Takım Tezgahları modent imalat yönetmleri - ultrasonik işleme TAKIM TEZGAHLARI BÖLÜM 13 ALIŞILMAMIŞ İMALAT YÖNTEMLERİ (MODERN TEZGAHLAR) ULTRASONİK İŞLEME Öğr.Gör. Ömer ERKANULTRASONİK KAVRAMI • Ultrason, insan kulağının işitemeyeceği kadar yüksek frekanslı ses dalgalarına verilen addır. • Duyulabilir ses frekansı 20- 20.000 Hz aralığındadır. Ultrasonik ses dalgaları ise 20.000 Hertz’in üzerindedir. • İnce sesin frekansı fazla, kalın sesin frekansı azdır. Sesin genliği şiddeti ile ilgilidir. USM için yüksek frekans ve düşük genlik gere 2Ultrasonik-Desibel İlişkisi • Desibel (dB), belirli bir referans güç ya da miktar seviyeye olan oranı belirten genelde ses şiddeti için kullanılan logaritmik ve boyutsuz bir birimdir. • Desibelin yaygın olarak ses şiddeti birimi olduğu sanılır ama ses şiddeti karşılaştırmalarında da kullanılabilen bir karşılaştırmadır. • Desibel alışılmışın dışında bir birimdir. Birçok ölçümde onun bir ölçü birimi olduğundan şüpheye düşülmektedir. • Desibel göreceli sonuçlar verir. Bu yüzden desibel ile ifade edilen sayılarla, aritmetik işlemler yapmak yanıltıcı olabilmektedir. 3Ultrasonik-Desibel İlişkisi Desibel pascal cinsinden ifade edilirse; • 0,00002 Pascal ------------------- 0 dB SPL = Duyma Eşiği • 0,0002 Pascal -------------------- 20 dB SPL = Yaprak Hışırtıları • 0,002 Pascal --------------------- 40 dB SPL = Oda (gece) • 0,02 Pascal ------------------------60 dB SPL = Konuşma • 0,2 Pascal ------------------------- 80 dB SPL = Sokak Gürültüsü • 2 Pascal -------------------------- 100 dB SPL = Fabrika Gürültüsü • 20 Pascal ------------------------ 120 dB SPL = Rock Müzik Gürültüsü 80 dB ve üstündeki gürültü, insana fizyolojik ve psikolojik olarak zarar vermektedir . 4Ultrasonik-Desibel İlişkisi • Ultrasonik İşlemede iş parçası yüzeyine yaklaşık ; • 7000 atm = 72,3 kgf/mm2 = 709275 kPa basınç uygulanır . • Desibel üstte görüldüğü üzere logaritmik olarak arttığı, aritmetik işlem yapmaya elverişli olmadığı ve insan kulağının da bir üst duyma limiti olduğu için ultrasonik işleme desibel cinsinden ifade edilmemektedir . • Ancak ultrasonik işlemedeki yaklaşık 700000 kPa lık basınç, fabrika gürültüsü için verilen yaklaşık 2 Pa lık basınç ile karşılaştırıldığında, büyüklük hakkında bir fikir vermektedir . 5ULTRASONİK KAVRAMI • Bir güç jeneratörü vasıtasıyla 120/240 V ve 50/60 Hz alternatif akımlı şebeke elektriği, 20.000 Hz titreşimli yüksek frekanslı doğru akıma çevrilir . • Bu yüksek frekans dönüştürücüler (transducer) tarafından algılanıp mekanik enerjiye dönüştürülür . 6Ultrasonik işlemenin imalat yöntemlerindeki konumu 7Ultrasonik İşleme (USM) • Ultrasonik İşleme Tekniği, bir akışkan içinde; takım ve iş parçası arasında bulunan aşındırıcı malzemelerin,takımın yaklaşık 20.000 d/s titreşmesine bağlı olarak iş malzemesini aşındırmasıdır . 