Kesme Kuvveti Sonuçlarının İstatistiksel Analizi (Statistical Analysis of Results of Cutting Force)

Yapılan deneylerde kesme kuvveti bileşenleri, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğünün girdi olarak
kullanılan kesme hızı, ilerleme ve kesici takım kaplaması kontrol faktörlerine göre değiştiği kabul
edilmiş ve bu kabule dayalı olarak varyans analizi (ANOVA) ve çoklu regresyon analizi yapılmıştır.
Tablo 6’da verilen varyans analizi sonuçlarına göre Fx kesme kuvveti bileşeni üzerinde % 95 güven
düzeyinde % 58,15 katkı oranı ile ilerleme en etkin parametre olarak ortaya çıkmıştır. İkinci önemli
faktörün de % 21,45 katkı oranı ile kesme hızının olduğu görülmektedir. Fx bileşeni için K*Vc, K*f ve
Vc*f etkileşimlerinin Fy bileşeni için de K*Vc etkileşiminin anlamsız olduğu, bir başka deyişle Fy
bileşeni üzerinde bir etkisinin olmadığı görülmektedir. İlerlemenin Fy kesme kuvveti bileşeni üzerindeki
etkisinin % 91,95 katkı oranı ile istatistiksel olarak oldukça büyük olduğu görülmektedir. Fz kuvvet
bileşeninin varyans analizi sonuçlarına göre % 64,92 katkı oranı ile ilerleme en etkin parametre olarak
ortaya çıkmıştır. Kaplamanın katkı oranı % 31,1 değeri ile ikinci etkin parametre olmuştur. TiN
kaplamanın kesme sırasında takım-talaş ara yüzeyinde sürtünmeyi azaltarak I. ve II. deformasyon bölgesinde
kaymayı kolaylaştırması kesme kuvvetini azalttığından kaplamanın kesme kuvvetleri üzerindeki etkisi
göz ardı edilemez. Fz kuvveti için K*Vc etkileşimi istatistiksel olarak % 95 güven seviyesinde anlamsız
çıkmıştır. Şekil 6’da ana faktör seviyelerinin kesme kuvveti bileşenleri üzerindeki etkileri verilmiştir. Burada her bir seviyede elde edilen ortalama kuvvet değerleri verilmiştir. Buna göre; Fx: 84,82 N, Fy: 161,25 N ve
Fz: 514,365 N ortalama kuvvet değerlerine sahiptirler. Kesme hızındaki değişim her ne kadar Fx bileşenini
etkiliyor gibi görünse de genel itibari ile her üç kuvvet bileşeninin üzerinde de önemli bir etkisi görülmemektedir. Kaplama parametresinin Fz kuvveti üzerinde meydana getirdiği değişim diğerlerine göre daha fazladır. Bu farkın nedeni olarak; TiN kaplama ile talaş yüzeyinde takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünmenin azalması gösterilebilir [25]. Fz kuvvetinin kesme kuvveti bileşenlerinin en büyüğü olması
nedeniyle Fz kuvvet bileşeninin ilerleme faktör seviyelerinde ki değişimlere daha duyarlı olduğu
söylenebilir. Yapılan regresyon analizi sonucu, istatistiksel model sabiti ve değişkenlerin katsayı tablosu Tablo 7’de verildiği gibi oluşmuştur. Parametre etkileri incelendiğinde değişkenlerden en büyük etkiye ilerlemenin (f) sahip olduğu ve kaplamanın Fx kuvvet bileşenine ters etki ettiği görülmüştür. Analiz sonucunda geliştirilen istatistiksel modelin belirlilik katsayısının R2 = 0,97 olarak bulunması, modelin uygunluğunun yüksek olduğunu göstermektedir. Başka bir deyişle, bağımsız değişkenler olan kesme hızı, ilerleme ve kaplamanın Fx kuvvet
bileşeni üzerindeki etkisi % 97’dir. Geliştirilen model Eşitlik 1’de verilmiştir. Geliştirilen istatistiksel modelinin uygunluğu varyans analizi kullanılarak kontrol edilmiş (Tablo 8) ve modelin P değerine bağlı olarak
%95 güven düzeyinde uygun olduğu görülmüştür Tablo 9’da Fy kuvvet bileşeni için yapılan regresyon
analizinin sonucunda elde edilen istatistiksel model sabiti ve değişkenlerin katsayı tablosu verilmiştir.
Parametre etkileri incelendiğinde Fy kuvvet bileşeni için de değişkenlerden en büyük etkiyi ilerlemenin (f)
yaptığı görülmüştür. Kaplamanın ve kesme hızının Fy kuvvet bileşenine ters etki ettiği görülmüştür.
Geliştirilen istatistiksel modelin belirlilik katsayısı R 2 = 0,90 olarak bulunmuştur. Bağımsız değişkenler
olan kesme hızı, ilerleme ve kaplamanın Fy kuvvet bileşeni üzerindeki etkisi % 90 düzeyinde ortaya
çıkmıştır. Fy kuvvet bileşeni için geliştirilen model Eşitlik 2’de verilmiştir. Fy kuvvet bileşeni istatistiksel
modelinin uygunluğu varyans analizi kullanılarak test edilmiş (Tablo 10) ve modelin P değerine bağlı olarak
%95 güven düzeyinde uygun olduğu görülmüştür.

