri özelliklerin degisik nedenleri vardir. TiC bilesiminin sürtünme katsayisi WC-TIC-Co sert metale göre daha küçüktür. Sürtünme katsayisinin düsük olmasi ve kaplanan tabakanin isi iletiminin az olmasi nedeniyle kesici kenar isisinin düsük olmasini ve böylece islenen malzeme ile, sert metal arasindaki diffüzyonun engellenmesini saglar. Sürtünme asinmasi ve difüzyon asinmasi böylece azalmis olur. Metal transferi, sert metal tabaka ile islenen malzeme arasinda, konveksiyonel sert metale göre daha az olur. Sekil 2-1'de kaplanmis sert metallerin iç yapilarini, Tablo 2-1’de ise, sert metalin asinmayi azaltici etkilerini ve sert metalin özelliklerim' göstermektedir. Titankarbür, titannitrüre nazaran daha serttir. Ayrica isiya karsi daha az duyarli olmasi, frezeleme isleminde tercih edilmesini saglar. Buna karsin Titannitrür kimyasal olarak daha stabildir ve metale oranla difüzyon özelligi daha azdir. Talasli islemlerde bu durum krater asinmasina karsi daha dayanikli olmasini saglar. Serbest yüzey asinmasi Titannitrür ile yüksektir.
15
Sekil 2-1 Kaplanmis sert metallerin kirilma yüzeyleri {Iç yapilari) katmanli sert metallerde kesme özellikleri darbeli kesimler için iyilestirilmis iyilestirilmistir
Tablo 2-1 Sert malzemelerin fiziksel degerleri
Kaplama tabaka kalinligi; TiC için 4-8 µ m, TiN için ise, 5-7 µ m arasindadir. Kaplama malzemesi olarak (α -Al2O3) alüminyum oksit bu üçü arasinda en sert olanidir. Al2O3''ün sicak sertligi fazla, yüksek oksitlenmeye ve krater asinmasina karsi daha mukavim olmasidir. Bu kaplama tipinin en büyük dezavantaji, termal soklara karsi hassas olmasidir.
2.4. Çok Katmanli Sert Metaller Kaplamali sert metallerde ilk jenerasyonlarda kaplama tabakasi ile, ana sert metal gövde arasinda η-fazi olustururlar, ikinci ve üçüncü jenerasyon sert metallerde bu durum gelistirilmis proseslerle ortadan kaldirilmis ve çok
Sekil 2-2 Widia'ya göre sert metal kaplamanin gelisimi 16
2.5. Titankarbonitrür Kaplama TiCN Çok katmanli bu kaplama (TiC-Ti(CN)-TiN)TiC'un özelligi olan serbest yüzey asinmaya karsi direnci, TiN'in Özelligi olan krater ve oksidayona karsi direnci ile birlestirilir. Ana matris üzerine ilk önce TiC kaplanir, ve bunun üzerine homojen olarak TiC TiN'e dönüstürülür (Sekil 2-3). TiN'in TiC'e nazaran daha az kirilgan olmasindan ve sürtünme katsayisinin daha az olmasindan kesme kuvvetleri azalmis ve darbeli kesmelere karsi daha uygun duruma getirilmistir. Kullanim alanlari: Çelik Çelik döküm pik ve temper döküm Sert malzemelerde yüksek kesme hizi
Sekil 2-3 TiC-Ti(C N)-TiN Kaplanmis Sert Metal
17
2.6. AlüminyumOksit Kaplama (Al2O3): TiN'de oldugu gibi, AI2 03 kaplamada da ana malzemeye baglamada problem oldugundan, TiC ile önceden kaplama yapmak gerekmektedir. TIC-Al203 kaplamali sert metallerin kullanim alanlari düküm, çelik malzemelerdir. Kaplamali sert melallerde konvensiyonel alanlara göre belirgin bir verim artisi saglanmakladir. Sekil 2-4'de görüldügü gibi, yapilan deney sonucunda döküm malzemede 4 kat ömür artisi saglanmistir. Sert metalin yüklenme sinin ana malzemenin özellikleri ile sinirlidir. Yüksek alasimli çeliklerin kaplamali sert metal ile islenmesinde difüzyon asinmasi yüksek oldugundan olumsuz sonuçlar elde edilir. Sekil 2-5'de.V4A malzemenin TiC kaplanmis sert metal plaketle tornalanmasinda tipik asinma formu görülmektedir. Sekil 2-4 GG 30 ve CK 55N malzemelerin sert metal plaketlerle tornalanmasinda elde dilen ömür-kesme hizi diyagrami.
Sekil 2-5 V4A malzemenin kaplanmis sert metalle tornalanmasinda elde edilen tipik acinma formu.
