imal usulleri-2 2. - Mühendislik Mimarlık Fakültesi

T.C
KAFKAS ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ 3.SINIF(İ.Ö)
İMAL USULLERİ-2
2.ÖDEVLER
İÇİNDEKİLER:
MADDE I. 1.SAF SUDA ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME (BURAK ÇAĞRI
KORKMAZ) 3
BÖLÜM 1.01
BÖLÜM 1.02
BÖLÜM 1.03
ÇALIŞMALAR
BÖLÜM 1.04
BÖLÜM 1.05
MADDE II.
ÖZET ................................................................................................................................... 3
GİRİŞ .................................................................................................................................. 3
SAF SUDA ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME ÜZERİNE YAPILAN
5
SONUÇ ............................................................................................................................... 9
KAYNAKÇA ...................................................................................................................... 10
2.PLAZMA İLE İŞLEME (TUĞBA KARTAL) ................................................... 13
BÖLÜM 2.01
PLAZMA NEDİR ? .......................................................................................................... 13
BÖLÜM 2.02
PLAZMA İLE KESME TEKNOLOJİSİ ......................................................................... 13
BÖLÜM 2.03
PLAZMA İLE KESME SİSTEMİ ................................................................................... 15
BÖLÜM 2.04
TORÇ PARÇALARININ İŞLEVLERİ ........................................................................... 16
BÖLÜM 2.05
PLAZMA İLE KESİLEBİLEN MALZEMELER ............................................................ 17
BÖLÜM 2.06
PLAZMA İLE KESMEDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLİKLERİ .................. 17
BÖLÜM 2.07
PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER .............................................. 18
BÖLÜM 2.08
PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE ................................................................................ 18
BÖLÜM 2.09
PLAZMA İLE KESME İŞLEMİNİN KISA TARİHÇESİ VE YENİ GELİŞMELER 19
BÖLÜM 2.10
PLAZMA İLE KESMEDE YENİ GELİŞMELER .......................................................... 20
(a)
RAZOR CUTTİNG ....................................................................................................................... 20
(b)
HyDefinition Plasma ................................................................................................................. 21
BÖLÜM 2.11
TORÇ YÜKSEKLİK KONTROLÜ (TORCH HEİGHT CONTROL) ............................................ 21
BÖLÜM 2.12
SONUÇ ............................................................................................................................. 21
MADDE III.
3.HONLAMA VE LEPLEME TEKNİKLERİ (AHMET CAN UÇAR) .............. 22
BÖLÜM 3.01
ECH ................................................................................................................................... 22
MADDE IV.
4.ELEKTRO EROZYON TESTERE (YUSUF KAN) ......................................... 22
MADDE V.
5.ELEKTRO EREZYON İLE TAŞLAMA ( FARUK TORUN) .......................... 23
BÖLÜM 5.01
ELEKTRO EREZYON TARİHİ................................................................................................ 23
1
MADDE VI.
6.KİMYASAL DAĞLAMA (BEYTULLAH KOLOĞLU).................................... 32
BÖLÜM 6.01
BÖLÜM 6.02
BÖLÜM 6.03
DAĞLAMA AYRAÇLARI ................................................................................................ 32
ÇOK FAZLI ALAŞIMLARDA DAĞLAMA ............................................................................... 33
TEK FAZLI YAPILARDA DAĞLAMA ..................................................................................... 34
MADDE VII.
7.ELEKTRO-EROZYON İLE İŞLEME (M.FATİH YURDALAN) .............. 34
8.ELEKTROKİMYASAL İŞLEME (ÖZGÜR SARA) ..................................................................... 39
AVANTAJLARI.................................................................................................................................................... 40
BÖLÜM 7.01
DEZAVANTAJLARI .............................................................................................................. 40
UYGULAMALAR ................................................................................................................................................. 40
EDM VE ECM ARASINDAKİ BENZERLİKLER ................................................................................................... 40
MADDE VIII.
9.ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME (SENA ABAK) ...................................... 41
Elektron ışını ............................................................................................................................................ 41
BÖLÜM 8.01
ELEKTRON IŞINI :........................................................................................................ 41
BÖLÜM 8.02
ELEKTRON IŞINI İLE DELME .............................................................................................. 42
BÖLÜM 8.03
ELEKTRON IŞINI İLE KAYNAK ............................................................................................ 44
(a)
Üstünlükleri: ............................................................................................................................... 44
(b)
• Eksiklikleri: .............................................................................................................................. 44
BÖLÜM 8.04
ELEKTRON IŞINI İLE DELİK DELME ................................................................................... 45
(a)
Avantajlar: .................................................................................................................................. 45
(b)
Uygulama alanları: ................................................................................................................... 46
MADDE IX.
10.PLAZMA KESİM (UĞURCAN UYGUR) ........................................................ 46
BÖLÜM 9.01
PLAZMA NEDİR? ........................................................................................................... 46
PLAZMA İLE SAC KESME SİSTEMİ ........................................................................................................ 46
BÖLÜM 9.02
KAYNAKÇA ...................................................................................................................... 48
MADDE X.
BÖLÜM 10.01
MADDE XI.
BÖLÜM 11.01
BÖLÜM 11.02
MADDE XII.
11- ELEKTRO - KİMYASAL İŞLEME (EMRE ALP) ....................................... 48
ELEKTRO - KİMYASAL İŞLEMENİN ÖZELLİKLERİ.............................................. 49
12.FOTOK KİMYASAL İMALAT
( METEHAN GÜNERLİ ) ....................... 50
FOTO KİMYASAL İMALATIN AVANTAJLARI ......................................................... 52
FOTO KİMYASAL İMALATIN DEZAVANTAJLARI ................................................. 52
LAZER IŞINI İLE İŞLEME (MEHMET ALİ DİKMEN) .............................. 53
BÖLÜM 12.01
BÖLÜM 12.02
BÖLÜM 12.03
BÖLÜM 12.04
BÖLÜM 12.05
BÖLÜM 12.06
BÖLÜM 12.07
LAZER ÇEŞİTLERİ VE KULLANIM ALANLARI .................................................................... 54
OSİLASYON ........................................................................................................................ 54
Q- ANAHTARLANMASI ....................................................................................................... 55
MODE KİLİTLENMESİ ......................................................................................................... 55
LAZER IŞINININ ÖZELLİKLERİ: ......................................................................................... 55
CNC LAZER KESME TEZGAHI ÜNİTELERİ ....................................................................... 55
LAZER KESİMİNİN AVANTAJLARI ...................................................................................... 56
MADDE XIII.
HAZIRLAYAN: ........................................................................................................ 57
BÖLÜM 13.01
NURİ ATİK (134203022) ........................................................................................... 57
2
Madde I.
1.SAF SUDA ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME (BURAK ÇAĞRI KORKMAZ)
Bölüm 1.01 ÖZET
Tarihi, İkinci Dünya Savaşı yıllarına kadar giden elektro erozyon ile işlemede amaçlanan daha
yük- sek iş parçası işleme hızı, daha az elektrot aşınma hızı ve daha iyi yüzey pürüzlülüğü elde
etmektir. 1980’li yıllardan itibaren etkileri incelenen saf suyun dielektrik sıvısı olarak kullanımı
ise, bu amacı gerçekleştirmek için denenen çözümlerden birisidir. Bu çalışmada elektro erozyon
ile işlemede su ve su bazlı dielektrik sıvılarının kullanımının etkileri üzerine literatürde yapılan
çalışmalar detaylı in- celenmiş ve üzerine yapılan çalışmaların eksik/yetersiz olduğu konular
listelenerek ileriki muhtemel uygulamalarından bahsedilmiştir.
Bölüm 1.02
GİRİŞ
Elektro erozyon ile işleme, geometrik olarak karmaşık ve sert malzemelerin işlenmesinde
kullanılan alışılmamış bir imal usulüdür. Elektriksel kıvılcımların malzeme aşındırılmasında
kullanıldığı bu teknolojide, elektrot ile iş parçası birbirine temas etmediği için, işleme sırasında
mekanik gerilmeler, tırlama ve titreşim problemleri oluşmaz. Bu özellikler, elektro erozyon ile
işlemenin, özellik- le kalıp üretiminde vazgeçilmez bir teknoloji olarak kullanılmasını
sağlamaktadır [1, 2]. 1940’lardan itibaren kullanılan bu teknolojide amaçlanan daha yüksek iş
parçası işleme hızı, daha az elektrot aşınma hızı ve daha iyi yüzey kalitesi elde etmektir [3, 4,
5]. Bu amaçla şu ana kadar dielektrik sıvısına metal tozlarının ilave edilmesi [6, 7], gaz
ortamında elektro erozyon ile işleme [8], ultrasonik titreşimler kullanılarak yapılan elektro
erozyon ile işleme [9], toz metal elektrotlar kullanılarak yapılan elektro erozyon ile işleme [10]
ve farklı dielektrik sıvılarının kullanıl- masıyla yapılan elektro erozyon ile işleme [11] gibi
yöntemler denenmiştir.
Elektro erozyon ile işlemede dielektrik sıvısı, üretilen parça- ların
maliyeti, kalitesi ve üretilebilirliği üzerinde ciddi etkiye sahiptir. Ayrıca sağlık ve güvenlik
açısından da, özellikle hidrokarbon bazlı sıvı kullanıldığında, dielektrik sıvısı önem arz
etmektedir [12]. Elektro erozyon ile işlemede kullanılan dielektrik sıvının, işlemenin
gerçekleşebilmesi için gerçekleştirmesi gereken görevleri vardır. Bunlar; elektrotlar üzerinde
toplanan yükün belirli bir süre tutulması, boşalımın dar bir kanalda tutulma- sı, boşalım
3
esnasında açığa çıkan ısının hemen atılması, kısa devre oluşumu ve elektrot aşınmasını önleme
açısından çok önemli olan, boşalım sonrası işleme aralığında oluşan işleme atıklarının
uzaklaştırılmasıdır. Dielektrik sıvısının en önemli özelliği dielektrik direnci, vis- kozitesi, ısıl
iletkenliği ve ısı kapasitesidir. Dielektrik diren- ci, sıvının kıvılcım boşalımından önce yüksek
direnç sağla- yabilirliğini ve sonrasında geri kazanabilirliğini ifade eder.
Sıvının dielektrik direnci arttıkça boşalım aralığı azalır ve bu sayede daha yüksek akım işleme
boşluğundan geçebilir. Bu ise sonuçta daha yüksek iş parçası işleme hızına yol açar. Viskozite
azaldıkça sıvının daha rahat akabilmesinden dolayı dielektrik sıvının püskürtülmesi daha
muntazam olur. Bu ise daha iyi yüzey kalitesine yol açar. Dielektrik sıvının ısıl ilet- kenliği ve ısı
kapasitesi arttıkça, çalışma boşluğundaki fazla enerjiyi daha kolay uzaklaştırabileceği için, iş
parçasının ısıl hasara daha az maruz kalması sağlanmış olur [13].
Elektro erozyon ile
işlemede dielektrik sıvısı olarak genellikle yüksek dielektrik direncine ve düşük viskoziteye sahip
mine- ral yağlar tercih edilmektedir. Gazyağı bunlar arasında en çok kullanılanıdır. Su daha çok
tel elektro erozyon ile işlemede kullanılmaktadır. Bunun sebebi suyun yüksek spesifik ısı kapasitesine sahip olması ve bu sayede daha iyi soğutmasıdır. Kimyasal reaksiyonlara sebebiyet
vermemek için genel ola- rak deiyonize su kullanılmaktadır [13]. Gazyağı her ne kadar elektro
erozyon ile işlemede en çok ter- cih edilen dielektrik sıvısı olsa da, özelliklerinin birçoğunu uzun
süren işlemelerde kaybetmesi en büyük dezavantajıdır. Gazyağının bir diğer dezavantajı hava
kirliliğine sebep olması ve yüksek boşalım sıcaklıklarında bozunması ile birlikte bile- şiminde
bulunan karbon atomlarının ayrışarak elektrot yüze- yine yapışmasıdır. Elektrot yüzeyine
yapışan bu karbon atom- ları boşalımı etkileyerek işlemenin düzensiz çalışmasına veya
durmasına sebep olmaktadır. Bu ise iş parçası işleme hızını ciddi oranda düşürmektedir. Su ise
gaz yağına göre yaklaşık dört kat yüksek ısıl iletkenliğe, düşük viskozite katsayısına ve yüksek
akış oranına sahiptir. Ayrıca suyun sıcaklığı uzun işle- me sürelerinde bile etkilenmez. Bu
sayede yüksek iş parçası işleme hızları elde edilebilir [14].
Su diğer hidrokarbon bazlı
dielektrik sıvılar gibi işleme sıra- sında ayrışmaz ve CO ve CH4 gibi sağlığa zararlı gazlar açığa
çıkarmaz. Bundan dolayı sağlık ve güvenlik açısından suyun elektro erozyon ile işlemede
dielektrik sıvı olarak kullanılma- sı önem arz etmektedir [15]. Elektro erozyon ile işlemede farklı
dielektrik sıvılarının kul- lanılmaları sonucunda ortaya çıkan maddeler Tablo 1’de gösterilmiştir.
Tablodan da görüleceği gibi dielektrik sıvısı olarak deiyonize su kullanıldığında en az madde
açığa çıkmaktadır. Bu da, deiyonize su kullanımının diğer dielektrik sıvılarının kullanımına göre
hem çalışanlara hem de çevreye daha az za- rar verdiği manasına gelir [11]. Elektro erozyon ile
işlemede dielektrik sıvısı olarak suyun kullanılmasının en büyük dezavantajı, suyun ısınması ve
bu- harlaşması için, hidrokarbon bazlı yağlara oranla daha yük- sek enerjiye ihtiyaç duymasıdır.
Bu, çalışma boşluğunda daha düşük bir gaz basıncının oluşmasına yol açar. Dolayısıyla yetersiz
basınçtan dolayı her bir boşalımdan sonra iş parça- sı üzerindeki ergimiş metal iş parçasından
uzaklaştırılamaz. Bu da sonuçta iş parçası işleme hızını düşürür [16]. Bu sorun suyun içine
gliserin, etilen glikol, polietilen glikol, glikoz ve sakkaroz gibi büyük molekül yapısına sahip
organik bileşik- lerin katılması ile çözülebilir. Bu maddeler boşalım sırasında ayrışırlar ve suyun
ayrışması neticesinde açığa çıkan basınç- tan daha yüksek basınç açığa çıkarırlar. Bu ilave
yüksek ba- sınç, ergimiş malzemenin iş parçasından uzaklaştırılmasına yardımcı olur ve sonuçta
iş parçası işleme hızını arttırır [17].
4
Bölüm 1.03 SAF SUDA ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEME ÜZERİNE YAPILAN ÇALIŞMALAR
Jeswani ve Basu (1976), bakır ve pirinç elektrotlar kullanarak yumuşak çelik, yüksek karbon
çeliği ve yüksek hız çeliğinin elektro erozyon ile işlenmesini inceledikleri çalışmalarında,
dielektrik sıvısı olarak gazyağı ve saf su kullanmışlardır. Saf su ve yüksek vurum enerjisinin
kullanıldığı işlemelerde, daha düşük yüzey birikmesi ve daha düşük difüzyon derinliği gözlemlenmiştir. Yüksek hız çeliğinde en fazla birikmenin, yu- muşak çelikte ise en az birikmenin
oluştuğu belirtilmiştir [18]. Suyun dielektrik sıvısı olarak elektro erozyon ile işlemede
kullanılması yine 1981 yılında Jeswani tarafından denenmiş- tir. Yüksek vurum enerjisinin (72288 mJ) kullanıldığı deney- lerde saf suyun gazyağına göre daha yüksek iş parçası işleme
hızına, daha düşük elektrot aşınma hızına ve daha iyi yüzey pürüzlülüğüne sebep olduğu
belirtilmiştir [19]. Erden ve Temel (1981), pirinç elektrotlar kullanarak çelik iş parçasının
elektro erozyon ile işlenmesini inceledikleri çalış- malarında dielektrik sıvısı olarak deiyonize su
kullanmışlar- dır. Özellikle 400-1500 µs vurum süresi aralığında, gazyağına oranla deiyonize su
kullanılan işlemelerde, iş parçası işleme hızının çok yüksek, elektrot aşınma oranının ise çok
düşük olduğunu gözlemlemişlerdir [20]. Masuzawa ve ark. (1983), bakır elektrot kullanarak
SK4 kalıp çeliğinin elektro erozyon ile işlenmesini inceledikleri çalış- malarında dielektrik sıvısı
olarak su kullanmışlardır. Suyun içine %10, 25 ve 50 oranlarında etilen glikol, gliserin, polietilen glikol 200, polietilen glikol 600 katmışlar ve deneyler sonucunda iş parçası işleme hızının
konsantrasyon arttıkça arttığını belirtmişlerdir [21]. Jilani ve Pandey (1984), düşük karbon
çeliği iş parçasının bakır ve pirinç elektrotlarla elektro erozyon ile işlenmesini inceledikleri
