MMC Magazine

Uçak üretiminde çok büyük sıklıkla kesilmesi zor malzemeler kullanılır. Ne yazık ki bu kesilmesi zor malzemeler takım ömrünü önemli ölçüde kısaltır. Bu tür özel malzemelerle çalışırken takım ömrünü belirgin şekilde uzatan daha yenilikçi işleme yöntemlerine olan piyasa talebine yanıt olarak Mitsubishi Materials yeni nesil dönen kesici takımları geliştirmeye odaklanmıştır. Bu bağlamda çok fonksiyonlu makinelerde kullanılan tahrikli döner kesici takımlar ve genel işleme merkezlerinde kullanılan pasif döner kesici takımlar olmak üzere bunlardan ikisine odaklanıyoruz.

PROJE 1 : Making the tool itself rotate

Çok fonksiyonlu makinelerin avantajlarından yararlanarak pasif dönen kesici takım geliştirmek

Yaklaşık 20 yıl önce Mitsubishi Materials'ilk önce torna tezgahları için işleme esnasında kesici uçları döndüren dönen kesme takımlarını geliştirdi . Bu süreçte kesme direncini kullanarak dönüşümü sağlayan yenilikçi bir mekanizma uygulandı.  Böylece kesilmesi zor malzemelerin işlenmesi sırasında takım ömrünün azalmasının önemli bir nedeni olan kenar aşınması önemli ölçüde azaltıldı. Birinci nesil dönen kesici takımlar oldukça ilgi görmüş olsa da karmaşık mekanizmaları nedeniyle rijidlikleri sınırlıydı ve bunlar standart takım tutuculara kıyasla pahalıydı. Bazı müşteriler bunları kullanmaya devam etti ancak talep zamanla azaldı.

Bununla birlikte bu süreçte yeni kesici takımlar geliştiriliyordu. Bu yeni ilerlemeler şirketin ilk takımlarıyla edindiği deneyimin getirdiği bilgi birikimini güçlendirdi. Yeni dönme mekanizması tasarımında çok fonksiyonlu tezgahların ortaya çıkışı büyük bir fikir verdi. İlk dönem tornalama takımları kesme işlemi sırasında oluşan direnç nedeniyle kesici uçları döndürdü ve bunlar kesme koşullarına bağlı olarak dönme kuvvetinde düzensizliğe neden oldu ve istikrarlı bir performans göstermeyi zorlaştırdı. Kesme koşullarından bağımsız olarak kararlı, önceden belirlenmiş bir dönme kuvvetinin oluşturulabilmesi halinde yeni bir dönen takım tipinin geliştirilmesi için başarılı bir yol bulunmuş olacağı düşünüldü. Yeni dönen kesici takımlar hakkındaki bu düşüncelerin başlangıcı yaklaşık 10 yıl öncesine dayanıyor. 
Aynı dönemde Tokyo Tarım ve Teknoloji Üniversitesinde Profesör Sasahara tarafından tahrikli dönen kesici takımlar üzerine bir çalışma yapıldı. Bir süre danışmanlık dönemi üstlendi ve sonraki üç yıl boyunca gerçek büyüklükte bir ortak araştırma başlatıldı. 
Çok fonksiyonlu tezgahların kullanılması takım dönüşünün isteğe bağlı kontrolünü mümkün kıldı ve böylece tahrikli dönen kesici takımlara giden yol açıldı.

Çok fonksiyonlu tezgahlar, takım dönüşünün kontrolünü mümkün kılmanın yanı sıra temas açılarının serbestce belirlenebilmesini sağladı. Böylece en iyi kesme koşulları ve takım temas açıları kombinasyonları araştırmaları tetiklendi. 

Dönme frekansının (takımların dönüş hızı) dışında en iyi temas açısının belirlenmesi de önemlidir. Takım ömrü ve akış yönü üzerinde önemli bir etkiye sahip olan talaş kalınlığı,hız,ilerleme ve kesme gibi temel koşullara bağlı olarak değişir. Bu hususlar hesaba katılarak yeni tasarımda en iyi kesme koşulları kombinasyonunu bulma güçlüğü için çözüm potansiyeli yaratan farklı eğim açıları kullanıldı. Bununla ilgili olarak teorik bir bakış açısından figürlere bakmada en iyi koşulları araştırmak için Profesör Sasahara'dan yardım istendi.  