8Ultrasonik İşleme (USM) • Oluşturulan titreşim sayesinde istenilen geometriler iş parçasına üzerine işlenebilmektedir . • Ultrasonik İşleme (USM) tekniği ile işlenen parçalarda 0.025 - 0.001mm arasında hassasiyet sağlanabilmektedir 9USM’nin Geçmişi • Ultrasonik teknolojinin kökleri Pierre Curie’nin, 1880 li yıllarda yaptığı piezoelektrik araştırmalara uzanır. • 1920 li yıllarda bu teknik, henüz endüstriye girmemekle beraber tanınmaya başlanmıştır • Ultrasonik İşleme Tekniği, ilk olarak 1950 li yıllarda EDM ile işlenen yüzeylerin son bitirme işlemlerinde kullanılmaya başlanmıştır. • Son yirmi yılda bu işleme tekniğininkullanım alanı giderek artmıştır. 10Ultrasonik İşleme (USM) • Ultrasonik İşleme’de; takım,işleme hızına bağlı olarak iş parçası • içinde ilerler. Takım ve bağlantı kalıbı,manyetik başa bağlı olarak • 0.001-0.07mm genlikte ve 19.000-25.000 d/s frekansta titreşir. • Aşındırıcı parçacıklar da 0.025-0.1mm dolayındaki takım ile iş parçası arasına akışkan içinde gönderilir. 11Ultrasonik İşleme (USM) • Bağlama kalıbı genellikle monel (aside dayanıklı) ya da paslanmaz çelikten yapılmıştır .Takım ise düşük karbonlu ya da paslanmaz çelikte seçilir . • Aşındırıcı parçacıklar da sıvı bir pompa ile devamlı yenilenir .Sıcaklık,soğutmayı sağlamak amacı ile,2-5 ºC seviyesinde tutulur . 12USM Kullanım Alanları • Ultrasonik İşleme, konvansiyonel yöntemlerle imkansız ya da çok güç olan alanlarda büyük bir üstünlük sağlar . • Tercihen küçük boyutlu ve özel amaçlı gevrek malzemelerde kullanılmaktadır . • Uygulama alanına hemen hemen bütün malzeme ve iş türleri girer 13USM Kullanım Alanları • Basma kalıpları ,ekstrüzyon tel çekme kalıpları • Bazı özel hallerde çelik işlemede (pafta imali gibi). • Sert malzeme ya da cermet uçlu kesiciler • Sert ve aşırı kırılgan germanyum ve silikon işleme • Optik aletler • Elektronik sanayii (seramik parçalar) 14USM Aşındırıcı Maddeler • Aşındırıcı maddeler (SiC, Al2O3, B4C ve Elmas d= 8~ 500 µm) suya veya yağa eklenir . Aşındırıcıların boyutu, yüzey pürüzlülüğü ve kesme hızına göre farklılaşır . İnce maddeler daha iyi yüzey kalitesi ve hassasiyet sağlar ,fakat işleme hızı azdır .Yüzeyde devamlılık sağlamak ve verimliliği arttırmak için su içindeki aşındırıcı maddelerin boyutlarının üniform olması tercih edilir . • Aşındırıcı maddelerden Boron Karbid ,en yüksek işleme hızını sağlar . • İşleme hızı ,aşındırıcı madde boyutu ile ,titreşim genliğine eşit oluncaya kadar doğru orantılıdır ,bu değerden sonra ise ters orantılıdır . 15USM Aşındırıcı Maddeler • Su içindeki aşındırıcı madde oranı %30-60(hacimsel) arasındadır . • Büyük takımlar için alt sınırlarda çalışmak daha uygundur . • Aşındırıcılı sıvıyı sık sık değiştirmek gerekir .Sıvı aynı zamanda aşınmış malzemeyi de taşıdığından tekrar kullanılmadan dikkatlice temizlenmesi şarttır . 