İmalatta İnce Cidarlı Boru Elemanlarının Deformasyonunu Önlemek İçin Etkili Yöntemler

 

Gerçek üretimde, işleme sırasında deformasyona yatkın olan çeşitli şekil ve boyutlarda ince duvarlı boru bağlantı parçalarının işlenmesiyle karşılaşılması yaygındır. Deformasyonu önlemeye yönelik yöntemleri araştırmak, parçaların boyut ve stabilite gereksinimlerini karşılamasını sağlamak çok önemlidir. İnce duvarlı bileşenler, öncelikle düşük sertlikleri ve mukavemetleri nedeniyle tornalama ve frezeleme işlemlerinde zorlu bir sorun teşkil eder. İşleme sırasında deformasyona karşı oldukça hassastırlar, bu da şekil ve boyut hatalarını artırarak tutarlı parça kalitesinin sağlanmasını zorlaştırır.

 

 

I İnce Cidarlı Boru İş Parçalarının Hassasiyetini Etkileyen Ana Faktörler

 

1. Kuvvetten Dolayı Deformasyona Duyarlılık

İnce duvarlı iş parçaları, bağlama kuvvetleri altında deformasyona oldukça yatkındır ve bu durum hem boyut hem de şekil doğruluğunu etkiler. Örneğin, iç çapı işlerken dış çapı sıkıştırmak için üç çeneli ayna kullanıldığında, sıkma kuvveti nedeniyle dış çap hafifçe deforme olup üçgen şeklinde olabilir. Silindirik bir delik oluşmasına rağmen, ayna serbest bırakıldığında dış çap silindirik formuna dönerken, iç delik yay veya üçgen şeklini alır.

 

2. Isı Kaynaklı Deformasyon

Kesme ısısı, iş parçasının termal deformasyonuna neden olabilir ve boyutlarının kontrol edilmesini zorlaştırabilir. İnce duvarlı metal bileşenler, özellikle yüksek doğrusal genleşme katsayılarına sahip olanlar, boyutsal doğruluklarını önemli ölçüde etkileyen kesme ısısının neden olduğu termal deformasyona karşı özellikle hassastır.

 

3. Titreşimden Kaynaklanan Deformasyon

Kesme kuvvetleri altında radyal bileşenler iş parçasının bükülmesine neden olabilir. İş parçasının dış yüzeyinde oluklar veya çentikler gibi özellikler varsa kesici takım eşit olmayan kuvvetlerle karşılaşabilir ve bu da titreşime neden olabilir. Bu titreşim, iş parçasının boyut, şekil ve konum doğruluğunun yanı sıra yüzey pürüzlülüğünü de olumsuz yönde etkileyebilir.

 

 

II İnce Duvarlı Parçaların Deformasyonunu Azaltma ve Önleme Yöntemleri

 

1. Eksenel Kenetleme Fikstürlerinin Kullanımı

İnce duvarlı iş parçalarını tornalarken ve frezelerken radyal kenetleme yerine eksenel kenetleme kullanılması tavsiye edilir. Eksenel bir sıkma manşonu (dişli manşon) kullanan eksenel sıkma yöntemi, sıkma kuvvetlerinin iş parçasının ekseni boyunca dağıtılmasını sağlar. İş parçasının eksenel sertliği daha yüksek olduğundan bu yöntem deformasyon riskini azaltır.

 

2. Sıkıştırma Temas Alanını Artırma

Yarıklı manşonların veya özel olarak tasarlanmış yumuşak çenelerin kullanılması temas yüzey alanını arttırır, bu da sıkma kuvvetinin iş parçası üzerinde eşit şekilde dağıtılmasına yardımcı olur. Bu, sıkıştırma sırasında lokal deformasyon olasılığını azaltır.

 

3. Kesici Takım Geometrisini ve Kesme Parametrelerini Optimize Etme

Kesme kuvvetlerini ve ısıyı en aza indirmek için kesici takımların geometrisinin ve kesme parametrelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesi önemlidir. Daha düşük kesme kuvvetleri ve ısı deformasyon olasılığını azaltacaktır.

 

4. Kesme Sıvılarının Yeterli Uygulaması

Kesme işlemi, öncelikle talaşlarda ve kesici takımda yoğunlaşan ısı üretir. Kesme sıvıları soğutma, yağlama, talaş giderme ve pas önlemede çok önemli bir rol oynar. Kesme sıvılarının yeterli şekilde uygulanmasıyla kesme sıcaklığı azaltılabilir ve iş parçasının termal deformasyonu önlenebilir.

