Yüzey Kalitesi, Bütünlük ve Düzlük

Yüzey kalitesi, bütünlük ve düzlük, talaşlı imalat süreçlerinin temel çıktılarıdır ve işlenmiş parçaların performansı, dayanıklılığı ve estetik özellikleri üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Yüzey kalitesi, bir yüzeyin pürüzlülüğü, dokusu ve bitiş derecesini ifade eder; yüzey bütünlüğü, yüzeyin altındaki malzemenin mikro yapısal ve mekanik özelliklerini kapsar; düzlük ise, yüzeyin geometrik düzlemselliğini tanımlar. Bu üç unsur, otomotivden havacılığa, medikalden enerji sektörüne kadar geniş bir yelpazede üretilen parçaların işlevselliğini ve güvenilirliğini belirler.

Talaşlı imalat yöntemleri (tornalama, frezeleme, delme, taşlama gibi), kesici takımların malzeme ile etkileşimi sonucu yüzeyler oluşturur; bu süreçte kesme parametreleri, takım geometrisi ve iş parçası malzemesi yüzey özelliklerini etkiler. Yüksek yüzey kalitesi, düşük pürüzlülük ve düzgün bir doku gerektirir; yüzey bütünlüğü, işlem sonrası kalan gerilmeler ve mikro yapısal değişikliklerle şekillenir; düzlük ise, özellikle geniş yüzeylerde, toleransların korunması için kritik öneme sahiptir. Modern endüstride, bu özelliklerin analizi ve optimizasyonu, hem ürün kalitesini artırmak hem de üretim maliyetlerini düşürmek için vazgeçilmezdir.

Bu yazıda, yüzey kalitesinin ölçüm yöntemleri, farklı imalat süreçlerindeki yüzey kalitesi özellikleri, yüzey bütünlüğünü etkileyen faktörler (kalıntı gerilmeler, beyaz tabaka oluşumu, yüzey yanması) ve düzlük ölçümü ile telafi yöntemleri detaylı bir şekilde ele alınacaktır. Örnekler ve karşılaşılan problemlerle desteklenen bu analiz, yüzey kalitesi, bütünlük ve düzlüğün imalat süreçlerindeki önemini ortaya koyacaktır. Bu konular, mühendislik tasarımı ile üretim uygulamalarının kesişim noktasında yer alır ve sürekli gelişen teknolojilerle daha da önem kazanmaktadır.

Yüzey kalitesinin ölçümü, işlenmiş bir yüzeyin pürüzlülüğünü, dokusunu ve diğer özelliklerini nicel olarak değerlendirmek için kullanılan yöntemleri içerir. Bu ölçümler, yüzeyin işlevselliğini (örneğin, sürtünme, sızdırmazlık) ve estetik değerini belirler; aynı zamanda imalat süreçlerinin kontrolü ve optimizasyonu için temel veriler sağlar. Ölçüm yöntemleri, temaslı ve temassız teknikler olarak ikiye ayrılır.

Stylus Ölçümleri

Stylus ölçümleri, yüzey kalitesini değerlendirmenin en yaygın ve geleneksel yöntemidir. Bu teknikte, ince bir iğne (stylus) yüzey üzerinde hareket ettirilir ve yüzeyin mikro düzensizliklerini algılayarak bir profil oluşturur. Ölçüm cihazı (profilometre), bu profili dijital verilere dönüştürür ve pürüzlülük parametrelerini (Ra, Rz, Rt gibi) hesaplar. Ra (ortalama pürüzlülük), yüzeyin merkez hattından sapmaların mutlak ortalamasıdır ve en sık kullanılan parametredir.

Stylus ölçümleri, yüksek doğruluk ve tekrarlanabilirlik sunar; örneğin, bir torna yüzeyinde Ra = 0.8 µm ölçülmesi, finiş işleminin başarısını gösterir. Ancak, yöntemin sınırlamaları vardır; stylus ucunun boyutu (genellikle 2-5 µm), çok küçük pürüzleri algılamayabilir ve temas, hassas yüzeylerde çiziklere yol açabilir. Ölçüm yönü de sonuçları etkiler; kesme izlerine paralel ölçüm, farklı bir Ra değeri verebilir. Bu nedenle, standartlar (ISO 4287 gibi) doğrultusunda ölçüm koşulları dikkatle tanımlanır.

