Metal Dişli İşleme

Dişli işleme, mekanik güç aktarım sistemlerinin temel bileşenleri olan dişlilerin üretimini kapsayan özel bir talaşlı imalat alanıdır. Dişliler, otomotiv şanzımanlarından endüstriyel makinelere, havacılık sistemlerinden enerji üretimine kadar geniş bir yelpazede kullanılır; bu nedenle, dişli üretiminde hassasiyet, dayanıklılık ve verimlilik kritik öneme sahiptir. Dişli işleme, diş profilinin doğru geometrisini oluşturmayı, yüzey kalitesini optimize etmeyi ve malzeme özelliklerini korumayı amaçlar; bu süreç, hem kaba işleme hem de finiş işlemleriyle gerçekleştirilir.

Dişli işleme yöntemleri, dişlinin tipine, boyutuna, malzeme özelliklerine ve kullanım amacına bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Geleneksel yöntemler (örneğin, frezeleme, vargel) ile modern CNC tabanlı teknolojiler (örneğin, beş eksenli işleme, taşlama) bir arada kullanılır; her yöntem, kendine özgü avantajlar ve sınırlamalar sunar. Dişli üretiminde doğruluk, mikrometre (µm) düzeyinde toleranslarla ölçülür; örneğin, bir otomotiv dişlisinde 10 µm’lik bir sapma, gürültü veya aşınma sorunlarına yol açabilir.

Bu yazıda, dişli türleri ve geometrisi, paralel eksenli dişliler için diş işleme yöntemleri, konik ve hipoid dişli üretimi, beş eksenli işleme teknikleri ve diş yüzeyi finiş yöntemleri detaylı bir şekilde ele alınacaktır. Her bir yöntem, teknik özellikleri, uygulama alanları ve optimizasyon stratejileriyle incelenecek; bu analiz, dişli işlemenin mühendislik uygulamalarındaki rolünü ve gelişimini ortaya koyacaktır. Dişli işleme, mekanik sistemlerin performansını doğrudan etkileyen bir sanat ve bilim dalıdır.
 

Dişli türleri ve geometrisi, dişli tasarımının temelini oluşturur; bu özellikler, güç aktarım verimliliğini, yük kapasitesini ve üretim yöntemini belirler. Dişliler, işlevsel gereksinimlere göre farklı tiplere ayrılır ve her tip, kendine özgü geometrik standartlarla tanımlanır.

Dişli Türleri

Dişliler, eksen düzenine ve diş profiline göre sınıflandırılır. Düz dişliler (spur gears), paralel eksenler arasında güç aktarır ve basit bir tasarıma sahiptir; motorlarda ve pompalar gibi sistemlerde yaygındır. Helisel dişliler (helical gears), eğimli dişleriyle daha yumuşak ve sessiz bir aktarım sağlar; otomotiv şanzımanlarında tercih edilir. Konik dişliler (bevel gears), kesişen eksenlerde (genellikle 90°) çalışır; diferansiyel sistemlerde kullanılır. Hipoid dişliler, konik dişlilere benzer ancak eksenler kesişmez; bu, daha yüksek tork kapasitesi sunar ve ağır araçlarda yaygındır.

Solucan dişliler (worm gears), büyük hız düşürme oranları için idealdir; bir solucan vidası ve eşleşen dişli çarkından oluşur. Planet dişliler, kompakt bir yapıda yüksek tork sağlar; hibrit araçların transmisyonlarında kullanılır. Her dişli tipi, işleme yöntemini etkiler; örneğin, helisel dişliler daha karmaşık bir kesme geometrisi gerektirir.

Dişli Geometrisi ve Doğruluk Sınıfları

Dişli geometrisi, diş profili (involüt), modül (m), diş sayısı (z), basınç açısı (α) ve diş genişliği gibi parametrelerle tanımlanır. Modül, diş boyutunu belirler; örneğin, m = 2 mm, 20 mm çaplı bir dişlide 10 diş anlamına gelir. Basınç açısı (genellikle 20°), yük dağılımını etkiler; daha yüksek açılar, daha fazla dayanım sağlar. Diş derinliği ve profil kayması, temas oranını optimize eder.