çalışmalarında üç farklı dielektrik sıvısı kullan- mışlardır: musluk suyu, saf su, %25 musluk
suyu-%75 saf su. Düşük akım yoğunluklarında yapılan deneylerde musluk su- yunun
kullanıldığı işlemelerde daha iyi işleme performansı- nın görüldüğü belirtilmiştir. Özellikle bakır
elektrotun negatif kutupta yüklendiği işlemelerde sıfır elektrot aşınma oranı elde edilmiştir.
Fakat 500 µs’den daha yüksek vurum sürelerinde, çalışma boşluğunda fazla miktarda gaz
biriktiğini ve bunun dielektrik sıvısının kırılma karakteristiğini etkileyerek iş par- çası işleme
hızını düşürdüğünü belirtmişlerdir [22]. Kagaya ve ark., 1986 yılında yayınlanan çalışmalarında
die- lektrik sıvısı olarak su kullanarak 1µm yüzey pürüzlülüğüne sahip mikro delikleri başarılı bir
şekilde elde etmişlerdir [23]. König ve Jörres (1987), yoğun konsantrasyonlu sıvı gliserin
karışımının dielektrik sıvı olarak kullanıldığı çalışmalarında, uzun vurum süresi ve yüksek
boşalım akımlarında gazyağına göre daha iyi işleme performansı elde edildiğini belirtmişler- dir
[24]. Karasawa ve Kunieda (1990), yaptıkları çalışmalarında dalma elektro erozyon ile işlemeyi,
dielektrik sıvısının yandan püs- kürtüldüğü elektro erozyon ile işlemeyle karşılaştırmışlarıdır. Su
bazlı dielektrik sıvının kullanıldığı deneylerde, erimiş malzemenin iş parçası yüzeyinden daha
hızlı uzaklaştırılma- sını sağladığı için, dielektrik sıvısının yandan püskürtüldüğü elektro erozyon
ile işlemeyle, dalma elektro erozyon ile işle- meye göre %20 daha fazla iş parçası işleme hızı
elde edilmiş- tir [25]. Kagaya ve ark. 1990 yılında yayınlanan çalışmalarında, die- lektrik sıvısı
olarak su kullanarak 1µm yüzey pürüzlülüğüne sahip mikro yarıkları başarılı bir şekilde elde
etmişlerdir [26]. König ve Siebers (1993), suyun dielektrik sıvısı olarak kul- lanıldığı elektro
erozyon ile işlemede daha yüksek iş parçası işleme hızı elde edildiğini belirtmişlerdir. Bunun
sebebinin ise suyun kullanılması ile işlemenin daha yüksek ısıl dengeye sahip olması ve daha
yüksek güç girişinin elde edilmesi oldu- ğunu belirtmişlerdir [27]. Kruth ve ark. (1995),
dielektrik sıvısının elektro erozyon ile işleme sonucunda iş parçası yüzeyinde oluşan sert tabaka
(be- yaz katman) üzerindeki etkisini inceledikleri çalışmalarında, hidrokarbon bazlı dielektrik
sıvı kullanımında yüzeyde yük- sek karbon miktarına sahip karbür tabakasının oluştuğunu, su
kullanımında ise yüzeyde dekarbonizasyon oluştuğunu belirtmişlerdir [28].
Chen ark (1999), titanyum alaşımlı iş parçasının bakır elektrot kullanarak elektro erozyon ile
işlenmesini incele- dikleri çalışmalarında, dielektrik sıvısı olarak deiyonize su ve gazyağı
kullanmışlardır. Deiyonize su kullanılarak yapı- lan işlemlerde, gazyağı kullanarak yapılan
işlemlere göre, iş parçası işleme hızının yüksek, göreceli elektrot aşınma oranının ise düşük
olduğu belirtilmiştir (Şekil 1). İş parçası yüzeyinde ise deiyonize su kullanıldığında TiO
tabakasının, gazyağı kullanıldığında ise TiC tabakasının oluştuğu belirtil- miştir. Titanyum
karbürün erime sıcaklığı çok yüksek olduğu için, gazyağı kullanarak yapılan işlemelerde
5
yüzeyde biriken TiC, işlemenin devam etmesi için daha fazla boşalım enerji- sine ihtiyaç
duyulmasına sebep olmuştur ve bu da iş parçası işleme hızını düşürmüştür. Yine gazyağı
kullanılarak yapılan işlemlerde elektrot üzerinde biriken karbon tabakası, boşalı- mın
gecikmesine sebep olduğu için de iş parçası işleme hızı düşmüştür [29]. Tzeng ve Lee (2001),
yaptıkları çalışmada dielektrik sıvısı olarak su ve metal tozu karışımı kullanıldığı zaman elektrot
aşınma oranının ciddi oranda düştüğünü belirtmişlerdir [30]. Dewes ve ark. (2001), Inconel
718 iş parçasının elektro eroz- yon ile işlenmesini inceledikleri çalışmalarında dielektrik sı- vısı
olarak Ionorex 500, gazyağı ve deiyonize su kullanmışlardır. Yapılan deneyler sonucunda en
düşük iş parçası işleme hızı deiyonize su ile, en yüksek elektrot aşınma oranı ise gaz- yağı ile
elde edilmiştir [31]. Kozak ve ark. (2003), elektro erozyon ile işlemede dielektrik sıvısı olarak
gazyağı ve farklı konsantrasyonlarda metal tozu ilaveli deiyonize suyun kullanımının farklarını
inceledikleri çalışmalarında, hem yüzey pürüzlülüğü değerlerinde hem de elektrot aşınma
oranında ciddi iyileşmeler kaydetmişlerdir [32]. Ekmekçi ve ark. (2005), DIN 1.2738 iş
parçasının grafit elekt- rot kullanılarak dalma elektro erozyon ile işlenmesini ince- ledikleri
çalışmalarında dielektrik sıvısı olarak deiyonize su kullanmışlardır. İşleme sonrası iş
parçasındaki kalıcı gerilme- lerin ölçüldüğü çalışmada, kalıcı gerilmelerin derinliğe bağlı olarak
arttığı ve maksimum değerine ısıdan etkilenmiş böl- gede ulaştığı sonucuna varılmıştır. Kalıcı
gerilme yapısının işleme parametrelerine bağlı olmadığı, daha çok iş parçası ve dielektrik
sıvısının ısıl özelliklerine bağlı olduğu belirtilmiştir [33]. Ekmekçi ve ark. (2005), plastik kalıp
çeliğinin elektro eroz- yon ile işlenmesinde yüzeyde meydana gelen beyaz tabaka- ya elektrot
malzemesinin ve dielektrik sıvı cinsinin etkisini inceledikleri çalışmalarında, dielektrik sıvısı
olarak suyun
kullanıldığı işlemelerde beyaz katmandaki kalıcı östenit faz miktarının ve mikro çatlak
yoğunluğunun daha az olduğunu belirtmişlerdir [34].
Kang ve Kim (2005), dielektrik sıvı
cinsinin elektro erozyon ile işleme performansına etkisini inceledikleri çalışmalarında, gazyağı
kullanıldığında işleme sonrası ısıl işlem uygulanmış iş parçasında karbonlaşma ve tanecik sınırı
boyunca çatlak ilerlemesi gözlemlemişlerdir. Deiyonize su kullanıldığında ise işleme sonrası ısıl
işlem uygulanmış iş parçasında sadece oksidasyon gözlemlenmiştir. Herhangi bir çatlak
ilerlemesine rastlanmamıştır [35]. Curodeau ve ark. (2005), sünek bir karbon-polimer elektrot
yardımıyla elektro erozyon ile işlemede dielektrik sıvısı ola- rak su kullanmışlardır. Deney
6
sonucunda gazyağına oranla daha yüksek iş parçası işleme hızı ve daha iyi yüzey kalitesi elde
etmişlerdir [36]. Yan ve ark. (2005), saf titanyum iş parçasının bakır elektrotlar kullanılarak
işlenmesini inceledikleri çalışmalarında dielekt- rik sıvısı olarak saf su ve üre ilaveli saf su
kullanmışlardır. İşleme sırasında dielektrik sıvısından ayrışan nitrojen atom- larının iş parçası
yüzeyinde birikmesi ile, yüzeyde TiN taba- kasının oluştuğu ve bu sayede iş parçasının aşınma
direncinin arttığı gözlemlenmiştir. Dielektrik sıvısı olarak üre ilaveli su kullanıldığında, dielektrik
sıvısı olarak suyun kullanıldığı işlemelere göre daha az iş parçası işleme hızı ama daha az
elektrot aşınma oranı elde edilmiştir. Yüzey pürüzlülük değer- leri karşılaştırıldığında ise, üre
ilaveli su ile yapılan işlemeler- de daha iyi yüzey kalitesi (Şekil 2) elde edildiği belirtilmiştir
[37]. Kang ve Kim (2005), elektro erozyon ile işlemede iş parçası yüzeyinde oluşan beyaz tabakadaki çatlakların ısıl işlem uygulandıktan sonraki davranışlarını
inceledikleri çalışmala- rında dielektrik sıvısı olarak gazyağı ve su kullanmışlardır. Dielektrik
sıvısı olarak gazyağının kullanıldığı durumda, ısıl işlemden sonra tanecik sınırı boyunca çatlak
ilerlemesi göz- lemlenmiştir. Su ile yapılan işlemelerde ise ısıl işlemden son- ra herhangi bir
çatlak ilerlemesi gözlemlenmemiştir [38].
Sharma ve ark. (2005), hem suda hem de
gazyağında mikro elektro erozyon ile işlemede elektriksel iletken elmas elekt- rotları
denemişlerdir [39]. Bai ve Koo (2006, 2007), Ni tabanlı Haynes 230 iş parçasının Al-Mo toz
metal elektrotlarla işlenmesini inceledikleri çalış- malarında dielektrik sıvısı olarak gazyağı ve
saf su kullanmış- lardır. Boşalım akımının 10 A, vurum süresinin 600 μs olarak ayarlandığı
işlemelerde elektrot negatif ve pozitif olarak iki farklı şekilde yüklenmiştir. Deney sonucunda
dielektrik sıvı- sı olarak suyun kullanıldığı işlemelerde eğer elektrot, negatif polaritede
yüklenirse, oluşan metal oksitlerin kısa devreye yol açtığı ve işlemenin gerçekleşmediği
görülmüştür. Gazyağının kullanılmasının ve elektrot polaritesinin pozitif olmasının daha iyi
performansa yol açtığı ve toz metal elektrot kullanı- mının iş parçası yüzeyinde tabaka
oluşumuna sebep olduğu belirtilmiştir [40, 41]. Chow ve ark. (2008), Ti-6Al-4V iş parçasının
bakır elektrot- lar kullanılarak işlenmesini inceledikleri çalışmalarında die- lektrik sıvısı olarak
saf su ve SiC tozu ilaveli saf su kullan- mışlardır. Deneyler sonucunda saf suyla yapılan
işlemelerde yüksek iş parçası işleme hızı ve düşük elektrot aşınma hızı elde edilmiştir. SiC ilave
edilen işlemelerde daha yüksek ilet- kenlikten dolayı çalışma boşluğu daha yüksek çıkmıştır
(Şekil-3)
7
Yapılan deneyler karşılaştırıldığında SiC ilaveli saf su kullanıldığında daha yüksek iş parçası
işleme hızı ve elektrot aşınma hızı ile daha düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilmiştir (Şekil 4, 5)
[14]. Medellin ve ark. (2009), D2 kalıp çeliğinin elektro erozyon ile işlenmesinde elektrot
cinsinin (bronz ve pirinç) ve die- lektrik sıvı cinsinin (musluk suyu, deiyonize su, %75 musluk
suyu-%25 deiyonize su, %50 musluk suyu-%50 deiyonize
su) etkisini incelemişlerdir. Deney sonuçlarına göre musluk suyu veya %75 musluk suyu-%25
deiyonize su karışımının kullanıldığı işlemelerde deiyonize suya göre daha yüksek iş parçası
işleme hızı ve daha düşük elektrot aşınma oranı elde edilmiştir [15]. Chung ve ark. (2009),
tungsten karbür elektrotlar kullanarak AISI 304 çeliğinin mikro elektro erozyon ile işlenmesini
in- celedikleri çalışmalarında dielektrik sıvısı olarak deiyonize su
8
kullanmışlardır. Deneyler sonucunda iş parçası üzerinde 90 µm çapında çok hassas delik elde
edilmiştir [42]. Nguyen ve ark. (2012), tungsten elektrotlar kullanarak SUS304 paslanmaz çelik
iş parçasının elektrot erozyon ve elekro kimyasal işlenmesini inceledikleri çalışmalarında dielektrik sıvısı olarak düşük dirençli deiyonize su kullanmış- lardır. Elektro erozyon ile işlemede
dielektrik sıvısı olarak iletken olmayan sıvı, elektrokimyasal işlemede ise iletken elektrolit
kullanılmaktadır. Bu iki işlemenin aynı anda yapıla- bilmesi için ilgili araştırmacılar deiyonize su
kullanmışlardır. Çünkü deiyonize su hem kıvılcım oluşabilmesi için gerekli olan dielektrik
direncini hem de elektrokimyasal reaksiyon için gerekli olan iletkenliği sağlar. Düşük ilerleme
ve kısa voltaj vurumlarında yapılan deneylerde başarılı sonuçlar elde edilmiştir [43]. Syed ve
Palaniyandi (2012), W300 çeliğinin bakır elektrotlar- la elektro erozyon ile işlenmesini
inceledikleri çalışmalarında dielektrik sıvısı olarak saf su kullanmışlardır. Dielektrik sı- vısının
içine alüminyum tozlarının karıştırıldığı deneyler so- nucunda, sadece saf suyla yapılan
işlemelere göre daha fazla iş parçası işleme hızı, daha iyi yüzey pürüzlülüğü ve daha az beyaz
katman (iş parçası yüzeyinde oluşan katman) kalınlığı elde edilmiştir [44]. Ndaliman ve ark.
(2013), titanyum alaşımı iş parçasının (Ti- 6Al-4V) yüzey mikro sertliğini arttırmak için elektro
erozyon ile işlemede Cu-TaC toz metal elektrot kullanmışlardır. Di- elektrik sıvısı olarak üre
karıştırılmış saf suyun kullanıldığı işlemelerde, boşalım akımı ve vurum süresi değiştirilerek
bunların mikro sertlik üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bakır ve tantal karbür tozları %50-%50
oranında karıştırılıp, 27.56 MPa basınçta 12 mm çapında basılmıştır. Deneyler sonucunda
yüzeydeki mikro sertliği en çok etkileyen parametrelerin üre konsantrasyonu ve boşalım akımı
olduğu belirtilmiştir [45].
Bölüm 1.04 SONUÇ
Literatür detaylı bir şekilde incelendiğinde aşağıdaki çıkarım- lar yapılmıştır: • Su, yüksek ısıl
iletkenlik, düşük viskozite katsayısı ve yüksek akış oranından dolayı, yüksek iş parçası işleme
hızlarının elde edilmesini sağlayabilir. Literatür incelen- diğinde her ne kadar gazyağı
kullanımının daha yüksek iş parçası işleme hızına yol açtığı görülse de, deiyonize suyun içine
çeşitli organik bileşikler ilave edilmesiyle iş parçası işleme hızının çok ciddi oranda arttırıldığı
belirtil- miştir. • Deiyonize su kullanımı ile daha düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilir. • İş
parçası yüzeyinde oluşan beyaz katmanın mikro sert- liği, deiyonize suyun dielektrik sıvısı
olarak kullanıldığı işlemelerde, gazyağının kullanıldığı işlemelere göre daha yüksek çıkmıştır. •
Su bazlı dielektrik sıvısı kullanıldığında yüzeyde daha fazla mikro çatlaklar gözlemlenmiştir.
Aşağıda maddeler halinde listelenen başlıklar konusunda ise literatürde yeterli çalışmanın
yapılmadığı görülmüştür:
9
Şekil 5. Saf Su ve SiC İlaveli Saf Su Kullanımında Oluşan Elektrot Aşınması [14].
Dielektrik sıvısı olarak suyun kullanıldığı işlemelerde, boşalım akımı, vurum şekli, vurum süresi,
boşalım fre- kansı, elektrot şekli ve boyutunun iş parçası işleme hızı, elektrot aşınma oranı ve
yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi detaylı araştırmayı beklemektedir [46]. • Toz metal elektrot
kullanılarak yapılan işlemelerde die- lektrik sıvısı olarak suyun kullanımı konusunda yapılan
çalışmalar çok eksiktir ve araştırılmayı beklemektedir. • Dielektrik sıvısına metal tozu katkılı
elektro erozyon ile işlemelerde, suyun içine farklı metal tozlarının (Al, SiC vs.) ilave edilmesi ile
alakalı çalışmalar yapılmış olmakla birlikte, Ni, Co, Fe, Cu, Ti, C, Si, Mn, Mo, Cr, B4C gibi
tozların ilave edilmesinin etkileri incelenmeyi beklemek- tedir. • Dielektrik sıvısı olarak suyun
kullanıldığı işlemelerde, iş- lemenin matematiksel, ısıl ve fiziksel modellenmesine ait çalışmalar
literatürde eksiktir. • Dielektrik sıvısı olarak suyun kullanıldığı işlemelerde, di- elektrik sıvı
tankının karıştırılması yanı sıra dielektrik sıvı tankının, iş parçasının veya elektrotun titreşiminin
etkileri detaylı araştırılmayı beklemektedir. • Son yıllarda popülerliği artan mikro elektro
erozyon ile işlemelerde, suyun ve su bazlı dielektrik sıvılarının kulla- nımının etkileri
araştırılmayı beklemektedir.
Bölüm 1.05 KAYNAKÇA
Ho, K.H., Newman, S.T. 2003. “State of the Art Electrical Discharge Machining,” International
Journal of Machine To- ols & Manufacture, vol.37, no.11, p.1287–1300.
Abbas, N.M., Solomon, D.G., Bahari, M.F. 2007. “A revi- ew On Current Research Trends İn
Electrical Discharge Mac- hining (EDM),” International Journal of Machine Tools and
Manufacture, vol.47, no.7-8, p.1214-1228.
Kunieda, M., Lauwers, B., Rajurkar, K.P., Schumacher, B.M. 2005. “Advancing EDM Through
Fundamental Insight into the process,” CIRP Annals – Manufacturing Technology, vol.54, no.2,
p.64-87.
Ojha, K., Garg, R.K., Singh, K.K. 2010. “MRR Improve- ment in Sinking Electrical Discharge
Machining: A Review,” Journal of Minerals & Materials Characterization & Engine- ering, vol.9,
no.8, p.709-739.
Kumar, S., Singh, R., Singh, T.P., Sethi, B.L. 2009. “Sur- face Modification By Electrical
Discharge Machining: A Re- view,” Journal of Materials Processing Technology, vol.209, no.8,
p.3675-3687.
Kansal, H.K., Singh, S., Kumar, P. 2007. “Technology and Research Developments in Powder
Mixed Electric Dischar- ge Machining (PMEDM),” Journal of Materials Processing Technology,
vol.184, no.1-3, p.32-41.
Uno, Y., Okada, A., Çetin, S. 2001. “Surface Modification of EDMed Surface With Powder Mixed
Fluid,” 2nd Inter- national Conference on Design and Production of Dies and Molds.
Kunieda, M., Yoshida, M. 1997. “Electrical Discharge Mac- hining in Gas,” Annals of the ClRP,
vol.46, no.1, p.143-146.
Yeo, S.H., Tan, L.K. 1999. “Effects of Ultrasonic Vibrations in Micro Electro-Discharge
Machining,” Journal of Micro- mechanics and Microengineering, vol.9, p.345–352.
Naveen,
B.,
Sachin, M.,
Chitra, S.,
Anıl,
K.
2010.
“Technological
Advancement in Electrical Discharge Machining With Powder Metallurgy Processed Electrodes: A
Review,” Materi- als and Manufacturing Processes, vol.25, no.10, p.1186-1197.
Leão, F.N., Pashby, I.R. 2004. “A Review on the Use of En- vironmentally-Friendly Dielectric
Fluids in Electrical Disc- harge Machining,” Journal of Materials Processing Techno- logy,
vol.149, p.341–346.
10
Rajurkar, K.P., Sundaram, M.M., Malshe, A.P. 2013. “Re- view of Electrochemical and
Electrodischarge Machining,” Procedia CIRP 6, p.13-26.
Bari, P., Rode, S., Duduke, A., Shinde, P., Srivastav, V. 2012. “Dielectric Fluid in Electro
Discharge Machining,” Third Biennial National Conference on Nascent Technolo- gies, Fr. C.
Rodrigues Institute of Technology, Vashi, Navi Mumbai.
Chow, H.C., Yang, L.D., Lin, C.T., Chen, Y.F. 2008. “The use of SiC Powder in Water as
Dielectric for Micro-Slit EDM Machining,” Journal of Materials Processing Technology, vol.195,
p.160–170.
Medellin, H.I., de Lange, D.F., Morales, J. 2009. “Experi- mental Study on Electrodischarge