Diğer Yöntemler

Stylus ölçümlerine alternatif olarak temassız yöntemler de yaygınlaşmaktadır. Optik profilometri, lazer veya beyaz ışık interferometri kullanarak yüzeyin 3D haritasını çıkarır; bu, geniş alanların hızlı ve hassas bir şekilde analizini sağlar. Örneğin, bir freze yüzeyinde Ra = 1.2 µm ölçülmesi, optik yöntemle saniyeler içinde doğrulanabilir. Bu yöntem, temas riskini ortadan kaldırır ve karmaşık geometriler için uygundur.

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), yüzey dokusunu mikroskobik düzeyde inceler ve beyaz tabaka gibi yapısal değişiklikleri tespit eder; ancak, genellikle laboratuvar ortamıyla sınırlıdır. Yüzey Tarama Lazerleri, büyük parçaların düzlük ve pürüzlülüğünü ölçmek için kullanılır; örneğin, bir motor bloğunda geniş yüzeylerin analizi bu yöntemle yapılır. Her yöntemin avantajları ve sınırlamaları, ölçüm amacına ve yüzey tipine göre değerlendirilerek seçilir.
 

Tornalama ve delik büyütme, silindirik yüzeyler oluşturmak için kullanılan talaşlı imalat yöntemleridir ve yüzey kalitesi, kesme parametreleri ile takım geometrisine bağlıdır. Tornlamada, iş parçası dönerken sabit bir kesici takım talaş kaldırır; delik büyütmede ise iç yüzeyler işlenir. Her iki süreçte, yüzey pürüzlülüğü (Ra) ve doku, nihai ürünün performansını etkiler.

Tornlamada yüzey kalitesi, ilerleme hızı (f), kesme hızı (Vc) ve takım uç yarıçapı (r) ile ilişkilidir. Teorik olarak, Ra, ilerleme hızının karesi ile uç yarıçapının ters orantılı bir fonksiyonudur:

Ra ≈ f² / (8 × r)

Örneğin, f = 0.2 mm/dev ve r = 0.8 mm ile Ra ≈ 0.00625 mm (6.25 µm) hesaplanır; ancak pratikte titreşim ve aşınma bu değeri artırabilir. Silici geometrili (wiper) uçlar, yüzeyi silerek Ra’yı 0.4 µm’e düşürebilir. Sert tornalama gibi uygulamalarda, PCBN takımlar düşük pürüzlülük sağlar.

Delik büyütmede, iç yüzeylerin kalitesi takım sapmasına ve talaş tahliyesine bağlıdır. Küçük kesme derinlikleri (ap = 0.1-0.5 mm) ve düşük ilerleme, pürüzlülüğü azaltır; titreşim sönümleme barları, sapmayı kontrol ederek Ra’yı 0.6 µm civarında tutar. Soğutma sıvısı, talaş birikimini önler ve yüzey dokusunu iyileştirir; örneğin, bir motor silindirinde bu yöntemle yüksek sızdırmazlık elde edilir.
 

Frezelemede yüzey kalitesi, döner bir kesici takımın iş parçasına aralıklı temas etmesiyle oluşan yüzey dokusunu ve pürüzlülüğünü ifade eder. Frezeleme, düz yüzeyler, oluklar ve karmaşık 3D şekiller oluşturmak için kullanılır; yüzey kalitesi, takım yolu (tool path), kesme parametreleri ve takım geometrisine bağlıdır. Yüzey pürüzlülüğü (Ra), frezeleme türlerine (yüzey frezeleme, parmak frezeleme) göre değişiklik gösterir.

