Metal İşlemede Freze Makinesi Verimliliğinin Maksimize Edilmesi

Yüksek Verimli Frezeleme (HEM) ile Malzeme Kaldırma Oranının Optimizasyonu

Geleneksel Frezelemenin Modern Freze Makinelerinin Potansiyelini Neden Sınırladığı

Geleneksel frezeleme yöntemleri, özellikle kanal frezeleme, kesme kuvvetlerini yalnızca takım kenarının bazı bölümlerine odaklamaya eğilimlidir. Bu yoğunluk, o bölgelerde daha hızlı aşınmaya ve termal gerilimin birikmesine neden olur. 2023 yılında CNC parametreleri üzerine yapılan son araştırmalar da dikkat çekici bir şey ortaya koymuştur. Radyal temas %40'ın üzerine çıktığında, ısı normalin yaklaşık iki katı kadar artarken, takım ömrü yaklaşık üçte ikarı düşmektedir. Bu tür verimsizlikler, özellikle sertleştirilmiş çeliklerle çalışılırken seri üretim ortamlarında işleri gerçekten yavaşlatmaktadır. Erken başarısızlık nedeniyle sürekli takım değiştirme ihtiyacı, geçen yıl Ponemon Enstitüsü tarafından yayımlanan bulgulara göre üreticilerin her yıl yaklaşık 740.000 ABD doları kaybetmesine neden olmaktadır. Bu durum, operasyonların sorunsuz devam etmesini sağlamaya çalışan herhangi bir atölye müdürünün ciddi bir mali darbeyle karşı karşıya kalmasına yol açar.

Kesme Derinliği, Diş Başına İlerleme ve Spindil Yükünü Maksimum Üretim Hızı İçin Dengeleme

Yüksek Verimli Frezeleme (HEM), modern freze makinelerinin tork ve güç potansiyelini, birbiriyle ilişkili üç parametreyi stratejik olarak dengeleyerek ortaya çıkarır:

• Radyal Kesme Derinliği (RDOC) : Aşınmayı daha fazla dişe yaymak ve radyal kuvveti azaltmak için kesici çapının %5–15'inde tutulur
• Eksenel Kesme Derinliği (ADOC) : Spindeli aşırı yüklenmeden malzeme temasını en üst düzeye çıkarmak için takım çapının 1,5–3 katına kadar uzatılır
• Diş Başına İlerleme : Talaş kalınlığının sürekli ve optimal seviyede kalması için spindle devrine göre dinamik olarak ayarlanır

Bu yöntem, geleneksel freze yollarına kıyasla radyal kuvvetleri %60'a varan oranda azaltır; titreşimi düşürür, yüzey bütünlüğünü iyileştirir ve takım ömrünü %70 oranında uzatır. Inconel 718 ve Ti6Al4V gibi havacılık sınıfı alaşımlarda HEM, boyutsal kararlılığı ve parça yüzey kalitesini korurken malzeme kaldırma hızını (MRR) üç katına kadar çıkarabilir.

Freze Makinesi Performansını Artırmak İçin Akıllı Takım Yolu Stratejileri

Radyal ve Eksenel Temas Kontrolü ile Talaş İncelmesinin Azaltılması

Kontrolsüz radyal aşım veya düşük eksenel derinlik nedeniyle oluşan tutarsız talaş kalınlığı, ısıyı uzaklaştıramayan ince talaşlara yol açar ve bu da sürtünmeyi, takım aşınmasını ve iş parçasının sertleşmesi riskini artırır. Temas geometrisinin kontrol edilmesi, verimli talaş oluşumunu ve talaş tahliyesini sağlar:

• Alüminyumda kesici çapın %30'undan daha az radyal temas sınırı belirlemek, eğilme ve titreme (chatter) oluşumunu önler
• Titanyum ve sertleştirilmiş çeliklerde adım boyutunu azaltırken eksenel derinliği artırmak, kesme kuvvetlerini stabilize eder ve ısı transferini iyileştirir

Sonuç olarak, uzun üretim süreçleri boyunca sıkı toleransların korunması ve üretkenliğin sürdürülebilmesi açısından kritik olan, öngörülebilir ve tekrarlanabilir performans elde edilir.

