Alın frezeleme

Alın frezeleme, ekseni yüzeye dik bir frezenin ucundaki dişlerle düz bir yüzey keser. Ankara Üniversitesi’nin ders notunun tanımıyla alın frezelemede “işlenecek yüzey, freze alnındaki dişlerle işlenir”; alın freze çakıları da “Büyük düzlem yüzeylerin işlenmesinde kullanılan freze çakılarıdır.” Sandvik Coromant alın frezeleme takımlarını düz yüzeyleri hızlı ve verimli çıkarmak için ideal sayıyor; Mitsubishi alın freze çakısını genellikle büyük çaplı ve çok kesici ağızlı diye anlatıyor, böylece geniş yüzeyleri etkili biçimde işleyebiliyor. Almanca bir meslek ders kitabı (Luz), DIN 8589-3’ü izleyerek Umfangsfräsen (çevresel), Stirnfräsen (alın) ve Stirn-Umfangsfräsen (alın ve çevresel birlikte) ayrımını yapar; düzlem frezeleme (Planfräsen) bunların her birinde yer alır.

İki aile, iki kenar

Mitsubishi alın freze çakılarını iki gruba ayırır: yanaşma açısı 90°’den farklı olan düz frezeler (plain milling cutters) ve 90°’lik, dik omuz bırakan frezeler (shoulder milling cutters). Seçimi parça belirler: dik bir omuz 90°’lik frezeyi gerektirir (Mitsubishi, Sandvik Coromant; Kennametal de 90°’lik köşe frezeleyememeyi 45°’lik frezenin eksileri arasında sayar); aksi hâlde Mitsubishi tipik bir düz freze öneriyor.

Her dişte iki kenar işi paylaşır. Yanaşma açısındaki ana kesme kenarı talaşı belirler; yardımcı kesme kenarı, yani alın ya da silici (wiper) düzlük, yüzeyi oluşturur. Sumitomo bunu kendi terimleriyle söyler: approach angle dediği açı (lead anlamında, 90° − κr) talaş kalınlığını ve talaşın çıkış yönünü, face cutting edge angle dediği açı yüzey pürüzlülüğünü belirler. Mitsubishi, yardımcı kesme kenarları freze alnına paralel konduğu için salgı kötü olsa bile işlenmiş yüzeyin hassasiyetinin teorik olarak korunması gerektiğini ekliyor.

Yanaşma açısı

Yanaşma açısı, diş başına belli bir ilerlemede talaşın ne kadar kalın olacağını belirler. Sandvik Coromant’a göre yanaşma açısını küçültmek belli bir fz’de talaş kalınlığını (hex) azaltır. Geometri h = fz · sin κr’dir; aynı ve zıt yönlü frezeleme sayfası aynı yasayı kavrama açısıyla birlikte verir. Kennametal’in tablosu 45°’lik frezenin talaşını ilerlemenin 0,707 katı olarak verir; Ingersoll 45°’lik lead açılı takımın talaş kalınlığını dik omuzlu bir takıma göre yaklaşık %30 azalttığını yazar. Mitsubishi’nin kursu ise 45° için daha gevşek bir yaklaşık %75 veriyor.

Açı kesme kuvvetini de döndürür. Kennametal’e göre kesme kuvvetleri her zaman lead açısına diktir; 90°’lik omuz frezesinde kuvvetler doğrudan iş miline dik gelir. Sandvik Coromant 90°, 45° ve 10–15° için sonucu şöyle anlatır: 90°’de kuvvetlerin çoğu radyal; 45°’de radyal ve eksenel kuvvetler dengeli; 10–15°’de kuvvetlerin çoğu eksenel, bu da iş parçasına binen baskıyı artırır. Ingersoll: κr’yi 90°’den küçültmek (lead açısını 0°’den büyütmek) radyal kuvveti biraz azaltır, eksenel kuvveti önemli ölçüde artırır.

