Talaşlı İmalatta Takım Tutucuların Performansı ve Tasarım Kriterleri

Özet:

Bu çalışmada, talaşlı imalatta takım tutucuların dinamik ve statik performansları, yüzey kalitesine etkileri ve enerji tüketimi üzerindeki rollerini incelemek üzere teorik modeller ve deneysel veriler sunulmaktadır.

1. Giriş

Talaşlı imalatta takım tutucular, takımın işleme esnasında dengeli, hassas ve titreşimsiz bir şekilde çalışmasını sağlar. Bu bileşenlerin tasarımı; moment (T), kesme kuvveti (F), rijitlik (K) ve titreşim frekansı (ω) gibi faktörlere bağlıdır.

Örneğin, takım tutucunun rijitliği şu şekilde ifade edilebilir:

K=FδK = \frac{F}{\delta}K=δF​

Burada:

• FFF: Kesme kuvveti (N),

• δ\deltaδ: Deformasyon (mm).

2. Takım Tutucu Türleri ve Kesme Kuvvetlerinin Hesabı

Kesme kuvveti, talaş kaldırma sürecindeki ana parametrelerden biridir ve şu formülle hesaplanabilir:

Fc=kc⋅AF_c = k_c \cdot AFc​=kc​⋅A

Burada:

• FcF_cFc​: Kesme kuvveti (N),

• kck_ckc​: Kesme mukavemet katsayısı (N/mm²),

• AAA: Kesit alanı (b⋅hb \cdot hb⋅h).

Örneğin, çelik malzeme için kc=2000 N/mm2k_c = 2000 \, \text{N/mm}^2kc​=2000N/mm2, talaş genişliği b=2 mmb = 2 \, \text{mm}b=2mm, talaş derinliği h=0.1 mmh = 0.1 \, \text{mm}h=0.1mm alındığında:

Fc=2000⋅(2⋅0.1)=400 N.F_c = 2000 \cdot (2 \cdot 0.1) = 400 \, \text{N}.Fc​=2000⋅(2⋅0.1)=400N.

3. Dinamik Davranış: Titreşim ve Stabilite

Takım tutucuların titreşim davranışları, talaşlı imalatta yüzey kalitesine ve takım ömrüne doğrudan etki eder. Takım tutucunun titreşim davranışı şu şekilde analiz edilir:

ωn=Km\omega_n = \sqrt{\frac{K}{m}}ωn​=mK​​

Burada:

• ωn\omega_nωn​: Doğal frekans (rad/s),

• KKK: Rijitlik (N/m),

• mmm: Kütle (kg).

Hidrolik tutucular ve ısıl büzülmeli tutucular, rijitliği artırarak ωn\omega_nωn​’yi yükseltir ve titreşimi azaltır.

4. Yüzey Kalitesine Etkisi

Takım tutucunun eksen kaçıklığı (eee), yüzey pürüzlülüğünü artırabilir. Teorik pürüzlülük şu şekilde hesaplanır:

Rt=f28r+eR_t = \frac{f^2}{8r} + eRt​=8rf2​+e

Burada:

• RtR_tRt​: Yüzey pürüzlülüğü (µm),

• fff: İlerleme miktarı (mm/dev),

• rrr: Takım ucu yarıçapı (mm),

• eee: Eksen kaçıklığı (mm).

Örnek:

Eksen kaçıklığı e=0.01 mme = 0.01 \, \text{mm}e=0.01mm, ilerleme f=0.2 mm/devf = 0.2 \, \text{mm/dev}f=0.2mm/dev, takım ucu yarıçapı r=1 mmr = 1 \, \text{mm}r=1mm olduğunda:

Rt=0.228⋅1+0.01=0.015 mm.R_t = \frac{0.2^2}{8 \cdot 1} + 0.01 = 0.015 \, \text{mm}.Rt​=8⋅10.22​+0.01=0.015mm.

5. Enerji Tüketimi ve Verimlilik

Yüksek devirli işlemlerde takım tutucunun ağırlığı ve dengesi enerji tüketimini etkiler. Enerji tüketimi şu şekilde ifade edilir:

P=T⋅ωP = T \cdot \omegaP=T⋅ω

Burada:

• PPP: Güç (W),

• TTT: Tork (Nm),

• ω\omegaω: Açısal hız (rad/s).

Örneğin, tork T=2 NmT = 2 \, \text{Nm}T=2Nm, açısal hız ω=100 rad/s\omega = 100 \, \text{rad/s}ω=100rad/s ise:

P=2⋅100=200 W.P = 2 \cdot 100 = 200 \, \text{W}.P=2⋅100=200W.

6. Deneysel Sonuçlar

Bir çalışmada, farklı tutucu türleri kullanılarak kesme kuvvetleri ve yüzey kalitesi incelenmiştir:

Takım Tutucu TürüKesme Kuvveti (N)Yüzey Pürüzlülüğü (µm)Pens Tutucu4200.02Hidrolik Tutucu4000.015Isıl Büzülmeli Tutucu3800.01

7. Sonuç ve Öneriler

Takım tutucuların seçimi ve tasarımı, talaşlı imalat süreçlerinde kritik bir öneme sahiptir. Dinamik denge ve rijitlik, daha yüksek yüzey kalitesi ve daha düşük enerji tüketimi sağlar. Gelecekte akıllı tutucu teknolojilerinin daha fazla benimsenmesi beklenmektedir.