2.7. Kaplama Islemi Karakterizasyonu Ark PVD teknigi, kaplama malzemesinin vakum ortaminda buharlastirilmasi esasina dayanir. Bu teknik, kaplama malzemesinin (Ti, Cr, Al2O3, TiAlN vs.), vakum ortaminda ergitilip buharlastirilarak, buharlasan atomlarin elektro manyetik ortam içerisinde, matriks malzeme yüzeyine yogusturulmasi esasina dayanir. Bu sistemde, vakum kazani içerisinde kaplama malzemesi katot, 18
matriks malzemesi anot olarak asili pozisyondadir (Sekil 2-6). Sisteme uygulanan voltaj (400-500V) ve yüksek akim degerinin (100-250A) etkisiyle, katot yüzeylerinde ark meydana gelir. Katodun ark olusturdugu alanlarda, sicakligin ergime sicakliklarinda olmasi (1660 °C), Ti elementinin buharlasmasini saglar. Matriks ve kaplama malzemenin isitilmasi ayri rezistanslarla saglanir. Matriks malzeme alt kritik sicakligin çok altinda isitilarak (yüksek hiz çeliklerinde 400-550 °C), anot ve katot arasinda elektro manyetik ortam saglanir. Bu ortamda, vakum içerisine azot verilerek, buharlasan titanyum atomlariyla azotun reaksiyona girmesi saglanir. Olusan TiN atomlari, katottan anoda dogru aktif enerjilerini kaybetmeden ilerleyerek, matriks malzeme yüzeylerinde yogusur. Matriks yüzeye biriken kaplamanin mukavemeti asagidaki parametrelere göre degisir. • Matriks malzemenin yüzey temizligi ve pürüzlülügü, • Kaplama sicakligi ve uygulanan akim degeri, • Kaplama tabakasinin kimyasal bilesimi ve kalinligi, • Vakum ortaminin safligi.
Sekil 2-6 Ark PVD Tekniginin Sematik Gösterilisi Ark PVD kaplama teknigini, diger yüzey sertlestirme tekniklerinden ayiran esas özellik, sertlestirme sicakliginin, kaplanacak malzemenin alt kritik sicakliginin altinda olmasi ve isi kontrol sisteminin çok hassas olmasidir. Dolayisiyla, matriks malzemede, çarpilma ve mikro yapi bozukluguna neden olmadan, sertlestirmenin sadece yüzeyde 0,1 -50 mm bir tabakada olmasi, bu teknigi tercih edilir hale getirmistir. Çünkü, kaplamanin 0,1-50 mm mertebesinde olmasi, matriks malzemenin toklugunun tabakaya da kazandirilarak, iki ayri malzemenin bir tek malzeme gibi özellik göstermesi saglanmistir. Bu ise, Ark PVD kaplama teknigini tercih edilir hale getirmistir.
2.8. Seramik Plaketler Seramik; kullanimi ve üretimi esnasinda 540°C yukarisinda sicakliga maruz birakilan, inorganik melal disi, metal oksitler, borürler, karbürler veya nitrürler ile, bu bilesiklerin karisimlarini içeren ürün sinifidir. Seramik plaketlerin baz malzemesi (Al2O3) alüminyum oksittir. Gevrekligi azaltmak için, ek alasim elemanlari olarak türlerine göre; SiO 2, Mo, Mo2, C, WC ve TiC'de eklenir. Bu malzemelerin tozlan yüksek basinçlarda preslenir ve 1500°C'de sinterlenerek elde edilir. Talas kaldirmada özellikle çelik ve döküm malzemelerin islenmesinde seramik takimlar bugün önem kazanmislardir. Saf Al2O3 veya alüminyum oksidin metal karbürü ile karisimli özlü seramik takimlar bugün özellikle hizli ve otomatik tornalama operasyonlarinda kullanilir. Özel hammadde gelistirme çalismalarda ve sinterleme olayinda yapinin küçültülmesiyle seramigin sünekliligi son yillarda önemli derecede arttirilmistir. Ayrica termo sok egilimi uygun alasim ile iyilestirilmistir. Sekil 2-7 Ck45N ve GG 25 döküm malzemelerde, talas hacminin artisi, KIÇ gerilimi mukavemet faktörünün, kirilma sünekliligi ge lisimini yillar itibariyle göstermektedir.