Machining in Water of D2 Tool Steel Using Two Different Electrode Materials,” Pro- ceedings of
the Institution of Mechanical Engineers Part B- Journal of Engineering Manufacture, vol.223,
no.11, p.1423- 1430.
Masuzawa, T. 1981. “Machining Characteristics of EDM Using Water as Dielectric Fluid,”
Proceedings of the 22nd Machine Tool Design and Research Conference, Manchester, UK,
p.441–447.
König, W., Klocke, F., Sparrer, M. 1995. “EDM-Sinking Using Water-Based Dielectrics and
Electropolishing-A New Manufacturing Sequence in Tool-Making,” Proceedings of the 11th
International Symposium on Electromachining (ISEM XI), Lausanne, Switzerland, p.225–234.
Jeswani, M.L., Basu, S. 1976. “Electron Microprobe Study of Deposition and Diffusion of Tool
Material in Electrical Discharge Machining,” International Journal of Production Research,
vol.17, no.1, p.1–14.
Jeswani, M.L. 1981. “Electrical discharge machining in dis- tilled water,” Wear, vol.72, p.81-88.
Erden, A., Temel, D. 1981. “Investigation on the use of Wa- ter as a Dielectric Liquid in Electric
Discharge Machining,” Proceedings of the 22nd Machine Tool Design and Research Conference,
Manchester, UK, p.437–440.
Masuzawa, T., Tanaka, K., Nakamura, Y., Kinoshita, N. 1983. “Water-Based Dielectric Solution
for EDM,” CIRP An- nals - Manufacturing Technology, vol.32, no.1, p.119–122.
Jilani, S.T., Pandey, P.C. 1984. “Experimental Investigati- ons into the Performance of Water as
Dielectric in EDM,” International Journal of Machine Tool Design and Research, vol.24, p.31-43.
Kagaya, K., Oishi, Y., Yada, V. 1986. “Micro Electrodischarge Machining Using Water As A
Working Fluid-I: Micro-Hole Drilling,” Precision Engineering, vol.8, p.157-162.
Kagaya, K., Oishi, Y., Yada, V. 1986. “Micro Electrodischarge Machining Using Water As A
Working Fluid-I: Micro-Hole Drilling,” Precision Engineering, vol.8, p.157-162.
Karasawa, T., Kunieda, M. 1990. “EDM Capability With Poured Dielectric fluids Without a Tub,”
Bulletin of Japan Society of Precision Engineering, vol.24, p.217–218.
Kagaya, K., Oishi, Y., Yada, K. 1990. “Micro Electrodisc- harge Machining Using Water As A
Working Fluid 2: Narrow Slit Fabrication,” Precision Engineering, vol.12, p.213-217.
König, W., Siebers, F.J. 1993. “Influence of the Working Medium on the Removal Process in
EDM Sinking,” Ame- rican Society of Mechanical Engineers, Production Enginee- ring Division
(PED) Conference Publication, vol.64, p.649– 658.
11
Kruth, J.P., Stevens, L., Froyen, L., Lauwers, B. 1995. “Study of the White Layer of a Surface
Machined By Diesin- king Electro-Discharge Machining,” CIRP Annals - Manu- facturing
Technology, vol.44, p.169-172.
Chen, S.L., Yan, B.H., Huang, F.Y. 1999. “Influence of Kerosene and Distilled Water as
Dielectrics on The Electric Discharge Machining Characteristics of Ti–6A1–4V,” Jour- nal of
Materials Processing Technology, vol.87, p.107–111.
Tzeng, Y.F., Lee, C.Y. 2001. “Effect of Powder Characteris- tics on Electro Discharge Machining
Efficiency,” Internatio- nal Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol.17, no.8, p.586–
592.
Dewes, R., Aspinwall, D., Burrows, J., Paul, M., El- Menshawy, F. 2001. “High Speed
Machining-Multi-Functi- on/Hybrid Systems,” Proceedings of the Fourth Internatio- nal
Conference on Industrial Tooling, Southampton, United Kingdom, p.91–100.
Kozak, J., Rozenek, M., Dabrowski. L. 2003. “Study of Electrical Discharge Machining Using
Powder-Suspended Working Media,” Journal of Engineering Manufacture, Pro- ceedings of the
Instrumental Mechanic Engineers, vol.217, p.1597–1602.
Ekmekçi, B., Elkoca, O., Tekkaya, A.E., Erden, A. 2005. “Residual Stress State and Hardness
Depth in Electric Disc- harge Machining: De-ionized Water as Dielectric Liquid,” Machining
Science and Technology: An International Jour- nal, vol.9, no.1, p.39-61.
Ekmekçi, B., Elkoca, O., Erden, A. 2005. “A Comparative Study on the Surface Integrity of
Plastic Mold Steel Due to Electric Discharge Machining,” Metallurgical and Materials
Transactions B, vol.36, no.1, p.117-124.
Kang, S.H., Kim, D.E. 2005. “Effect of Electrical Discharge Machining Process on Crack
Susceptibility of Nickel Based Heat Resistant Alloy,” Material Science Technology, vol.21,
p.817–823.
Curodeau, A., Marceau, L.F., Richard, M., Lessard, J. 2005. “New EDM Polishing and Texturing
Process With Conductive Polymer Electrodes,” Journal of Materials Pro- cessing Technology,
vol.159, p.17–26.
Yan, B.H., Tsai, H.C., Huang, F.Y. 2005. “The Effect in EDM of a Dielectric of a Urea Solution in
Water on Modifying the Surface of Titanium,” International Journal of Machine Tools &
Manufacture, vol.45, p.194–200.
Kang, S.H., Kim, D.E. 2005. “Effect of Electrical Discharge Machining Process on Crack
Susceptibility of Nickel Based Heat Resistant Alloy,” Materials Science and Technology, vol.21,
p.817–823.
Kang, S.H., Kim, D.E. 2005. “Effect of Electrical Discharge Machining Process on Crack
Susceptibility of Nickel Based Heat Resistant Alloy,” Materials Science and Technology, vol.21,
p.817–823.
Sharma, A., Iwai, M., Suzuki, K., Uematsu, T. 2005. “Po- tential of Electrically Conductive
Chemical Vapor Deposited Diamond As An Electrode For Micro-Electrical Discharge Machining in
Oil And Water,” New Diamond and Frontier Carbon Technology, vol.15, p.181–194.
Bai, C. Y., Koo, C. H. 2006. “Effects of Kerosene or Distil- led Water As Dielectric on Electrical
Discharge Alloying of Superalloy Haynes 230 with Al–Mo Composite Electrode,” Surface &
Coatings Technology, vol.200, p.4127-4135.
12
Bai, C. Y. 2007. “Effects of Electrical Discharge Surface Modification of Superalloy Haynes 230
With Aluminum and Molybdenum on Oxidation Behavior,” Corrosion Science, vol.49, p.3889–
3904.
Chung, D.K., Shin, H.S., Kim, B.H., Park, M.S., Chu, C.N. 2009. “Surface Finishing of MicroEDM Holes Using Deionized Water,” Journal of Micromechanics and Microen- gineering, vol.19,
p.1-7.
Nguyen, M.D., Rahman, M., Wong, Y.S. 2012. “Simulta- neous Micro-EDM and Micro-ECM in
Low-Resistivity De- ionized Water,” International Journal of Machine Tools & Manufacture,
vol.54-55, p.55–65.
Syed, K.H., Palaniyandi, K. 2012. “Performance of Elect- rical Discharge Machining Using
Aluminium Powder Sus- pended Distilled Water,” Turkish Journal of Engineering and
Environmental Sciences, vol.36, p.195-207.
Ndaliman, M.B., Khan, A.A, Ali, M.Y. 2013. “Influence of Electrical Discharge Machining Process
Parameters On Sur- face Micro-Hardness of Titanium Alloy,” Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers Part B-Journal of Engi- neerıng Manufacture, vol.227, no.3, p.460-464.
Singh, S., Bhardwaj, A. 2011. “Review to EDM by Using Water and Powder-Mixed Dielectric
Fluid,” Journal of Mi- nerals & Materials Characterization & Engineering, vol.10, no.2, p.199230.
Madde II.
2.PLAZMA İLE İŞLEME (TUĞBA KARTAL)
Bölüm 2.01 PLAZMA NEDİR ?
Plazma maddenin dördüncü halidir. Madde gaz halinde iken doğru koşullar altında maddeye
enerji verilmesinin devam etmesi maddenin plazma haline geçişine neden olacaktır. Enerji
kaynağı elektrik olabileceği gibi, ısıl veya ışın kökenli de olabilir. Plazmayı maddenin gaz
halinden ayıran en önemli farkları, elektriği iletmesi, çok yüksek sıcaklıkta olması ve ışık
yaymasıdır. Maddenin plazma hali, serbest halde gezinen elektronlardan ve elektronlarını
kaybetmiş atomlardan (iyonlardan) oluşur, eşit miktarda pozitif ve negatif yük içerir. Elektriği
ileten tüm metallere uygulanan prensiplerin çoğu plazmalar içinde geçerlidir ve plazma
manyetik ve elektrik alanlardan etkilenir. Günümüzde plazmalar değişik teknolojiler
geliştirilerek imalatta, tıpta, ışıklandırmada, televizyonlarda, enerji üretmekte (nükleer) ve
daha birçok teknolojide kullanılmaktadır [1,2,3,4]. Plazmalar sıcaklıklarına göre ve
hacimlerindeki yüklü parçacık sayısına göre sınıflandırılırlar. Florasan lambalarındaki ışıldama,
kaynak sırasında görülen mavi ışık, yıldırım ve şimşek birer plazmadır. Güneş içerisinde farklı
türde plazmalar vardır. Kutuplarda görülen auroralar da bir çeşit plazmadır.
Bölüm 2.02 PLAZMA İLE KESME TEKNOLOJİSİ
Plazma ile kesme metodu (bkz. Şekil 1), iletken metallerin kesiminde
13
kullanılan termal bir kesme metodudur. Kesme, basitçe, torç içinde akan gaza enerji verilerek
kısmen iyonlaştırılması (plazma haline dönüştürülmesi), oluşturulan yüksek sıcaklıktaki
plazmanın da gaz akışı etkisi ile nozul ağzından pozitif kutup olan malzemeye yönelmesi,
malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan gazın jet etkisiyle itilerek uzaklaştırılması ile
gerçekleştirilir. Geleneksel plazma sistemleri 20-150 mm kalınlık aralığında olan malzemelerin
kesiminde yaygın olarak kullanılmaktad0ýr. Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer kesme
sistemlerinin çalıştığı 1-12 mm malzeme kalınlığı arasında ve lazer sistemlerine yakın
hassasiyette kesme yapabilmek yönünde geliştirilmektedirler. şekil 2'de günümüz termal kesme
teknolojileri kesme hassasiyeti ve malzeme kalınlığına göre karşılaştırılmıştır.
Plazma ile kesim düşük işletme ve yatırım maliyeti, yüksek kesme hızı, üretim hattı
uygulamasına ve otomasyona uygunluğu, sürekli iyileştirilen kesme kalitesi ile sanayide yaygın
olarak kullanılmaktadır. Plazma ile kesme metodu vagon sanayi, gemi inşa sanayi, iş makinelari
sektörü, basınçlı kap sanayi gibi imalat sektörlerinde yoğunlukla kullanılmaktadır .
14
Bölüm 2.03 PLAZMA İLE KESME SİSTEMİ
Genel olarak otomasyona yönelik bir plazma ile kesme sistemi şu alt sistemlerden oluşur(bkz.
şekil 3); Güç kaynağı bir doğru akım kaynağıdır. Yüksek gerilimde, sabit doğru akım sağlar.
Görevi iyonizasyon sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi sağlamaktır.
Yüksek frekans (HF) ateşleme devresi, 2MHz de 5000 ile 10000 volt arası alternatif akım
yaratan bir devredir . Taşıyıcı gazın iyonlaşması (plazma oluşumu) için gerekli olan pilot arkı
ateşler. Gaz Konsolu, taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gazın akış hızlarını, karışım oranlarını
ayarlamak ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır. Günümüz sistemleri elektronik
kontrollüdür. Torç, içinde plazma gazı ve koruma gazının aktığı, nozul, elektrod, lüle, nozul diş
kapağı, koruyucu kafa ve kapağını bir arada tutan parçadır (bkz. şekil 1, 4). Plazmayı
oluşturmak ve odaklamak için tasarlanmıştır. Koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını da sağlar.
Gövde içinde gazlar, elektrik bağlantısı ve soğutma sıvısı için özel tasarlanmış kanallar ve
elektrik bağlantıları vardır. Taşıyıcı Sistem ve Kontrol Sistemi, torç hareketini ve tüm sistemin
kontrolünü sağlar (bkz. şekil 3). Numerik kontrollü herhangi bir kartezyen X-Y tablası
olabileceği gibi, bir robotta olabilir. Kontrol sistemi ise güç kaynağını, ateşlemeyi, gaz akışını ve
torç hareketini ilgili parametreler aracılığı ile kontrol eder. Soğutma Sistemi, soğutucu sıvının
sistem içerisinde dolaşımını sağlar. Aspiratör Sistemi, kesme sırasında oluşan gazları ve dumanı
kesme bölgesinden uzaklaştırmak için kullanılır.
15
Bölüm 2.04 TORÇ PARÇALARININ İŞLEVLERİ
Plazma arkını oluşturmak ve malzemeye doğru odaklamak için tüm kesme torçlarında şu temel
parçalar bulunur: elektrod, lüle, nozul ve koruyucu kap. Elektrod, güç kaynağının negatif
kutbudur. Bakırdan imal edilir. Elektrod ucunda ise arkı yayan, ısıya dayanıklı ikincil bir
malzeme vardır (bkz. şekil 1, 4, 5). Bu uç için yüksek ergime noktalı hafniyum (hava ve oksijen
plazma sistemlerinde) ve tungsten (azot ve argon-hidrojen plazma sistemlerinde) yaygın olarak
kullanılır. Ateşleme sayısı ile ölçülen belli bir kullanım ömrü vardır. Aşınma ve bozulma elektrod
ucunda görülür. Lüle, taşıyıcı gazı elektrod etrafında girdap etkisi vererek döndürerek iten
yüzük şeklinde bir parçadır (bkz. şekil 4,5).
Girdap etkisi ark silindir şeklinde çevirerek arkın daha yoğun ve kararlı olmasına yardımcıdır.
Günümüzde neredeyse hemen hemen tüm plazma ile kesme sistemi üreticileri girdap
etkisinden yararlanmaktadır. Girdap etkisini torç eksenine dik delikler yerine(nozul içerisine)
belli bir açıda lüle üzerinde açılmış gaz giriş delikleri yaratır (şekil 5 ve 9b). Bu akış etkisi ile
nozul içerisine giren gaz plazma arkını kesim süresince elektrottan malzemeye kadar ufak bir
gaz girdabı içinde tutar. Nozul, plazma arkının konsantre olmasını ve odaklanmasını sağlar
(bkz. şekil 1, 4, 5). Bu arkın enerji yoğunluğunu ve akış hızını arttırır. Ateşleme esnasında güç
kaynağının pozitif kutbudur. Nozul ağız açıklığı belli bir tip nozul için maksimum kesme akım
şiddetini belirler. Aşınma parçasıdır. Nozul ömrüde ateşleme sayısı ile ifade edilir. Koruyucu kap
ve başlığı nozulun dışında yer alır(bkz. şekil 1,4). Kesilen malzeme ile nozulun arasında yalıtıcı
olarak görev yapar.
Kesme Nasıl Başlar ? Güç kaynağına gelen bir sinyal eşzamanlı olarak açık devre gerilimini açar
ve torça gaz akışını başlatır. Sistemde nozul ve malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna,
elektrod ise negatif kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozul ve elektrod arasındaki boşluktan
geçerek nozul ağzından dışarı akmaya başlar(bkz. şekil 5). Bu esnada yüksek frekans ateşleme
devresi, nozul ile elektrod arasında yüksek frekansta arklar oluşturur(bkz. şekil 6). Taşıyıcı gaz
bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur. Yüksek akış hızındaki gaz, itme etkisi ile bu
akım yolunun pozitif kutbunu dışarıya -nozuldan malzemeye doğru- yöneltir (bkz. şekil 1).
Pozitif kutuptaki malzeme ile artık akım devresi tamamlanmıştır ve yüksek frekans devresi
kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu (arkın sürekliliği) doğru akım devresinden gelen
enerji ile sağlanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna "taşınan ark metodu" (transferred
arc method) denir.
16
Kesme işlemi plazmanın yüksek sıcaklığı nedeni ile malzemeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek
akış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş malzemeyi püskürterek malzemede bir delik açması ile
başlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile -arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda- hareket
ettirilerek kesme işlemi gerçekleştirilir. Plazma ile kesme işlemi genel olarak taşınan ark
metodu ile gerçekleştirilir. Bir diğer metot ise "taşınmayan ark metodu"dur(non-transferred arc
method). Torç teknolojisi farklıdır. Plazma arkı malzemeye transfer edilmeden nozul ile elektrod
arasında başlar ve akan gaz etkisi ile -sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde- plazma torç ucunda
alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken olmayan malzemelerde kullanılır ve diğer
plazma işlemlerinde (örneğin yüzey kaplamada, atık işlemede) kullanılır. Kesmede yaygın
olarak kullanılmamasının nedeni plazma ark yoğunluğunun kontrol edilememesidir.
Bölüm 2.05 PLAZMA İLE KESİLEBİLEN MALZEMELER
Plazma ile kesme yöntemi sanayide yaygın olarak alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, karbon çeliği,
alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları ve bakır kesmekte kullanılır. Nikel, titanyum ve
alaşımları gibi malzemelerin kesimi ancak talaşlı işlemeden önce malzemeyi kesip hazırlamak
için uygun olabilir. Çünkü bu malzemelerin plazma ile kesiminde kesme ağzı ve yüzeyinde
pürüz, malzemede de renklenme görülmektedir . Koruyucu ve plazma gazı kombinasyonları,
gazların akış hızları ve malzeme kalınlığı malzemelerin kesme kalitesini etkiler.
Bölüm 2.06 PLAZMA İLE KESMEDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLİKLERİ
Modern plazma ile kesme sistemlerinde, iyi bir kesme kalitesi elde etmek için taşıyıcı (plazma)
ve koruyucu gaz olarak çeşitli gazlar ve karışımları kullanılmaktadır. Kullanılacak plazma gazları
arasındaki farklar gazın iyonlaşma enerjisi, termal iletkenlik ve reaktiflik özelliklerine bağlıdır.
Gazın iyonlaşma enerjisi arkın gerilme değerini ve açığa çıkan enerji yoğunluğunu etkiler.
Termal iletkenlik, arkın sürekliliğini etkilediği gibi enerjinin ısı formunda iletilmesinde de rol
oynar. Reaktiflik ise ısı etkisi altında gazın ergiyen malzeme ile etkileşmesidir (azotun yüksek
sıcaklıkta karbon çelikleri ile etkileşip nitrat oluşturması gibi). Plazma torçunun teknolojisine
göre de kullanılan gazların karışım oranlarıda değişebilir. Plazma ile kesmede en çok kullanılan
gazlar hava, azot, oksijen ve argon-hidrojendir (H-35, Ar-H2). Genel bir fikir vermek için
Hypertherm HD3070 sisteminde kullanılan gazlar malzeme cinsine göre dizilerek Tablo 1'de