Doğruluk sınıfları, dişli üretiminin hassasiyetini standartlara (ISO 1328, AGMA) göre sınıflandırır. Sınıf 3-4, yüksek hassasiyetli havacılık dişlileri için gereklidir; profil sapması 5 µm’den azdır. Sınıf 6-7, otomotiv dişlilerinde yaygındır; 10-15 µm tolerans kabul edilir. Sınıf 10, düşük hassasiyetli endüstriyel uygulamalar içindir; 50 µm sapma tolere edilir. Geometri ve doğruluk, işleme yönteminin seçimini ve kontrolünü yönlendirir; analiz, dişli performansını optimize eder.
 

Paralel eksenli dişliler (düz ve helisel), güç aktarımında en yaygın kullanılan türlerdir; bu dişlilerin işlenmesi, farklı yöntemlerle gerçekleştirilir. Her yöntem, üretim hacmi, doğruluk ve malzeme özelliklerine göre seçilir.

Vargel 

Vargel, düz dişlilerin iç dişlerini (spline) veya dış dişlerini hızlı bir şekilde işlemek için kullanılan bir yöntemdir. Vargel bıçağı, tek bir geçişte tüm diş profilini keser; örneğin, bir şaftta 20 diş, 10 saniyede tamamlanabilir. Yüksek verimlilik sunar; ancak, yalnızca düz profillerle sınırlıdır ve helisel dişliler için uygun değildir. Doğruluk, sınıf 6-7 civarındadır; yüzey pürüzlülüğü (Ra) 1.6-3.2 µm’dir.

Form Frezeleme 

Form frezeleme, diş profilini özel bir freze bıçağıyla keser; her diş boşluğu ayrı ayrı işlenir. Düşük hacimli üretimde kullanılır; örneğin, bir düz dişlide 30 diş, 15 dakikada tamamlanabilir. Doğruluk, takım aşınmasına bağlıdır; sınıf 8-9 elde edilir ve Ra ≈ 3.2 µm’dir. Helisel dişliler için açı ayarlı bıçaklar gerekir; bu, maliyeti artırır.

Tarak açma

Tarak açma, en yaygın dişli işleme yöntemidir; tarak bıçağı (hob), diş profilini sürekli bir hareketle keser. Düz ve helisel dişliler için uygundur; örneğin, bir helisel dişli (m = 3, z = 40) 5 dakikada işlenir. Doğruluk, sınıf 6-8’e ulaşır; Ra ≈ 1.6 µm’dir. Yüksek verimlilik ve esneklik sunar; CNC taraklama tezgahları, hassasiyeti artırır.

Şekil Verme 

Şekil verme, paralel eksenli dişlilerin (düz ve helisel) dişlerini bir şekil verme bıçağıyla keserek oluşturan bir yöntemdir. Bıçak, diş profilini taklit eder ve ileri-geri hareketle her diş boşluğunu ayrı ayrı işler; bu, özellikle iç dişliler (örneğin, şanzıman halka dişlileri) için uygundur. Örneğin, bir iç dişlide (m = 2, z = 50), işlem 20 dakikada tamamlanabilir. Doğruluk, sınıf 6-7 civarındadır; yüzey pürüzlülüğü (Ra) 1.6-2.5 µm’dir.

Şekil verme, taraklamaya göre daha yavaş olsa da, iç dişlilerde ve küçük hacimli üretimde avantaj sağlar. Helisel dişliler için bıçak açısı ayarlanabilir; bu, esnekliği artırır. Ancak, bıçak aşınması doğruluğu etkileyebilir; düzenli bakım gereklidir. CNC şekil verme tezgahları, hassasiyeti sınıf 5’e yükseltebilir; bu, yüksek kaliteli uygulamalar için idealdir.