 

5. Proses Kaburgalarının Eklenmesi

Bazı ince duvarlı iş parçaları, sertliği artırmak için sıkıştırma noktalarında özel olarak tasarlanmış işlem kaburgalarına sahiptir. Sıkıştırma kuvveti bu nervürlere uygulanarak deformasyon azaltılır. İşleme sonrasında proses kaburgaları çıkarılabilir.

 

 

III Örnek Olay İncelemesi: İnce Duvarlı İş Parçalarının Tornalanması ve Frezelenmesi için Eksenel Kuvvet Uygulaması

 

1. İnce Duvarlı İş Parçası Zorluk Analizi

Tercih edilen malzeme sert alüminyum 2A12T4'tür ve içi boş silindirik kaba bir malzeme kullanılır. İç boşluğun dört tarafının frezelenmesi gerekir ve dış duvarda dört büyük deliğin (Φ26mm) yanı sıra montajla ilgili bazı vida delikleri ve dişli delikler bulunur. Maksimum dış çap 180mm ±0,05 mm'dir ve minimum duvar kalınlığı 3 mm'dir. Yuvarlaklığın deformasyonu 0,15 mm'yi geçmemelidir. İnce duvarlı parçaların doğal deformasyon zorluklarına ek olarak, bu iş parçası aynı zamanda dört iç tarafın ve dış çaptaki deliklerin işlenmesini gerektirir, bu da deformasyonu artıran eşitsiz ve asimetrik duvar kalınlıklarına yol açar. İç ve dış özelliklerin hassasiyetini sağlamak için doğru konumlandırma gereklidir.

 

▲ ince duvarlı parçalar

 

2. İyileştirme Öncesi Süreç Rotası

1). İç çapı çevirin, üç çeneli ayna kullanarak dış çapı kabaca çevirin ve iç ve dış çaplar için her iki tarafta 1 mm'lik boşluk bırakın.

2). İç boşluğu her iki tarafta 1 mm payla kabaca frezelemek için bir işleme merkezi kullanın ve iç yüzleri, 2 mm payla dört Φ26 büyük deliği kaba frezelemeye hizalayın.

3). Stres giderici tedavi.

4). Torna tezgahında, her iki tarafta 0,5 mm payla iç adımın ve 0,5 mm payla dış çapın ikincil kaba frezelemesini gerçekleştirin.

5). İç boşluğu 0,5 mm payla ikincil kaba frezelemek için işleme merkezini kullanın.

6). Stres giderici tedavi.

7). Tornada iki uç yüzü istenilen boyuta göre düzleştirin, iç çapın yarı finiş tornalamasını yapın ve son boyuta kadar finiş tornalayın.

8). İç boşluğu boyuta göre frezelemek için işleme merkezini kullanın.

9). Tornada dış çapı istenilen boyuta çevirin.

10). İşleme merkezinde tüm dış delikleri ve özellikleri frezeleyin.

 

3. İyileştirme Öncesi Süreç Sorunları

1). İç boşluğun kaba ve ince frezelemesi için kullanılan fikstür, üç çeneli ayna ile kenetlenen bir yarık manşon fikstürüydü. Bu kurulum, iş parçası üzerinde radyal kuvvete neden olur ve ince duvarlı bileşenlerin düşük sertliği nedeniyle deformasyona neden olur. İşleme sırasında iş parçası üçgen şeklinde deforme olma eğilimindedir. Sıkıştırma kuvveti, kaba frezeleme sırasında gerilimi ortadan kaldıracak şekilde ayarlandı ancak bu, iş parçasının dengesiz hale gelmesine ve işleme sırasında harekete veya eğilmeye yol açmasına neden oldu. Takım yolunun yavaşlatılması ve üretim döngülerinin uzatılması gerekiyordu.

 

2). İç tornalama için, iç çapı döndürmek amacıyla dış çapı sıkıştırmak için özel pirinç yumuşak çeneler kullanıldı, ancak iş parçasının kesme ısısını emme ve iç gerilimi serbest bırakma eğilimi nedeniyle iş parçasını sıkıştırıp serbest bırakırken yine de deformasyon meydana geldi. İş parçası çıkarıldığında iç ve dış çaplar kayacak ve deformasyonun kontrol edilmesi zorlaşacaktır.

 

3). Dış deliklerin ve olukların bitirilmesi için cıvatalar tarafından sağlanan sıkıştırma kuvveti ile iki noktalı destek kullanıldı. Ancak ince duvar ve düşük sertlik, özellikle delme sırasında titreşime neden olarak hassasiyeti etkiliyordu.