örnek olarak sunulmuştur.
17
Bölüm 2.07 PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER
Plazma ile kesmede önemli parametreler gaz parametreleri, güç kaynağı parametreleri ve
kesme hızıdır (bkz. şekil ). Parametreler arasındaki ilişkiler kesmede elde edilecek kaliteyi
tanımlar. Gaz parametreleri; taşıyıcı(plazma) ve koruyucu gazın akış hızı ve gazların karışım
oranıdır. Plazma gazının akış hızının artışı arkın kararlılığını etkileyen faktörlerden birisidir. Arkın
yoğunluğunu arttırır. Artan momentum nedeni ile eriyen malzemenin kesme bölgesinden
püskürtülmesini kolaylaştırır. Güç kaynağı parametreleri ise 'standoff', 'V', ve akım şiddetidir,
'I'. Standoff, malzeme-torç arası uzaklığı belirler. Otomasyona yönelik sistemlerde kesme işlemi
başlamadan bu mesafe bir sonda sistemi ile ayarlanır. Kesme başladıktan sonra ise standoff
mesafesini torç yükseklik kontrol sistemi kontrol eder. Geribildirim döngüsünden
gelen anlık gerilim değerini verilen değer ile kıyaslar ve bu değere göre yükseklik ayarlanır.
Standoff malzemeye ve kalınlığına, kullanılan torç tipine göre tablolarda kesme öncesi için mm
olarak, kesme süresince kullanılmak içinse gerilim birimi ile belirtilir. Akım şiddeti, 'I', plazma
sisteminin gücünü belirler. Malzemeye transfer edilen birim zamandaki enerji daha yüksek
olduğundan aynı kalınlıktaki malzeme için kesme hızı akım şiddeti değeri ile artar. Değer
yükseldikçe kesilebilecek malzeme kalınlığıda artar. Kesme hızı (f), kesme sonrası metalin
kesme yüzeylerinin kalitesini etkileyen parametrelerden biridir. Tavsiye edilen değerden yavaş
hızlarda plazma arkı ergittiği bölgeden hemen uzaklaşmadığı için yarık aralığı değeri artar. Bu
geriye doğru eğimli kesme çizgileri oluşturur. Daha yüksek hızlarda plazma arkı malzemeyi tüm
kalınlık boyunca ergittiği fakat püskürtme işlemi tamamlanmadan torç hızla ilerlediği için alt
kısımlarda malzeme tekrar katılaşarak yarığı doldurur ya da kalın çapak oluşumu gözlenir.
Bölüm 2.08 PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE
Plazma ile kesmede kaliteyi belirleyen standartlar, ISO 9013, DIN 2310 gibi termal kesme
standartlarıdır. Endüstride plazma kesmede kaliteyi tanımlayan karakteristik değerler kesme
yüzeyi açısı (diklik) ve pürüzlülüktür [14, 15, 16]. Ayrıca ek olarak üst kesme kenarı
yuvarlaklığı, sakal oluşumu, üst serpinti ve yarık aralığı ölçüsü de kaliteyi tanımlamak için
kullanılır (bkz. şekil 8). Bu karakteristik değerlere kısaca göz atacak olursak : Kesme yüzeyi
açısı (diklik), kesme esnasında kesme yüzeyinde oluşan eğim miktardır. Uluslararası
standartlarda kabul edilen değer kalite sýnýflarýna göre değişiklik gösterir. Genel olarak diklik
değeri ile belirtilir. Açısal ve pratik değerler vermek gerekirse taşıyıcı gaza girdap hareketi
veren torçlarda bu eğim miktarı malzeme tarafında 1 ila 3 derece, atıl malzeme tarafında 3 ila 8
derece arasında değişir. Düz akıþ içeren torçlarda ise bu değer her iki kenarda 4 ila 8 derece
arasındadır. Pürüzlülük, kesilen yüzey üzerinde üst ve alt yüzeyden standartlarda tanımlanmış
bir mesafede ve aralıklarda ölçülür. Genel olarak bu değeri kesme hızı, gaz akış hızları, torç
hareketi etkiler. Kesme hattı çizgileri pürüzlülük değerini etkiler. Kesme Hattı çizgileri, malzeme
kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmalardır. Kullanılan gaz, güç kaynağı çıkışındaki
süreklilik, torç tasarımı ve mekanik sistemdeki titreşim oluşumlarında etkilidir. Üst kesme
18
kenarı yuvarlaklığı, plazma ile kesimde karakteristik bir özellik olup, malzemenin üst yüzeyinin
plazma arkı ile daha uzun süre etkileşimde kalması nedeni ile oluşur. Bu yuvarlaklık düşük
kalınlıklarda daha çok belli olur. Yüksek tanımlı plazma ile kesim sistemlerinde bu etki
olabildiğince azdır. Çapak (sakal), plazmanın ergittiği malzemenin eridikten sonra tekrar
katılaşıp malzeme alt kesme yüzeyi kenarına yapışması nedeni ile oluşur. Kesme hızı, akım
şiddeti, gaz seçimi, malzeme çeşidine ve temizliğine bağlıdır. Çok hızlı ve çok yavaş kesimlerde
çapak yapabilir. Kesme aralığı, plazmanın malzemeyi keserken oluşturduğu açıklıktır. Plazma
kesiminde bu açıklığı belirlemekteki kural her zaman için bu genişliğin nozul ağzı açıklığının
yaklaşık bir ila iki katı aralığında olacağı şeklindedir. Yarık aralığını etkileyen diğer parametreler
akım şiddeti, kesme hızı ve torç ile malzeme arasındaki yüksekliktir. Üst Serpinti, üst yüzeyde
oluşan çapaktır. Malzeme ile torç arası uzaklık üst serpinti oluşmasında başlıca etmendir. Çok
yavaş ilerleme hızında yapılan kesimlerde görülebildiği gibi aşınmış nozul nedeni ile de ortaya
çıkabilir. çalışmalar sırasında araştırmacılar nozul ağız açıklığının daraltıldığı zaman TIG
torçundan malzemeye doğru akan ark ve gazın özelliklerinin değiştiğini, ark ve gazın daha
yoğun hale geldiğini farkettiler. Arkn ısısı daha yüksekti ve nozul içinde artan basınç ile akış hızı
artmýþtý. Artan sıcaklık nedeni ile malzeme arkın değdiği noktada kalınlık boyunca lokal olarak
ergiyor, plazma jetinin hızı ergimiş metali basınçla iterek uzaklaştırıyordu. Böylece malzeme
kesilmiş oluyordu. Bu gelişmeyi takiben ilk plazma torçları piyasaya sunulmaya başlandı. Bu
kesme metodu çok kalın malzemelerde bile yüksek hızlarda kesme olanağı sağlıyordu.
Konvansiyonel plazma kesimi olarakta tanınan bu teknik 1970 li yıllara kadar yaygın olarak
kullanıldı. Bu teknikte, plazma arkı kesim esnasında iyi kontrol edilemediği, ark
konsantrasyonunun sürekliliği ve plazma ark akışının yoğunluğu sağlanamadığı için elde edilen
malzemenin kalitesi hassas kesimler için kullanılmasında bir engel olmuştur. Bu nedenle
başlangıçtan günümüze kadar çeşitli teknolojiler
Bölüm 2.09 PLAZMA İLE KESME İŞLEMİNİN KISA TARİHÇESİ VE YENİ GELİŞMELER
Plazma ile kesme işleminin keşfedilmesi 1950'li yıllara rastlar. TIG kaynağının verimini artırmak
için Union Carbide firmasının kaynak laboratuvarında yapılan geliştirilerek kesme kalitesinde
iyileştirme yönünde çalışmalar yapılmıştır. Örneğin plazma ark akışının yoğunluğunu sabit
tutmak için sırasıyla çift akışlı gaz teknolojisi, su enjeksiyonlu plazma sistemleri ortaya
çıkmıştır. Bu tür sistemler plazma arkının etrafında ikinci bir akış sağlayarak onu çevreler ve
böylece yoğunluğu
19
kesme süresince sabit kalan bir ark yaratır. Plazma ile kesme işlemindeki ilerlemelerin ve
ortaya çıkan teknolojilerin kısa bir özeti kronolojik olarak Tablo 2'de sunulmuştur.
Bölüm 2.10 PLAZMA İLE KESMEDE YENİ GELİŞMELER
Thermal Dynamics firması ilk düşük akım şiddetli hava plazması ile çalışan ve "Zip Cut" diye
adlandırılan SAF sistemlerini 1980'li yıllarda Avrupa'ya pazarlamaya başladı. Bu gelişme yeni
üreticilerin piyasaya girmesinin önünü açarak plazma kesme sistemleri pazarının genişlemesine
yol açtı. Pazardaki genişleme plazma kesimindeki araştırma geliştirme faaliyetlerini artırarak
kesme kalitesinin giderek artmasına ve başlangıçta oksi- gaz kesimine alternatif olarak
sunulmuş bu prosesin günümüz termal kesme prosesleri içerisinde verimlilik ve kalite olarak
önemli bir yer edinmesine ve yaygın olarak kullanılmasını sağladı. "Super konsantre plazma
arkı", "hassas plazma ile kesme", "yüksek tanımlı plazma kesme" başlıkları altında
gerçekleştirilen plazma ile kesmede kalite artırımına, en önemlisi verimliliği arttırıma yönelik
faaliyetler ise yakın tarihte yeni bir plazma ile kesme teknolojisi ortaya çıkardı. Bu plazma
kesme teknolojisinin adý "high density plasma cutting", yüksek yoğunluklu plazmadır . Bu
teknolojinin özelliği yüksek enerji yoğunluğunda daha ufak çaplı, konsantre ve kararlı bir
plazma arkı elde edilmesidir. Daha konsantre bir ark, kesme yüzeyindeki diklik toleranslarında
ve pürüzlülük değerlerinde iyileşme ile sonuçlanır. Dar çaplı ve yoğun enerjili plazma nedeni ile
daha dar ve düzgün kesme ağızları elde edilir ve kesim sürati artar ki bu da kalitenin ve
verimliliğin artması demektir [9]. Kısaca bu teknolojilere bir göz atacak olursak;
(a) RAZOR CUTTİNG
1989 da Komatsu-Cutting Technologies Division tarafından patenti alınan teknolojinin ismi
"Rasor-Fine Plasma Cutting" idi (bkz. şekil 9a). Bu teknolojinin ayırt edici özelliği bilinen girdap
20
şeklinde gaz akışına ek olarak mıknatıslama ile yaratılan Lorentz kuvvetleri ile, - manyetik alan
oluşumu ile-, plazma arkını kararlı halde ve konsantre halde tutmasıdır. Bu manyetik kuvvetler
plazma arkına iki şekilde etki eder. Birinci olarak plazma arkının kendisine etki eden Lorentz
kuvvetleri arkın elektrod kısmından çıkışında kendi ekseni etrafında daha hızlı dönmesine
olanak sağlar (bkz. şekil 9a). ikinci olarakta etki eden manyetik alan dönerek inen plazma
arkını hapsederek sürekli konsantre ve yoğun bir ark sağlar. Ayrıca nozul çıkışında da bu etki
devam ettiği için çift ark tehlikesi de yalıtılmış bir dış kap kullanılmadan önlenir.
(b) HyDefinition Plasma
1990 yılında patenti alınan Hypertherm firmasının "HyDefinition Plasma" teknolojisinin razor
cutting teknolojisinden farkı nozul ve seramik lüle tasarımlarındandır. Bu tasarımlar ile elektrod
etrafında daha güçlü girdap akımları yaratıp ark kararlılığı ve sürekliliği arttırılmıştır (bkz. şekil
9b). HyFlow Vortex Nozzle olarak adlandırılan seramik lüle ve nozul teknolojisi ark etrafındaki
iyonlaşmamış ve soğuk gazı nozul içerisinden başlayarak plazma arkı etrafında girdap halinde
akıtmayı sağlar. HyFlow Vortex Nozzle teknolojisinin bilinen girdap etkisine getirdiği yenilik ise
nozul duvarı içerisinde yer alan ve nozul ağzında bir nevi hava yastığı etkisi yaratan ikinci bir
gözdedir. Bu sistem nozul ağız çapının daha ufak ve uzun olmasına ve dolayısıyla daha yoğun
ve kararlı bir ark elde edilmesinde rol oynar. Kalkan teknolojisi (Shield Technology) olarak
adlandırılan seramik kaplı izole dış kapak teknolojisi ise nozul ve malzeme arasında bir kalkan
olarak kullanılma amacı ile ortaya çıkarılmıştır. Bu kalkan kesim esnasında oluşan ve sıçrayan
ergimiş malzemenin nozula yapışmasını önlediği gibi seramik kaplama nedeni ile de nozul ve
malzeme arasında oluşabilecek olası ikinci bir ark etkisini engeller. Böylece plazma torçu
malzemeye daha yakın bir standoff değerinde çalışabilmekte, ve nozul ömrü uzatılmaktadır.
Hyperthermin patentini aldığı Uzun ömür (Long Life) teknolojisi ise özellikle oksijen kullanılan
kesimlerde elektrot ömrünün uzatılmasını amaçlamıştır. Bilindiği gibi elektrot ömrü ateşleme
sayısı ile ifade edilir. Kesim esnasında elektrot ucundaki bir yuvada bulunan hafniyum malzeme
(bkz bölüm 2.1.2) içeride girdap şeklinde akan gaz etkisi ile ergimiş halde yuvasında durur.
Fakat her kesim sonunda torç kapatılırken bu teknolojiye sahip olmayan sistemlerde 100-150
ateşleme sonunda elektrot fonksiyonunu yitirmeye başlar ve bu kesim kalitesinde düşüşe
neden olur. Ayrıca ergimiş halde kopan parçacıklar kesim sonunda nozul iç çeperlerine ya da
nozul ağzına yapışarak akış profilinin de bozulmasına neden olurlar. Gelişen mikroişlemci
teknolojisinden yararlanılarak geliştirilen uzun ömür teknolojisi kapalı devre kontrolü ile gaz
akışını ve elektrik akımını aynı anda ve kontrollü olarak kapanmasını sağlayarak hafniyum
malzemenin yuvasında katılaşmasını sağlar. Bu sistem ayrıca nozul içerisinde oluşan ani termal
ve kimyasal şokların etkisini de azaltır .
Bölüm 2.11 Torç yükseklik kontrolü (Torch Height Control)
Her iki teknolojide de torç malzeme arası yüksekliği (standoff değeri) THC (Torch Height
Control)
yada AHTC (Automatic THC)
adı verilen bir sistemle kesme süresince
ayarlanabilmektedir. Bu sistem dalgalı bir yüzeye sahip metal plakalarda kesme esnasında
operatörün gerilim değeri ile oynayarak standoff değerini ayarlaması gerekliliğini ortadan
kaldırmıştır. Basit bir Z ekseni hareketi ile kontrol edilen bu sistem torçu (plazma gerilim
değerinin geri beslenen anlık değerine göre) yukarı aşağı hareket ettirmektedir. Ark gerilimi
geri beslemesi saniyede 500 keze varan oranlara erişebilmektedir. Yüksek tanımlı plazma
teknolojisi belli bir kalınlık aralığında ve malzeme tipinde kaliteli bir kesme sunar. Ayrıca torçu
ya da parçayı hareket ettiren sistemin ivmelenme değerleri, titreşim özellikleri, hareket
kontolündeki hassasiyet kesme süratini ve tekrar edilebilirliği etkilediği için sonuçta kesme
kalitesini etkilemektedir. Gazın temiz olması, gaz akışının kararlılığı ve basıncı da kaliteyi
etkileyen diğer etmenlerdir.
Bölüm 2.12 SONUÇ
Plazma ile kesme düŞük işletme ve yatırım maliyeti, üretim hattı uygulamasına ve otomasyona
uygunluğu, sürekli iyileştirilen kesme kalitesi ile sanayide yaygın olarak kullanılan bir kesim
metodudur. Basit, küçük ve taşınabilir plazma ile kesme ekipmanlarından bilgisayar kontrollü
ekipmanlara kadar değişen sistemler mevcuttur. Bir zamanlar oksi-gaz ile kesmeye alternatif
bir metot olarak ortaya çıkmışken günümüzde lazer ile kesim teknolojisine bir alternatif olma
21
yönünde geliştirilmektedir. Bu derlemede plazma ile kesim teknolojisi ile ilgili konulara yer
verildi. Teknolojinin doğuşu, gelişmesi, kesme parametreleri, kalite unsurları ve kesme
ekipmanlarının yapısı ve işleyişi hakkında genel bir çerçeve çizilmeye çalışıldı.
Madde III.
3.HONLAMA VE LEPLEME TEKNİKLERİ (AHMET CAN UÇAR)
Honlama ve lepleme tekniklerinin amacı tornalama veya taşlama işlemi uygulanan yüzeylerin
üzerinde bulunan pürüzleri gidermek, yüzeylerin kalitesini düzeltmek, istenen ölçü tamlığını elde
etmek ve birlikte çalışacak olan iki yüzeyi birbirine alıştırmaktır. Honlama ve lepleme teknikleri
çeşitli aşındırıcı malzemeler kullanarak metal veya metal olmayan malzemelerin yüzeyinden düşük
hızla yapılan talaş kaldırma işlemidir. Bu teknikler daha çok silindirik iç, dış, düzlem ve küresel olan
yüzeylere uygulanırlar.
Bu teknikler özel tezgâhlarda torna freze matkap gibi tezgâhlarda veya elle uygulanmaktadır.
Bölüm 3.01 ECH
Avantajları 1. Hon taşı aşınması en düşük seviyede 2. Hız daha yüksek 3. İnce et kalınlıklı boruların
honlanmasında üstün netice 4. Mekanik ve ısıl etkilenme yok Uygulama Seri üretimde, ince duvarlı
boruların doğru boyuta getirilmesi
Madde IV.
4.ELEKTRO EROZYON TESTERE (YUSUF KAN)
Testere ve tel erozyon dükkanlar da yaygın malzemelerde stoktan parça boşlukları kesmek için
kullanılır . Bazı durumlarda, çok yüksek malzeme sertliğinde bir bant kullanılması kesme için bir
engellemedir . Tel erozyon sertliği yüksek olan malzemeler için bir alternatif fakat seri üretim de
darboğaz oluşturur zaman alıcı bir işlemdir .Elektro Erozyon Testere makinesi , tel erozyona göre
yüzde 70 daha hızlı olduğu kadar egzotik alaşımlar kesebilir elektro-erozyon teknolojisini kullanır .
Buna ek olarak , kesme genişliği sadece 0.06 inç ve oluşturulan ısıdan etkilenen bölge en az 0.019
inç olur.Bir tel erozyon biriminin özelliklerine benzer EDS makine fonksiyonları. Bununla birlikte,
bunun yerine elektrot teli kullanarak , EDS makinesi sürekli olarak iki kasnak etrafında dönen
yumuşak çelikten ince, elektriksel olarak yüklü grup kullanır. Dönen bandı parçasına indirilir ve
toksik olmayan bir sodyum silikat, dielektrik bant ve çalışma parçası boyunca püskürtülerek kesim
başlar . Elde edilen elektro-erozyon " kesme " Dakikada 2,5 inç kare ortalama hızda işlem yapar .
EDS , sadece 26.5 dakikada malzeme kesim işleminde çap olarak 6.25 inç ölçülerinde işlem
yapar.Cuts , yuvarlak , düz ya da açılı yüzeyler yapılabilir . Bant işlemi sırasında çok düz kesimler
yaratır. Bu sayede maliyetlerini azaltarak , malzeme israfını en aza indirir. Elektro- erozyon işlemi
çok az kesme kuvveti oluşturur , bu yüzden basit bir pnömatik sıkma sistemi kesim için malzeme
sağlamak için kullanılır . Kesikler tamamlandıktan sonra programlanabilir stok besleme sistemi
otomatik stok ilerler .Bir EDS makinesinin genel işletme maliyeti düşüktür. Örneğin, EDS saatte
sadece $ 4.00 oranında elektrik kullanır . Buna ek olarak , her bir grup yaklaşık $ 1.40 ( kaynakçı
kullanıcıların kendi bantları oluşturmak için izin veren her EDS makine ile birlikte verilir )
maliyetlidir. EDM işlemde tüketilen tel farklı olarak, tek bir çelik bant çok sayıda kesim için
kullanılır. Çapı 2.5 inç keserken Örneğin; bir grup yerine önce dört kesim gerçekleştirebilirsiniz .
Bant değiştirme az 2 dakika zaman alır.EDS kesitleri 12 x 12 inç 7.87 x 7.87 inç büyüklükleri
arasında değişen iki farklı boyutta mevcuttur. Her sürümü kapalı çalışma alanı , entegre bir hava
emiş sistemi ve dielektrik ıslah sistemine sahiptir . Bir dokunmatik ekran kontrolü kolay
programlama sağlar ve standart malzeme şekiller için otomatik program şansı sunuyor.
22
Madde V.
5.ELEKTRO EREZYON İLE TAŞLAMA ( FARUK TORUN)
Bölüm 5.01
Elektro erezyon tarihi
23
24
25
26