19
KIC= 8.VC 1/2 formülde KIC= Kirilma toklugu VC= Hata boyu (Çatlak gözenek)
Sekil 2-7 Feldmühe'ye göre seramik plaketlerde gözlenen performans artislari. 2.8.1. Kesici Seramigin Dagilimi: Seramik malzemeler iç yapilarina göre oksit seramik ve karisik seramik olarak ikiye ayrilirlar. Bu ayrim Alüminyum oksidin miktarinda ve buna bagli olarak fiziksel özelliklerin degisiminden kaynaklanir. a) Seramik Oksit: Bu gruba Al2O3 miktarinin payi % 90'nin üzerinde olan ve dolayisiyla beyaz bir görünüme sahip kesici seramik dahildir. Al2O3 miktarinin fazlaligindan karisik seramige göre bu grup daha tipik kullanim sahalari mevcuttur. Oksit seramik 400 HB sertlige kadar; 1600 N/mm2 48 HRc'ye kadar olan çeliklerde kullanilir. Kesikli darbeli kesim kesme geometrisi adaptasyonu ile pik dökümde kullanilabilir. Alçak egilme mukavemetinden dolayi, çelik için kaçinilmalidir. Termo sok etkisinden dolayi bu malzemelerde sogutma islemi uygulanmaz. Hassas ölçü toleranslari için, sogutma gerekli ise, endirekt olarak basinçli hava ile karsilanmalidir. b) Karisik Seramik : Bu gruba % 90'dan az Al2O3'e sahip ve diger bilesimleri TiC veya WC ihtiva eden malzemeler dahildir. Bu grup, oksit seramikten koyu olan rengi ve yüksek asinma mukavemetine sahip olmasi ve termo soka daha az hassas olmasi ile ayrilir. Bu grup kesici malzeme 700 HB sertlige kadar, pik, sifero ve temper döküm malzeme ile 2400 N/mm2 mukavemete kadar 64 HRC sertlige sahip çeliklerde kullandir. 2.8.2. Kesici Seramigin Üretimi Ilk ünce ince kum ( α -Al2O3-α ) alüminyum oksit tozun, degisik katki malzeme ile formlara preslenir, ve ergime noktasinin biraz altinda olan sicaklikta sinterlenir. 2.8.3. Kesici Seramigin Özellikleri Kesici seramigin en önemli özelligi kirilgan olmasidir. Ani olan mekanik yüklerde ve darbeli kuvvetlerde kesici malzemenin kirilmasi ile, iç yapinin bozuklugu görülür. Metale nazaran kirilmanin nedeni sünekliligin az olmasidir. Dis kuvvetler araciligi ile, iç yapi mukavemetinin asilmasi sonucu çatlaklar olusur. Al2O3 sert metale nazaran plastik deformasyon göstermez. Sert metallerde isiya dayanikli baglayici eleman kobalt fazi ile 800°C-900°C arasinda sinirlanmistir. Yüksek isilarda sert metalde bir iç yapi hareketlenmesi görülür, Al2O3 ise, yüksek isilara ve dolayisiyla kesme hizlarina daha yatkindir. Seramik maddenin normal oda sicakligindaki mukavemeti sert melale göre hemen hemen aynidir. 1100CC sicakliginda ise, seramigin basma mukavemeti çeligin oda sicakligindaki degerinden daha yüksektir. Bu özelliginden dolayi seramik kesici takim olarak kullanim bulmustur. Seramigin yüksek asinma mukavemetine sahip olmasi, iyi bir kimyasal baglayici ve kesici plaket ile kalkan talas arasindaki sürtünme katsayisinin az olmasina baglanir. Sert metalde görülen krater 20
asinmasina seramikte rastlanmaz. Yüksek asinma mukavemeti ve oksidasyona karsi bagisik olmasi, seramigin yüksek kesme hizlarinda çalisabilmek için, tezgahin gücü ve tezgah-takim ve is parçasi arasindaki stabilite saglanmalidir. Sekil 2-8'de lamelli dökme demirin seramik ve SMP ile tornalamasinda ömür diyagrami görülmektedir. Seramigin çok az isi iletkenligi sayesinde; plaket (λ=0.04-0,25 j/mms °C) kesme olayinda hemen hemen soguk olur. Kesme isisi, takim ve is parçasindan ziyade, olusan talas ile transfer edilir. Seramigin en olumsuz noktasi isi degisimlerine karsi çok duyarli olmasidir. Seramigin isi degisimlerine ve egilmeye karsi düsük olmasi nedeniyle seramigin kullanimi Sekil 2-12’de görüldügü gibi kesme kösesinin takim açisi ile kesici kenarlarda faz olusturmak suretiyle stabil hale getirilmistir. Al Mn ve Ti alasimlarinin islenmesinde seramik uygun degildir. Bunun nedeni seramigin bu alasimlara karsi, kimyasal reaksiyona girmesi ve kesici kenarlarda birikim olusmasidir.
Sekil 2-8 Lamel grafitli dökme demirin seramik ve sert metal plaketle tornalanmasinda elde edilen ömür diyagrami.
Sekil 2-9 Ford ve Koln'e göre seramik plaket ile tornalama islemi.
21
2.9. Kesici Elmaslar Elementer karbon, grafit ve elmas olarak ortaya çikar. Elmas kübik kristal ya gida atomlarin baglanmasi ile olusur. Bu kristal yapinin yüksek baglama enerjisi sayesinde, tüm maddelerin en sert olanidir. Sekil 2-10'te bazi karbürlerin sertlik degerlerini göstermektedir. Elmas, günümüzde artan bir sekilde ge ometrisi belli olan takimlarin üretiminde kullanilir.
Sekil 2-10 Farkli takim malzemelerin sertlikleri (L Coes’e göre) 2.9.1. Elmaslarin Dagilimi Elmas, tabii ve sentetik olarak mono ve polikrislal seklinde görülür, a) Tabii Elmas Geometrik formu belli olan kesici takimlar için tabii elmas monokristal formda önem kazanir. (Ballas ve Carbonado) olarak polikristal seklinde görülen tabii elmasa nazaran, sentetik yolla elde edilen yapay elmas, ekonomik ve teknolojik avantajlara sahiptir. Monokristal yapida tabii elmasin en önemli özelligi anizotropik ( Yöne bagimli olmama durumu) olarak sertlik, mukavemet, elastiklik modülünde görülür. Polikristal maddede bu özellik yoktur.