Yanaşma açısı κr

45

°

90°75°45°10–15°

Talaş kalınlığı h = fz · sin κr

—

Talaş genişliği b = ap / sin κr

—

Üreticilerin söylediğiyle her açı ne içindir:

• 90°. Sandvik Coromant: kısa takım boyları, ince cidarlı parçalar ve kararsız bağlamalar için. Mitsubishi, dik omuz frezesinde eksenel kuvvetin eksi yönde çalıştığını ve iş parçasının yukarı çekileceğini, bağlama zayıfsa bunun titreşime ve kötü yüzeye yol açabileceğini yazıyor.
• 75°. Mitsubishi: 75°’lik yanaşma açısı, ince parçalar gibi rijitliği düşük malzemelerin alın frezelemesi için önerilir. Sandvik Coromant ise ince cidarlar için 90° öneriyor: ikisi ayrışıyor.
• 45°. Sandvik Coromant’ın genel amaçlı ilk seçimi; talaş inceltme verimliliği artırır ve uzun sarkmalarda titreşimi azaltır. Kennametal: daha yüksek verim ve sorunsuz frezeleme için mümkün olan her yerde lead açılı freze kullanın. Mitsubishi 45°’nin eksenel kuvvetinin 90° ve 75°’lik frezelerinkinden (0° ve 15° köşe açısı) büyük olduğunu, bu yüzden ince cidarlı kesitlere uygun olmadığını belirtiyor; Kennametal büyük gövdenin bağlama aparatına çarpma sorunları çıkarabileceğini ve en büyük kesme derinliğinin azaldığını ekliyor.
• 10–15°, yüksek ilerleme. Sandvik Coromant: küçük kesme derinliklerinde çok yüksek ilerlemeye izin veren ince talaş; uzun takım boyları ve düşük kararlılık için. ISCAR FF frezesi için: en büyük derinliğin altında talaş daha incedir, programlanan ilerleme buna göre artırılmalıdır; o en büyük derinlik de uç yarıçapına eşittir.

Açı parçanın kenarında olanı da belirler. Gevrek malzemede büyük bir lead açısı (küçük bir κr) kenarın işten yavaş yavaş çıkmasını sağlar: Ingersoll artan lead açısıyla iş parçası kenarındaki kırılmanın önemli ölçüde azaltılabileceğini ya da giderilebileceğini yazar, Mitsubishi 45°’yi iş parçasında kırılmayı önlediği için dökme demire uygun bulur, Kennametal köşede daha az kırılma sayar. Sünek malzemede çapak ters yöne gider: Mitsubishi’nin sorun giderme listesi büyük lead açısını nedenleri arasında sayar, Kennametal de 45°’lik frezenin dönüşün çıkış tarafında kırılmaya ya da çapağa yol açabileceğini not eder.

Freze çapı ve konumu

Üreticiler frezenin kesmeden geniş olmasını ister, her biri kendi değeriyle:

Sumitomo, tezgâhın ya da parçanın rijitliği ve tezgâh gücü nedeniyle kuralının geçerli olmayabileceğini ekliyor. Kaçınılacak olan, kesme kadar geniş bir frezedir: Mitsubishi D = B’yi aşırı sürtme yüzünden yüzeyin bozulabileceği ve takım ömrünün kısalabileceği için olumsuz sayar; Ingersoll da takımın tam çapıyla kesmekten kaçınılmasını yazar.