Elektroerozyonla taşlama metodu, elektroerozyonla
işlemeye benzer işleme metodu olup fark sadece
takım olarak kullanılan elektrotun dönen grafit taş
olmasıdır. İş parçası servokontrollü iş tablası aracılığı ile
taş altında ilerler. Dielektrik sıvı içine batırılmış bulunan
+ yüklü iş parçası ile – yüklü taş arasında iş
parçasından elektrik kıvılcımlarının etkisi ile talaş
kaldırma işlemi gerçekleşir. Her kıvılcım erozyonu iş
parçası yüzeyinden az miktarda metali ergitir veya
buharlaştırır ve elektroerozyonla işleme’de olduğu gibi
küçük bir krater meydana getirerek iş parçası ile taş
arasında kaldırılan malzeme parçacıklarını
uzaklaştırmak için dielektrilk sıvı kullanılır.
Elektorerozyonla taşlama için taşlar tipik olarak düşük dereceli
grafitten yapılır. Dielektrik sirkulasyonun zor olduğunda veya
işlenecek parça kesiti 0.375 mm’ den daha az olduğunda bazen
pirinç taşlarda kullanılır. Elektorerozyonla taşlama taşları YHÇ
takımları ile kolaylıkla bilenebilir. Grafit taşlar 30 ila 180 m/dak
kesme hızında dönerler, ve çalışma esnasında elektrik izolasyon
için fener milinden taşın yalıtımı sağlanır. Yüksek taş hızı yağa
çarpmasına sebep olurken aşırı düşük taş hızı ise uinform olmayan
taş aşınmasına, ve tam yuvarlaklık elde edilmemesine neden
olur. Zımpara taşı yaklaşık olarak 450 m/dak’da Şekil 7.28 de
gösterilen tezgah üzerindeki bir düzenekle işlenebilir. Zımpara taşı
sertleşmiş çelik ile kaba olarak 1.25 mm pasoda ve 0.125 mm
bitirme pasosu ile bilenebilir. Hassas taşlama işlemi için aşırı rijitlik
ve taşlama esnasında minimum defleksiyon gereklidir. Taş mili
toleransı 0.001 mm ve işlenmiş taşta defleksiyon 200 mm enine
ilerleme miktarı için 0.004 mm’dir.
27