Yüzey frezelemede, geniş bir kesici takım iş parçasını tarar ve düzgün bir yüzey oluşturur. Pürüzlülük, diş başına ilerleme (fz) ve kesici çapına (D) bağlıdır; teorik Ra yaklaşık olarak şu şekilde hesaplanır:

Ra ≈ fz² / (8 × D)

Örneğin, fz = 0.1 mm/diş ve D = 50 mm ile Ra ≈ 0.000025 mm (0.025 µm) olur; ancak titreşim ve takım aşınması bu değeri pratikte 0.8-1.2 µm’e yükseltebilir. Takım yolu yönü (aynı yönlü veya ters yönlü kesme), yüzey dokusunu etkiler; aynı yönlü kesme (climb milling), daha pürüzsüz bir yüzey sağlar.

Parmak frezeleme, oluklar ve konturlar için kullanıldığında, yüzey kalitesi kesme derinliği (ap) ve adım aralığı (stepover) ile şekillenir. Küçük adım aralıkları (örneğin, 0.5 mm), Ra’yı 0.6 µm’e düşürür; ancak işlem süresini uzatır. Bilyalı parmak frezeler, kavisli yüzeylerde düşük pürüzlülük (Ra ≈ 0.4 µm) sunar; bu, havacılıkta türbin kanatları gibi uygulamalarda idealdir. Titreşim, frezelemede yüzey dalgalanmalarına neden olabilir; bu nedenle yüksek hızlı işleme (HSM) ve sabit soğutma sıvısı kullanımı önerilir.

Frezelemede yüzey kalitesini optimize etmek için kaplamalı takımlar (TiAlN) ve düşük ilerleme hızları kullanılır. Örneğin, alüminyumda HSM ile Ra 0.2 µm elde edilebilir; sert çelikte ise bu değer 0.8 µm civarındadır. Analiz, yüzey dokusunu ve pürüzlülüğü öngörerek işlem parametrelerini ayarlamayı sağlar.
 

Delme ve raybalama, silindirik deliklerin oluşturulması ve iyileştirilmesi için kullanılan süreçlerdir; yüzey kalitesi, bu deliklerin iç yüzeylerinin pürüzlülüğü ve doğruluğuyla ölçülür. Delme kaba bir işlemken, raybalama finiş bir süreçtir ve her ikisi de farklı yüzey kalitesi sonuçları üretir.

Delmede yüzey kalitesi, matkap ucu geometrisi (uç açısı, oluk tasarımı), kesme hızı (Vc) ve ilerleme (f) ile belirlenir. Standart burgu matkaplar (118° uç açısı), çelikte Ra = 1.6-3.2 µm aralığında pürüzlülük üretir; bu, talaş oluşumu ve olukların yüzeyi çizmesi nedeniyle yüksektir. Derin delik delmede talaş tahliyesi yetersizliği, yüzeyi bozar; yüksek basınçlı soğutma sıvısı (20 bar) ile Ra 1.2 µm’e düşürülebilir. Kaplamalı matkaplar (TiN), sürtünmeyi azaltarak yüzey kalitesini iyileştirir.

Raybalama, mevcut bir deliği hassaslaştırmak için kullanılır ve çok ağızlı takımlarla düşük pürüzlülük sağlar. Ra, genellikle 0.2-0.8 µm arasındadır; bu, motor silindirleri gibi sızdırmazlık gerektiren uygulamalarda kritik öneme sahiptir. İlerleme hızı (f = 0.05-0.1 mm/dev) ve kesme derinliği (ap = 0.1 mm) düşük tutularak yüzey dokusu optimize edilir. Rayba geometrisi (helisel oluklar), talaş tahliyesini kolaylaştırır ve çizikleri önler; örneğin, alüminyumda Ra 0.3 µm elde edilebilir.

Delme ve raybalamada yüzey kalitesi analizi, işlem parametrelerinin ve takım seçiminin etkilerini değerlendirir. Titreşim ve sapma, her iki süreçte yüzey pürüzlülüğünü artırabilir; bu nedenle tezgah rijitliği ve sabit koşullar önemlidir.
 

Taşlama, aşındırıcı taneciklerle malzeme kaldırarak yüksek yüzey kalitesi elde edilen bir finiş işlemidir. Yüzey pürüzlülüğü, taşlama taşının tane boyutu, bağlayıcı türü ve kesme parametreleriyle şekillenir; Ra değerleri genellikle 0.1-0.8 µm arasındadır. Taşlama, sıkı toleranslar ve pürüzsüz yüzeyler gerektiren parçalar (örneğin, rulmanlar) için idealdir.