Katıdan Form Taşlama 

Katıdan form taşlama, dişli boşluğundan diş profilini doğrudan taşlayarak oluşturan bir kaba işleme yöntemidir; genellikle ısıl işlem öncesi uygulanır. Taşlama taşı, diş profilini tam olarak şekillendirir; örneğin, bir düz dişlide (m = 4, z = 30), işlem 30 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 7-8’e ulaşır; Ra ≈ 2.5-3.2 µm’dir.

Bu yöntem, taraklama veya frezelemeye alternatif olarak kullanılır; yüksek malzeme kaldırma oranı sunar ve büyük dişliler için etkilidir. Helisel dişliler için özel taşlama taşları gerekir; bu, maliyeti artırabilir. Katıdan form taşlama, finiş taşlamaya hazırlık olarak tercih edilir; yüzey kalitesi,后续 işlemlerle iyileştirilir. Analiz, yöntemin verimliliğini ve sınırlamalarını değerlendirir.

H4 Konik ve Hipoid Dişli İşleme 

Konik ve hipoid dişliler, kesişen veya kesişmeyen eksenler arasında güç aktarımı için kullanılır; bu dişlilerin işlenmesi, karmaşık geometrileri nedeniyle özel yöntemler gerektirir. Konik dişliler genellikle 90°’lik açılarla çalışırken, hipoid dişliler eksen kaymasıyla daha yüksek tork kapasitesi sunar. İşleme yöntemleri, diş profilinin doğruluğunu ve temas alanını optimize etmeyi amaçlar.

Çevresel Frezeleme

Çevresel frezeleme, konik dişlilerin dişlerini bir freze bıçağıyla çevresel olarak keserek oluşturan bir yöntemdir. Bıçak, diş profilini adım adım işler; örneğin, bir konik dişlide (m = 3, z = 20), her diş 1-2 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 8-9 civarındadır; Ra ≈ 3.2 µm’dir. Bu yöntem, düşük hacimli üretimde ve prototip yapımında kullanılır.

Çevresel frezeleme, basit bir kurulum sunar; ancak, her dişin ayrı işlenmesi verimliliği düşürür. Hipoid dişliler için açı ayarları karmaşıktır; bu, özel tezgahlar gerektirir. Yüzey kalitesi, finiş işlemleriyle (örneğin, taşlama) iyileştirilir; analiz, yöntemin pratikliğini ve sınırlamalarını ortaya koyar.

Yüzey Frezeleme

Yüzey frezeleme, konik dişlilerin dişlerini geniş çaplı bir kesiciyle yüzeyden keserek oluşturan bir yöntemdir; genellikle Gleason veya Oerlikon sistemleriyle uygulanır. Kesici, diş profilini tek bir geçişte şekillendirir; örneğin, bir konik dişlide (m = 5, z = 25), işlem 10 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 6-7’ye ulaşır; Ra ≈ 1.6-2.5 µm’dir.

Bu yöntem, yüksek verimlilik ve hassasiyet sunar; otomotiv diferansiyellerinde yaygındır. Hipoid dişliler için eksen kayması ayarlanabilir; bu, temas oranını optimize eder. Takım aşınması, doğruluğu etkileyebilir; düzenli kalibrasyon gereklidir. Yüzey frezeleme, seri üretimde tercih edilir; analiz, yöntemin endüstriyel avantajlarını değerlendirir.

Yüzey Tarak Açma

Yüzey taraklama, konik ve hipoid dişlilerin dişlerini sürekli bir kesme hareketiyle işleyen bir yöntemdir; kesici, taraklama bıçağına benzer şekilde çalışır ve diş profili dinamik olarak oluşturulur. Örneğin, bir hipoid dişlide (m = 4, z = 30), işlem 8 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 5-6’ya ulaşır; Ra ≈ 1.6 µm’dir.

