Farklı bir bakış açısıyla seramikle talaşlı imalat

NTK Cutting Tools

Neden birçok seramik kesici uç denemesi daha gerçekten başlamadan başarısız oluyor? Talaşlı imalatla uğraşan çoğu profesyonelin kariyeri boyunca pekişen bir kural vardır: Şüpheye düştüğünüzde hızı düşürün. Kesici kenar çok hızlı mı aşınıyor? Kesme hızını düşürün. Proses kararsız mı hale geliyor? Kesme hızını düşürün. Kesici uç hasar belirtileri mi göstermeye başladı? Kesme hızını düşürün. Karbür ile işlemede bu içgüdü çoğu zaman doğrudur. Sonra ilk seramik kesici uç denemesi gelir.
Bir uygulama mühendisi, kaba işleme operasyonunda seramik takımları devreye almak için müşteriyi ziyaret eder. Öneri nettir: “Kesme hızını 250 m/dak’dan 900 m/dak’ya çıkarın.” Operatör makineye, sonra kesici uca bakar. Ardından tekrar uygulama mühendisine. “Neredeyse dört kat daha hızlı işlememi mi istiyorsunuz?” Bu öneri kulağa yanlış gelir. Karbür ile yıllarca yapılan işlemeden edinilen tüm tecrübe, daha yüksek hızın daha fazla ısı, daha fazla aşınma ve daha yüksek risk anlamına geldiğini söyler. Bu nedenle operatör, mantıklı görüneni yapar. 900 m/dak yerine makine 400 m/dak ile çalışmaya başlar.

Sonuç?
Düşük takım ömrü. Beklenmedik aşınma. Hayal kırıklığı yaratan verimlilik. Ve çoğu zaman şu sonuca varılır: “Seramik bizde çalışmıyor.” Gerçekte ise seramik kesici uca, tasarlandığı koşullarda çalışma fırsatı hiç verilmemiştir. Çünkü seramik ile başarılı bir talaşlı imalat, farklı bir bakış açısı gerektirir.

Seramik neden farklı kurallarla çalışır?
Bunun açıklaması, ısının hem iş parçası malzemesini hem de kesici takımı nasıl etkilediğinde yatmaktadır. Geleneksel karbür işlemede ısı genellikle bir düşman olarak görülür. Daha yüksek sıcaklıklar aşınmayı hızlandırır, takım ömrünü kısaltır ve proses kararlılığını olumsuz etkiler. Seramik ile işleme ise farklı çalışır. Isıya dayanıklı süper alaşımların ve dökme demirlerin yüksek hızlı işlenmesinde, ısı ile kesme performansı arasındaki ilişki çoğu talaşlı imalat profesyonelinin alışık olduğundan oldukça farklı olabilir. Nikel bazlı alaşımlar oda sıcaklığında son derece yüksek mukavemete sahiptir. Ancak sıcaklık arttıkça malzeme yumuşamaya başlar. Yaklaşık 800°C civarında deformasyona karşı direnci önemli ölçüde azalır ve malzemenin işlenmesi kolaylaşır. Aynı zamanda seramik kesici malzemeler, geleneksel karbür kalitelerinin performansını hızla kaybedeceği sıcaklıklarda sertliklerini ve aşınma dirençlerini korur. Bu durum özel bir avantaj yaratır: Kesme bölgesindeki sıcaklık arttıkça iş parçası malzemesinin işlenmesi kolaylaşırken seramik kesici kenar mukavemetini korumaya devam eder. Sonuç olarak daha düşük kesme kuvvetleri, daha yüksek talaş kaldırma oranları ve daha yüksek verimlilik elde edilir. Bu nedenle seramik takımlar için önerilen kesme hızları ilk bakışta şaşırtıcı derecede yüksek görünebilir. Amaç yalnızca malzemeyi daha hızlı kaldırmak değildir. Amaç, prosesin verimli şekilde çalışmasını sağlayacak termal koşulları oluşturmaktır.

