Shrink fit, hidrolik, milling chuck ve pens tutucular

Silindirik bir takım sapı birkaç yolla sıkılabilir ve yaygın dört yol farklı ilkelerle çalışır: soğurken sapın üzerine çekilen bir delik, sapın üzerine genişleyen bir yağ odası, bir somunun sapa sıkıştırdığı konik bir gövde ve bir koniğe itilen yarıklı bir pens. Bu tutucular hakkında yayımlananların çoğu onları üreten firmalardan gelir; bu sayfa üretici iddialarını öyle işaretler. HAIMER’in Türkçe broşürleri ve Gebze’deki bir tez bu tutucuları Türkçede takım tutucu, shrink fit (shrink takım tutucu) ve pens takım tutucu diye anar; hidrolik ve milling chuck tutucular için Türkçe bir kaynakta yerleşik bir ad bulunamadı. Tutucudaki salgının talaş yüklerini nasıl eşitsizleştirdiği takım salgısı sayfasındadır.

Shrink fitHidrolikMilling chuckPens

1. 1 · burun ısıtılır, delik genişler
2. 2 · sap deliğe sürülür
3. 3 · burun soğur, delik sapı sıkar

Shrink fit

Tutucunun deliği saptan küçük yapılır. Isıtma deliği sap içeri girebilecek kadar genişletir; tutucu soğurken sapı sıkar (CTE; Kennametal). Bu bir sıkı geçmedir (interference fit). Kennametal’e göre tutucu sapı deliğin bütün boyunca 360° kavrar. Deliğin ne kadar küçük olduğunu hiçbir üretici belirtmez; UNC Charlotte’tan Scott Smith Cutting Tool Engineering’de olağan sıkılığın yaklaşık 0,01 mm olduğunu ve sıkılık arttıkça bağlantının, tutucu ya da takım gerilmeden kırılana kadar güçlendiğini yazar. Sökme, tutucu takımdan daha fazla ve daha hızlı ısıtıldığında ve takımdan daha çok genleştiğinde kolaylaşır; çelik ile karbürün ısıl genleşme katsayıları yaklaşık iki kat farklıdır, karbür daha az genleşir (CTE).

• Isıtma. Kennametal indüksiyonu indüksiyon, sıcak hava ve açık alev sistemleri arasında en kolay ve en hızlı yöntem olarak niteler; HAIMER ve Haas indüksiyon üniteleri üretir, HAIMER’in Türkçe broşürüne göre “İndüktif bobin, shrink fit teknolojisinin temelidir.” CTE sıcak hava ve açık alevi daha yavaş ve ucuz seçenekler olarak sayar. Isıtma saniyeler sürer: bir HAIMER makinesinde 3–5 s, Kennametal’de 10 s’nin altı, Haas’ın HSF-325 tablosunda çapa ve takımın takılıp çıkarılmasına göre 5 ile 9 s. Kennametal kontrollü ısıtma sıcaklığını 300–340 °C olarak verir ve bunun takım malzemesinin iç yapısını değiştirecek sıcaklığın çok altında olduğunu yazar; sıcaklıkların genellikle yalnızca yaklaşık 200 °C’ye çıktığını ekler, ama hangi parçanın bu sıcaklığa ulaştığını söylemez. Haas en yüksek önerilen ısıtma sıcaklığını 400 °C olarak verir.
• Soğutma. Havada ya da sıvı dolu ısı değiştiricilerde (CTE) veya temaslı soğutmayla (HAIMER; Kennametal’de fanla soğutulan kanatlı adaptörler). Süreler farklıdır: HAIMER’de ortalama 30 s, Kennametal’de 60 s’nin altı ve güvenle tutulabilir sıcaklığa 30–40 s, Haas’ın tablosunda 2,5 ile 6 s hava üflemesi; Haas bunun hangi sıcaklığa getirdiğini söylemez.
• Sap. HAIMER tutucusunu h6 sap toleranslı tüm solid karbür takımlar için verir; Kennametal 6–50 mm için h6, en küçük delikleri için h4 ve h5 verir. Yüksek hız çeliğinde (HSS) üreticiler ayrışır: Haas indüksiyonla ısıtmada HSS takım kullanılmamasını ister, çünkü sökülmeleri zor ya da imkânsız olabilir; Kennametal ve HAIMER ise ünitelerinin hem karbür hem HSS takımları sıkıp bıraktığını söyler. En güçlü bağlantıyı düz silindirik bir sap verir (CTE); Kennametal Weldon ve Whistle Notch düzlüklerini (flats) kabul eder, ama tam silindirik sapları önerir.
• Salgı ve balans. HAIMER’in Türkçe broşürü “3xD de 0,003 mm salgı garantisi verir.” der; tutucu gövdesi 25.000 dev/dak’da G2,5’e balanslanır. Kennametal’e göre 0,003 mm’nin altına inilebilir; ölçme uzunluğu verilmez. İkisi de üretici iddiasıdır.
• Sınırlar. Takım boyu sıkmadan önce eksenel bir dayama vidasıyla (axial stop screw) ayarlanır (Kennametal). İş mili devri arttıkça merkezkaç kuvveti yüzünden tutuş zayıflar (CTE). Bir tutucunun kaç ısıtma döngüsüne dayandığını kaynaklar farklı verir: CTE’ye göre olağan tutucular 20.000 ile 50.000 döngü boyunca işlev görür; Kennametal kataloğu tutucularının 5.000 ısıtma döngüsüne kadar eş merkezliliğini ve esnekliğini koruduğunu, başka bir yerde ise 5.000’den fazla takım değişimine dayandığını yazar.