Tane boyutu, yüzey kalitesini doğrudan etkiler; küçük taneler (120-180 grit) Ra’yı 0.1-0.2 µm’e düşürürken, büyük taneler (36-60 grit) 0.8 µm civarında pürüzlülük üretir. Bağlayıcı türü (vitrifiye, reçine), taşın aşınma direncini ve kesme performansını belirler; vitrifiye taşlar, hassas işlerde daha pürüzsüz yüzeyler sağlar. Kesme hızı (Vc = 20-30 m/s) ve ilerleme düşük tutularak yüzey yanması önlenir.

Taşlamada yüzey dokusu, taşlama yönüne bağlıdır; çapraz desenler (cross-hatch), yağlama için idealken, tek yönlü izler estetik yüzeyler oluşturur. Soğutma sıvısı, ısıyı kontrol ederek yüzey kalitesini korur; örneğin, çelikte Ra 0.15 µm elde etmek için sıvı akışı artırılır. Analiz, taşlama parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisini değerlendirir ve optimum koşulları belirler.

Taşlama, diğer yöntemlere kıyasla üstün yüzey kalitesi sunar; ancak, termal etkiler ve taş aşınması dikkatle yönetilmelidir. Yüzey kalitesi ölçümleri (stylus veya optik), taşlama sonuçlarını doğrulayarak kalite kontrolünü sağlar.

İşlenmiş Yüzeylerde Kalıntı Gerilmeler

İşlenmiş yüzeylerde kalıntı gerilmeler, talaşlı imalat süreçleri sırasında yüzey ve yüzey altı bölgelerde kalan iç gerilmelerdir. Bu gerilmeler, mekanik yükler (kesme kuvvetleri), termal etkiler (ısı üretimi) ve malzeme deformasyonu nedeniyle oluşur; çekme (tensile) veya basma (compressive) türünde olabilir. Kalıntı gerilmeler, parçanın yorulma ömrü, boyutsal kararlılığı ve korozyon direnci gibi özelliklerini doğrudan etkiler.

Tornalama gibi süreçlerde, yüksek kesme hızları (Vc) ve ilerleme oranları (f), yüzeyde çekme gerilmeleri yaratır; örneğin, çelikte Vc = 200 m/dk ile işleme, 300 MPa çekme gerilmesi üretebilir. Bu, kesme bölgesindeki ısı birikiminden kaynaklanır; soğutma sıvısı kullanımı bu etkiyi %20-30 azaltabilir. Düşük hızlar ve keskin takımlar ise basma gerilmeleri oluşturur; bu, yorulma direncini artırır ve genellikle istenen bir durumdur.

Frezelemede, kesintili kesme nedeniyle termal-mekanik döngüler oluşur; bu, yüzeyde değişken gerilme dağılımları yaratır. Örneğin, sert çelikte parmak frezeleme sırasında 500 MPa çekme gerilmesi ölçülebilir; aynı yönlü kesme (climb milling), gerilmeleri basma yönüne kaydırarak iyileşme sağlar. Taşlamada ise, yüksek ısı üretimi (800-1000°C) çekme gerilmelerini artırır; ancak, uygun soğutma ve düşük ilerleme ile basma gerilmeleri (200 MPa) elde edilebilir.

Kalıntı gerilmeler, X-ışını difraksiyonu (XRD) veya delik delme yöntemiyle ölçülür. XRD, yüzeydeki kristal yapının deformasyonunu analiz ederek gerilme büyüklüğünü (σ) belirler; delik delme ise, yüzeyde açılan küçük bir deliğin çevresindeki deformasyonu ölçer. Örneğin, bir torna yüzeyinde XRD ile 150 MPa basma gerilmesi tespit edilirse, bu, işlem parametrelerinin uygun olduğunu gösterir. Analiz, gerilmelerin kontrolü için kesme koşullarını ve takım seçimini optimize etmeyi amaçlar; bu, parça performansını artırır.