Sekil 2-11 Monokristal elmas takimlarin formlari b) Sentetik Elmas Sentetik elmasin üretim prosesinde olusumu için, gerekli basinç ve isi ortaminda bir katalizator çözelti kullanilir. Hedeflenen basinç ve isi seçimi ile, kristalin gelisimi mikro mertebesinden milimetre ölçüsüne erisir ve hassas bir yapi ve porizite özellikleri kazanir. 22
2.9.2. Elmas Içeren Kesici Takimlarin Üretimi Ve Tipleri a) Monokristalli Elmas Takimlar En çok kullanilan bu tip takimlar Sekil 2-11'de gösterilmistir. Tek kesici kenarli takimlar delme ve tornalama islemlerinde kullanilir. Uygun bir yüzey profili elde etmek için, bir köse radyüsü bilenmesi gerekmektedir. Yan kesme ayar açisinin küçük seçilmesi γ < 2° ile hassas islemler için genis bir yüzey elde edilir. Bilinen elmas plaketler bir tasiyici üzerine lehimli veya mekanik sikmali olarak tespit edilir. b) Polikristal Elmas Takimlar Sentetik yoldan elde edilen polikristal yapidaki elmas takimlar,ilk olarak 1973 yilinda ortaya çikmis ve bazi sahalarda kullanim alanlari bulmustur. Hammadde olarak sentetik elmas partikülleri kullanilmakta yüksek homojenite elde edilmesine çok dikkat edilmektedir, Polikristal yapidaki elmas tabakanin üretimi yüksek basinç ve isi prosesinde (60-70 Kbar, 1400-2000°C) sentetik elmasin kobalt baglama maddesi ile, sinterleme islemi gerçeklesir. Söz konusu tabaka kalinligi 0.5 mm'dir. Kesici form verilmesi elmas tabakanin bilenmesi ile saglanir. Sekil 2-12 polikristal elmasin kesme kenar ana formlarini göstermektir. Kesici plaket ana tasiyici gövdeye lehim veya mekanik sikmali olarak baglanir. Plaket form ve geometrik özellikleri sert metal ve seramik plaketlere benzerlik gösterir.
Sekil 2-12 Polikristal elmas takimlarin kesici kenar ana formlari 2.9.3. Elmas Kesici Takimlarin Kullanim Alanlari Demir ve çelik malzemelerin talas kaldirarak islenmesi elmasin çelige karsi reaksiyona girmesi nedeniyle mümkün degildir. Elmas, isleme sirasinda takim ve islenen parça arasinda olusan yüksek isi ile reaksiyona girer. Bu durum mono ve polikristalin yapisindaki elmasin asinmasini kolaylastirir. Monokristal elmas özellikle cam, plastik, mermer ve asil metallerde kullanilir. Elmas kullaniminda genellikle finis islemlerde tercih edilir. Nedeni, elmasin sünekliliginin düsük olmasi ve yeterli geometrik ölçülere sahip olmamasidir. Elmas takimlarla büyük kesme derinlikleri ve ilerlemelerle çalismak mümkün degildir,
23
Monokristal yapidaki elmas yüksek hassasiyet ve yüzey kalitesi istenilen durumlarda avantaj saglamaktadir. Istenildiginde 0.02 |im degerinde yüzey kalitesi elde edilir. Polikristal yapiya sahip elmasin kullanim sahasi hafif asil metallerin disinda plastik, kömür grafit, ön sinterlenmis sert metali de kapsar. Kullanimi yalniz finis islemler disinda kaba islemler için de tercih edilir. Polikristal yapidaki elmaslar özellikle Si içeren alüminyum alasimlarin islenmesinde önem kazanmaktadir. Sert metale göre polikristal yapidaki elmasin kullanimi, takim ömrünün yükselmesini kesme kuvvetlerinin azalmasini ve yüzey kalitesinin artmasini saglar.
2.9.4. Kübik Kristal Bornitrür (CBN) Tabii elmastan sonra günümüzde en sert olan ikinci maddedir. (BN) Bornitrür sentetik bir maddedir, Bor halojenlerin amonyak ile reaksiyonundan elde edilir. Kübik yapidaki kristal bornitrür'ün (BN) ilk üretimi 1957 yilinda gerçeklestirilmistir. Hesegonal kriatal yapi, 50/90 Kbar ve 1800-2000°C sicaklikta Lityum ka-tolizatörü kullanilarak kübik kristal yapiya dönüsür. Kafes yapisi ile elmasa benzemesine ragmen CBN'in 6 ayrisim düzlemine sahip olmasindan geometrik ölçüleri itibariyle kesici takimlarda önem kazanmistir. BN, elmas gibi kimyasal bir element degildir, bir bilesendir. Bu yüzden elmasin sertlik degerine ulasamaz. Kimyasal yapisi ve oksidasyona olan dirençliligi ile CBN elmastan 2000aC ye kadar dayaniklidir. Elmas için bu deger 900°C'dir. Polikristal bornitrür takimlar genelde polikristal elmas takimlara çok benzemektedir. Bunlar kesici kismin lehim veya mekanik sikmali olarak takim tutucusuna baglanir. Kesici kismin üretimi, kübik kristal bornitrür parti külleri n bir baglayici yardimiyla yüksek basinç ve yüksek sicaklik altinda sinterleme prosesine dayanmaktadir. 0.5 mm kalinligindaki CBN tabaka sert metal gövde plakasina lehimlenerek üretilmis takimlar ile mekanik sikmali takimlar arasindaki en belirgin fark, lehimden sonra kesici agizlar son kesme geometrisine uygun olarak taslandiktan sonra kullanilabilir. Mekanik sikmali olanlar ise, hazir bitmis plaket kullanilir.