Kuvvet Sonuçlarının Değerlendirilmesi (Evaluation of Experimental Results of Force)

Kesme kuvveti bileşenlerinin kesme parametreleri ile olan ilişkilerinin tespiti için tam kesme sırasında öl-
çülen kuvvetlerin ortalaması kullanılmıştır. Şekil 4’te kaplamasız HSS azdırma ile yapılan deneylerde
ölçülen kuvvet değerleri verilmiştir. Şekildeki grafiklere göre tüm deneyler için ilerleme değerindeki artışa
paralel olarak kesme kuvveti bileşenlerinin değerlerinin arttığı gözlenmiştir. İlerleme yönündeki kuvvet
olan Fz bileşenin gerek değerinin gerekse görülen artışın diğer bileşenlere göre çok daha fazla olduğu
görülmektedir. Tüm bileşenler için en yüksek kuvvet değerlerinin kesme hızının 27,5 mm/dak ve ilerlemenin 1 mm/iş devri olduğu kesme şartlarında elde edilmiştir. Burada, Fx: 94,84 N, Fy: 248,9 N ve Fz:
904,71 N olarak ölçülmüştür. İlerlemenin artması ile talaş kesiti arttığından kesme kuvvetlerinin de artması
beklenir [22,23]. Şekil 4’deki grafiklere bakılırsa, Fx kuvvet bileşeni, ilerlemedeki değişimden diğerlerine
göre daha az etkilenmektedir. Bu durum azdırma işleminin yapısı ile ilgilidir. Azdırma işleminde çakı
ve iş parçasının temas ettiği noktada dönüş Fx kuvvetinin doğrultusundadır (Şekil 3-a ve b). Azdırma
çakı ve iş parçası birbirleri ile uyumlu döndüklerinden ilerlemedeki artış bu dönüşü etkilememektedir.
Kaplamasız HSS azdırma ile yapılan deneylerde, tüm kesme hızlarında 0,25 mm/iş devri ilerleme değerinin
4 kat artmasıyla Fx kesme kuvveti bileşeni ortalama % 26 (ortalama 20,88 N) artmıştır. Fy bileşeninde
görülen artış Fx’e göre biraz daha fazladır. İlerlemenin 4 kat artmasıyla Fy kesme kuvveti bileşeni ortalama %70 (ortalama 96 N) artmıştır. Fz kuvvet bileşeni dört kesme hızında da ilerlemedeki artışlara
daha fazla duyarlı olmuştur. İlerlemenin 4 kat artmasıyla Fz kuvvetinin değeri ortalama olarak
% 120 artmıştır. Şekil 5’e bakıldığında; TiN kaplanmış azdırma ile yapılan kesme işleminde, kaplamasız HSS azdırmada olduğu gibi, ilerleme değerindeki artışa paralel olarak kesme kuvveti bileşenlerinin arttığı görülmektedir. Fz bileşenindeki artışın diğerlerine göre çok daha fazla olduğu görülmektedir. Fz için hesaplanan artış oranı ortalama % 165 olmuştur. TiN kaplamalı azdırmada TiN kaplanmış HSS azdırmada kesme kuvveti bileşenlerinin ilerlemeye bağlı olarak değişimi (Variation of cutting force components depending on  İzmir Torna  feed rate in TiN coated HSS hob) en yüksek değerler, kesme hızının 27,5 mm/dak ve ilerlemenin 1 mm/iş devri olduğu kesme şartlarında elde edilmiştir. Burada, Fx: 86,65 N, Fy: 243,09 N ve Fz:703,64 N olarak ölçülmüştür. Şekil 5’deki grafiklere incelendiğinde; Fx bileşeni, ilerlemedeki değişimden diğer bileşenler kadar etkilenmediği ve ölçülen değerlerin kaplamasız azdırmada elde edilen değerlere yakın çıktığı ölçülmüştür. Bu durumda buradaki değişimin uygulanan deney parametreleri ile
kayda değer bir ilişkisinin bulunmadığı söylenebilir. Aynı şekilde, Fy kuvveti için ölçülen değerler de
kaplamasız azdırmada ölçülen değerlere yakın çıkmıştır. Kaplamasız azdırma ve kaplamalı azdırmada ölçülen
Fx ve Fy kuvvet bileşenleri arasında tüm deneylerde 5 ila 20 N arasında değişen bir fark göze çarpmaktadır.
Özellikle Fz kuvveti değerleri ve parametrelere göre değişimi dikkate alınırsa, Fx ve Fy’nin kaplamalı
veya kaplamasız oluşundan kaynaklanan farkların çok önemli olmadığı söylenebilir. Tüm kesme hızlarında
0,25 mm/iş devri ilerleme değerinin 4 kat artmasına karşılık Fx kesme kuvveti bileşeni ortalama % 30,75
(yaklaşık 21,55 N) oranında artmıştır. Fy bileşeninde görülen artış Fx’e göre biraz daha fazladır. Bu da
ortalama % 84,75 (yaklaşık 101,17 N) oranında artış olarak belirlenmiştir. Azdırma işleminde kesme kuvveti bileşenlerinin en büyüğü olan ve kesme parametrelerinden daha fazla etkilenen ilerleme yönündeki Fz kuvvetinin bir değerlendirmesi yapılırsa Şekil 4 ve Şekil 5’teki grafiklerden ilerlemedeki artıştan kaplamalı azdırmanın diğerine göre oransal olarak biraz daha fazla etkilendiği söylenebilir. İlerlemeye bağlı olarak elde edilen artış oranları Tablo 5’te verilmiştir. Şekil 4 ve Şekil 5’te verilen grafiklerde, kaplamalı azdırmalarda elde edilen Fz kuvveti kaplamasız azdırmalarda elde edilen Fz kuvvetinden ortalama % 59 daha az olmuştur.
Bunun nedeni için, TiN kaplamanın özelliği itibari ile II. deformasyon bölgesinde kesici takım ve talaş
arasındaki sürtünmeyi azaltarak kesme kuvvetlerinin düşmesini sağlayabilmesi söylenebilir [24].