16USM Takımlar • USM takım malzemeleri yumuşak ve aynı zamanda dayanıklı olmalıdır . Fakat çok yumuşak malzemelerde (Alüminyum, Bakır, Pirinç) kısa ömürlü olurlar .Düşük karbonlu çelik iyi bir USM kesici takım malzemesidir .Paslanmaz çelik ve molibden daha iyidir . • Ticari şekli ile birçok malzeme kalem olarak kullanılabilir . • USM takım tasarımında ,kalemin kütle ve boyu önemlidir . Büyükbir kütle ,daha çok enerji emer ,verimi düşürür .Gereğinden uzun takım ise gerilimi arttırır . Genellikle kalem boyları 25-30 mm civarındadır .100 mm’yi geçen takıma az rastlanmaktadır . 17USM TEZGAHLARI 18USM TEZGAHLARI 19 Takım Tutucu ve DönüştürücüUSM TEZGAHLARI 20 Ultrasonik Güç JeneratörüUSM TEZGAHLARI 21 Veri Ekranı Aşındırıcı Sıvı TankıMevcut ultrasonik işleme tezgahları, 0,15 - 90 mm çapında delikleri karbid malzemelerde 0,01 mm’lik işleme hassasiyeti içinde işleyebilirler . Madalya, madeni para gibi nesnelerin imalatında kullanılan karbid kalıplarının (sert metal kalıp) yapımında ultrasonik işleme verimli bir şekilde uygulanabilir . Ultrasonik İşleme (USM)Ultrasonik işleme genellikle elektriği iletmeyen sert ve kırılgan malzemelerde (metal ya da ametal) uygulanır .Özellikle sığ ve geniş yüzeylerde ve aşırı kırılgan şekillerde (bal peteği gibi) iyi sonuç verir . İş parçası olarak,pirinç gibi yumuşak maddeler de dahil olmak üzere pek çok malzeme işlenebilmektedir . Ultrasonik İşleme (USM)Takım: Düşük Karbonlu Çelik Aşındırıcı Sıvı : %30-40 Boron Karbid Titreşim: 0.025-0.040 mm genlik 25.000 d/s frekans a: ½ parmak takımın lineer hızı b: En geniş işleme alanı c: İşlenen malzemenin hacminin aşınan takımın hacmine oranı d: Cam takviyeli e: Ortalama değer f: Sertleştirilmiş USM ile İşlenebilen Bazı Malzemelerin ÖzellikleriUSM de işleme hızı ,diğer şartlar aynı kaldığı düşünülürse, işleme alanı ile artar .Ancak işleme alanı genişledikçe ,sıvının devri güçleşir .Titreşim özelliklerinin işleme hızına etkisi olduğu düşünülebilir .Ancak, aradaki ilişki oldukça karışıktır . USM verimliliği titreşim genliğine ,frekansa ve aşındırıcı madde büyüklüğüne bağlıdır .Her uygulama için ayrı en uygun değer bulunabilir .Yüksek verimlilik için USİ kaleminin rezonans frekansta çalışması şarttır . USM Verimlilik 1- Batırıcılı Ultra İşleme (Sinker Ultra Machining ) (SUM) Ultrasonik İşleme Türleri Ultrasonik İşleme Türleri 2- Döner Ultra İşleme (Rotary Ultra Machining ) (RUM)SUM ve RUM Arasındaki Farklar SUM da nispeten yumuşak takımlar (paslanmaz çelik, orta karbonlu çelik) kullanılırken, RUM da sert elmas takımlar kullanılır . SUM sadece titreşim yayarken, RUM hem titreşim yayar hem de döner . RUM sınırlılığı ancak dairesel deliklerin işlenebilmesidir . Ultrasonik İşleme Türleri • İşleme hızı düşüktür . Kaldırılan malzeme miktarı genellikle 50 mm 3 /dak’tan daha küçük miktarlarda olmaktadır . • Aşındırıcı sıvı, takım ömrünü azaltmakta ve takımı belli bir toleransta tutmayı güçleştirmektedir . • İşleme alanı ve kesme derinliğinde belli sınırlılıklar vardır . • Ultrasonik işlemenin maliyeti konvensiyonel işlemeye göre daha yüksektir . USM Sınırlılıklar DERS SONU 3031