İş parçasının hareketini kontrol eden servomekanizma ile kıvılcım işleme boşluğu yaklaşık
0.025 mm arasında sabit tutulur. Elektro1it
olarak genellikle viskozitesi 40 olan mineral yağ
kullanılır. Daha yüksek voltaj daha büyük
kıvılcım boşlukları buda dielektrik akışkan ile
daha kolay temizlenmesi için ve daIma
taşlamada iyidir. Daha yüksek elektrik akımı
daha hızlı kesme yapar fakat daha kaba ve
hasarlı yüzeyoluşturur. Krater ölçüsü kıvılcım
enerjisi ile orantılı olup, özellikle, karbürlerin
taşlanmasında daha düzgün yüzeyelde etmek
için en az akım kullanılır. Daha yüksek sinyal
frekansı daha düzgün yüzey ile gerçekleştirilir.

Hızlı kesme işlemi için, genellikle, daha
büyük kapasitans
kullanılır. İşleme çevrimi başladığı zaman
otomatik EDG tezgahlarında operatörün
çalışması gerekmez. İş parça ve zımpara
taşı arasında voltaj ile iş parçası tablasının
servo-tahrik kontrolü yapılır. V oltaj 80 V gibi
yüksek olduğu zaman iş parçası ilk kıvılcım
oluncaya kadar zımpara taşına doğru hızla
enine ilerler. Bu noktada, voltaj normal
işleme oranı 40-60 V düşer ve servomekanizma, güç kaynağına bağlı olarak, iş
ve' taş arasında normalolarak 0.0125-0.075
mm sabit boşluğu sürdürür. Servo¬sistem
otomatik olarak her hangi bir nedenle voltaj
düşerse zımpara
taşından iş parçasını geri çeker.
28

Karbür şeklinde takımların yapımında büyük
hassaslık istenilen işler için Elektorerozyonla
taşlama işlemi kullanılır. Genel tolerans 0.05
mm olup bazı uygulamalarda 0.001 mm
elde edilebilir. Saatte sadece 160 ila 2500
mm3 hacimde malzeme kaldım bu metot
yavaş işlem olup daha fazla talaş kaldırma
miktarı ile sadece belirli kaba uygulama
alanlarında kabul edilebilir.

Karbürlü takımları şekillendirme için
kullanılmasının yanında laminasyon
kalıpları, ezme merdanesi ve çeşitli
profildeki diğer takımlar gibi şekilli
parçaları taşlamak için de kullanılır.
Bunun yanında, kremayer, sert
malzemelerde ince kanallı parçalar,
gevrek ve kınlabilir parçalar, ve kompleks
şekilli parçaların taşlanmasında kullanılır.
29

Elektorerozyonla taşlama işleminde
zımpara taşı iş parçasından temizleme
hareketi yaptığı için bitirme yüzeyi 0.25
mikrometre pratik olup bitirme yüzeyi
öncelikle TKM'ına bağlıdır. Örneğin,
karbürlerin taşlanmasında TKM'ı 200
mm3/saat olup 0.38 mikrometre yüzey
pürüzlülüğü elde edilirken TKM'ı 2500
mm3/saat olduğu ise elde edilen yüzey
pürüzlülüğü değeri 3.2 mikrometre'dir

Tungsten karbürün taşlaması üzerine işletme
şartları etkisi vardır. Sİnyal frekansı ve
kapasitans her nokta için gösterilmiş olup
voltaj 60 V, zımpara taşı grafit ve dielektrik
akışkan olarak İse viskozitesi 40 olan
hidrokarbon yağ kullanılmıştır. Frekansta
daha fazla düşme ve kapasitansta artışlar
akımı 10 A' de sabit tutarak yine bu şekilde
gösterildiği gibi yüzey pürüzlülüğÜnü
artınnaktadır. Örneğin, 16 KHz ve 10
mikrofarad'da yüzey pürüzlülüğü değeri
2.8 mikrometre iken 8 KHz ve 14
mikrofarad'da ise bu değer 3.8
mikrometre'dir. Ancak bu sonuçlar diğer
metaller ve taşlama şartlarına göre değişir.
30

Elektorerozyonla taşlama işleminde aşınma oranı
akım yoğunluğu, takım malzemesi, iş malzemesi ve
dielektrik akışkana bağlıdır, Hacimsel aşınma miktarı, iş
parçasının aşınma miktarının zımpara taşının aşınma
miktarına oranı olup 100:1 ila 0.1:1 arasında değişir
fakat ortalama hacimseloranı yaklaşık 3:1 ' dir. Ancak
zımpara taşı aşınması bütün taş çevresine yaydır. Bu
nedenle, taş aşınması üniform ise lineer aşınma oranı,
talaş derinliğinin taş aşınma derinliğine oranı, çok
daha yüksektir. 25 mm uzunlukta bir kesme işlemi için
200 mm'lik taş için ortalama lineer aşınma oranı 75:1
iken 300 mm çaplı taş için lineer aşınma oranı 110:1
'dir. Düzensiz şekilli çevrelerin taşlama işleminde
zımpara taşı aşınması yüksek noktalarda ve profilin
keskin köşelerinde ortaya çıkar ve üniform aşınmadan
ziyade daha sık olarak taşın yeniden bilenmesi
gerekir.