Malzeme ve rijitliğe göre Trokoidal, HREM veya Yüksek İlerleme Yollarının Seçilmesi

Takım yolu seçimi yalnızca teorik verimliliğe değil, aynı zamanda malzeme davranışına ve makine kapasitesine uygun olmalıdır:

Trokoidal yollar, malzemenin bir seferde ne kadarı ile etkileşimi sınırlamaya yardımcı olan kontrollü dairesel yayları kullanarak çalışır. Bu yöntem, özellikle sert ve yapışkan paslanmaz çelikleri işlerken fazla titreşime neden olmaksızın kesim yapmak için oldukça uygundur. Yüksek Verimli İşleme (HEM) açısından değerlendirildiğinde, bu yöntem temel olarak daha yüksek ilerleme oranlarına ulaşmayı ve eksen boyunca daha derin kesimler yapmayı amaçlar; ancak bu yalnızca makinenin talaş yükünü uygun şekilde taşıyabilecek kadar rijit olduğu durumlarda geçerlidir. Eski teçhizata veya çok güçlü beygir gücüne sahip olmayan makineler kullanan atölyeler için yüksek ilerlemeyle frezeleme akıllıca bir tercih haline gelir. Bu yöntem, daha sığ kesimler alınmasına rağmen takımın çok daha hızlı bir açıyla hareket ettirilmesini sağlar ve uzun iplikler yerine kalın, kısa talaşlar oluşturulmasını sağlar. Böylece mili aşınmadan korur ve bütçesi kısıtlı makinelerde bile sert malzemeler üzerinde makul düzeyde verimlilik elde edilmesini sağlar.

Freze Makinesinin Stabilizasyonu: Kesici Takımlar, İş Parçası Sabitleme ve Titreşim Yönetimi

Sertleştirilmiş Çelikte Karbür ve CBN Takımlar: Takım Ömrü ile Freze Tezgâhı Çalışma Süresi Arasındaki Karşıtlıklar

45 HRC'nin üzerinde sertleştirilmiş çeliklerle çalışırken, karbür takımlar ve kübik bor nitrür (CBN) aslında birbirinin yerine kullanılamayacak kadar farklı seçeneklerdir. Karbür, kesme süreçlerindeki ani darbelere karşı daha iyi dayanır ve küçük montaj hatalarından fazla etkilenmez, bu da işyeri koşullarının her zaman mükemmel olmadığı durumlarda oldukça hoşgörülü olmasına neden olur. Öte yandan CBN, düzgün ve hızlı bitirme işlemlerinde en iyi şekilde çalışır. Yüksek sıcaklıklarda kararlı ve sert kalma özelliği sayesinde takım ömrü yaklaşık on kat daha uzun sürebilir. Ancak dikkat edilmesi gereken nokta şudur: bu malzeme titreşimler üzerinde çok sıkı kontrole ihtiyaç duyar ve soğutucu akışkanın doğru miktarda ve tam gerektiği yere uygulanmasını gerektirir. Ayrıca kabul edelim ki, CBN, herhangi bir kaçıklık veya hizalama sorunu olduğunda kolayca çatlama eğilimindedir. Bu yüzden sert makinelerde büyük üretim partileriyle çalışılırken CBN maksimum verimlilik sağlarken, çeşitli parçalarla uğraşan ya da ekipmanı tam olarak bakımlı olmayan çoğu atölye hâlâ karbürü tercih eder.

Modüler Takım Tutucu Sistemleri: Freze Makinesi Hassasiyetini ve Ömrünü Artırmak İçin Çalışma Boşaltımını Azaltmak

Temelde takımın makine ekseniyle karşılaştırıldığında ne kadar merkezden döndüğünü ifade eden çalışma boşaltımı (runout), atölyede çeşitli sorunlara neden olur. Eşit olmayan kesme kuvvetleri, işleme sırasında sinir bozucu titreşimler ve takımların olması gerekenden daha erken kırılması, çalışma boşaltımının kötü kontrol edilmesinin doğrudan sonuçlarıdır. İyi haber şu ki modern hassas takım tutucu sistemleri bu konuda gerçek bir fark yaratabilir. Bu gelişmiş sistemler, hidrolik genişleme mekanizmaları, termal daraltma montaj teknikleri ya da son zamanlarda daha sık gördüğümüz özel çift temaslı mandrenler gibi yöntemleri kullanır. Geleneksel ER veya BT tarzı tutucularla karşılaştırıldığında Toplam Gösterge Boşaltımını (TIR) yaklaşık %70 oranında azaltırlar. Bu sisteme geçiş yapan atölyeler, daha iyi yüzey kalitesi, daha uzun takım ömrü ve genel olarak işleme merkezlerinde daha sorunsuz operasyonlar bildirmektedir.