Yüzey taraklama, kesintisiz diş teması sağlar; bu, gürültüyü ve aşınmayı azaltır. Hipoid dişlilerde eksen kayması, yüksek tork kapasitesini destekler; otomotiv ve ağır makinelerde idealdir. CNC kontrollü tezgahlar, hassasiyeti artırır; ancak, karmaşık takım tasarımı maliyeti yükseltir. Analiz, yüzey taraklamanın üstün performansını ve uygulama alanlarını inceler.
 

Beş eksenli dişli işleme, CNC tezgahlarının çok yönlü hareket kabiliyetini kullanarak dişlilerin karmaşık geometrilerini yüksek hassasiyetle üretmeyi sağlayan modern bir yöntemdir. Bu teknik, hem paralel eksenli hem de konik dişlilerin işlenmesinde kullanılır; esneklik, doğruluk ve tek kurulumda birden fazla işlem yapma avantajı sunar. Beş eksenli işleme, geleneksel yöntemlerin sınırlamalarını aşarak özel uygulamalar ve prototipler için idealdir.

Paralel Eksenli Dişliler

Paralel eksenli dişliler (düz ve helisel), beş eksenli CNC tezgahlarında frezeleme veya taşlama ile işlenebilir. Bir parmak freze veya bilyalı uçlu kesici, diş profilini (involüt) adım adım oluşturur; örneğin, bir helisel dişlide (m = 3, z = 40), işlem 15 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 5-6’ya ulaşır; yüzey pürüzlülüğü (Ra) 0.8-1.6 µm’dir.

Bu yöntem, tarak çama veya şekil vermeye alternatif olarak küçük hacimli üretimde kullanılır; helisel açılar, eksen eğimiyle kolayca ayarlanır. CNC programlama, diş profilini tam olarak takip eder; örneğin, bir dişlinin profil sapması 5 µm içinde tutulur. Beş eksenli işleme, takım erişimini optimize ederek iç dişlilerde bile yüksek hassasiyet sağlar; ancak, işlem süresi ve maliyet, seri üretime kıyasla daha yüksektir. Analiz, yöntemin esnekliğini ve sınırlamalarını değerlendirir.

Konik Dişliler

Konik dişliler, beş eksenli işleme ile kavisli diş profilleri ve kesişen eksenler için uygundur; bu yöntem, yüzey frezeleme veya taraklamaya alternatif olarak kullanılır. Kesici, diş yüzeyini 3D bir yol izleyerek şekillendirir; örneğin, bir konik dişlide (m = 4, z = 25), işlem 20 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 4-5’e ulaşır; Ra ≈ 0.8 µm’dir.

Beş eksenli işleme, hipoid dişliler için de uyarlanabilir; eksen kayması, CNC kontrolüyle hassas bir şekilde ayarlanır. Havacılıkta kullanılan özel konik dişliler, bu yöntemle tek kurulumda işlenir; temas alanı %95’e kadar optimize edilir. Ancak, karmaşık programlama ve yüksek takım maliyeti gerektirir. Analiz, beş eksenli işlemenin konik dişlilerdeki üstün performansını ve uygulama alanlarını inceler.
 

Diş yüzeyi finiş yöntemleri, dişli işleme sonrası yüzey kalitesini iyileştirmek, doğruluğu artırmak ve performansı optimize etmek için kullanılır. Bu işlemler, kaba işleme sonrası diş profilini düzelterek gürültüyü azaltır, aşınma direncini artırır ve temas verimliliğini iyileştirir.

Tıraşlama

Tıraşlama, kaba işlenmiş dişlilerin yüzeyini bir tıraşlama bıçağıyla düzelten bir finiş yöntemidir; bıçak, dişliyle senkronize dönerek ince talaş kaldırır. Örneğin, bir helisel dişlide (m = 2, z = 50), işlem 5 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 6’dan 4’e yükselir ve Ra 0.4-0.8 µm’e düşer.