Bu sırada takım formlarının geliştirilmesinde en büyük zorluk, kesici uçların takıma bağlanması sırasında merkezlerinin yanlış hizalamasını en aza indirgemektir. Merkez kaçıklığı takımın dönüş eksenine göre eksantrik dönüşe neden oluyor, böylece kesme miktarı değişiyor ve işlenen parçanın önceden belirlenmiş ve gerçek boyutu arasında uyumsuzluk doğuyordu. Ayrıca kesme miktarındaki değişimler kesme direncinde dengesizliğe neden olması sonucu kesici uçlarda gıcırdamaya ve bozulmaya neden oluyordu. 

Birçok denemeden sonra kesici uç ve kesici takım arasındaki eş merkezliliğin 0,01 mm veya altına indirilmesi mümkün oldu.

Yeni kesici takımın bir diğer önemli özelliği ise içten soğutmayı tesis etmesi Takım, takma deliği ve uç vidası arasındaki boşluktan soğutucu püskürtmek üzere tasarlandı. Bu mekanizma, kesici ucun kesici takıma takılmasında sıkma kuvvetinin azalmasına neden olur , bununla birlikte bu özgün tasarım sıkma kuvveti yeterliliğini devam ettirir. Takımın dönüyor olması, böylece kesme sırasında ortaya çıkan ısının, freze çakısının tüm çevresi boyunca eşit olarak dağılmasına neden oluyor. Soğutucunun kesici takımın içinden beslenmesi, tüm kesici ucun etkili biçimde soğutulmasını ve talaşların sorunsuz bir şekilde atılmasını mümkün kılıyor. 

Genel takma uçlu kesici takımlardan yaklaşık on kat daha fazla takım ömrünü gerçekleştirmek

Yeni geliştirilen tahrikli döner kesici takımlar şu özellikleri sunuyor:

1. Kesici ucun tüm çevresinin eşit oranda kullanılması takımın aşınmasını dağıtarak takım ömrünü uzatır. 

2. Takımın sabit dönüşü kesme ısısını etkili şekilde dağıtır ve takım içinden soğutma tasarımı kesici uç aşınmasını önemli ölçüde azaltır. 

3. Geliştirilen özgün yüksek hassasiyetli ve yüksek rijidliğe sahip bağlama mekanizması istikrarlı ve yüksek performanslı işleme sağlar. 

Bu özellikler Inoconel718 işlemesi sırasında standart kesici takımlara kıyasla takım ömrünü belirgin ölçüde arttırmıştır. Ayrıca tahrikli döner kesici takımlar ısıya dirençli alaşımlar gibi kesmesi zor malzemelerin işlenmesinin yanı sıra alüminyum ve demir gibi kompozit malzemelerin işlenmesi için de uygundur. Bunlar, insansız işleme sırasında veya az sayıda personel tarafından birden fazla makinenin operasyonu sırasında kesici uç değişimi sıklığını azaltmak için takım ömrünü uzatarak toplam işletme giderlerini önemli ölçüde kısma konusunda özellikle etkilidir. 

İlk dönen kesici takımın geliştirilmesi sırasında ortaya çıkan sorunlar çözülebildi mi?

Talaşların genel sıkıştırma oranına (CR) baktığımızda işleme hızının yaklaşık üçte biridir, ki bu değer talaş boşaltma hızına eşittir, kesilmesi zor malzemelerin işlenmesinde sıkça karşılaşılan bir problem olan yan kenar aşınmasını azaltmak için kesici uçların dönüş hızı olarak ideal olabilir. İlk dönen kesici takımlar kesme direnci ile döndürülmüş olup , bu da , dönüş hızının kontrolüne izin vermemiştir. Dolayısıyla bu hipotezin o zamanlar ayrıntılı bir incelemesi yapılmamıştı. 

Yeni döner kesici takımların, optimum kesme koşullarının tanımlanmasını zorlaştıran birçok parametre bulunuyor. Her ne kadar önerilen koşullar genel kullanım için tanımlanmış olsa da iş parçasının işleme hızına göre takımın optimum dönüş hızının ilk dönen kesici takımlar için öngörülen hızın üçte biri olması oldukça şaşırtıcıdır. Tahrikli dönen kesici takımlar, piyasaya sürülmek üzere 2017'de geliştirilmiştir.

PROJE 2 : Kesici ucu işleme sırasında kendiliğinden dönen pasif dönen freze çakısı

Kesici ucun teorik dönüş kuvvetinin hesaplanması

Yeni pasif döner freze çakısı, ilk döner kesici takım deneyimiyle kazanılan bilgi birikiminin kullanılmasıyla geliştirilmiş bir frezeleme takımıdır.

