16/11/12 1

TALAŞ KALDIRMA TEORİLERİ

16/11/12 2

GİRİŞ• Uzun yıllar kesici takımın önündeki metalin kama önünde

yarılan ağaca benzer şekilde deformasyona uğradığı düşünülmüştür. Bu teoriye göre, kesici takım ucundan uzak mesafede takım yüzeyinde oluşan aşınma dikkate alınmıştır.

• 2. dünya savaşından sonra talaş kaldırmada; kuvvetlerin ölçülmesi, sıcaklıkların ölçülmesi, metallerin işlenebilirliği, ekonomik işleme, kesme sıvıları vb. gibi birçok alanda araştırmalar yapılmış, bunun sonucunda iş parçası malzemesinin basmaya maruz kaldığını ve daha sonra kesici takım yüzeyine doğru aktığını ortaya çıkarmıştır.

16/11/12 3

Talaş Oluşum Teorisini Etkileyen Faktörler

• Farklı malzemelerin farklı davranışları,• İşlemin simetrik olmaması,• Sınırlı olmaması yani sadece kesici takıma bağlı

olmaması,• Uzama düzeyinin çok büyük olması,• Uzama miktarının çok yüksek olması,• Talaş kaldırma işleminin takım geometrisi, takım

malzemesi, sıcaklık,soğutma sıvısı ve işlemin dinamiğindeki titreşim ve otlama gibi değişmelere karşı hassas olmasıdır.

16/11/12 4

TİMME YAKLAŞIMI

• Bu yaklaşım talaş oluşum işlemini matematiksel olarak kontrol edebilecek bir metod ( model ) değildir ancak talaş oluşumunun gerilme deformasyonuyla meydana geldiğini açıklar.

• Bu modele göre kesici takım iş parçası içine nüfuz etmeye, onun direncini yenmeye başlar. Batma direnci iş parçası malzemesini büyütür, bu da batma kuvvetinde bir artış sağlar. Kuvvet kayma açısında düzlem boyunca hareket eden iş parçası malzemesinden küçük parçalar çıkarıp kıracak şekilde yeterli büyüklükte oluncaya kadar devam eder. Batma kuvveti ani olarak azalır ve bu işlemler bir çevrim olarak devam eder.

• Kesme sistemi elemanlarının birbirine göre hareketi kesme işlemi için temel şarttır.

16/11/12 5

16/11/12 6

ERNST, MERCHANT ve PISPAEN YAKLAŞIMI

• Bu yaklaşımlarda; talaş, kesici takım önünde kesici kenardan iş parçası yüzeyine uzanan tek bir düzlemle sınırlanan kayma işlemi ile oluşmaktadır. Kayma düzlemi ve oluşan talaş rijit olarak kabul edilir.

• Bu modele göre; kesici uca doğru V kesme hızı ile ilerleyen iş parçası takım/talaş arayüzeyinde sıkışarak basmaya maruz kalır. Bu arayüzey kayma düzlemi olarak adlandırılır. Bu düzlem boyunca plastik kayma ile kırılmaya sebep olur. Uygun şartlarda kayma düzlemi boyunca sürekli veya sabit bir deformasyon miktarı meydana gelir. Talaş açısı γ kesme hareketinde çok önemlidir.

16/11/12 7

16/11/12 8

Bu yaklaşım daha detaylı incelendiğinde; Fr takımın kesme kenarına etkiyen bileşke kuvvet, Fns bileşke kuvvetin kayma düzlemi boyunca bileşeni, Fs bileşke kuvvetin kayma düzlemine dik

doğrultudaki bileşeni, Fn bileşke kuvvetin takım yüzeyi boyunca bileşeni, Ff bileşke kuvvetin takım yüzeyine dik doğrultudaki bileşeni, Fc bileşke kuvvetin esas kesme kuvveti, Ft bileşke kuvvetin esas

itme kuvvetidir.

16/11/12 9

Merchant tarafından bulunan bu teori plastiklerleuyumlu sonuçlar vermiştir ancak karbürlü takımlaçelik işlendiğinde uyuşmamaktadır. Bulduğu eşitliğindeğeri;talaş açısı, talaş/takım arasındaki sürtünme veKayma düzlemi açısı arasındaki genel ilişkiyi tanımlar.

Buna göre;• Talaş açısında bir artış kayma düzlemi açısının

artmasına yol açar.• Sürtünme açısında bir azalma veya sürtünme

katsayısında azalma kayma düzlemi açısının artmasına sebep olur.

16/11/12 10

Pispaen tarafından geliştirilen modele göre malzeme, kayma açısına karşılık serbest yüzeye eğik olarak tutulanİskambil kağıdı grubu şeklinde kesilmektedir. Kesicitakım iş parçasına göre hareket ettiğinde zamanla birkartın veya katmanın devreye girmesi ve bunların birbiriüzerine kaymasına sebep olmasından kaynaklanır. Bunagöre;• Takım yüzeyi sürtünmesi elastik deformasyon şeklinde

oluşmaktadır.• Kayma mükemmel bir düzlem yüzeyinde gerçekleşmektedir.• Talaş sıvanması ihmal edilmektedir.• Kayma açısının serbest seçilmesi gerekmektedir.