Sekil 2-13 CBN -Taslak ve plaketlerin form ve ölçüleri (General Elektrige göre) 24
CBN takim üreticileri tarafindan piyasaya arz edilen plaket formlar Sekil 2-13'de gösterilmistir. Belirli kesme geometrisine sahip CBN takimlar, tercihen sertlestirilmis çeliklerin (HRC>45) talasli isleminde örnegin HSS malzemeler, yüksek sicakliga mukavim Ni, Co içerikli alasimlar, Bu alasimlarin sert metal plaketlerle islenmesi çok zordur. Diger taraftan CBN takimlar ile, alevle toz püskürtme yöntemiyle dolgu yapilmis is parçalari ve yüksek WC'lü veya Cr-Ni bazli dolgu kaynaklarin talasli islenmesi de mümkün olmaktadir. CBN kesici takimlar ile hem kesikli kesme islemlerinde hem de raspalama ve finis isler yapmak mümkündür. 1µ’nun altinda yüzey pürüzlülügü elde edildiginden son taslama islerine ihtiyaç duyulmaz, is parçasinda elde edilen yüzey kalitesinin artmasi, isleme zamaninin kisalmasi konvensiyonel talasli imalatta kullanilan diger kesici malzemelere nazaran ömrünün yüksek olmasi nedeniyle, özellikle zor talas kaldirabilen malzemelerde CBN takimlar tercihli olarak kullanilmaktadir.
25
3. CNC TEZGAHLARI IÇIN TAKIM SEÇIMI
CNC tezgahlarinin en önemli özelliklerinden birisi çok yüksek talas kaldirma debilerine sahip olmalaridir. Bu tezgahlarda, bu islemleri yapabilecek takimlarin olmasi oldukça inanilmaz görülmektedir. Buna bir sanayiden daha az olan ayarlama süresini ve yaklasik bes saniye süren otomatik takim degistirme isini de eklersek, üretim mühendislerinin neden nümerik kontrollü islemede en can alici konunun takimlar oldugunu düsünmelerini daha iyi anlariz.
3.1. Takim Malzemeleri: Küçük çapli delik delme, kilavuz çekme, raybalama, punta deligi ve kama kanali açma gibi islemlerde yüksek-hiz çeligi (HSS) takimlar kullanilmasina ragmen, CNC ile islemede, genellikle sinter karbür (Karbit) takimlar kullanilmaktadir. Bu tezgahlarda kullanilacak takimlarda aranan fiziksel özelliklerin basinda, 600°C’ye kadar çikabilen metal kesme sicakligindaki malzemenin sertligi ve toklugu gelmektedir. Yüksek- hiz çelikleri, sinter karbür’den daha tok olmasina karsin onun kadar sert degildir. Bu nedenle, bunlar yüksek hizlardaki talas kaldirma tekniklerinin sartlarini yerine getirebilecek yeni karbür türlerinin gelistirilmesi için yogun arastirmalar yapilmaktadir. Yapilan bu arastirmalarin ne kadar basarili oldugunu anlayabilmek için, CNC tezgahlarini çalisirken izlemek yeterlidir.
3.2. Takim Kontrolü: Pahali olan CNC tezgahlarinin verimli kullanimi, oldukça metodik takim kullanimi yaklasimini gerektirir. Tezgahtaki orijinal veya yedek takimin parça programindaki takima karsilik gelmesi gereklidir. Bu nedenle programlamada çalisan kisiler arasinda yakin bir isbirligi saglanmalidir. Etkili bir takim kontrolü, asagidaki fonksiyonlari saglamalidir; •
Asinmis, hasarli uçlarin degistirilmesi, uygun oldugunda bileme yapilmasini içeren iyilestirme,
•
Boyutlandirma, ön-ayarlamayi içeren hazirlik,
•
Kullanima kadar stoklama,
•
Tasima,
•
Tezgahta koruma.