İstatistiksel Analiz (Statistical Analysis)

Kesme parametrelerinin kesme kuvveti bileşenleri üzerindeki etkilerini çizgi grafiklerde büyük oranda görmek mümkündür. Ancak daha detaylı bir bilgiye ulaşmak için MINITAB R14 yazılımı kullanılarak % 95 güven düzeyinde ANOVA testi (varyans analizi) uygulanmıştır. Her deney grubu için tam faktoriyel deney tasarımı uygulanmıştır. Deneyler için kesme hızı, ilerleme ve kesici takım kaplaması değişken parametreler (kontrol faktörleri) olarak belirlenmiştir. Kontrol faktörleri ve seviyeleri Tablo 4’de verilmiştir. ANOVA tabloları kesme kuvveti bileşenleri üzerinde her bir işleme parametresinin etkisini net bir şekilde ortaya koymaktadır. ANOVA tablolarına ek olarak çıkarılan etki grafikleri her bir parametre grubundaki seviye etkilerinin belirlenmesinde ve birbiri üzerindeki etkilerinin anlaşılmasında yardımcı olmaktadır. ANOVA testleri özellikle deneysel sonuçların doğru bir şekilde yorumlanmasında yardımcı olmuştur. Ayrıca kuvvet bileşenlerinin çoklu regresyon analizleri de yapılmıştır.