• Asimetrik yanak aşınmasını ortadan kaldırarak takım ömründe %40'a varan artış
• ±0,0005 inç içinde boyutsal tekrarlanabilirlik, işlem sonrası denetim ve yeniden işleme ihtiyacını azaltır
• Düşük harmonik uyarı, iş mili rulman bütünlüğünü korur ve yeniden kalibrasyon aralıklarını uzatır

Dengeli takım montajları ve optimize edilmiş iş mili devirleriyle birlikte kullanıldığında, bu sistemler yıllık bakım maliyetlerini yaklaşık %18 oranında düşürür ve daha ince yüzey kaplamalarına olanak tanır; özellikle sıkı geometrik toleranslar gerektiren titanyum ve sertleştirilmiş alaşım bileşenleri için kritik öneme sahiptir.

Sürekli Freze Makinesi Verimliliği için Isıl ve Sıvı Yönetimi

Etkili ısıl kontrol, hassasiyet, takım ömrü ve süreç güvenilirliği açısından temel önem taşır. Örneğin titanyum alaşımları, 1000°C'yi aşan lokal kesme sıcaklıkları üretir ve hedefe yönelik ısı yönetimi olmadan takımın hızlı şekilde bozulmasına, iş parçasında mikroyapısal değişikliklere ve boyutsal kontrol kaybına neden olur.

MQL ile Yüksek Basınçlı İş Milinden Soğutucu Akışkan Karşılaştırması: Titanyum ve Alaşım Frezeleri İçin Soğutma Stratejisinin Gereksinimlere Uyarlanması

MQL, geleneksel taşkın soğutma yöntemlerine kıyasla sıvı kullanımını yaklaşık %90 oranında azaltır ve aynı zamanda çevresel etkiyi de düşürmeye yardımcı olur. Bu nedenle, alüminyum veya düşük karbonlu çelik gibi üretilen ısının aşırı olmadığı malzemelerle çalışılırken iyi bir seçenektir. Ancak bir dezavantajı vardır. MQL'nin ısı uzaklaştırma kapasitesi, termal iletkenliği yaklaşık 6,7 W/m·K olan titanyum ya da nikel bazlı süper alaşımlar gibi zorlu malzemeler için yeterli değildir. Bu tür malzemeler, uygun soğutma sağlanmadan işlem görürken termal olarak şekil değiştirme eğilimindedir veya sertleşebilir. Bu yüzden birçok atölye, 70 ila 300 bar arasında çalışan yüksek basınçlı iş mili soğutma sistemlerine yönelmektedir. Bu sistemler, kesme bölgesine çok yüksek hızda soğutucu akışkan püskürterek ara yüzey sıcaklığını yaklaşık 200 ila 300 santigrat derece düşürür. SME Teknik Makale Dizisi'nin 2022 yılındaki araştırmalarına göre, bu yaklaşım Ti6Al4V veya Inconel 718 işlenirken takım ömrünü iki ila üç kat daha uzatabilir. Isı üretimine neden olan hassas parçalarla uğraşılırken yüksek basınçlı soğutma artık isteğe bağlı bir unsur değildir. Bu özellik, sistem tasarımı başından itibaren dikkate alınmalıdır.

Soğutma Performansı Karşılaştırması

MQL'yi titanyum kabuk aşamasında kullanmak gibi uyumsuz soğutma stratejileri seçilmesi, yüzey bütünlüğünün bozulmasına, takım aşınmasının hızlanmasına ve hassas frezeleme işlemlerinde etkili üretkenliğin belgelenmiş %23 düşmesine neden olan termal kararsızlığa yol açar.