Beyaz Tabaka Oluşumu

Beyaz tabaka, talaşlı imalat sırasında yüzeyde oluşan ince, sert ve kırılgan bir tabakadır; genellikle yüksek sıcaklık ve hızlı soğuma sonucu malzemenin mikro yapısında meydana gelen değişikliklerle karakterizedir. Bu tabaka, adını optik mikroskopta beyaz görünmesinden alır ve sertlik artışı (800-1200 HV) ile birlikte yorulma direncini düşürme gibi olumsuz etkiler yaratır. Beyaz tabaka, özellikle sert tornalama ve taşlama gibi yüksek termal yüklü süreçlerde yaygındır.

Beyaz tabaka oluşumu, iki ana mekanizmayla açıklanır: termal dönüşüm ve mekanik deformasyon. Termal dönüşüm, kesme bölgesinde 700-1000°C’ye ulaşan sıcaklıkların malzeme fazını (örneğin, çelikte martenzit) değiştirmesiyle oluşur; hızlı soğuma bu yapıyı sabitler. Örneğin, sertleştirilmiş çelikte Vc = 150 m/dk ile tornalama, 10-20 µm kalınlığında beyaz tabaka üretebilir. Mekanik deformasyon, yüksek basınç ve plastik akışın yüzeyde yoğun bir tabaka oluşturmasıyla gerçekleşir; bu, taşlamada sık görülür.

Beyaz tabakanın etkileri, parça performansını olumsuz yönde etkileyebilir. Yüksek sertlik, aşınma direncini artırsa da, kırılganlık yorulma çatlaklarını başlatır; örneğin, bir şaftta 15 µm beyaz tabaka, ömrü %30 kısaltabilir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve mikro sertlik testleri, tabakanın kalınlığını ve yapısını analiz eder; XRD ise, tabakadaki gerilmeleri (genellikle 500 MPa çekme) ölçer.

Beyaz tabaka oluşumunu önlemek için kesme hızı düşürülür ve soğutma sıvısı etkin bir şekilde kullanılır; örneğin, Vc = 100 m/dk’ya inmek, tabaka kalınlığını %50 azaltabilir. Keskin takımlar ve düşük ilerleme (f = 0.1 mm/dev), termal yükleri minimize eder. Analiz, bu tabakanın oluşum koşullarını belirleyerek işlem parametrelerini optimize etmeyi hedefler.

Taşlamada Yüzey Yanması

Taşlamada yüzey yanması, yüksek ısı üretimi nedeniyle yüzeyde oluşan renk değişimi, oksidasyon ve mikro yapısal bozulmalardır; bu durum, yüzey kalitesini ve bütünlüğünü ciddi şekilde bozar. Yüzey yanması, genellikle koyu mavi, kahverengi veya siyah lekeler şeklinde görsel olarak fark edilir ve çelik gibi hassas malzemelerde sıkça görülür. Bu sorun, taşlama parametrelerinin yanlış ayarlanmasıyla ortaya çıkar.

Yüzey yanması, kesme bölgesinde 600-1000°C’ye ulaşan sıcaklıkların malzeme yüzeyini oksitlemesi ve temperlenmesine neden olmasıyla oluşur. Örneğin, sert çelikte Vc = 30 m/s ve yetersiz soğutma ile taşlama yapıldığında, yüzeyde 5-10 µm derinliğinde yanık tabaka oluşabilir. Bu tabaka, sertlik kaybına (200-300 HV düşüş) ve çekme gerilmelerine (400 MPa) yol açar; yorulma ömrünü %40’a kadar azaltabilir.

Yanmayı önlemek için soğutma sıvısı akışı artırılır; örneğin, 10 L/dk sıvı kullanımı, sıcaklığı 400°C’ye düşürerek yanmayı engeller. Düşük ilerleme hızları ve uygun tane boyutlu taşlar (120 grit), ısı üretimini azaltır. Yüzey yanmasının tespiti, görsel inceleme ve mikroskobik analizle yapılır; renk değişimi yoksa, yanma olmadığı varsayılır. Analiz, taşlama koşullarını optimize ederek yüzey bütünlüğünü korumayı amaçlar.