16/11/12 11

LEE ve SHAFER YAKLAŞIMI

Bu yaklaşımda ortogonal kesmeye plastisite teorisi uygulanmıştır.Buna göre;• Malzeme rijit plastiktir. Elastik uzamanın ihmal edildiği akmanoktası geçtikten sonra deformasyon sabit bir gerilmedeoluşmakta olup malzemenin gerilme-uzama eğrisi düz doğruşeklindedir.• Malzemenin davranışı deformasyon miktarından bağımsızdır.• Deformasyon sırasında artan sıcaklık ve atalet etkileri ihmal

edilir.Bu yaklaşımla, kesme işleminde çok yüksek uzamalar ve uzamamiktarları oluştuğu için talaş kaldırma sırasında iş malzemesiningerçek davranışlarına oldukça yaklaşılmıştır.

16/11/12 12

Plastisite teorisiyle çözümde kayma hattı alanıoluşmalıdır. Bu alan iki ortogonal çizgi ailesinden oluşurve maksimum kayma gerilmesi de iki ortogonaldoğrultuda plastik bölge içindedir.

Şekilde gösterildiği gibi, bu bölge ABC üçgeni içindeoluşur ve iki doğru ailesinden meydana gelir. Uniformgerilme plastik bölgede oluşur. Kayma gerilmesi vemaksimum değeri AC doğrusu boyuncadır. AB doğrusuboyunca talaşa etki eden kuvvet yoktur. Talaş kaldırmaişleminde iş parçası malzemesinin fiziksel özelliklerindedeğişme olmaz.

16/11/12 13

16/11/12 14

Takım tarafından uygulanan kesme kuvvetlerikayma düzlemine talaş aracılığı ile iletilir. Bukuvvetlerin varlığı ile ABC üçgeni plastik bölgeoluşturur, malzeme akma noktasına kadarzorlanır. AC sınırını aştıktan sonra talaş üzerinehiç kuvvet etkimediğinden bu sınır boyuncagerilme aktarılmaz.

16/11/12 15

Ernst ve Merchant ile Lee ve Shafer’in

teorilerinde elde ettikleri sonuçlar

incelendiğinde talaş açısının artması ve

takım yüzeyindeki ortalama sürtünme

açısının azalması kayma açısını arttırır.

16/11/12 16

SHAW, COOK VE FINNE YAKLAŞIMI

• Bu yaklaşımda kayma düzleminin maksimum kayma gerilimi doğrultusunda olmadığı varsayılmaktadır. Bu yüzden kayma hattı doğrusu çözümü oluşmaktadır. Bu yüzden modellemede mükemmel plastik katı kullanılır. Bunun sonucunda talaş, yönlenmiş kalıcı kayma gerilmesine ve kayma uzamasına sahip kırılmaya sebep olmadığından dolayı sonsuz olarak süreklidir.

16/11/12 17

16/11/12 18

HILL YAKLAŞIMI

• Bu yaklaşıma göre kesme işleminde sabit-durum şekli için aranan şartların tek bir çözüm sağlaması gerekmez. Gerçekte de tek çözümden ziyade tolere edilebilir sabit-durum çözümleri vardır. Bu modelde, kayma dayanımı, sıcaklık, kayma bölgesine etki eden basma gerilimi, uzama miktarı, kayma oranı ve uzamanın fonksiyonel ilişkilerinin bulunduğu belirtilmiştir.

16/11/12 19

OUSHIMA VE HITOMI YAKLAŞIMI

• Bu yaklaşımda, kesmenin tek bir kayma düzlemi boyunca olmaktan ziyade üçgen şeklinde belli akma bölgesi içinde olacağını varsaymaktadır.

16/11/12 20

ZOREV YAKLAŞIMI

• Sünek malzemelerin kesilmesi için modellenmiştir. Model plastisite teorisine dayanır. LOM plastik bölge, OM ve OL sınırları kayma hatlarıdır.

16/11/12 21

16/11/12 22

DİK ( ORTOGONAL ) KESME İŞLEMİ

Talaş kaldırma işlemi, kayma doğrultusu

boyunca yoğunlaşmayı gerektirir. Malzeme

kayma düzlemine yaklaşıncaya kadar deforme

olmaz ancak kayma bölgesini geçtiği an oldukça

fazla miktarda kayma meydana gelerek talaş

oluşur. Talaş arkası homojen olmayan uzama

nedeniyle kabadır.

16/11/12 23

Bu şekilde iki boyutlu bir dik kesme işlemine Ortogonal Kesme adı verilir. Talaşın oluşması için işlemde meydana gelen kuvvetler ve serbest cisim diyagramı verilmiştir.