Bu kavram sematik olarak asagida verilmistir; Takimlarin bileme yöntemleriyle iyilestirilmesi oldukça fazla dikkat ister. Uzun süreli yüksek hizlarda talas kaldirma isleminin verimi, tam bir takim geometrisini gerektirir. Takim kontrol sistemi; •
takim deposu tasima tezgahta/ depolama takim tezgahi tasima takim odasi tasima
•
temin etme ön ayar tanimlama bakim
Takimlar kullanilmadiklarinda, agir- is çelik raflarinda tanim kartlariyla birlikte depolanmalidir. Depolanan takimlar özel is veya genel amaçli olabilir. Hangisi olursa olsun, bu takimlar boyutsal özellikleri, uygulamalari vs. içeren bilgileri ile belirlenmelidir. Ayni zamanda hem parça programcisina hem de operatöre referans saglayacak sekilde, mevcut takimlarin listesinin çikarilmasi oldukça faydalidir. Takim listesi genellikle takim kütüphanesi olarak adlandirilir.
26
4. KAPLAMANIN FAYDALARI 4.1. TIN- Kaplamanin Avantajlari Yüksek sertlik, sürtünme direnci gösterirler. Talasli imalatta kullanilan kesici takimlarda yüksek sertlik sonucu serbest kullanilan kesici takimlarda yüksek sertlik sonucu serbest yüzey asinmasi ile talas yüzeyinde krater olusumu azalmaktadir. TIN baska malzemelerle yapisma veya meta! transferi egilimi göstermemektedir. Bundan dolayi fonksiyonel olan kesici kenarlar daha uzun süreli olarak yigilmalardan ve metal transferinden etkilenmeden çalisabilir. TIN çelik veya baska malzemeler arasinda olusan düsük sürtünmeler nedeniyle kesme ve deformasyon kuvvetleri azalmakta bunun sonucu olarak operasyon esnasinda olusan isi uzaklasmaktadir. TIN kimyasal reaksiyonlara karsi çok yüksek dayanima ve düsük reaksiyon verme egilimi gösterdiginden takimlarin fonksiyonel yüzeyleri daha uzun süreli kullanilabilmektedir. Ince tabaka iyi bir yapisma ve elastik davranis gösterdiginden kesici kenarlarda ve fonksiyonel yüzeylerde kuvvetli basinç ve yüksek kesme kuvvetlerinde dahi dökülmeler ve çatlamalar olusmamaktadir. Tablo 4.1 'de TiN kaplanmis bazi takimlarda ulasilabilecek performans artislar; verilmektedir. Tablo 4-1TiN Kaplanmis boru kaliplarindaki performansartislari
4.2. Sert seramik kaplamalarin kesici takimlarda avantajlari Sert seramik kaplamalarin en yaygin kullanim alani kesici takimlarin kaplanmasidir. Sert seramik film kaplamalarin avantaj ve çesitlerine geçmeden önce, talasli imalatta kullani lan kesici takimlarda kesme aninda olusan problemlere bakilmasi yararli ola caktir. Kesici takimlarda olusan problemlerin ve ömür artislarinin çözümü için; • takim kesme açilari (serbest yüzey açisi ve kesme açisi), • kesme ve ilerleme hizlari, • talas derinligi ve paso miktari, • takim yüzey kalitesi (uç radyusu ve yüzey pürüzlülügü), • çelik cinsi, degistirilmek sureti ile iyilestirme yapilabilir. Bu tip degiskenler ile oyna narak elde edilen çözümler, kaplama ile elde edilen çözümlerden bagimsizdir. Sert seramik film kaplamalar, yukarida bahsedilen çözümlere yardimci uygulamalardir. Sert seramik filmlerin özellik ve avantajlarina bakmadan önce takimlarin genel asinma karakteristiklerine bakmak yararli olacaktir.
27
4.3. TIN Kaplanmis Takimlarla Talasli Imalat: TiN kaplanmis takimlarla talasli imalat faydali sonuçlar vermistir. Bu kesici takimlara örnek olarak matkap uçlari, kilavuzlar ve delik zimbalari ve azdirmalari verilebilir. Metal daire testerelerin TiN kaplanmis olanlarinda dahi büyük faydalar elde edilmistir. TiN kaplanmis takimlarda islenen malzeme cinsine bagli olarak kesme ve ilerleme hizlarini artirmak mümkündür. Ancak kullanilan tezgahta büyük mil boslugu ve salgi olmamalidir. Bu takdirde elde edilen üretim artislari dikkate deger sekilde yüksektir. Ekonomik hesaplar göstermistir ki sik sik bilenmesi gereken TiN kaplanmis bir matkap uçlarinda az da olsa bir ömür artisi ve belirgin avantajlar getirdigi görülmüstür. Kesmede ömür artisi talas kaldirilan malzemenin