Yanma, taşlama taşının aşınmasıyla da ilişkilidir; körelmiş bir taş, daha fazla ısı üretir. Bu nedenle, taş yenileme (dressing) düzenli olarak yapılmalıdır; örneğin, her 20 dakikada bir yenileme, yanma riskini %60 düşürür. Taşlamada yüzey yanması analizi, hem kalite kontrolü hem de proses güvenilirliği için kritik bir adımdır.

Yüzey Düzlüğünün Ölçümü

Yüzey düzlüğü, bir yüzeyin ideal bir düzlemden sapma derecesini ifade eder ve işlenmiş parçaların geometrik toleranslarını değerlendirmek için kritik bir parametredir. Düzlük, özellikle geniş yüzeylerde (motor kapakları, makine tablaları gibi) temas, sızdırmazlık ve montaj hassasiyeti açısından önemlidir. Ölçüm yöntemleri, hem temaslı hem de temassız tekniklerle gerçekleştirilir ve sapma miktarı genellikle mikrometre (µm) cinsinden ifade edilir.

Temaslı ölçüm yöntemleri, düzlük mastarları ve koordinat ölçüm makinelerini (CMM) içerir. Düzlük mastarı, yüzey ile mastar arasında ışık geçirgenliğini kontrol ederek sapmayı görsel olarak değerlendirir; örneğin, 10 µm’lik bir boşluk, standart bir mastarla tespit edilebilir. CMM, yüzey üzerindeki çoklu noktaları tarayarak 3D bir düzlem modeli oluşturur ve maksimum sapmayı hesaplar; bir freze yüzeyinde 20 µm sapma, tolerans dışı olduğunu gösterebilir. Bu yöntemler yüksek doğruluk sağlar, ancak zaman alıcıdır.

Temassız ölçüm yöntemleri, lazer tarayıcılar ve interferometri ile öne çıkar. Lazer tarayıcılar, geniş yüzeyleri hızlı bir şekilde tarar ve sapma haritaları oluşturur; örneğin, bir motor bloğunda 15 µm’lik dalgalanma tespit edilebilir. Beyaz ışık interferometri, yüzeyin mikro düzensizliklerini nanometre düzeyinde analiz eder ve düzlük ile pürüzlülüğü aynı anda ölçer. Bu yöntemler, karmaşık geometriler ve seri üretim için uygundur; ancak, ekipman maliyeti yüksektir.

Düzlük ölçümü, standartlara (ISO 1101 gibi) göre değerlendirilir; tolerans, genellikle yüzeyin en yüksek ve en düşük noktaları arasındaki mesafe (flatness deviation) olarak tanımlanır. Örneğin, bir yüzeyde 50 µm’lik sapma, otomotiv uygulamaları için kabul edilemez olabilir. Ölçüm analizi, düzlük hatalarını belirleyerek telafi stratejilerinin geliştirilmesini sağlar ve parça kalitesini artırır.

Yüzey Frezelemede Düzlük Telafisi

Yüzey frezelemede düzlük telafisi, geniş yüzeylerin işlenmesi sırasında oluşan sapmaları düzeltmek için kullanılan yöntemleri kapsar. Yüzey frezeleme, büyük çaplı kesicilerle düz yüzeyler oluşturur; ancak, takım aşınması, titreşim, termal deformasyon ve tezgah rijitliği gibi faktörler düzlük hatalarına neden olabilir. Telafi yöntemleri, kesme parametrelerini ve tezgah ayarlarını optimize ederek bu hataları minimize etmeyi amaçlar.

Takım Yolu Yönü Telafisi

Takım yolu yönü telafisi, kesme yönünün (aynı yönlü veya ters yönlü) düzlük üzerindeki etkisini ayarlamayı içerir. Aynı yönlü kesme (climb milling), kesiciyi iş parçasına daha yumuşak bir şekilde sokar ve titreşimi azaltır; bu, sapmayı 10-15 µm düşürebilir. Ters yönlü kesme (conventional milling) ise daha fazla titreşim üretir ve dalgalanmalara yol açabilir; örneğin, bir alüminyum plaka 30 µm sapma gösterebilir. Analiz, optimum yönü belirlemek için titreşim frekanslarını (f) ve yüzey dalgalanmalarını değerlendirir.