16/11/12 24

16/11/12 25

YENİ TALAŞ OLUŞUM MODELİ

Talaş oluşum işlemi sistemi oluşturan bileşenlerin dinamiketkileşimlerinin bir sonucu olarak dikkate alınır. BuTasarlanan sistemde;

• Talaş, deformasyon bölgesinde kayma gerilmesi ile eğilme gerilmesinin birleştiği zaman meydana gelmektedir.

• Talaş oluşumu çevrimli bir işlemdir.• Kesme üzerinde eğilme gerilmesi önemli bir etkiye

sahiptir.

16/11/12 26

Kesici takımın iş parçasına batması ile

kesici uç önünde gerilim yoğunlaşır. İş parçası

malzemesinin özelliklerine bağlı olarak talaş oluşum

modeli üçe ayrılır.• İş parçası elastik özelliklere sahip,• İş parçası elasto-plastik özelliklere sahip,

• İş parçası plastik özelliklere sahip

16/11/12 27

ELASTİK MALZEMELER

• Kesici kenarın malzemeye batması ile takım kenarı önünde maksimum gerilme iş parçası malzemesinde başlar.

• Bu gerilme malzeme sınırına ulaştığında kesici kenar önünde bir çatlak oluşur. Bu aşamada deformasyon bölgesinde sadece basma gerilmesi vardır.

• Bu çatlağın ilerlemesi ile bir ucu ankastreli talaş oluşarak gerilme daha kompleks hale gelir. Basma gerilmesinin yanında talaş tarafından oluşturulan eğilme gerilmesi de meydana gelen deformasyon bölgesine etki eder.

16/11/12 28

16/11/12 29

Burada iki farklı durum gözlenir. • İlki eğilme geriliminin talaş oluşumu ve

kırılmasında aktif rol oynamasıdır. Buna göre oluşan ankastreli tek yanlı desteğin R bileşke kuvvetin ekseni kestiği zaman oluşur. Kesme kenarındaki yük belirli bir sınır değerine ulaştığı zaman talaş 1-1 kesitinde kırılır. Hemen hemen dikdörtgen, düzenli talaş oluşur.

16/11/12 30

• İkinci durumda, bileşke kuvvet yönlendiği zaman oluşan talaşta eğilme gerilmesi yoktur. Burada talaş kırılması iş parçasının deforme olmamış kısmının ve takım/talaş ara yüzeyi arasında yerleşen tabakanın basma ile ufalanması şeklinde oluşur. Sonuç olarak farklı ölçüde birçok düzensiz şekilli talaş parçacıkları üretilir.

16/11/12 31

16/11/12 32

ELASTİK-PLASTİK MALZEMELER

• Talaş oluşumunun ilk aşamasında kesici takım kenarı önünde sadece basma gerilmesinin sonucu olarak elastik-plastik bölge oluşur. Bu aşamada iş malzemesinin plastik deformasyonu kayma ile meydana gelir.

• Takım daha ileri doğru ilerlediği zaman iş malzemesinin plastik olarak deforme olan kısmı kademeli olarak takım talaş yüzeyi ile temas eder.

16/11/12 33

• Tam temas sağlandığı zaman bu kısım takım talaş yüzeyinden P batma kuvvetine maruz kalarak bir ucu destekli kiriş gibi davranır.

• Tek yanlı destekli talaşta basma kuvveti ve eğilme momenti karşılıklıdır. Basma ve eğilme hareketinin sonucu olarak maksimum gerilme tek yanlı destekli talaşın yanında oluşur. Plastik bölge 1-1 ekseni boyunca kırılır ve maksimum bileşik gerilme düzlemi kesiti boyunca meydana gelir.

16/11/12 34

16/11/12 35

16/11/12 36

PLASTİK MALZEMELER • Plastikliği yüksek olan malzemelerin işlenmesinde

talaşın çok düşük rijitliği nedeniyle az oranda eğilme momenti ile talaş kaldırılır. Bu nedenle, talaş sadece kayma düzlemi boyunca kırılır ve bundan dolayı da talaş oluşum işlemi birbiri ardı sıra meydana gelen kaymaların serisidir. Eğilme momenti, talaş kenarındaki deformasyon bölgesinde talaş manivela gibi davrandığı için ortaya çıkar ve talaş kırılmasında önemli rol oynar. Bu nedenle talaş oluşum işlemi zorlaşır ve iş parçası malzemesinin elastikliğinde azalma sonucunda da imkansız olur.

16/11/12 37

• Aynı kesme şartları altında iş malzemesi plastikliğinde artışla talaş ufalanma uzunluğu azalır. Yüksek plastikliğe sahip malzemelerin kesilmesinde elde edilen talaşta birbiri takip eden bir seri kayma düzlemi oluşturur. Böyle bir talaş aşırı deformasyona uğrar sürekli talaş olarak adlandırılır. Bu talaş sürekli parçalanarak oluşur ve ufalanma uzunluğu sıfıra yaklaştığında talaş oluşumu durur. Oluşan uniform dayanıma sahip ve bunu küçük parçalar halinde kırmak için çok aşırı deformasyon uygulanmalıdır. Talaş kırmada eğilme momenti gerekir.