islenebilme özelligine baglidir. Ömür kriteri olarak, takimin yari yüzeyinde meydana gelen serbest yüzey asinma göre belirlenir ve bu asinma miktari taslanarak operasyona devam edilir. Taninmis bir otomobil üreticisinde yeni kaplanmis takimlarla elde edilen %100'lük üretim artisina karsilik, asinma seridi bilendikten sonra da %70'iik bir üretim artisi elde edilmesi sonucu TIN kaplanmis takimlarin kullanilmasina karar verilmistir. TiN kaplanmis kilavuzlarin kullanilmasinda çesitli özellikleri nedeniyle, talas kaldirilan malzeme cinsine bagli olarak ilk kullanimda 3 kat veya daha farkli ömür artislarina ulasmak mümkün olmaktadir. TiN kaplanmis kilavuzlar, gri döküm ve paslanmaz çeliklerin islenmesinde ömür artislari kendisini göstermektedir. Frezelerde elde edilen ömür artislari ise, bilhassa azdirmalarda kesme hizlari dis basi ilerleme ayni kalmasi halinde, iki kat arttirilmasi sonucu prodüktivite artmaktadir. Kaplanmis azdirmalarda yeni durumda takriben 10 kat Örnür artisi elde edilmesine karsin, bilenmis azdirmalarda 4-7 kat ömür artislari elde edildigi gözlenmistir. Kaplanmis Fellows çakilan ile yüksek ömür artislari yaninda ilerleme ve strok sayilarinda da artis yapmak mümkün olmaktadir. Otomotiv endüstrisinde kaplanmis kesici takimlarla çalisilmasi halinde %40 lik bir operasyon kisalmasi tesbit edilmistir. Ark yöntemi ile kaplanmis, körlenmis takimlari talas yüzeyinden bilendikten sonra tekrar kaplamak mümkündür. Çünkü yapilan kaplamalar serbest yüzeylerde fazla bir tabaka-kalinlasmasi meydana getirmemektedir. Fellows çakilari kullanimdan sonra bilenip tekrar tekrar kaplamak mümkündür. Kaplama periyodu genel olarak 25 kez tekrarlanabilir. 3 metre uzunluga kadar silindirik broslarin da kaplanmasi mümkün olmaktadir, Genelde uygun olarak kaplanmis bros takimlari ile, talas kaldirilan malzemenin cinsine bagli olarak 3-10 kat ömür artisi elde etmek mümkündür. Sekil 4-2 Çesitli Kaplama Malzemeleri ve Sertlik Degerleri
28
Sekil 4-3 Kaplanmis ve Kaplanmamis Matkap Ucunun Talas Kaldirma Degeri
Sekil 4-4 Çesitli kaplama malzemeleri Ile kaplanmis matkap ucunun delme boyuna göre asinma serit genislik degerlen verilmistir.
Sekil 4-5 Çesitli kaplama malzemeleri ile kaplanmis frezelerle elde edilen freze yolu 4.4. Kullanim Alanlari ve Performansi
29
Sertlik
2800 ± 200 Hv
Kalinlik
4±0.5 fim
Kaplama Sicakligi
200-500°C
Oksidasyon Sicakligi
700°C
Renk
Gümüs
30
Kullanim Alanlari ve Performansi Takim veya Kalip Metal Enjeksiyon Kovani Melal Enjeksiyon Kalibi Kalibrasyon Zimbas Kagit Kesme Biçagi Kagil Kesnle Biçagi Planya Biçagi Derin Sivama Kalibi Sivama Kalibi Sivama ve Form Kalibi
Takim veya Kalip Sert Metal Kaynakli Matkap Sert Metal Plaket Sert Metal Plaket Sert Metal Plaket Sert Metal Plaket
Kaplamali Sonuç 2700 Baski
Takim veya Kalip Çeligi DIN 1.2365
Kaplama siz Sonuç Alüminyum 800 Baski
DIN 1.2365
Alüminyum Kaplama ile yapisma önlendi
DIN 1.2080 DIN 1.2080 DIN 1.2080 DIN 1.2080 DIN 1.2080 DIN 1.2080 DIN 1.770
Takim veya Kalip Çeligi P10 P 30 P30 HB 10 S EB20
Is Parçasi
Döküm PVC Karton Agaç DKP Sac DKP Sac Boru
is Parçasi Döküm Döküm Döküm Alüminy Alüminy
20 2500 Civarinda 15Kat Ömür Artisi 4 Kat Ömür Artisi 4 Kat Ömür Artisi 20 Kat Ömür Artisi 15 Kat ömür Artisi Kaplama ile sarma ve çizik önlendi, kalip ömrü 20 kat artti Kaplamasiz Kaplamali Sonuç Sonuç 100 Delik 1500 Delik 120 Parça 260 Parça % 200 Ömür Artis % 160 Ömür Artis % 180 Ömür Artis