Kesme Derinliği Telafisi

Kesme derinliği (ap), düzlük hatalarını etkileyen temel bir parametredir. Yüksek kesme derinlikleri (ap = 2-3 mm), kesme kuvvetlerini artırır ve iş parçasında deformasyona neden olur; bu, 20-25 µm sapma yaratabilir. Düşük kesme derinlikleri (ap = 0.5-1 mm), kuvvetleri azaltarak düzlüğü iyileştirir; örneğin, çelikte ap = 0.5 mm ile sapma 5 µm’e düşer. Telafi, birden fazla geçişle kademeli kesme yaparak yüzeyin düzlemselliğini korur.

Takım İlerleme Telafisi

Takım ilerleme telafisi, diş başına ilerleme (fz) ve toplam ilerleme hızının düzlük üzerindeki etkisini ayarlar. Yüksek ilerleme (fz = 0.2 mm/diş), kesici izlerini belirginleştirir ve dalgalanmalara yol açar; Ra 1.2 µm ve sapma 15 µm olabilir. Düşük ilerleme (fz = 0.05 mm/diş), izleri azaltır ve sapmayı 5-10 µm’e düşürür; bu, finiş işlemlerde tercih edilir. CNC programlama ile ilerleme dinamik olarak ayarlanarak düzlük optimize edilir.

Mil-Parça Eğim Telafisi

Mil-parça eğim telafisi, tezgah milinin veya iş parçasının eğiminden kaynaklanan düzlük hatalarını düzeltir. Milin 0.01°’lik bir eğimi, 100 mm’lik bir yüzeyde 17 µm sapma yaratabilir; bu, büyük parçalarda ciddi bir sorundur. Telafi, mil açısını kalibre ederek veya iş parçasını eğimli bir fikstürle hizalı tutarak yapılır. Lazer ölçüm sistemleri, eğimi tespit eder ve telafi için gerçek zamanlı ayarlamalar sağlar.

Yüzey Düzlüğü Telafi Yöntemlerinin Özellikleri

Telafi yöntemlerinin özellikleri, uygulama alanlarına ve etkilerine göre farklılık gösterir. Takım yolu yönü telafisi, titreşim kontrolünde etkilidir ve düşük maliyetlidir; kesme derinliği telafisi, deformasyonu önler ancak işlem süresini uzatır. İlerleme telafisi, yüzey dokusunu iyileştirir ve CNC ile kolayca uygulanır; mil-parça eğim telafisi ise yüksek hassasiyet gerektirir ve ekipman kalibrasyonu ister. Her yöntem, düzlük toleranslarını (örneğin, 10 µm) korumak için birbiriyle entegre edilebilir; analiz, bu yöntemlerin etkinliğini simülasyon ve ölçümle doğrular.

Örnekler

Yüzey kalitesi, bütünlük ve düzlük analizinin pratik uygulamalarını anlamak için çeşitli örnekleri incelemek, teorik bilgilerin gerçek dünya senaryolarına nasıl uyarlandığını gösterir. Bu örnekler, farklı süreçlerin yüzey özelliklerini ve telafi yöntemlerini ortaya koyar.

Tornalama - Çelik Şaft: Bir çelik şaft, Vc = 150 m/dk, f = 0.2 mm/dev ve r = 0.8 mm ile tornalanır. Stylus ölçümü, Ra = 0.8 µm ve XRD, 200 MPa basma gerilmesi gösterir; bu, yorulma direnci için uygundur. Ancak, yüksek hızda (Vc = 250 m/dk) beyaz tabaka (10 µm) oluşur; soğutma sıvısı ile bu etki %50 azalır. Yüzey kalitesi, finiş tornalama ile optimize edilir.

Frezeleme - Alüminyum Motor Kapağı: Bir alüminyum kapak, yüzey frezeleme ile işlenir; fz = 0.1 mm/diş, D = 100 mm ve aynı yönlü kesme kullanılır. Optik profilometri, Ra = 0.6 µm ve lazer tarayıcı, 15 µm düzlük sapması ölçer. Kesme derinliği telafisi (ap = 0.5 mm) ile sapma 5 µm’e düşer; soğutma sıvısı, çekme gerilmelerini 100 MPa azaltır.