İlk döner kesici takımın piyasaya sürülmesinden bu yana, Mitsubishi Materials takma uçlu freze ve alın freze çakılarına kesme direnciyle kesici ucu döndüren bir mekanizma uyguladı. Bununla birlikte ilk döner kesici takımın dönme mekanizmasının frezeleme takımına takılması boyutundan ötürü oldukça zordu ve bunu imkansız bir amaç gibi gösterdi.

Diğer yandan geniş bir ürün yelpazesinde kesmesi zor malzemelerdeki ilerlemeler işleme verimliliğinin iyileştirilmesinin yanı sıra takım ömrünün uzatılmasını da gerekli hale getirdi. Yaklaşık 10 yıl önce frezeleme sırasında dönen kesici uçların potansiyelini gerçekleştiren Mitsubishi Materials, Nagoya Üniversitesi ve Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. ile ortak döner freze çakısı geliştirmeye başladı. 

Üstesinden gelinmesi gereken ilk zorluk kesme direncini kullanarak kesici uç dönüşünü tahrik etmek ve optimum dönüş kuvveti sağlamak için ideal açının belirlenmesi oldu. Kesme direnci, çok düşük olması halinde kesici ucun döndürülmesi için yeterli tahriki sağlayamıyordu. Yüksek olması halinde ise işleme sırasında gıcırdamaya ve takımın veya kesici ucun zarar görmesine neden oluyordu. Kesici ucu, geniş bir kesme koşulları aralığında güvenilir bir şekilde döndürmeye yeterli kesme direncini oluşturacak açıyı belirlememiz gerekiyordu. 

Nagoya Üniversitesi bu büyük zorluğun üstesinden geldi. Mühendisler, karmaşık formüller uygulayarak etkili dönüş için kesici uç yerleştirilmesine yönelik optimum açıyı başarıyla tanımladı. İlk döner kesici takımların geliştirilmesinde kullanılan deneme yanılma yöntemine kıyasla optimum değerleri kuramsal olarak hesaplayabilmek geliştirme için gereken süreyi önemli ölçüde kısalttı. 

Mitsubishi Materials'ın mevcut takımından 8 ila 10 kat uzun takım ömrü sağlandı

Sonraki zorluk kesici ucun son derece dar bir boşluğa takılmasıydı ki bu özellikle zordu. Böyle bir dar alana takılabilecek bir döner mekanizmanın tasarlanması gerekiyordu. Bunun için işleme sırasında kesici ucun sorunsuz bir şekilde dönmesine izin vermek için kesici uç deliği ve uç vidasının boşluğunun optimizasyonu gerekiyordu. Boşluğun çok dar olması halinde sıkışacaktı, çok geniş olması halindeyse gıcırdayacaktı. Ayrıca yeterli rijidite sağlamak için kesici ucun boyutu için en iyi uç vidası kalınlığının kullanılması önemlidir. Birçok inceleme ve analizin, prototipin ve deneyin ardından ideal boşluk ve gereken güce sahip bir döner mekanizma geliştirmeyi mümkün kılan bir yay uç vidasının üstüne başarıyla takıldı. Döner mekanizmayla geliştirme sürecinin sonu görünse de başka bir zorlukla yüzleşmek gerekiyordu. Kesici ucun dibi, dönüş sırasında takım gövdesi üzerindeki sinterlenmiş karbür şime temas ederek eşit olmayan aşınmaya neden oluyordu. Kesici ucun dönüşü freze çakısı aşınmasını dağıtabilirdi ancak kesme direncini alan sinterlenmiş karbür şim dengesiz bir yükle karşılaşıyordu ve freze çakısının altındaki kısımdaki yük yoğundu. Kesici uç ve şim, sinterlenmiş karbür olduğundan bölgesel yük altında temas ve sürekli dönüş kesinlikle dengesiz bir aşınma yaratacaktı. Bu sorunun üstesinden gelmek için kesici uç ve sinterlenmiş karbür şim arasına tampon olarak hareketli bir metal plaka yerleştirildi. 

Döner takımların en önemli avantajı köşe değişimi gerektirmeden uzun süre insansız işlemedir ve aşağıdaki grafikte görüldüğü üzere mevcut freze çakılarımızdan sekiz ila on kat daha uzun takım ömrü elde etmeyi başardık. 

Bu pasif döner freze çakısı 2017 itibariyle piyasada olacak. Bu başarının takma uçlu frezeler, alın frezeleme ve torna için freze çakılarının geliştirilmesine genişletilmesi planlanıyor. Kesici uç boyutlarının genişletilmesiyle ayrıca freze çakılarının rampalama için geliştirilmesi planlanıyor.