. 25 mm uzunlukta bir kesme işlemi için
200 mm'lik taş için ortalama lineer aşınma
oranı 75:1 iken 300 mm çaplı taş için
lineer aşınma oranı 110:1 'dir. Düzensiz
şekilli çevrelerin taşlama işleminde
zımpara taşı aşınması yüksek noktalarda
ve profilin keskin köşelerinde ortaya çıkar
ve üniform aşınmadan ziyade daha sık
olarak taşın yeniden bilenmesi gerekir.
31
Madde VI.
6.KİMYASAL DAĞLAMA (BEYTULLAH KOLOĞLU)
Malzemelerde gerçek iç yapı özelliklerini ortaya çıkarmak için metalografide çoğu kez parlatılmış
numune
yüzeyine
uygun
bir
reaktif
tatbik
edilir.
Bu
işleme Kimyasal
Dağlamaveya
kısaca Dağlama denilmektedir. Dağlama ile parlatma sonucunda görülemeyen mikroyapı elemanları
açığa çıkmaktadır. Dağlama, ayrıca fazların cinsini tayin etmede, dislokasyonların yerlerini
belirlemede (etch pitting) ve yönlenme etütlerinde kullanılır.
Nihai parlatmadan çıkan numunede -gösterilen bütün ihtimama rağmen- kaçınılmaz olarak
parlatılan yüzeyde soğuk işlenmiş bir tabaka bulunmaktadır. Bu tabaka başlıca iki kısımdır; üst
tabakanın serbest enerjisi alt tabakaya kıyasla daha fazladır. Bu nedenle ilk dağlama işlemi
sonunda üst tabaka kolayca reaktifin etkisi ile ortadan kalkar ve yüzeyde alt tabaka kalır. Bu
durumda mikrokopik etüd yapıldığında orjinal yapıya benzemeyen bir yapı görülür. Bu tabakayı
ortadan kaldırmak için parlatma ve dağlama işlemi bir daha tekrarlanmalıdır. Genel olarak parlatma
ve dağlama işlemlerinin üç defa tekrarı, bu tabakanın tamamen ortadan kalkması için yeterlidir.
Bu
tabakanın
mevcudiyeti
–
kalınlığı,
numunenin
–
–
ve
uygulanan
numunenin
parlatılması
yapısına,
parlatma
esnasında
uygulanan
yöntemine,
basma
kuvvetine,
– parlatmada kullanılan aşındırıcının karakterine
Bölüm 6.01
DAĞLAMA AYRAÇLARI
Genellikle metalografik numunenin dağlanmasında kullanılan reaktifler su, alkol, gliserin, glikol
veya bunların karışımı olan çözücülerin içinde, organik ve inorganik asitle, çeşitli alkalilerin ve diğer
kompleks bileşiklerin eritilmesi ile elde edilir. Kullanılan reaktiflerin aktivileri ve genel davranışları;
hidrojen iyonu konsantrasyonuna, hidroksit iyonu konsantrasyonuna veya reaktifin bir veya daha
fazla yapı bileşenlerini karartma yeteneğine bağlıdır.
Dağlama
reaktifi,
mikroyapı
ayrıntılarını,
numunenin
yüzeyinden
içeriye
doğru
selektif
olarak çözündürmesi sonucu ortaya çıkarır. Çok fazlı yapılarda farklı fazların veya tek fazlı
alaşımlarda ve saf metallerde farklı doğrultuda yönlenmiş tanelerin dağlama reaktifi içinde çözünme
miktarları şüphesiz farklıdır. Bu prensipe dayanan dağlama mekanizması aşağıda iki farklı durum
için ele alınmıştır:
Çok Fazlı Alaşımlarda: Çok fazlı alaşımların dağlanma mekanizması elektrokimyasal niteliktedir.
Numune reaktif ile temas ettiğinde, yapı bileşenleri (fazlar) arasında potansiyel farkı doğar. Daha
yüksek potansiyelli faz, diğerine kıyasla anodik veya elektropozitifdir ve bu nedenle dağlama
esnasında çözünmeye başlar. Katodik veya elektronegatif olan diğer faz, daha düşük potansiyele
sahip olduğundan dağlama esnasında herhanği bir değişikliğe uğramaz.
32
Bölüm 6.02
Çok Fazlı Alaşımlarda Dağlama
Anodik ve katodik bileşenler arasındaki potansiyel farkı, elektropozitif fazın genellikle kullanılan
dağlayıcı reaktifler içinde uygun hız ve oranda çözünmesi için yeterli büyüklüktedir. Bu durum aşırı
dağlamayı önlemek bakımından dikkatli kontrol gerektirir. Saf metallerde ve tek fazlı yapılarda söz
konusu
potansiyel
farkının
olmayışı nedeniyle bu malzemeler, çok fazlı malzemelere göre –tane sınırları hariç– daha zor
dağlanırlar.
Dağlama esnasında anodik fazın öncelikle çözünmesinden dolayı iki fazlı alaşımlarda bu faz,
parlatılmış yüzeyde veya hiç olmazsa anot-katot fazı arasında bir dereceye kadar çukurlaşma
meydana getirir ve mikroskopta incelendiğinde ışınları yansıttığından çözünen bu faz karanlık (koyu
gri-siyah) görülür. Katotik faz ise dağlamadan etkilenmediğinden ışınları ayna gibi yansıtır ve
mikroskopta parlak (açık gri-beyaz) görülür.
Gerekli dağlama sürecinden daha uzun süre dağlamaya devam edilirse evvelce elektronegatif
karakterde olan faz, elektropozitif fazın bütün özelliklerini sahip olabilir. Bu duruma Aşırı Dağlama
denir. Böyle durumlarda numune tekrar nihai parlatma diskine tabii tutulmalıdır.
Saf Metaller ve Tek Fazlı Alaşımlarda: Homojen tek fazlı alaşımlar ve saf metallerin dağlama işlemi
çok fazlı alaşımlarınkinden farklıdır. Burada dağlama mekanizması elektropozitif bir olaya dayanır.
Ana metal ile çözünmeyen kalıntılar ve tane sınırları ile taneler arasındaki potansiyel farkı genellikle
o kadar belirsizdir ki dağlamanın etkisi olsa bile bu çok küçüktür.
33
Saf bir metal veya tek fazlı alaşımın dağlanması, bir reaktif tarafından metalin kimyasal olarak
çözünmesidir. Öyle ki her tane parlatılmış numunenin yüzeyine kıyasla yönlenmesiyle ilişkili bir
hızda çözünür. Netice olarak yapı tek fazlı olmasına rağmen mikroskopta aynı yöndeki taneler aynı
parlaklıkta, farklı yöndeki taneler de farklı koyulukta görünürler. Bu olaya yönlenmiş tane parlaklığı
adı verilir. Özellikle uzun süre dağlama sonunda kolayca bu durum farkedilir.
Bölüm 6.03
Tek Fazlı Yapılarda Dağlama
Tane sınırları atomik seviyede kusurlu bölgeler olduğundan tanenin iç kısmına kıyasla daha yüksek
enerjiye sahiptir ve bu nedenle öncelikle çözünerek vadiler oluşur. Bu vadilerdeki ışınların dağılması
sonucu tane sınırları optik mikroskopta ince ve karanlık hatlar halinde görülür.
Madde VII.
7.Elektro-Erozyon ile İşleme (M.FATİH YURDALAN)
34
Elektro-Erozyon ile İşlemede Tel Demeti Elektrot Performansının Deneysel ve Teorik İncelenmesi
35
36
37
38
8.ELEKTROKİMYASAL
İŞLEME
(ÖZGÜR
SARA)
Elektrokimyasal işleme (ECM) bir elektrokimyasal işlem ile metal çıkarmak için bir yöntemdir.
Normalde, seri üretim için kullanılır ve geleneksel yöntemler kullanılarak işlenmesi zor olan son
derece sert malzeme veya malzemeleri işlemek için kullanılır. Kullanımı, elektriksel olarak iletken
malzemeler ile sınırlıdır. ECM, titanyum alüminidleri, Inconel, Waspaloy ve yüksek nikel, kobalt ve
renyum alaşımları gibi küçük ya da garip şekilli açıları, sert ve egzotik metaller karmaşık konturları
veya
boşlukları,
kesebilir.
Hem
dış
ve
iç
geometrisi
işlenebilir
.
ECM sık sık onu eklemek yerine malzemeyi kaldırır ki, "galvanik ters" olarak karakterize
edilir.Erezyon bir yüksek akım sayesinde, bir elektrod ve parçası arasında geçirilen içinde (EDM)
kavram olarak benzer Bir elektrolitik malzeme çıkarma işlemi, negatif yüklü bir elektrodu (katot),
iletken bir sıvının (elektrolit) ve iletken iş parçasının (anot) sahip olan; Ancak, ECM hiçbir takım
aşınma yoktur. ECM kesici alet çalışmaları yakın istenen yol boyunca ama parça dokunmadan
yönlendirilir. EDM aksine, kıvılcım oluşturulur. Termal veya mekanik gerilmeler kısmına aktarılıyor
ve ayna yüzeyler elde edilebilir ile yüksek talaş kaldırma oranları, ECM ile mümkündür.
ECM işleminde, bir katot (araç) bir anot (iş parçası) içine ilerletilir. Basınçlı elektrolit alanı kesilmiş
bir dizi sıcaklığında enjekte edilir. Besleme hızı malzeme "sıvılaştırılması" oranı ile aynıdır.
Takımişparçasının istenilen şekle oluşturur olarak takımın ve iş parçasının arasındaki uçurum, 80800 mikrometre (içinde 0,003-0,030.) Elektronlar boşluğu geçerken, iş parçası malzeme çözülür
içinde
değişir.
Elektrolitik
sıvı
işleminde
oluşan
metal
hidroksit
uzaklaştırır.
Ticari bir süreç Anocut Mühendislik Şirketi tarafından kurulmuştur önce 1959 olmasına rağmen çok
geri 1929 olarak, deneysel bir ECM süreci, W.Gussef tarafından geliştirilmiştir. B.R. ve J.I.
Lazarenko aynı zamanda metal giderimi için elektroliz kullanımını öneren ile yatırılır.
Pek çok araştırma, özellikle gaz türbini sektöründe, 1960 ve 1970'lerde yapıldı. Iş Demir Perde'nin
arkasında devam edilmesine rağmen, aynı dönemde EDM yükselişi, batıda ECM araştırma
yavaşladı. Süreç bir niş tekniği kalmasına rağmen kötü boyutsal doğruluk ve çevreyi kirleten
atıkların
orijinal
sorunları
büyük
ölçüde
aşılmıştır.
ECM süreci en yaygın tür makine malzemeleri zor iyi yüzeye sahip türbin kanatları gibi karmaşık
şekiller üretmek için kullanılır. Aynı zamanda, yaygın ve verimli bir çapak alma işlemi olarak
kullanılır.
39
Çapak olarak, ECM işleme sürecinden sol metal projeksiyonları kaldırır ve böylece keskin kenarları
dulls. Bu süreç, hızlı ve el ya da geleneksel olmayan işleme süreçleri ile çapak alma, geleneksel
yöntemlere göre genellikle daha uygundur.
Avantajları
Alet iş parçasını temas olmadığından, iş parçasının daha sert bir araç yapmak için pahalı alaşımları
veya tavlama prosedürleri kullanmaya gerek yoktur. Bunun bir sonucu olarak, alet herhangi bir
ucuz ve kolay bir şekilde işlenmiş döküm yapılmış, ya da elektriksel olarak iletken bir madde gravür
edilebilir.
Orada ECM az takım aşınması ve daha az ısı ve hiçbir stres parçası zarar verebilecek işlem
üretilmektedir. Daha az geçer tipik ihtiyaç vardır ve aracı defalarca kullanılabilir.
Bu yöntem, hatta çok sert ve kırılgan iş parçaları üzerinde çalışır.
Bölüm 7.01
Dezavantajları
Tuz (ya da asidik) elektrolit aracı, iş parçasına ve ekipmana korozyon risk oluşturmaktadır.
Sadece elektriksel olarak iletken malzemeler işlenebilir. Yüksek Özgül Enerji Tüketimi.
Akımlar
dahil
Gerekli akım malzeme kaldırma istenilen oranda orantılıdır ve aa / dakika kaldırma oranı kare mm
başına
amper
orantılıdır.
Tipik akımlar kare mm başına 0,1 amp kare mm başına 5 amper arasında değişmektedir. Böylece,
yavaş kesim ile 1 1 ile mm aracı kesilmiş küçük bir dalma için, sadece 0,1 amper ihtiyaç olacaktır.
Ancak, daha geniş bir alana daha yüksek bir besleme hızı için, daha fazla akım sadece daha hızlı
daha fazla güç alır herhangi işleme süreci çıkarma daha fazla malzeme gibi, kullanılacaktır.
Milimetre kare başına 4 amper bir akım yoğunluğu 100 × 100 mm alana arzu eğer Dolayısıyla, bu
40.000 amper (ve soğutucu / elektrolit sürü) alacaktı.
Kurulum
ve
ekipmanları
ECM makineleri hem dikey hem de yatay türleri gelir. Iş gereksinimlerine bağlı olarak, bu
makineler yanı sıra birçok farklı boyutlarda inşa edilir. Dikey makine, bir baz, sütun, tablo ve
spindle oluşur. Mili kafası otomatik olarak aracı ilerler ve katot (aracı) ile iş parçası arasındaki
boşluğu
kontrol
eden
bir
servo
mekanizması
vardır.
Altı
adede
kadar
eksenin
CNC
makineleri
mevcuttur.
Bakır genellikle elektrot malzemesi olarak kullanılır. Pirinç, grafit ve bakır-tungsten de sık sık
kolayca işlenmiş, çünkü bunlar iletken malzemeler kullanılacak ve bunlar zarar vermez.
Uygulamalar
ECM
çok
temel
uygulamaların
Kalıp-batan
Sondaj
jet
motoru
Çoklu
delik
Yakın sınırlar içinde buhar türbin kanatları Talaşlı
bazıları
türbin
şunlardır:
işlemleri
kanatları
delme
EDM
ve
ECM
arasındaki
benzerlikler
Aracı ve iş parçası çok küçük bir boşlukla ayrılır, onları yapılır arasında hiçbir temas yani.
Aracı
ve
malzeme
hem
de
elektrik
iletkenleri
olmalıdır.
Yüksek
sermaye
yatırımı
ihtiyacı
var.
Sistem
güç
tüketebilir.
Bir sıvı aracı ve (EDM için ECM iletken ve dielektrik) iş parçası arasında bir ortam olarak kullanılır.
Aracı kendi aralarında sabit bir boşluğu (EDM kesintili ya da siklik, tipik haliyle, kısmi, takım çekme
dahil olabilir) korumak için iş parçasının doğru sürekli olarak beslenmiştir
40
Madde VIII. 9.ELEKTRON IŞINI İLE İŞLEME (SENA ABAK)

Bilim ve teknolojideki ilerlemeler, elektron enerjisinin “geleneksel olmayan” imalat
yöntemleri içinde, çeşitli alanlarda kullanılmasına imkan tanımıştır.

Elektron ile işlemenin ilk çalışmaları 1930 lardan sonra Almanya ve Fransa da başlamıştır.

Fiziksel Temeli;

Elektronlar yüksek sıcaklığa ısıtılmış bir flamandan yayılırlar.

Elektronlar daha sonra bir elektrik alan içinde ışık hızının yarısına kadar ivmelendirilirler.

Elektron ışını iki manyetik alan tarafından kontrol edilir.

İlk olarak ışının istenilen çapa odaklanması için sorumlu bir manyetik lens gibi davranırlar.

Daha sonra manyetik alan odaklanan elektron ışını imalat tablasındaki istenen işlem
görecek materyal üzerine odaklanır.

Ortaya çıkan ısı ile, materyal eritilir ve buharlaşır.
Elektron ışını : Elektron ışını, bir ışın kaynağından yaklaşık aynı hızla aynı doğrultuda hareket
eden elektronların akımıdır. Yüksek vakum içinde katod tüpleri yardımıyla oluşturulur. Kattottan
çıkan elektronlar, bir elektrik alanı yardımıyla anoda doğru ivmelendirilir. Elektronların bir katı
cisme çarpması ile hızı sıfıra iner ve kinetik enerjisi başka enerji türlerine dönüşür. Benzer prensiple
çalışan elektron mikroskobunda ısı soğutma ile uzaklaştırılırken, elektron ışını ile kaynak
yönteminde bu ısıdan yararlanılır. Elektron ışını ile temin edilen ısının veya gücün yoğunluğu, klâsik
kaynak usullerinden yüksektir.Elektron ışınlarının güç yoğunluğu, takriben 108W/cm2 dir. Bu güç
yoğunluğu ile, tabancadan 1 m uzaklıklara kadar çalışma imkanı ortaya çıkar. Elektron ışınlarının ısı
konsantrasyonu,
gaz
alevi
ve
elektrik
arkındakinin
10.000
katı
daha
yüksektir.
Bölüm 8.01 ELEKTRON IŞINI :
Elektron ışını ile delme metallerde 0,002-0,060 inch çapında ve diğer iletken metallerde 0,0100,250 inch inceliğinde delikler açan bir prosestir. Lazer ile delme e benzeyen EB delmede, belirli bir
41
bölgede erimenin olmasını sağlamak için enerji çalışma parçasının üzerine odaklanır ve delikler
açılır.
Bölüm 8.02 Elektron ışını ile delme
Delik açmanın nasıl çalıştığını bir metal levhanın yüzeyine doğrultulmuş bir ışını göz önüne alarak
aşağıdaki şekilde görebiliriz. Işın çok küçük bir çapa sahiptir; bu sayede levha yüzeyinde çok küçük
çaplardaki bir nokta üzerine odaklanabilir. Işın aynı zamanda çok yüksek bir kinetik enerjiye
sahiptir ve bir katı cisme çarptığında bu enerjiyi serbest bırakır. Başarılı bir kaynağın
gerçekleştirilebilmesi için serbest bırakılması gereken enerji miktarı l0 kW/mm2 ' ün üzerinde
olmalıdır.
42
Işının çarpma noktasında metalin sıcaklığı küçük bir alanda hızla yükselir. Metal erir ve bir kısmı da
buharlaşır. Erimiş metal kenarlara doğru itilir ve bir krater oluşarak daha önce meydana gelmiş
olan küçük banyonun dibindeki kati metal ortaya çıkar. Işın bundan sonra kah haldeki metale
çarpar ve böylece biraz daha enerji serbest kalır. Ortaya çıkan yeni metalde de erime oluşturur;
yeni bir krater meydana gelir ve bu çevrim, ışın tüm levha kalınlığı boyunca nüfuz edinceye kadar
devam eder. Bu aşamada levha kalınlığı boyunca devam eden bir silindirik boşluk veya bir delik
oluşur. Bu deliğin cidarı, ışın ekseninden dışarıya doğru zorlanarak atılmış, erimiş metalle kaplıdır.
Bu metal, yüzey gerilimi ve delikte mevcut metal buharının basıncı sayesinde yerinde kalır.Böylece
ışın, çok az bir enerji kaybıyla, delik boyunca ilerleyerek levhanın diğer tarafına ulaşır. Bununla
beraber, ışını bir tarafa doğru hareket ettirecek olursak, deliğin cidarına temas eder ve enerjisini
salar. Delik geçici olarak uzamış hale gelir. Işının terk ettiği alandan ısı kaybı olur ve deliğin arka
cidarındaki metalin bir kısmı katılaşır.
Ön taraftan eriyen metal, yüzey geriliminin etkisiyle, dairesel kesiti yeniden oluşturmak üzere
deliğin çevresine doğru akar. Işın levha boyunca hareket ederken, bu sıvılaşma ve katılaşma
olayları deliğin şeklini üniform halde tutacak tarzda düzenli olarak ilerler. Hareketin
tamamlanmasından sonra, ışının hareket doğrultusu ve levha kalınlığı boyunca ince bir döküm
metal bandı oluşur. Tanımlanan bu işlemler dizisine "delik açma" adı verilir. Karşılıklı yüzeyleri
arasında küçük bir aralıktan başka bir şeyi olmayan bir küt alın bağlantısında, bağlantı çizgisi
boyunca ışını hareket ettirerek, delik cidarlarını kaplayan erimiş metal yardımıyla ara yüzeyde bk
43
köprü oluşturduğundan, “delik açma” kaynağa uygun tekniktir. Diğer eritme kaynağı sistemlerinde
olduğu gibi, arka cidardaki erimiş metalin sürekli katılaşması bağlantının iki elemanını birbirine
birleştirir.
Bölüm 8.03 Elektron ışını ile kaynak
• Kaynak için gerekli ısının, parça yüzeyine yüksek hassasiyette odaklanmış ve yönlenmiş yüksek
yoğunlukta elektron demeti ile sağlandığı eritme kaynak yöntemidir.
• Elektron ışın kaynağında güç değil güç yoğunluğu önemlidir.
(a) Üstünlükleri:
– Yüksek kalitede dikişler, derin ve/veya dar profiller
– Sınırlı ITAB, düşük ısıl distorsiyon
– Yüksek kaynak hızları
– Dekapan veya koruyucu gaz gerekmez
(b) • Eksiklikleri:
– Yüksek ekipman maliyeti
– Hassas ağız hazırlığı ve hizalama gerekir
– Vakum kamarası gerekir
– Güvenlik konusu: EBW x-ışınları üretir.
44
Bölüm 8.04 Elektron ışını ile delik delme
İşlemin kabiliyetleri
1. Delik çapı:0.1-0.4mm (1.4mm maksimum)
2. L/D:15:1
3. Isıl etkilenme:0.025mm
4. Delik çapı toleransı ±0.03mm
5. Delik yakınlığı, çapın iki katı
Kısıtlamalar:
1. Pahalı tezgah
2. Operatör kalitesi gerekli
3. En fazla 10mm kalınlıklı malzeme
4. Üstten çapak oluşumu
(a) Avantajlar:
1. Hızlı delik delme
2. Tüm malzemelere delik delme
3. Mekanik ve ısıl deformasyon yok
45
4. Yüksek hassasiyet
5. Bilgisayarla denetim