Fazla temkinli olmanın bedeli
Teoriyi anlamak bir şeydir. Bunu üretim sahasında uygulamak ise başka bir şeydir. Seramik takımlar üretime ilk kez dahil edildiğinde birçok kullanıcı ilk denemede önerilen kesme hızını içgüdüsel olarak düşürür. Bu, mantıklı bir önlem gibi görünür. Ne yazık ki çoğu zaman tam tersi bir etki yaratır.
Daha düşük kesme hızlarında, kesme bölgesindeki sıcaklık malzemenin termal yumuşamasından yararlanmak için gerekli seviyeye ulaşamayabilir. Malzemenin işlenmesi zor kalır, kesme kuvvetleri artar ve verimlilik düşer. Örneğin Inconel 718 üzerinde gerçekleştirilen bir kaba frezeleme uygulamasında, kesme hızının yaklaşık 400 m/dak’dan 1.000 m/dak’nın üzerine çıkarılması işleme süresini önemli ölçüde azaltırken, daha düşük kesme hızlarına kıyasla daha az aşınma sağladı. Karbürden seramiğe geçiş yapan kullanıcılar için bu, çoğu zaman beklentiler ile gerçeklerin nihayet örtüşmeye başladığı andır.

Konu sadece hız değil
Tüm bunlar, seramik ile işlemenin yalnızca iş mili devrini artırıp en iyi sonucu beklemek anlamına geldiği anlamına gelmez. Her gelişmiş kesici takım teknolojisinde olduğu gibi seramik de doğru uygulama koşullarına ihtiyaç duyar. Rijitlik kritik öneme sahiptir. İş parçasının stabil bağlanması, takımın güvenli şekilde sabitlenmesi, minimum takım çıkıntısı ve titreşimsiz bir kurulum, güvenilir performansa katkıda bulunur. Frezeleme uygulamalarında düzgün takım yolları ve kesintilerin azaltılması, kesici kenar üzerindeki darbe yüklerinin minimuma indirilmesine yardımcı olur. Tornalama operasyonlarında ise stabil kesme ve tutarlı kesme koşulları, seramik kalitelerin tüm potansiyelini ortaya çıkarmasını sağlar.
Bir diğer yaygın soru ise soğutma sıvısı kullanımıyla ilgilidir. Frezeleme uygulamalarında seramik ile işleme genellikle kuru olarak gerçekleştirilir. Kesme sırasında oluşan yüksek sıcaklıklar prosesin bir parçasıdır ve aralıklı soğutma sıvısı uygulaması kesici kenara zarar verebilecek termal şoka neden olabilir. Tornalama operasyonlarında ise kesici kenar sürekli olarak kesmede kaldığından, frezelemede görülen tekrarlanan ısınma ve soğuma döngüleri önlenir ve soğutma sıvısı çoğu zaman başarılı bir şekilde kullanılabilir.
Temel fark şudur: Karbürden farklı olarak, sorun ortaya çıktığında kesme hızı nadiren ilk azaltılması gereken parametre olmalıdır. Çoğu durumda çözüm, işlemeyi yavaşlatmak yerine proses kararlılığını iyileştirmektir.

Kesme hızı hakkında bildiklerimizi yeniden düşünmek
Seramik ile işlemede en büyük zorluk çoğu zaman makine, kesici uç veya işlenen malzeme değildir. Asıl zorluk, karbür ile yıllarca başarıyla yapılan işlemler sonucunda oluşan alışkanlıkları değiştirmektir. En yaygın yanlış kanılardan biri, seramik kesici uçları yalnızca başka bir karbür kalitesi olarak görmektir. Öyle değiller. Seramik, farklı prensiplere göre ve tamamen farklı bir performans aralığında çalışmak üzere tasarlanmış farklı bir kesme teknolojisidir.
Seramik kesici malzemelerin geliştirilmesinde onlarca yıllık deneyime sahip NTK Cutting Tools, hem ısıya dayanıklı süper alaşımların hem de dökme demirlerin işlenmesi için kapsamlı bir çözüm portföyü sunmaktadır. HRSA malzemelerin yüksek hızlı kaba işlenmesi için geliştirilen SiAlON kalitelerinden gri ve sfero dökme demirler için optimize edilmiş seramik çözümlere kadar bu teknolojiler, üreticilerin geleneksel karbür takımlarla çoğu zaman ulaşılamayan verimlilik seviyelerine ulaşmasını sağlar.
Bir dahaki sefere seramik kesici uç için önerilen kesme hızı şaşırtıcı derecede agresif göründüğünde, onu karbür gibi kullanma eğilimine karşı koyun. Önerilen hız, yalnızca kesici uç bu hıza dayanabildiği için bu kadar yüksek değildir. Bu kadar yüksektir çünkü teknoloji gerçek performansını tam da bu aralıkta göstermeye başlar.