Haas’ın makine kılavuzu kalp pili ya da elektromanyetizmadan etkilenebilecek başka bir cihaz taşıyanların makineye yaklaşmamasını, indüksiyon ısıtma kafasının içinde tutucu yokken çalıştırılmamasını ister ve tutucu sıcaklığının hızla yükseleceği uyarısını yapar.

Hidrolik tutucular

Kennametal hidrolik tutucuyu (hydraulic chuck, hydraulic expansion chuck) içinde hidrolik sıvıyla dolu bir oda bulunan silindirik bir gövde olarak anlatır: sıkma vidası (clamping screw) sıkıldığında sıvıyı sıkıştırır, bu da odayı genişletir ve sap her yandan eşit basınçla kavranır. Vida bir alyan anahtarıyla, elle, dayanma noktasına (stop) kadar sıkılır; Camcut’a göre tam sıkma kuvvetine ancak dayanma noktasında ulaşılır.

• Sap. Camcut’a göre sap toleransı h6 olmalıdır, bazı özel arayüzlerde g7 de kabul edilir; Kennametal en iyi doğruluğu h6 toleranslı yuvarlak bir sapla ve ara burç (bushing) olmadan elde eder. Takım en az derinliğe ya da dayamaya kadar girmelidir; Camcut’a göre olağan en az derinlikler çapa göre 36–51 mm’dir. Ara burçlar (reduction sleeves) tutucu için onaylı olmalı ve dayamaya kadar takılmalıdır; iletilebilen torku düşürebilirler (Camcut).
• Üreticilerin iddiaları. Yaklaşık 3 µm salgı (Kennametal, HAIMER, Camcut, SCHUNK), Sandvik Coromant’ın CoroChuck 930’u için 2,5×D’de 4 µm’nin altı; beşinin de titreşim sönümleme iddiası, hiçbiri sayı vermeden; SCHUNK’ın TENDO E compact’ı için 20 mm’de 520 Nm’ye, Camcut’un talimatında 32 mm’de 2000 Nm’ye kadar tork. SCHUNK, Weldon ya da shrink fit tutuculardan geçildiğinde kaba işlemede %40’a varan takım maliyeti tasarrufu iddia eder.
• Bakım. Camcut tutucunun bir shrink fit cihazında ısıtılmamasını, Kennametal dayama piminin (stop pin) tutucu sıkılıyken ayarlanmamasını ister. Camcut sıkma kuvvetini düzenli olarak, örneğin üç ayda bir ya da 100 sıkmada bir, test çubuğuyla kontrol ettirir; çubuk iki parmakla çekilebiliyorsa ya da yağ sızıyorsa tutucu kullanımdan kaldırılır.