Freze çapı / kesme genişliği Dc/ae

1,30

MitsubishiSumitomoIngersollFreze merkezinin kayması e/ae

0,00

Girişte talaş

—

Çıkışta talaş

—

Aynı yönlü pay

—

Konum en az çap kadar önemlidir ve üreticiler burada ayrışır. Mitsubishi freze merkezinin iş parçası merkezine yakın olmasını en uygun sayar; başka üreticiler merkez çizgisine karşı uyarır, aynı ve zıt yönlü frezeleme sayfasında anlatıldığı gibi. Girişte anlaşırlar. Mitsubishi, girişteki kavrama açısı (engage angle) büyükse giriş noktasındaki talaş kalınlığının diş başına ilerlemeden az olabileceği ve kenarın, ufalanmaya ve kırılmaya varabilen yüksek kuvvetlere maruz kalabileceği uyarısını yapar; Sumitomo’ya göre E büyüdükçe takım ömrü kısalır ve onu değiştirmenin iki yolu vardır: daha büyük bir freze ya da kaydırılmış bir freze. Mitsubishi, bu açının çok küçük olmasının da kenardaki yükü artırdığını ekliyor. Mitsubishi kenarın işe güçlü noktalarından değmesini de ister: en iyisi U ya da V noktası temasıdır; kenarın en zayıf yeri olan S noktasından temas her zaman kaçınılması gerekendir. Takım ömrü için aynı yönlü frezelemeyi tercih eder; orada giriş noktasındaki kesme genişliği en kalındır. Ingersoll kesintili kesmeler için basit bir adım ekler: kesmeye girerken ve çıkarken ilerlemeyi %50 azaltın.

Diş adımı

Bir frezenin taşıdığı kesici uç sayısı talaş boşluğunu ve kesmeyi kaç dişin paylaştığını belirler. Sandvik Coromant alın frezelerini üç diş adımına (pitch) ve bir değişken adıma (differential pitch) ayırır:

Az kesici ağızlı (-L)

Zor koşullarda ilk seçim; sınırlı güç ve kararlılık, uzun takım boyları, tam kanal, büyük talaş boşluğu isteyen uzun talaşlı ISO N malzemeler.

Orta sayıda ağızlı (-M)

Ortalama koşullarda ilk seçim; ISO P, M ve S malzemelerde kaba işlemede iyi talaş boşluğu.

En çok ağızlı (-H)

Kararlı koşullarda ilk seçim; kısa talaşlı ya da ısıya dayanıklı malzemeler için ideal; küçük ae’de her zaman birden çok diş kesmede.

Değişken adımlı

Dişler gövdenin çevresinde eşit olmayan aralıklarla dizilir; harmonik titreşimleri bozar; özellikle geniş kesmede ve uzun sarkmalarda yararlı.

Ingersoll adımı çapın inç başına uç sayısıyla ölçer: seyrek adımlı (coarse pitch) takımlar çapın inç başına 1–1½ uçla daha geniş talaş boşluğu bırakır, orta adım (medium pitch) 2–3½, sık adım (fine pitch) 4 ve üstüdür; sık adımlılar öncelikle dökme demir içindir ama sığ ya da dar kesmelerde de iyidir. Adım ne olursa olsun freze, kesmede her zaman en az bir uç tutacak sıklıkta olmalıdır. Mitsubishi takası anlatır: daha çok diş aynı diş başına ilerlemede tabla ilerlemesini artırır, ama diş sayısı arttıkça kesme direnci de artar; büyük kesme derinliklerinde ya da zayıf bağlamada titreşim gelebilir; daha çok diş, kesme direncinin düşük olduğu dökme demirde çok etkilidir. Üreticiler üç noktada anlaşır: dökme demir için daha sık adım (Mitsubishi, Ingersoll) ya da Sandvik Coromant’ın deyişiyle kısa talaşlı malzemeler için; güç, kararlılık ya da sarkma yetmediğinde veya titreşime karşı daha az diş (Sandvik Coromant, Mitsubishi, Sumitomo); ve tırlamaya karşı değişken adım (irregular ya da differential pitch; Sandvik Coromant, Tungaloy). Sumitomo değişken adımlı freze çaresini kötü yüzey için sayar.