 

4. İyileştirme Sonrası Süreç Akışının Analizi

1) İç çapı ters kelepçelemek için torna üzerinde üç çeneli bir ayna kullanın, dış çapta kaba tornalama yapın, ardından iç çapı kaba tornalamak için dış çapı yeniden kelepçeleyin.

2) İç boşluktaki kareyi kaba frezelemek için bir işleme merkezi kullanın ve her iki tarafta 1 mm'lik payla dört büyük deliği kaba frezeleyin.

3) Stres giderici tedavi uygulayın.

4) Her iki uç yüzü de düzleştirmek için tornayı kullanın, dış çapta 0,5 mm'lik bir pay bırakın ve iç çapı yarı finiş yapın.

5) Stres giderici tedavi uygulayın.

6). Her iki uç yüzü ve iç çapı son boyuta tamamlamak için torna tezgahını kullanın.

7) İç boşluk şeklini hassas bir şekilde frezelemek için işleme merkezini kullanın.

8) Tornada, yuvarlaklık ve boyut gerekliliklerini karşılamak için dış çapı tornalamayı bitirin.

9) Tüm dış özellikleri hassas bir şekilde frezelemek için işleme merkezini kullanın.

 

5. Ana İşleme Yöntemleri ve İyileştirme Sonrası Elde Edilen Sonuçlar

 

1) İç Boşluğun Kaba Frezelenmesi

İç boşluğun kaba frezeleme işlemi, ön iyileştirme yönteminden farklı değildir. Dış çapı sıkıştırmak için bir yarık manşon fikstürü kullanılırken, iç kare özellikleri frezelemek için üç çeneli bir ayna fikstürü tutar. Dış deliklerin kaba frezelenmesi için, iş parçasının dış çapının sağ ucunu soldaki iç kare şekliyle hizalayarak kelepçelemek için özel bir büyük yumuşak çene kullanılır. İç boşluğun hassas frezelenmesi sırasında aşağıdaki fikstür tasarımı (Şekil 2 ve Şekil 3) kullanılır:

 

▲ hassas frezeleme fikstürün

 

▲ hassas frezeleme

 

Not:

1. Spiral Başlık– Spiral başlık, fikstürün üst ucundaki açık mavi kısma geçerek iş parçasının üst kısmını sabitler ve sıkıştırır. Spiral başlığın açık delik çapı, iş parçasının iç çapından 2 mm daha büyüktür ve iş parçası duvar kalınlığı 3 mm olup, 2 mm genişliğinde bir sıkıştırma temas yüzeyi oluşturur. Bu tasarım, kesici takımın iş parçasının iç boşluğunu şekillendirme kabiliyetine müdahale etmez.

 

2. Üst Destek Halkası– Destek halkasının dış mavi duvarı fikstürün üst mavi bölümüyle hizalanırken, iç duvarı iş parçasının dış çapına uyar. Bu, iş parçasının üst ucunun tüm yönlerde (sol, sağ, ön, arka) hareketini önler ve hassas konumlandırma sağlayarak iş parçasının dönme merkezinin her kurulumla tutarlı kalmasını garanti eder.

 

3. İş parçası– İşlenecek iş parçası.

 

4. Fikstür Gövdesi(Şekil 3) – Fikstür gövdesinin alt iç ucunda, iş parçasının alt dış çapına uyan 15 mm derinliğinde kademeli dairesel bir oluk bulunur. Ortadaki mor bölüm, işleme sırasında titreşimi ve çatırtıyı önlemek için fikstür ile parçanın dış duvarı arasındaki boşluğa oturan siyah kauçuk malzemeden yapılmıştır.

 

5. Küçük Durdurma Bloğu– Bu kısım fikstürün temel özelliğidir. Fikstür gövdesinin dış oyuk deliklerine bağlanır ve çıkıntılı kısım iş parçasının Φ26 dairesinin iç duvarına temas eder. Bu hem iş parçasını bloke eder hem de saat yönünde dönüşünü sınırlandırır. Durdurma bloğu aynı zamanda hizalamada da önemli bir rol oynar. Alet saat yönünde döndüğü için iş parçası saat yönünde bir kuvvete maruz kalır ve durdurma bloğu buna karşı koyar. Fikstür gövdesinin vida deliği ve dişli deliği, durdurma bloğunu sıkı bir şekilde sabitleyerek işleme sırasında titreşimi veya yer değiştirmeyi önler. Küçük durdurma bloğu ile iş parçasının Φ26 dairesinin iç duvarı arasındaki etkileşim Şekil 4'te gösterilmektedir.