Bu yöntem, ısıl işlem öncesi uygulanır; düşük maliyetli ve yüksek verimlidir. Tıraşlama, profil sapmalarını 5-10 µm düzeltebilir; otomotiv şanzımanlarında yaygındır. Ancak, sertleştirilmiş dişliler için uygun değildir; bu durumda alternatif finiş yöntemleri tercih edilir. Analiz, tıraşlamanın pratikliğini ve sınırlamalarını ortaya koyar.

Skiving (Sert Finiş)

Skiving, hem kaba hem de finiş işleme için kullanılan bir yöntemdir; özellikle ısıl işlem sonrası sertleştirilmiş dişlilerin (40-60 HRC) işlenmesinde etkilidir. Skiving bıçağı, dişliyle belirli bir açıda çalışarak diş profilini keser; bu, yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi sağlar.

Skiving: Sert Yeniden Kesme Süreçleri

Sert yeniden kesme, ısıl işlem sonrası dişlilerin profilini düzeltmek için skiving’in bir alt dalıdır. Karbür veya CBN kaplamalı bıçaklar kullanılır; örneğin, bir düz dişlide (m = 3, z = 30), işlem 10 dakikada tamamlanır. Doğruluk, sınıf 3-4’e ulaşır; Ra ≈ 0.4 µm’dir.

Bu süreç, taşlamaya alternatif olarak hızlı ve esnek bir çözüm sunar; profil sapmaları 3-5 µm içinde düzeltilir. Otomotiv ve endüstriyel dişlilerde yaygındır; ancak, bıçak aşınması maliyeti artırabilir. CNC skiving tezgahları, hassasiyeti optimize eder; analiz, sert yeniden kesmenin avantajlarını ve zorluklarını değerlendirir.

Skiving: Diğer Süreçler

Skiving’in diğer süreçleri, sert yeniden kesmenin ötesinde, farklı malzeme ve uygulamalara yönelik varyasyonları içerir. Örneğin, yumuşak dişlilerin (ısıl işlem öncesi) hızlı finişi için skiving kullanılabilir; bu, tıraşlamaya alternatif bir yöntemdir. Karbür bıçaklarla, bir helisel dişlide (m = 2, z = 40), işlem 8 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 5-6’ya ulaşır ve Ra ≈ 0.8 µm’dir.

Bu süreç, esnekliğiyle öne çıkar; diş profilindeki küçük sapmalar (5-10 µm) düzeltilir ve burr oluşumu minimize edilir. Ayrıca, hibrit skiving (kaba ve finiş bir arada), üretim süresini %30 kısaltabilir; otomotiv prototiplerinde yaygındır. Ancak, bıçak tasarımı ve CNC programlama karmaşıklığı maliyeti artırır. Analiz, skiving’in diğer süreçlerinin pratikliğini ve uygulama alanlarını değerlendirir; bu, yöntemin çok yönlülüğünü gösterir.

Taşlama

Taşlama, dişli yüzeylerini en yüksek hassasiyetle finiş yapan bir yöntemdir; ısıl işlem sonrası sertleştirilmiş dişliler (50-60 HRC) için idealdir. Taşlama, profil doğruluğunu artırır, yüzey pürüzlülüğünü düşürür ve temas alanını optimize eder; havacılık ve yüksek performanslı şanzımanlarda standarttır.

Form Taşlama

Form taşlama, diş profilini tam olarak şekillendiren bir taşlama taşıyla gerçekleştirilir; her diş boşluğu ayrı ayrı işlenir. Örneğin, bir düz dişlide (m = 3, z = 25), işlem 15 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 3-4’e ulaşır ve Ra ≈ 0.2-0.4 µm’dir. Bu yöntem, taraklama sonrası sapmaları (5-8 µm) düzeltir.