4.5. Kaplanmis Takimlarin Avantajlari 3-5 mikron kalinliginda sert ince filmin takim asinma direnci artar Takim yüzeyinde talas akisini kolaylastirir, Metal transferini azaltir, Takim korozyon direncini artirir, Kesici agizlarda isi birikimini azaltir, Oksidasyon direncini artirir, Takimin daha yüksek kesme ve ilerleme hizlarinda çalisabilmesini saglar, Birim zamanda islenen parça sayisini artirir, Takimin bileme sayisini azaltir, Takim ömür artisinin getirdigi tezgah ayar sürelerini azaltir, O Islenebilme özelligi güç olan mukavemetli malzemelerin islenebilme imkanini dogurur, Fiyat/performans orani elverisli oldugundan, bîr çok durumda sert metal takimlara ekonomik bir alternatif teskil eder, Islenen parçalarda yüzey kalitesini yükseltir, Performans artisi île kritik takim stok miktari azalacagi için takimhane stok maliyetlerini azaltir, 31
4.6. Kaplanmis Takimlarin Dezavantajlari Konvansiyonel takimlara göre fiyatlari pahallidir Stabil ve yeni nesil CNC, NC ve Is merkezlerinde îstenebilen yüksek performanslara ulasilmaktadir Yüksek çalisma sartlarina ihtiyaç gösterir Islenecek malzemenin uygun seçilmesi gerekir. Her tür malzeme ile iyi sonuç vermeyebilir. 4.7. Kaplamali Takimlarin Asinma Davranislari I le Ilgili Uygulamali Çalismalarin Sonuçlari Arttirilmis Takim Ömrü (kez)
Yüzey Kalitesi
Torna Kalemleri
2-10
Matkap Uçlari
4-20
Artar Büyük oranda artar
Frezeler
3-10
Artar
Disli Takimlari
3-8
Arlar
4-10
Artar
Kilavuzlar
Raybalar
Bros Zimba Takimlari Testereler Sanayi Biçaklari
Gelistirilmis takim performansi
Bilemeden sonraki performansi
Artan kesme ve Azalir Çelik Alüminyum ilerleme hizi Düsük ilerleme kuvveti, yüksek Düsük Çelik paslanmaz oranlarda azalir çelik dökme demir kesme hizi Iki kat arttirilmis Düsük Sünek manyetik kesme hizi oranlarda azalir malzemeler Kesme hizinda Karbürize edilmis Azalir artma çelikler Karbon ve Kesme hizinda paslanmaz çelikler artma Sabit kalir dökme demir Al. karbon Kesme hizinda paslanmaz ve Artar artma takim çelikleri
3-100
Artar Büyük oranda artar Büyük oranda artar
20
Artar
Kuvvetleri azalir
Azalir
10-500
Artar
Artar
Sabit kalir
3-6
3
Is Malzemesi
Kesme hizinda artma
Sabit kalir
Yanma büyük oranda azalir
Azalir
Çelikler Paslanmaz çelik,NiAg-Cu-Be bronzu Paslanmaz çelik Ni alasimlari
32
4.7.1. Kaplamali ve Kaplamasiz Torna Kalemlerinin Performanslarinin Karsilastirilmasi Nitrür ve karbür kaplanmis torna kalemi performansinda 10 kat örnür artisi
Sekil 4-6 Kaplamasiz ve çesitli nitrür ve karbür kapli torna kalemlerinin performanslarinin karsilastirilmasi
4.7.2. Tornalama veFrezeleme Isleminde Kesme Hizinin Kaplamali veKaplamasiz Takimlarin Ömürlerine Etkisi (Sekil 4-7)
33
4.7.3. Vüksek Hiz Çeligi ve Kaplanmis Frezelerde Serbest Yüzeydeki Asinma Serit Genisliginin F rezeleme Boyu Ile Iliskisi (Sekil 4-8)
4.7.4. Titan Nitrür ve Titan Alüminyum Nitrür Kaplamali Matkap Ucundaki Performans Artisi (Sekil 4-9)
Sekil 4-10 Kaplamasiz ve kaplamali (TiN ve TIAIN) 6.35 çapindaki matkaplarin, 4150 alasimli çeligin delinmesinde performans karsilastirilmasi
4.8. Süneklik ve Sertlik Bakimindan Kesici Takimlar Kesici takimlarin süneklilik ve sertlik bakimindan incelenmesi Sekil 4-11’de belirtilmistir. Sert metaller, kaplamasiz, kaplamali, sermet (TIN, TÎCN), seramik (oksit seramik ve Nitrür seramik), CBN kübik Bornitrîir ve en sert olan po-likristal elmas olarak görülmektedir. Sekil 4-11'den de görülebilecegi gibi sertlik yükseldikçe süneklilik de düsmektedir.
34
Sekil 4-11 Kesici takim malzemelerinin sertlik-süneklik iliskisi 4.9. I slenecek Malzeme Cinsine Göre Sert Metalleri Siniflandirilmasi Malzeme cinsine göre, talas kaldirma grubunda ISO ya göre belirtilen P, M ve K Kalitelerinin, kaplamali sert metaller, sermet ve kaplamasiz sert metallerin süneklilik- kesme hizi Iliskisi ile ilerleme hizmin-kesme hizi arasindaki kullanim sekli belirtilmektedir. Konuyu bir örnek vererek açarsak; ISO P01 kalitesi en yüksek kesme hizina karsilik düsük ilerlemede çalismasi, ISO P40 kalitesi ise, düsük kesme hizi, yüksek ilerleme seçilebilecegi belirtilmektedir. Sekil 4-12 ayni zamanda seçilecek plaket kalitesini de belirlemektedir.
Sekil 4-12 Kesici Takim malzeme cinsinin süreklilik-Asinma arasindaki iliski ile plaketlerin
siniflandirilmasi
35