Milling chuck

Burada bir somun, gövdenin konik dış yüzeyi üzerinde iğneli makaralar (needle rollers) üstünde döner (iğneli rulman kafesi: BIG DAISHOWA; makaralar ve konik gövde: Nikken). Nikken’e göre dış rulmanlı somun gövdeyi mekanik olarak sıkı bir koniğe zorlar; gövdenin kalın duvarı ve yarıkları yüksek sıkma torku ve rijitlik verir. BIG DAISHOWA’nın sıkma notları: MEGA DS ve çoğu HMC tutucusunda doğru sıkma somun gövdeye değdiğinde olur; somun boş delikte sıkılmamalıdır, yoksa iç delik deforme olur ve BIG DAISHOWA’ya göre büyük olasılıkla onarılamaz; bir takım çıkarıldıktan sonra somun bir iki tur daha çevrilmelidir; sapında düzlük bulunan yan bağlamalı (side-lock) bir takım da kalıcı deformasyon yapar; bu yüzden yalnızca düz saplı takım kullanılmalıdır. Nikken milling chuck’larını ağır frezeleme için konumlar ve 4×D’de 0,0002 inç (yaklaşık 5 µm) salgı verir; başka bir yerde aynı değer burundan (nose) 4 inçte verilir.

Pens tutucular

Camcut pensi, sıkma somunuyla tutucu gövdesine bastırılan esnek, konik bir parça olarak anlatır; her pens ±0,5 mm esneklik sağlar, böylece bir pens takımı bir sap çapı aralığını kapsar. REGO-FIX’in ER pensleri 0,2 ile 34 mm arasında sıkar. Standart penslerinin salgısını bütün sıkma aralığında ≤ 10 µm, ER-UP penslerininkini ≤ 5 µm olarak verir, ölçme uzunluğu olmadan; HAIMER Power Collet Chuck için 3×D’de < 3 µm iddia eder.

Karşılaştırma

Salgı değerleri yan yana konamaz: HAIMER shrink ve pens tutucularını 3×D’de ölçer (hidrolik tutucu ve Mini Shrink Chuck sayfaları uzunluk vermez), SCHUNK ve Sandvik Coromant 2,5×D’de, Nikken 4×D’de ya da burundan 4 inçte ölçer; Kennametal, Camcut ve REGO-FIX hiç uzunluk vermez. Hepsi üretici iddiasıdır.

Bu sayfa için sayıları yayımlanmış bağımsız bir deney bulunamadı. Gebze’den iki çalışma tutucuları frezelemede karşılaştırmış ve ikisi de shrink fit’i birinci bulmuştur: Simsek, Kuram ve Özçelik AISI 304’ün kuru frezelenmesinde shrink fit, hidrolik ve milling chuck tutucuları kuvvet, aşınma ve pürüzlülükle değerlendirmiş, shrink fit tutucunun ötekilerden daha iyi başarım gösterdiğini bulmuştur; Sert’in 2008 tarihli tezi ise shrink, Weldon ve pens takım tutucularla D2 takım çeliğinde pensi sonuncu bulmuştur. Özetler sayı vermez ve ikisi de aynı üniversiteden gelir. Üreticilerin kendi iddiaları farklı yönlere çeker: Kennametal shrink fit’in sıkma kuvvetlerinin pens ya da hidrolik tutuculardakinden büyük bulunduğunu yazar; BIG DAISHOWA hazırlık süresinin önemli olduğu yerde hızlı sıkılan bir hidrolik tutucunun daha iyi olabileceğini, zor alaşımların kaba frezelenmesinde ise takımın çekilip çıkmasını önlemek için yan bağlamalı bir tutucunun sağlam bir seçim olduğunu yazar.