Çok yüksek hızlarda işlem yapılabilir.
Örneğin, 0.3 mm kalınlığındaki bir tabaka üzerine, saniyede 1500~2000 adet, 100 mikrometre
çapındaki delikler delinebilir...
(b) Uygulama alanları:
1. Uzay endüstrisinde: Türbin motorlarının yanma kubbelerine soğutma deliği açılması CrNiCoMoW
lu çelik t:1.1 mm
Delik sayısı: 3748
Çap:0.9mm Süre: 1 saatten az
2. İzolasyon endüstrisinde: Döner delikli başlıktan sıvı malzemenin alnabilmesi için çok sayıda
küçük delik delinmesi (cam yünü eldesi) Delik sayısı: 11.766 Çap:0.8mm Süre: 40 dak.
3. Gıda endüstrisinde: Çok ince malzemeler ve folyelerde delik delme
4. Tekstil endüstrisinde: Plastik kaplamalı tekstil ürünlerinde hava ve ter deliği açmak için
ayakkabıları) (cam yünü eldesi) Çap:0.1mm Süre: 5000 delik/dak.
Madde IX.
(spro
10.PLAZMA KESİM (UĞURCAN UYGUR)
Bölüm 9.01 PLAZMA NEDİR?
Madde gaz halinde iken doğru koşullar altında maddeye enerji verilmeye devam edilmesi,
maddenin ya da metalin plazma haline geçmesine yol açar. Enerjinin kaynağı elektrik olabileceği
gibi,
plazma
kesimde
bu
kaynak
ısıl
veya
ışın
kökenli
de
olabilir.
Plazma safhasını gaz safhasından ayıran en önemli farklılığı elektriği iletmesi, çok yüksek sıcaklıkta
olması ve ışık yaymasıdır. Maddenin plazma hali, serbest halde gezinen elektronlardan ve
elektronlarını
kaybetmiş
atomlardan
(iyonlardan)
oluşmasıdır.
Günümüzde
plazma
kesim teknolojik olarak evrimleşerek imalat ve sanayide, tıpta, ışıklandırmada, televizyonlarda,
enerji üretiminde (nükleer) ve daha birçok teknolojide kullanılmaktadır. Plazma oluşumunda eşit
miktarda pozitif ve negatif yük içerir. Elektriği ileten tüm maddelere uygulanan prensiplerin çoğu
plazmalar için de geçerlidir. Plazma gibi plazma kesim de elektrik alandan ve manyetizmadan
etkilenir. Plazma sıcaklıklarına göre ve hacimlerindeki yüklü parçacıklarına göre sınıflandırılırlar.
Floresan lambalarındaki ışıldama, kaynak sırasında görülen mavi ışık yıldırım ve şimşek de birer
plazmadır. Güneşin içerisinde farklı türlerde plazmalar vardır. Kutuplarda görünen auroralar da bir
çeşit
plazmadırlar.
Sonuçta
metallerin
kesiminde
de
kullanılmasına
olanak
vardır.
PLAZMA
-OKSİJEN
KESİM
NASIL
GERÇEKLEŞİR?
Bu plazma kesimi termal bir testere yardımıyla yapmaktayız. Plazma -oksijen kesim basit olarak
torç içerisinde akan gaza enerji verilerek kısmen iyonlaştırılması yani plazma haline
dönüştürülmesi, oluşan yüksek sıcaklıktaki plazmanın da gaz akışı etkisiyle nozul ağzından, pozitif
kutup olan malzemeye metal saca yönelmesi, malzemeyi yani metali ergitmesi ve ergiyen
malzemenin akan gazın jet etkisiyle uzaklaştırılması ile gerçekleştirilir. En yaygın olarak, sektörde
yapılan plazma ile sac kesim işleminde 1-80 mm (optimum 1-32mm)kalınlık aralığında olan metal
sacların kesimi gerçekleştirilir. En çok plazma kesimden faydalanan sanayi kısımları, demiryolları,
vagon sanayi, gemi inşaat sanayi, (tersaneciler), makinaciler, basınçlı kap imalatçıları (degazör, su
depoları, sıcak su kazanları emprenye, kalorifer kazanları) dır.
PLAZMA
İLE
SAC
KESME
SİSTEMİ
Genel olarak otomasyona yönelik bir plazma ile sac kesimi sisteminde şu unsurlar olmalıdır:
• Güç kaynağı: Bir doğru akım kaynağıdır. Yüksek gerilimde sabit doğru akım sağlar. İşlem
içerisinde vazifesi iyonizasyon sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi sağlar.
Yüksek frekans ateşleme devresi:2MHz de 5000 ile 10000 volt arası alternatif akım oluşturan
devredir.
Taşıyıcı
gazın
iyonlaşması
için
gerekli
pilot
arkı
ateşler.
46
• Gaz konsolu: Taşıyıcı(plazma) ve koruyucu gazın akışını hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak
ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır. Günümüz plazma kesim makinaları elektronik
kontrollüdür.
• Torç: İçinde plazma gazı ve koruma gazının aktığı nozül, elektrot lüle, nozül dış kapağı, koruyucu
kafa ve kapağını bir arada tutan parçadır. Plazmayı oluşturmak ve odaklamak için tasarlanmıştır.
Koruyucu gaz ve koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını da sağlar. Gövde için özel tasarlanmış
kanallar ve elektrik bağlantıları vardır. Taşıyıcı sistem ve kontrol sistemi torç hareketini ve tüm
sistemin kontrolünü sağlar. Soğutma sistemi de soğutucu sıvının sistem içerisinde dolaşmasını
sağlar. Aspiratör sistemi de plazma kesim esnasında ortaya çıkan gazı ve dumanı çalışma alanından
uzaklaştırır. Plazma kesim işleminin başlaması, güç kaynağından gelen bir sinyal eş zamanlı olarak
açık devre gerilimini açar ve plazma kesim makinasının torçuna gaz akışı başlar. Sistemde nozül ve
malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna, elektrot ise negatif kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozül ve
elektrot arasında arasındaki boşluktan geçerek nozül ağzından akamaya başlar. Bu esnada yüksek
frekans ateşleme devresi, nozül ile elektrot arasında yüksek frekansta arklar oluşturur.
Taşıyıcı gaz bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur. Yüksek akış hızındaki gaz itme
etkisiyle bu akım yolunun pozitif kutbunu dışarıya (nozülden plazma ile kesimi yapılan metal
yüzeye) doğru yöneltir. Pozitif kutuptaki malzeme ile artık akım devresi tamamlanmış olur ve
yüksek frekans devresi kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu sonucu plazma oluşumu doğru
akım devresinden gelen enerji ile sağlanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna taşına ark
metodu denir. Plazma kesim işlemi, plazmanın yüksek sıcaklığı nedeniyle metal yüzeyi lokal olarak
ergitmesi ve yüksek akış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş metali püskürterek malzemede bir delik
açması ile başlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda
hareket ettirerek kesme işlemini gerçekleştirir. Plazma kesim işlemi genel itibarı ile taşınan ark
metodu
ile
gerçekleşmektedir.
TAŞINMAYAN
ARK
METODU
Diğer bir plazma kesim metodu ise taşınmayan ark metodudur. Bu teknolojide torç teknolojisi
farklıdır. Plazma arkı malzemeye yani kesimi ya da delimi yapılacak metale transfer edilmeden
nozul ile elektrot arasında başlar ve akan gaz etkisi ile sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde plazma
torç ucunda alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metod metal gibi olamayan malzemelerde
kullanılır. Yüzey kaplama işleminde kullanılması uygundur. Plazma kesim işleminde kesimini
yapabildiğimiz malzemeler: Alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, karbon çeliği, alüminyum alaşımları,
titanyum ve bakır ve alaşımları kesilmektedir. Nikel Titanyum ve alaşımları olan metal sac
ve borular ancak talaşlı işlemden önce malzemeyi kesip hazırlamak için uygun olabilir. Bu metal
malzemelerin plazma ile kesiminde kesme ağzı ve yüzeyinde pürüz ve renk değişimi
görünmektedir. Metallerin plazma kesimi esnasında plazma gazı kombinasyonları, gazların akış
hızları ve metal malzemenin kalınlığı kesim kalitesini etkiler. CNC plazma kesim sistemlerinde iyi
bir kesim kalitesi elde etek için taşıyıcı ve koruyucu gaz olarak çeşitli gazlar ve karışımları
kullanılmaktadır. Kullanılacak plazma kesim gazlarının arasındaki iyonlaşma enerjileri termal
iletkenlik
ve
reaktiflik
özelliğine
bağlıdır.
Azot, oksijen, ve argon -hidrojen gazları en çok kullanılan gazlardır. CNN plazma kesimde kaliteyi
belirleyen standartlar ISO9013, DIN 2310 gibi termal kesme standartlarıdır. Kesme yüzeyi açısı
(diklik) ve pürüzsüzlük ve ayrıca kesme kenarı yuvarlaklığı, sakal oluşumu, üst serpinti ve yarık
aralığı ölçüsü de CNN plazma kesimde kaliteyi belirleyen kriterlerden en önemlileridir. CNC plazma
kesim işleminde kesme yüzeyi açısı, kesme yüzeyinde oluşan eğim miktarıdır. Genel olarak diklik
değeri ile belirlenir. Pratik değerler vermek gerekirse CNC plazma kesimdeki eğim malzeme
tarafında 1-3 derece atıl malzeme tarafında 3-8 derece arasında değişir. Düz akış içeren torçlarda
ise
4-8
derece
arasında
kesim
açısı
ortaya
çıkması
normal
kabul
edilir.
• Pürüzsüzlük: Kesilen yüzeyin üst ya da alt yüzeyinde standartlarda tanınmış mesafe ve
aralıklarda ölçülür. Genel olarak bu değeri kesme hızı, gaz akış hızı, torç hareketleri belirler ve
etkiler,
• Kesme hattı çizgileri: Kesilen sac malzeme kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmadır.
Kullanılan gaz, güç kaynağı çıkışındaki süreklilik, torç yapısı, mekanik sistemdeki sarsılma (titreşim)
47
tamamen
bu
konudaki
kaliteyi
etkiler.
• Üst kesme kenarı yuvarlaklığı: Plazma kesimde karakteristik bir özellik olup malzemenin üst
yüzeyinin plazma arkı ile daha uzun süre etkileşimi yüzünden oluşur. Bu yuvarlaklık ince yani düşük
kalınlıktaki yüzeylerde daha çok kendisini gösterir. CNC plazma da bu etki en az düzeyde görünür.
• Çapak: Plazma kesim esnasında plazmanın keserek erittiği metalin eriyerek kesimi yapılan
yüzeyin arka yüzeyine yoğuşarak yapışmasından oluşur. Kesme hızına, gaz seçimine, akım
şiddetine
ve
malzeme
türüne
göre
çapaklanma
azalır
yada
çoğalır.
• Kesme aralığı: Plazma kesim esnasında plazmanın metali keserken oluşturduğu açıklıktır. Nozül
ağzı açıklığının bir ya da iki katı kadar bir kesme aralığı oluşması normal olup daha fazla olması
durumu tersine çevirir. Torç ile kesimi yapılan metal kısım arasındaki açıklık da önemlidir. Akım
şiddeti kesme hızı da plazma kesimde kaliteyi belirler birer unsur olur. Plazma kesimi anlatırken son
kalite belirleyen etmen üst serpintidir. Üst yüzeydeki oluşan çapaklanmadır. Kesimi yapılan sac
yüzeyle torç arasındaki uzaklık çapak oluşumunda ve üst serpinti oluşmasında en başta gelen
etmendir. Çok yavaş ilerleme hızıyla yapılan kesimlerde görüldüğü gibi aşınmış nozül nedeni ile de
ortaya çıkması mümkündür.
Bölüm 9.02 KAYNAKÇA
http://www.plazmamakinesi.com/?action=showcatDetails&catID=9
Madde X.
11- ELEKTRO - KİMYASAL İŞLEME (EMRE ALP)
Elektro - Kimyasal işleme yöntemi, kimyasal reaksiyonlar neticesinde anodik kutuptaki işlenecek
parçanın yüzeyinden metal atomlarının katotik kutuptaki takım üzerinden geçirilen doğru akım
yardımıyla parçalanarak iyon forma dönüştürülmesi ve bu iyonların elektrolit olarak adlandırılan sıvı
yardımıyla metal iyonu şeklinde işleme bölgesinden uzaklaştırılması şeklinde talaş kaldıran bir
alışılmamış imalat yöntemidir.
Geleneksel imalat yöntemleri, yüzyılı aşan gelişim süreçlerine karşın günümüz uygulamalarında
zayıf ve sınırlı kalmaktadırlar. Bu yöntemlerde kesici takımların küçük boyutlarda
yapılamamasından, iş boyutları sınırlı kalmakta, işlem aralığında fiziksel bir temas olmasından
dolayı takım titreşimi daima sorun olmakta, bu da takım aşınmasını kaçınılmaz kılmaktadır.
48
Özellikle son yıllarda elektronik, bilgisayar, havacılık ve uzay endüstrilerinin ürün taleplerine olan
beklentileri karşılamak için geleneksel olmayan (None Traditional) imalat yöntemleri büyük bir
önem kazanmıştır.
Geleneksel olmayan imalat yöntemlerden biri olan elektro - kimyasal işleme yöntemi (ECM), ilk
olarak 1929 yılında Gusself tarafından tanıtılmış ve elektro - kimyasal delme, taşlama ve parlatma
şeklinde gelişerek günümüze kadar gelmiştir.
Bu imalat yönteminde işlenmesi, diğer imalat yöntemlerine göre zor ve karmaşık geometriye sahip
ayrıca çok sert olan parçaların iletken olmak koşuluyla rahatlıkla işlenebilmesi mümkündür.
Talaş kaldırma işlemi, işlenecek yüzeyin şekline ve ölçülerine göre özel olarak geliştirilmiş
elektrotlarla gerçekleştirilir. ECM ile işlemede, takım elektrotunun şekli aynen iş parçasına aktarılır.
Bölüm 10.01 ELEKTRO - KİMYASAL İŞLEMENİN ÖZELLİKLERİ
- Talaş kaldırma oranı iş parçasının mekanik özelliğine bağlı değildir.
49
- Yüzey tamlığı iş parçasının şekli ve ölçüsüne bağlıdır.
- İşleme oranı arttıkça yüzey pürüzlülüğü azalır.
- Takım aşınması yoktur.
- İş parçasının malzeme özelliklerine bağlı olarak enerji tüketimi yüksek değerlere ulaşabilir.
- Karmaşık şekillerde elektrot tasarımı zordur.
Madde XI.
12.FOTOK KİMYASAL İMALAT
( METEHAN GÜNERLİ )
Foto Kimyasal İmalat (PCM – Photo Chemical Manufacturing) kimyasal enerji kullanılarak yapılan
bir imalat türüdür. Özellikle kuyumculuk, elektronik, dekorasyon, tıp, savunma, uzay ve imalat
sanayi başta olmak üzere yaygın olarak kullanılır. Küçük boyutlu, ince ve de hassas parçaların
imalatında tercih edilir. Bu yöntemde imal edilecek parçaların fotoğrafları çekilerek özel kimyasal
banyolarda metallerin üzerinden aşındırma yöntemiyle şekillendirilirler.
İşlenecek metal malzemelerin yüzeyleri yağ, kir vb. maddelerden temizlenmiş olmalıdır. Çünkü tür
malzemeler taşınma vb. durumlarda elle temas ya da ortamdan kaynaklanan nedenlerden dolayı
yüzeylerinde yağ, toz vb. maddelerin meydana getirdiği katmanlar oluşur. Bu katmanlar kimyasal
banyo içerisinde aşındırma işlemlerinin gerçekleşmesini engeller. İşleme hızı genellikle sıvı
özelliklerine bağlı olmakla birlikte sıvı yoğunluğu tipik olarak 0.025 mm/dak doğrusal işleme hızları
verecek şekilde ayarlanır.
50
1- Metal malzeme yüzeyi kimyasal ile temizlenir.
2- Metal iş parçası yüzeyi fotodirenç malzemesi ile kaplanır ve kurumaya bırakılır. Fotodirenç UV
ışınlara karşı korur.
3- İş parçasının CAD çizimi yapılır ve siyah beyaz negatife dönüştürülür.
4- UV ışınları siyah bölgeleri pozlandırır. Foto direnç iş parçasının formunu kimyasal aşındırıcıya
karşı korur.
5- Aşındırılacak parça şekli.
6 – 7- Hazırlanmış malzeme tezgaha bağlanır ve üzerine aşındıcı spray olarak püskürtülür. Bir
başka yöntemde de sıcak asit içine daldırılır.
8 – 9- Aşındırma miktarı asidin püskürtme süresine bağlıdır. Bu süre yaklaşık 1-15
dakika arasındadır. Aşındırma malzemenin tamamına ya da bir kısmına uygulanabilir. Aşındırılmış
fotodirenç malzeme çift taraflı görülmektedir.
10- İşlenmiş parçamız kimyasallardan temizlenmek için durulamaya hazırdır.
11- İş parçası önce temizlenir ve daha sonra yüzeyinin direncini artırmak için püskürtme ya da
daldırma yöntemiyle kauçuk özlü plastikle kaplanır.
12- Kaplama fazlalıkları dikkatlice temizlemek için parça sıcak alkalin solusyonuna daldırılır.
51
Bölüm 11.01 FOTO KİMYASAL İMALATIN AVANTAJLARI
– Çok ince malzemelerin imalatında mükemmeldir. 0.005 in den ince parçaların pres vb.
yöntemlerle işlenmesi hemen hemen imkansızıdr.
– Diğer talaş kaldırma operasyonlarına göre daha ucuzdur.
– Önceden şekillendirilmiş parçalar üzerine uygulanabilir.
– Malzemede iç gerilmeler olmaz.
– Kompleks parçaların imalatı kolaydır ve parça üzerinde kapak oluşmaz.
– Hassasiyet yüksektir.
– İmalat diğer sistemlere göre ekonomiktir.
– İmalat esnektir.
– Tek parça imalatında da ekonomiktir.
Bölüm 11.02 FOTO KİMYASAL İMALATIN DEZAVANTAJLARI
– İşleme hızı yavaştır. Ancak çok küçük parçaların (10-100 adet) tek plaka üzerinde işlenmesi
durumunda işlem süresi makul seviyelere düşürülebilir.
– 1/8 inch ten kalın malzemelerin izlenmesine uygun değildir.
52
– Düz plaka yüzeyli malzemeler işlenebilir.
– Yüzey hassasiyeti 1.3 µm ve üzerindedir.
Madde XII.
LAZER IŞINI İLE İŞLEME (MEHMET ALİ DİKMEN)
Lazer teknolojisi tıp ve sanayi alanında kullanılmaya yönelik en son teknoloji olarak önemini
korumaya devam etmektedir.
Genellikle bir yoğun ışık kaynağının, katı sıvı veya gaz halindeki aktif madde üzerine
düşürülmesi ile bu maddelerin atomları tarafından emilir ve foton yayılımına yani radyasyona sebep
olurlar. Bu yayılım yeniden foton oluşumunu teşvik eder ve optik-mekanik düzenekte yerleştirilmiş
olan aynalar ve mercekler aracılığı ile odaklanarak kuvvetlendirilen bu fotonlar monokromatik,
çizgisel, eşit dalgalardan oluşan paralel bir ışık veya ışın demeti yani Lazeri oluştururlar.
Sonuçta lazer tek renkli , düzenli, yoğun, aynı fazlı paralel dalgalar halindeki güçlü görünür ışık
veya görülmeyen spektrumdaki ışın demetidir.
Lazer İngilizce; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (uyarılmış ışın neşriyle
ışık kuvvetlendirilmesi) cümlesindeki kelimelerin baş harflerinin alınmasından türetilmiş bir
kelimedir.
1960 senesinde ABD’de Theodore H. Maiman tarafından keşfedilmiştir. Normal ışık, dalga
boyları muhtelif, rengarenk, yani farklı faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Lazer ışığı
ise yüksek genlikli, aynı fazda, birbirine paralel, tek renkli, hemen hemen aynı frekanslı dalgalardan
ibarettir. Optik frekans bölgesi yaklaşık olarak bir trilyon hertz ile üç bin trilyon hertz arasında yer
alır. Bu bölge, kırmızı ötesi ışınları, görülebilen ışınları ve elektromanyetik spektrumun morötesi
ışınlarını kapsar. Buna karşılık mikro dalga frekans bölgesi yaklaşık olarak 300 milyon hertzden 300
milyar hertze kadar uzanır. Yani, lazer çok yüksek frekanslarda çalışır.
Lazerin önemi uygulamasının yaygın olmasında ve onun daha da genişlemesinin beklenmesinde
yatmaktadır. Özellikle uygulamanın genişliği, ışınların frekansların hassas bir şekilde kontrolünden,
yayılan ışının yayılma düzeninden veya ışınların olağanüstü yoğunluğundan kaynaklanmaktadır.
Lazer dolayısıyla, holografide, opektraskopide çok önemli gelişmeler ortaya çıkmıştır. Bunlar yoluyla
laser diğer bilimsel ve teknolojik alanlarda da etkisini göstermektedir.
53
Bölüm 12.01 Lazer Çeşitleri Ve Kullanım Alanları
Lazerin çalışma prensibi: Optik bakımdan saydam, bir ucunda tam sırlı ve yansıtıcı, diğer
ucunda yarı sırlı kısmen yansıtıcı iki ayna bulunan bir tüp alınır. Buna gaz, sıvı ve katı bir madde
doldurulur. Dışarıdan ışık verme, elektrik akımı geçirmek suretiyle veya kimyasal bir yolla elde
edilen enerji, ortamdaki atomlara ulaşır. Bunların bazıları bu enerjiyi emerler. Fazla enerji, atomları
kararsız hale getirir. Kendisine bir foton çarpan, uyarılmış ve kararsız atom, fazla enerjiyi foton
neşrederek verir. Fotonlar, benzer şekilde diğer fotonların neşrini sağlar. Uçlara ulaşan fotonlar,
aynalardan yansıyarak geri dönerler ve olay devam eder. Uyarma ve tahriklerde ortamdaki fotonlar
artar. Atomların hemen hemen hepsi, foton yaymaya başlayınca kuvvetlenen ışık, yarı sırlı uçtan
dışarı çıkar. Bu, lazer ışınıdır. Lazer dalgalarını, uygun adım giden aynı üniforma ve şekle sahip
askerlere, normal ışığı ise rasgele karakteri bozuk bir orduya benzetmişlerdir. Normal ışıkta
dalgalar, birbirini zayıflatıcı karakterde olmasına rağmen, lazerde birbirini kuvvetlendirici olurlar.
Lazer ışınları yüksek frekanslı olduklarından güneş ışını özelliklerine sahiptir. Ancak lazer ışınları tek
frekanslı olduğu için kayıpları azdır. Ayrıca lazer ışınları aynı fazda yapılan ışık dalgaları olduğu için
şiddeti büyük olur. Bu yüzden lazer ışınlarının şiddeti güneş ışınlarının şiddetinin bir milyon katıdır.
Elektromanyetik dalga paketçiği de denen foton, güneş ışığı füzyon reaksiyonuyla meydana
gelip, bu şekilde yayılan foton enerjisidir. Lazer ışında foton yayılmasından ibarettir. Lazerde foton
üretimini anlayabilmek için atomların değişik seviyelerinde ne gibi hadiseler olduğunu bilmek
gerekir. Bir atomun uyarılmış durumda bulunduğu kısa zaman aralığında üzerine belli bir dalga
boyunda foton düşürülürse, atom aynı fazda foton yayar. Bu işlem peş peşe tekrarlanırsa,
tamamen aynı fazda bir ışın demeti elde edilir. En düşük enerji seviyesinde bulunan bir atoma
dışarıdan bir foton verilirse, atom enerjisi kazanarak E1 enerji seviyesinden E2 enerji seviyesine
uyarılmış olur. Bu atom kendi halinde bırakılırsa, uyarılmış bulunduğu E2 enerjisinden bir foton
vererek tekrar E1 enerji seviyesine döner. Uyarılarak enerji seviyesi E1’den E2’ye yükseltilen atom
enerjisini geriye foton olarak yaymaya başlarken bir foton daha çarptırılırsa atomu birbiri ile aynı
özellikte iki foton terk eder. Bu şekilde atom kat kat enerji seviyelerine çıkarılırsa bu seviyelerden
düşerken de katlar halinde foton ürer. Bu işlem iki paralel ayna arasında aynı fazda olan fotonların
toplanması şeklinde devam eder. Lazer ışını dalgasının dalga boyu aynalar arasındaki mesafe ile
uyumludur. Aynı frekansta yani, aynı dalga boyunda yapılan foton üretimine uyarılmış yayılma
işlemi denir. Milyonlarca atom için bu işlem yapılırsa aynı yöne doğru milyonlarca foton paralel
ışınlar halinde bir noktadan yayılır. Bu ışınlar aynı fazda, aynı frekansta, aynı yönde olduklarından
adeta birbirine yan yana yapışıktır. Paralel aynalar arasında şiddeti bu şekilde çığ gibi artan ışınlar,
ışık frekansına eş bir frekansta, darbeler halinde oldukça parlak ışık huzmesi olarak yayılır. Lazer
ışınındaki enerjisinin büyümesinin esası işte bu milyonlarca küçük enerji kaynaklarının çok dar bir
hüzme halinde aynı yönde ham yanyana hem de ard arda birleşmesi neticesidir. Lazerin çalışması
için enerji seviyesi düşen atomlarda daha fazla sayıdaki atomların uyarılacak enerji seviyelerine
yükseltilmesi gerekir. Bu durum ise normal olarak atomların enerji seviyesi dağılımının tersidir. Bu
sebepten lazerin çalışması için gerekli durum tersine çevrilmiş dağılım olarak isimlendirilir. Tersine
çevrilmiş dağılımı ortaya çıkarmak için pompalama işlemi kullanılır. Optik pompalama ise, yüksek
frekanslı yoğun ışınların neşriyle yapılabilir. Yarı iletkenli lazerlerde pompalama elektrik akımı
yardımı ile gerçekleştirilir ve işlem elektriksel pompalama olarak isimlendirilir. Gaz lazerlerinde ise
pompalama işlemi elektron-atom veya atom-atom çarpıştırılmasıyla ortaya çıkarılır ve çarpışma
pompalaması olarak bilinir. Kimyasal pompalama işleminde ise kimyasal lazerlerde kimyasal
reaksiyonlarla atom ve moleküller uyarılır. Gaz-dinamik lazerlerde de pompalama ses hızı üstü gaz
genişlemesi yoluyla gerçekleştirilir ve gaz genişleme pompalaması olarak isimlendirilir.
Bölüm 12.02 Osilasyon
Yukarıda açıklanan tersine çevrilmiş dağılım elde edildikten sonra, bu ortamdan geçen ışık
rezonans durumuna getirilir. Optik asilator olarak da isimlendirilebilecek bu ortam yansıma, kırılma
54
ve diğer kayıpları karşılayacak durumda olmalıdır. Bu amaçla laser ortamı, uzunluğuna doğru bir
parça şeklinde düzenlenir ve iki ucuna çok kuvvetli yansıtıcılar konarak ışının bunlar arsında ilerigeri yansıması sağlanır. Bu yansıtıcılardan biri bir ölçüde saydam yapılarak rezonans frekansına
ulaşan ışının lazer ışını olarak ortamından dışarı çıkmasını sağlar.
Bölüm 12.03 Q- Anahtarlanması
Çok kısa ve çok güçlü çıkışlar q-anahtarlaması kullanılarak depo edilmiş laser ışınlarından elde
edilebilir. Bu tür teknikte yansıtıcılardan biri pompalama aralığının bir kısmında yansıtmayacak
şekilde düzenlenir. Daha sonra yansıtıcı hale getirilir. Bu düzenleme sonucu pompalama devresinin
bir kısmında depo edilen enerji diğer kısmında büyük bir darbe olarak yayılır. Q-anahtarlamasının
en kolay şekli bir aynanın çok hızlı dönmesiyle gerçekleştirilebilir. Bu aynanın diğer ayna ile aynı
eksene geldiği zaman da lazer yayılımı ortaya çıkar. Bu konuda uygulanabilecek diğer teknik lazer
frekansına ışık absorbe eden seyreltilmiş bir çözelti ortamı kullanmaktır. Bu şekildeki absorbsiyon
enerjinin depo edilmesini sağlar.
Bölüm 12.04 Mode kilitlenmesi
Çözelti kullanılarak ve anahtarlama ile elde edilen laser ışınının gücü mode kilitlenmesi ile daha
da arttırılabilir. Böyle bir durumda birbirine yakın ve aralarında belirli bağıntının bulunduğu “kilitli”
frekanslarda aynı zamanda titreşim meydana gelir. Böylece çok daha kısa zamanda yüz trilyon
watt’a yaklaşan bir güç elde edilir ki, bu dünyadaki bütün elektrik santrallerinin toplam üretiminden
daha fazladır.
Bölüm 12.05 Lazer ışınının özellikleri:
En büyük özelliği dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir. Bu özelliğinden istifade ile mesafe
ölçme ve fiber optik teknolojisi geliştirilmiştir. Dalga boyunun küçük olması dağılmayı da büyük
ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine belli yönlerde hareket ederler. Bu lazerin çok parlak
olmasını doğurur.
Lazer ışını, dalga boyu tek olduğundan monokromatik özellik taşır. Frekans dağılım aralığı,
frekansının bir milyonda biri civarındadır. Bu sebepten istenilen frekansta çok sayıda dalgalar laser
dalgası üzerine bindirilmek suretiyle haberleşmede iyi bir sinyal jeneratörü olarak iş görür. Aynı
anda birçok bilgi bir yerden başka yere gönderebilir.
Lazer ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler halinde yayınlanabilmesi mümkündür. Kayıpsız
yüksek enerji nakli yapılması bu özelliği ile sağlanabilir. Lazer kendisinde bulunan yüksek enerji
sayesinde kesme, kaynak ve delme endüstrisinde kullanılır. Ayrıca lazer darbesinin çok kısa
olmasından yüksek hız fotoğrafçılığında faydalanılır. Yönlü bir hareket olmasından ise holografi ve
ölçüm biliminde yararlanılır. Bütün özellikleri ile uzak mesafe ölçümlerini mümkün kılar.
Lazer ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için laser cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek
mümkündür.
Bölüm 12.06 CNC Lazer Kesme Tezgahı Üniteleri
Lazer ışınının elde edilmesi kolaylaştıktan sonra uygulama alanları da artış
55
göstermiştir. Mühendislikte kullanımı kaynak, kesme ve delme işlemleri şeklindedir. Lazerle
yapılan üretim hem otomasyonu sağlamakta hem de üretim hatasını azaltmaktadır. Lazerin
çeşitli tezgahlarda uygulanmasıyla üretim 24 saat yapılabilmekte, seri üretim sağlanmasıyla
maliyet de azalmaktadır. Özellikle lazerle yapılan kesme işlemleriyle birçok kalıp ve
aparatlardan tasarruf sağlanmıştır. Bununla birlikte birçok makine kullanılmamış, insan
faktöründen kaynaklanan hatalar da azaltılmıştır. Lazer tezgahının çalışması sırasında lazerin
izlediği yol aşağıda gösterilmiştir.
Bölüm 12.07 Lazer Kesiminin Avantajları
- Parça imalatında kalıp maliyetini kaldırır.
- Daha kısa zamanda çok farklı kesim işleri yapılabilir.
- Malzemeye temas etmeden yüksek hızda kesim yapılabilir.
- Kesilen malzeme üzerinde ısı kaynaklı değişimlerin olmaması sağlanır.
- Çapaksız kesim yapılabilir.
- Esnek üretime uygundur.
- Pres kalıbına göre minumum fire ile çalışılabilir.
56
- Presle imalata göre sacta oluşan deformasyonun minimuma indirilmesi sağlanmış olur.
- Sac üzerine yazı ve markalama yapılabilmesi sağlanır.
- Her türlü grafik, yazı resim, sac üzerinde kesilebilir.(Reklam sektörü için ideal hız,teknoloji ve
esnekliğe sahiptir)
- Bükme eksenlerinin markalanabilmesi yapılabilir.
Madde XIII.
HAZIRLAYAN:
Bölüm 13.01 NURİ ATİK (134203022)
57