 

▲ etkileşim

 

Elde Edilen Etki:

 

Bu fikstür, iş parçasının altı serbestlik derecesinin tümünü tamamen kısıtlamak için spiral başlıktan yalnızca minimum eksenel sıkıştırma kuvveti gerektirir. Bu, iş parçasının radyal kuvvetler nedeniyle deforme olmamasını sağlar. Ek olarak, küçük durdurma bloğunun kendisi konumlandırma ve hizalamaya yardımcı olarak iş parçasının dönmesini önlemede kritik bir rol oynar. İş parçası, stabilite için bir destek halkası, ortada titreşim sönümleme için kauçuk malzeme ve konumlandırma için altta 15 mm derinliğinde kademeli dairesel bir oluk ile fikstür içerisinde güvenli bir şekilde konumlandırılmıştır. Sistemin sağlamlığı artırılarak önemli ölçüde daha yüksek kesme parametrelerine olanak sağlanır ve genel üretim verimliliği artar. İyileştirmeden önce bu işlem 30 dakika sürüyordu; İyileştirme sonrasında işlem süresi 15 dakikaya düşürüldü. Ayrıca bu fikstür, iç boşluğun hassas bir şekilde döndürülmesi sırasında da kullanılabilir ve böylece genel üretim maliyetleri azalır.

 

2) İç Boşluğun Kaba ve İnce Tornalanması

İç boşluğun kaba ve hassas tornalanması için tasarlanan fikstür, iç boşluğun hassas frezelenmesiyle aynı prensibi izler. Ancak küçük durdurma bloğu, Şekil 5'te gösterildiği gibi yalnızca iş parçasının dönüşünü sınırlamaya yarar.

 

▲ İç Boşluğun Kaba ve İnce Tornalanması

 

İş parçası spiral başlık tarafından eksenel olarak sıkıştırılır, böylece sıkma kuvvetleri nedeniyle deformasyon önlenir. İç deliği döndürürken iş parçası neredeyse tamamen serbest kalır, böylece işlenmiş deliğin gerekli teknik spesifikasyonları karşılaması sağlanır. İyileştirmeden önce radyal bağlama kuvvetini azaltmak ve deformasyonu önlemek için bağlama kuvvetinin en aza indirilmesi gerekiyordu, bu da kesme parametrelerini azaltıyordu. İyileştirme sonrasında kelepçe deformasyonu konusunda endişelenmenize gerek kalmaz, bu da daha yüksek kesme parametrelerine ve üretim verimliliğinin artmasına olanak tanır. İşlem süresi 35 dakikadan 25 dakikaya düştü.

 

3) Dış Duvar Deliklerinin Hassas Frezelenmesi

 

▲ Hassas Frezeleme

 

Dış duvar deliklerinin hassas frezelenmesine yönelik fikstür Şekil 6'da gösterilmektedir. Fikstür tasarımı, en sağdaki fikstürün ana gövdesine odaklanır:

 

Armatür Tasarımı: Armatür gövdesi sabittir ve dört eksenli döner tablaya hizalanır. Önceden işlenmiş taban delikleri ve giriş yuvaları, işleme sırasında takımın karışmasını önler. Fikstürün açık mor kısmı iş parçasının sağ uçtaki iç deliğiyle aynı hizada olurken, sol taraf iş parçasının iç kare şekline oturarak hizalamayı sağlar ve dönmeyi önler. Üst ve spiral kapaklar takıldıktan sonra fikstür, iş parçasını güvenli bir şekilde konumlandırır ve yeniden konumlandırma ihtiyacını ortadan kaldırır. Fikstür, hafif iş parçası deformasyonunu hesaba katmak ve kolay çıkarmayı sağlamak için fikstür ile iş parçası arasında yaklaşık 0,03 mm'lik bir açıklık uyumuna izin verir.

 

Etkisi: İşleme sırasında iş parçası sabit kalır ve istenmeyen titreşim olmaz, bu da daha yüksek kesme parametrelerine ve gelişmiş hassasiyete olanak tanır. Önceki fikstürle karşılaştırıldığında bu tasarım, kurulum süresini önemli ölçüde azaltır, sistem sağlamlığını artırır ve iş parçasının işleme sırasında sabit kalmasını sağlar. Sonuç olarak toplam işleme süresi 55 dakikadan 35 dakikaya düşürüldü.