Form taşlama, yüksek hassasiyet sunar; ancak, yavaş bir süreçtir ve seri üretimde verimliliği düşüktür. Özel taşlama taşları (CBN veya alüminyum oksit) kullanılır; bu, maliyeti artırabilir. Analiz, form taşlamanın üstün yüzey kalitesini ve sınırlamalarını inceler; bu, özel uygulamalar için tercih edilir.

İndeksleme Üretim Taşlama

İndeksleme üretim taşlama, dişliyi adım adım döndürerek ve taşlama taşıyla sürekli bir üretim hareketi yaparak diş profilini şekillendirir. Örneğin, bir helisel dişlide (m = 4, z = 30), işlem 12 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 3’e ulaşır ve Ra ≈ 0.4 µm’dir. Bu yöntem, taraklamaya benzer bir prensiple çalışır; taşlama taşı, diş profilini dinamik olarak oluşturur.

Bu süreç, orta hacimli üretimde etkilidir; profil sapmaları 3-5 µm içinde düzeltilir. CBN taşlar, yüksek hızda (Vc = 50 m/s) çalışarak verimliliği artırır; ancak, tezgah kalibrasyonu kritik öneme sahiptir. Analiz, indeksleme taşlamanın hassasiyet ve verim dengesini değerlendirir; bu, endüstriyel uygulamalarda yaygındır.

Sürekli Üretim Taşlama

Süreklilik üretim taşlama, dişli ve taşlama taşının kesintisiz senkronize hareketiyle diş profilini işler; bu, yüksek hacimli üretim için optimize edilmiştir. Örneğin, bir düz dişlide (m = 2, z = 50), işlem 6 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 2-3’e ulaşır ve Ra ≈ 0.2 µm’dir. Taşlama taşı (solucan tipi), dişliyle sürekli temas halindedir.

Bu yöntem, otomotiv şanzımanlarında standarttır; profil doğruluğu 2-3 µm’dir ve gürültü azalır. Yüksek hızlı CNC tezgahları ve CBN taşlar, verimliliği maksimize eder; ancak, ilk yatırım maliyeti yüksektir. Analiz, sürekli taşlamanın seri üretimdeki üstünlüğünü ve ekonomikliğini inceler; bu, yüksek performanslı dişliler için idealdir.

Honlama

Honlama, diş yüzeylerini aşındırıcı bir honlama taşıyla parlatır; bu, taşlamaya alternatif bir finiş yöntemidir. Örneğin, bir helisel dişlide (m = 3, z = 35), işlem 10 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 4-5’e ulaşır ve Ra ≈ 0.2-0.4 µm’dir. Honlama, mikro düzeyde düzeltmeler (2-5 µm) yapar ve yüzey dokusunu iyileştirir.

Bu yöntem, gürültü azaltma ve yağlama performansı için otomotivde yaygındır; düşük talaş kaldırma oranı sunar. Honlama taşları (seramik veya elmas), malzeme sertliğine göre seçilir; bu, maliyeti optimize eder. Analiz, honlamanın yüzey kalitesindeki etkisini ve sınırlamalarını değerlendirir; bu, orta hassasiyetli uygulamalar için uygundur.

Lepleme (Lapping)

Lepleme, diş yüzeylerini aşındırıcı bir macunla karşılıklı sürtünme yoluyla finiş yapar; dişli çifti birlikte çalıştırılarak işlenir. Örneğin, bir konik dişli çifti (m = 4, z = 20), 15 dakikada tamamlanır; doğruluk sınıf 4’e ulaşır ve Ra ≈ 0.2 µm’dir. Lepleme, temas alanını %90’a kadar optimize eder.

Bu yöntem, gürültü ve titreşimi azaltır; hassas konik dişlilerde yaygındır. Ancak, yavaş bir süreçtir ve yalnızca eşleşen çiftler için uygundur. Analiz, leplemenin temas performansındaki etkisini ve pratikliğini inceler; bu, özel uygulamalar için tercih edilir.