Deney Malzemesi ve Ekipmanlar

Kesme deneyleri, Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Talaşlı Üretim Anabilim Dalı Freze Atelyesinde bulunan üniversal azdırma freze tezgâhında gerçekleştirilmiştir. Tablo 1’de tezgâhın özellikleri verilmiştir. Deneylerde kesici takım olarak kullanılmak üzere, TS 11133’e uygun olarak B1 sağ RP I x 2.25 tipi azdırma çakı seçilmiştir. Deneylerde kıyaslama yapabilmek için HSS ve TiN kaplamalı HSS azdırma çakılar kullanılmıştır. Şekil 1’de deneylerde kullanılan azdırmanın şekli ve temel ölçüleri verilmiştir. Kesme deneylerinde kullanılacak dişli çark taslakları, dişli çark yapımında çok tercih edilen özellikle de
büyük güç ileten dişli çarklarda kullanılan 83,5 HRB sertliğinde Ç 8620 sementasyon çeliği malzemeden
CNC torna tezgahında kesme sıvısı kullanılarak 117 mm çapında hazırlanmıştır. Numuneler her hangi bir
ısıl işlem uygulanmadan kullanılmıştır. Tablo 2’de deney numunesinin kimyasal özellikleri, Şekil 2’de
deney numunesinin resmi ve temel ölçüleri verilmiştir. Kesme deneylerinin tamamı Tablo 3’de verilen kesme
parametreleri kullanılarak yapılmıştır. Deneyler kuru kesme şartlarında Zıt yönlü kesme yönteminde ve
Şekil 3-a’da verilen şematik gösterime uygun olarak yapılmıştır. Ayrıca burada kuvvetlerin yönlerini de
görmek mümkündür. Tabloda belirtilen bir diğer ayrıntıya bakılırsa, kesme derinliğinin diğer talaşlı
imalat işleme deneylerinin aksine değişken bir parametre olarak değil sabit bir parametre olarak
ortaya çıkmasıdır. Bunun nedeni azdırma ile dişli çark üretimi işleminin doğası gereği toplam kesme
derinliğinin bir defada verilmesidir. Toplam diş derinliği, azdırma ve iş parçasının birbirleri ile
koordineli hareketleri sonucunda oluşmaktadır. Deneylerin tamamı Şekil 3-b’deki resimde görülen
deney setinde gerçekleştirilmiştir. Bu deney setinde azdırma ile dişli çark açılması esnasında oluşan kesme
kuvveti bileşenleri, KİSTLER 9272A dört bileşenli piezo–elektrik dinamometre aracılığı ile ölçülmüştür
bileşenlerinin yönleri de verilmiştir.