Silici uçlar ve yüzey

Yüzeyi yardımcı kesme kenarları yapar; silici (wiper) uç daha pürüzsüz bir yüzey için daha uzun bir düzlük taşır. Silici terimi Türkçe kaynaklarda tornalamadan gelir. İki üretici kuralı söyler. Ingersoll: kesme kenarlarının üst üste binmesi için bu düzlüğün genişliği devir başına ilerlemeden büyük olmalıdır. Mitsubishi: silici kenar boyu devir başına ilerlemeden uzun olmalıdır. Tungaloy kendi silici ucu için devir başına bir ilerleme sınırı verir. Mitsubishi’nin standart silici düzlüğü 0,055 inç, yani 1,4 mm’dir; silici uçlarını standart uçlardan 0,0012–0,004 inç taşacak şekilde ayarlar. Büyük bir frezede devir başına ilerleme silici kenardan uzunsa Mitsubishi salgıları giderilmiş iki ya da üç silici kullanır; çok uzun bir silici kenarın ise tırlamaya yol açtığını uyarır.

Devir başına ilerleme fn

1,0

mm/dev

Silici düzlüğün genişliği bs1,4 mmz = 6 diş, fz = fn / 6

Yüzeyi iki şey daha belirler. Salgı: kesici uçların freze gövdesindeki salgı hassasiyeti yüzeyi ve takım ömrünü büyük ölçüde etkiler; salgı fazlaysa yüzey kötü olur, titreşim ve uç kırılmaları görülür (Mitsubishi). Ve iş mili eğimi: Ingersoll’a göre iş mili ilerleme yönünde çok hafifçe eğilmeli, böylece frezenin arkada kalan tarafı parçaya değmemeli; fazla eğim aşırı çukurluk ya da tarak izi yaratır ve silici uç kullanırken eğim kritiktir.

Kesme gücü

Mitsubishi, tezgâh verimi η dahil, tezgâhın sağlaması gereken kesme gücünü şöyle verir:

$$P_c = \frac{a_p \cdot a_e \cdot v_f \cdot K_c}{60 \cdot 10^6 \cdot \eta} \quad \text{kW}$$

ap ve ae mm, tabla ilerlemesi vf mm/dak, özgül kesme kuvveti Kc MPa, η tezgâh verimi. Çözülmüş örneğinde takım çeliği, 12 uçlu Ø250 mm’lik bir frezeyle vc = 80 m/dak’da işleniyor: n = 1000 × 80 ÷ (3,14 × 250) = 101,9 dev/dak; vf = 280 mm/dak ile diş başına ilerleme 280 ÷ (12 × 101,9) = 0,229 mm (Mitsubishi 0,228 yazıyor); ap = 2 mm, ae = 80 mm, Kc = 1800 MPa (tablosunda bu çelik için fz 0,2’deki değer) ve η = %80 ile Pc = 2 × 80 × 280 × 1800 ÷ (60 × 10⁶ × 0,8) = 1,68 kW. Sumitomo ise Kc için kaba değerler verir (çelik 2500–3000 MPa, dökme demir 1500, alüminyum 800) ve tezgâh verimini yaklaşık 0,75 alır; iki üreticinin çelik için tahminleri bu yüzden farklıdır. Frezeleme hesaplayıcısı gücü sabit bir Kc yerine Kienzle sabitlerinden ve ortalama talaş kalınlığından hesaplar ve η’yı katmadan net gücü verir; bu yüzden sonucu o oranda düşüktür.

İlerlemenin kendisi için Ingersoll’un genel kuralı, talaş yükünün 0,004 inçten, yani 0,10 mm’den az olmamasıdır.

Sık görülen hatalar

Mitsubishi’nin alın frezeleme sorun gidermesinin ve Sumitomo’nun frezeleme tablosunun verdiği nedenler ve çareler, başka üreticilerin aynı yöndeki çareleriyle, kısaca:

Üreticilerin kesme verisi tablolarının hiçbiri buraya alıntılanacak kadar temiz okunamadı; bu yüzden bu sayfada başlangıç değerleri yok, kullanılan frezenin kataloğundan alın.