Delme ve Raybalama - Paslanmaz Çelik Plaka: Paslanmaz çelikte 10 mm’lik bir delik, TiN kaplamalı matkapla (Vc = 20 m/dk, f = 0.1 mm/dev) delinir; Ra = 2.5 µm ölçülür. Raybalama ile (f = 0.05 mm/dev), Ra 0.4 µm’e düşer ve delik toleransı H7’ye ulaşır. Titreşim sönümleme, yüzey çiziklerini %70 azaltır.

Taşlama - Sertleştirilmiş Çelik Rulman: Sert çelik, 120 grit vitrifiye taşla (Vc = 25 m/s) taşlanır; Ra = 0.15 µm ve 150 MPa basma gerilmesi elde edilir. Ancak, yetersiz soğutma ile yüzey yanması (5 µm derinlik) oluşur; sıvı akışı 15 L/dk’ya çıkarılarak yanma önlenir. SEM analizi, yüzey bütünlüğünü doğrular.

Bu örnekler, yüzey kalitesi, gerilmeler ve düzlüğün süreçlere özgü etkilerini gösterir. Ölçüm ve telafi yöntemleri, parça performansını ve kalitesini artırır.

Problemler

Yüzey kalitesi, bütünlük ve düzlükle ilgili problemler, imalat süreçlerinde sıkça karşılaşılan zorlukları içerir; bu sorunların analizi ve çözümü, proses optimizasyonunu gerektirir. Aşağıda yaygın problemler ve çözüm yaklaşımları ele alınacaktır.

Yüksek Pürüzlülük: Frezelemede fz = 0.2 mm/diş ile Ra = 1.8 µm ölçülür; bu, montaj yüzeyleri için kabul edilemezdir. Çözüm, fz’yi 0.05 mm/diş’e düşürmek ve silici uç kullanmaktır; Ra 0.4 µm’e iner. Titreşim analizi, takım sapmasını kontrol eder.

Beyaz Tabaka Oluşumu: Sert tornalamada (Vc = 200 m/dk), 15 µm beyaz tabaka oluşur ve yorulma ömrü %25 azalır. Hız 120 m/dk’ya düşürülür ve soğutma artırılır; tabaka kalınlığı 5 µm’e iner. XRD, gerilmeleri izleyerek optimizasyonu doğrular.

Yüzey Yanması: Taşlamada yetersiz sıvı (5 L/dk), çelikte yanma ve 300 MPa çekme gerilmesi yaratır. Sıvı akışı 20 L/dk’ya çıkarılır; yanma ortadan kalkar ve gerilmeler 100 MPa basma yönüne döner. Taş yenileme sıklığı artırılarak sorun önlenir.

Düzlük Sapması: Yüzey frezelemede 200 mm’lik bir plaka, 40 µm sapma gösterir; bu, sızdırmazlık için yetersizdir. Mil eğim telafisi (0.005° ayarlama) ve ap = 0.5 mm ile sapma 10 µm’e düşer. Lazer ölçüm, telafiyi doğrular.

Çekme Gerilmeleri: Delmede yüksek hız (Vc = 30 m/dk), 400 MPa çekme gerilmesi üretir ve korozyon riskini artırır. Hız 15 m/dk’ya düşürülür ve kaplamalı matkap kullanılır; gerilmeler 150 MPa basma yönüne kayar. XRD ile kontrol edilir.

Titreşim İzleri: Parmak frezeleme, yüzeyde dalgalanmalar (Ra = 2 µm) bırakır. Takım çıkıntısı kısaltılır ve hız %20 düşürülür; Ra 0.8 µm’e iner. Dinamik analiz, titreşim frekanslarını minimize eder.

Bu problemler, yüzey özelliklerinin karmaşıklığını yansıtır. Ölçüm teknikleri, simülasyonlar ve telafi yöntemleri, bu sorunları çözerek imalat kalitesini artırır; modern teknolojiler, daha güvenilir çözümler sunar.