AZDIRMA FREZE ÇAKILARINDA KESME KUVVETİ BİLEŞENLERİNİN DENEYSEL VE İSTATİSTİKSEL OLARAK İNCELENMESİ - Giriş

Azdırma freze çakısı kullanılarak yapılan dişli çark işleme metodu sanayide en çok tercih edilen metottur.
Bu yöntemde azdırma çakı ve iş parçası kendi ekseni etrafında dönerken birbirleri ile çalışan dişliler gibi
uyumlu hareket ederler. Azdırma freze çakıları özel azdırma freze tezgâhlarında kullanılan kesicilerdir.
Düz ve helis dişli çarkların, sonsuz vida çarklarının işlenmesi için sırtı torna edilmiş, vidaya benzer
biçimdeki freze çakılarıdır [1,2]. Azdırma ile dişli çark işleme; işlem kinematiği, talaş oluşumu ve aşınma mekanizmasının karmaşık olmasına karşın yüksek kalitede ve hassasiyette dişli çark üretmek için etkili bir metottur [3]. Azdırma işleminde de diğer kesme işlemlerinde olduğu gibi, endüstrinin ilgisi nedeniyle iş parçası, takım ve üretim bilgilerinin araştırılmasının yanı sıra, kesme kuvvetleri, takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve bunlara etkiyen parametrelerin değerlendirilmesi gerekliliği ortaya çıkmıştır [4,5]. Ancak, azdırma usulü dişli çark işlemede, kesme işlemi kinematiğinin ve talaş oluşumu mekanizmasının karmaşık oluşu, kesme kuvvetleri ve takım aşınması üzerine yapılan çalışmaların diğer talaşlı imalat operasyonlarına kıyasla sınırlı sayıda kalmasına neden olmuştur. Başlangıçta çalışmalar azdırma işleminin ve kesicilerin incelenmesi, analizi ile düz ve helis dişlilerin üretiminde azdırma yönteminin uygulanmasını içermektedir [6-9]. Bunlara ek olarak kesme kuvvetlerinin hesaplanmasına ilişkin teorik ve deneysel çalışmalara da rastlanmaktadır [10-12]. Geliştirilen hesaplama prosedürleriyle kesme kuvveti bileşenlerinin tespit edilmesiyle azdırma freze tezgahlarının statik ve dinamik performans limitlerinin gözlemlenmesi, en iyi kesme performansı ve iş parçasını bağlamak için gerekli olan sıkma kuvvetinin belirlenmesi de mümkün olabilmektedir [13-17].
Teorik hesaplamalara göre azdırma işleminde kesme hızlarındaki değişimin kesme kuvveti üzerine önemli
bir etkisinin olmadığı görülmüştür [18,19 ]. Ancak ilerlemenin etkisinin kesme hızına göre daha fazla
olduğu belirtilmiştir [10]. Azdırma freze tezgahının ve azdırma usulü dişli çark üretiminin karmaşık olması
nedeniyle kuvvet ölçümünde dikkati çeken en önemli husus, kullanılacak dinamometrelerin özel olarak
geliştirilmesi veya mevcut dinamometrelerin tezgah üzerine adaptasyonunun gerekmesidir [20].
Bu çalışmada, azdırma yöntemi ile düz dişli çark işlenmesi sırasında azdırma çakıda meydana gelen
kesme kuvveti bileşenlerinin kesme parametreleri ile olan ilişkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca
sonuçların varyans (ANOVA) ve çoklu regresyon analizleri yapılmıştır. ANOVA sonuçlarına göre
kesme parametrelerinin kesme kuvveti bileşenleri üzerindeki katkı oranları belirlenmiştir.

AZDIRMA FREZE ÇAKILARINDA KESME KUVVETİ BİLEŞENLERİNİN DENEYSEL VE İSTATİSTİKSEL OLARAK İNCELENMESİ

Bu çalışmada, azdırma yöntemi ile dişli çark açma işlemi sırasında meydana gelen kesme kuvveti ileşenlerinin
kesme parametreleri ile ilişkileri deneysel ve istatistiksel olarak incelenmiştir. İşleme deneylerinde TiN kaplamalı ve kaplamasız HSS azdırma çakılar kullanılarak, Ç 8620 malzemeden dişli çarklar işlenmiştir. Ayrıca, MINITAB R14 yazılımı kullanılarak deney sonuçlarının ANOVA (varyans analizi) testleri yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre; ilerleme yönündeki Fz-kuvvet bileşeninin kesme parametrelerindeki değişimlere karşı daha duyarlı olduğu görülmüştür. Kaplamalı azdırma ile yapılan deneylerde kesme kuvvetleri kaplamasız
azdırmalardan ortalama % 59 oranında daha az çıkmıştır.

ÜÇ EKSENLİ DOĞRUSAL HAREKET MEKANİZMASI TASARIMI VE İMALATI

Doğrusal hareket mekanizmalarının verimliliğine etki eden birçok etken bulunmaktadır. Bu amaçla, değişik
doğrusal hareket sistem kombinasyonları kullanılarak tasarım ve üretimi gerçekleştirilen üç eksenli bir
doğrusal hareket mekanizmasının bileşenleri incelenmiştir. Kullanılan doğrusal hareket mekanizma ve
yardımcı elemanları, dişli-dişli, kayış-kasnak, vida-somun izmir torna ve kayıt-kızak (mil-makara) çiftleridir. Sistem
kombinasyonlarının farklılıklarını analiz etmek amacıyla prototipin, kuvvet, moment ve sürtünme ölçüm ve
hesaplamaları yapılmıştır. Gerek tasarım, imalat, montaj ve ayarlamalarında, gerekse deneme testlerinde
karşılaşılan problemlere karşı çözüm önerileri geliştirilmiştir. Teorik hesaplamalarla bulunan rakamsal
büyüklüklerin nasıl yorumlanması gerektiği ve uygulamalardaki gerçeklerle örtüşüp örtüşmediğinin
araştırması yapılmıştır. Prototip üzerinde yapılan çalışmalarda, farklı bileşenlerin uygulamada birçok
parametreden etkilendiği anlaşılmış, elde edilen önemli bulgular özetlenmiştir.