Talaş oluşumu

Kesici kenar metali, baltanın odunu yardığı gibi ayırmaz; onu keser, yani kaydırır. Kenarın hemen önündeki malzeme sıkışır, kenardan serbest yüzeye uzanan dar bir bölge boyunca kayar ve geldiği tabakadan daha kalın ve daha kısa bir talaş olarak ayrılır. Talaşlı imalattaki geri kalan her şey — kuvvetler, ısı, takım aşınması, yüzey kalitesi — bu bölgede olanlardan doğar.

Dik kesme modeli

Talaş oluşumunu incelemek için kesme, dik kesmeye (orthogonal cutting) indirgenir: kesme hızına dik, düz bir kenar sabit genişlikte bir tabaka kaldırır. Deformasyon bölgesi, kenardan iş parçası yüzeyine uzanan tek bir düzlem, yani kayma düzlemi olarak ele alınır.

Geometriyi dört büyüklük tanımlar:

• h, kesilmemiş talaş kalınlığı: tabakanın kesilmeden önceki kalınlığı. Tornalamada h = f · sin κr.
• hc, oluşan talaşın kalınlığı.
• α, takımın talaş açısı.
• φ, kayma düzlemi ile kesme doğrultusu arasındaki kayma açısı.

Talaş açısı α

10

°Sürtünme katsayısı μ

0,60

Model

Merchant Lee–Shaffer

Kayma açısı φ

—

Sürtünme açısı β

—

Talaş kalınlık oranı r = h/hc

—

Talaş kalınlığı hc (h = 1)

—

Kayma birim şekil değişimi γ

—

Talaş kalınlık oranı

Talaş her zaman kesilmemiş tabakadan kalındır. İkisinin oranı olan talaş kalınlık oranı 1’den küçüktür; tersi talaş sıkışma oranıdır.

$$r = \frac{h}{h_c} = \frac{\sin\varphi}{\cos(\varphi-\alpha)}$$

Kayma açısı kesme sırasında görülemez, ama talaş sonradan ölçülebilir. Aynı bağıntı düzenlenince ölçülen talaştan φ bulunur:

$$\tan\varphi = \frac{r\cos\alpha}{1-r\sin\alpha}$$

Örnek. α = 10° olan bir takım h = 0,20 mm kalınlığında bir tabaka kesiyor ve talaş hc = 0,50 mm ölçülüyor. Bu durumda r = 0,40; tan φ = 0,4 · cos 10° / (1 − 0,4 · sin 10°) = 0,423 ve φ ≈ 22,9°.

Kayma birim şekil değişimi

Kayma düzleminden geçen her malzeme elemanı şu kadar kayar:

$$\gamma = \cot\varphi + \tan(\varphi-\alpha)$$

Yukarıdaki örnek için γ ≈ 2,59. Kayma açısı küçük olduğunda ya da talaş açısı düşük veya negatif olduğunda 5 ve üzeri kayma birim şekil değişimleri görülür. Küçük kayma açısı bu yüzden kalın talaş, uzun kayma düzlemi ve büyük şekil değişimi demektir; hepsi enerjiye mal olur.

α = −10°α = 0°α = +10°

Kayma açısını öngörmek

İki klasik model φ’yi talaş açısından ve talaş yüzeyindeki sürtünmeden öngörmeye çalışır. Sürtünme, μ = tan β olmak üzere sürtünme açısı β ile ifade edilir.

Merchant (1945), kayma düzleminin kesme kuvvetinin en küçük olduğu yere yerleştiğini varsaydı:

$$\varphi = 45^\circ + \frac{\alpha}{2} - \frac{\beta}{2}$$

Lee ve Shaffer (1951) talaşı ideal plastik malzeme olarak ele aldı ve kayma düzlemini en büyük kayma gerilmesi doğrultusuna yerleştirdi:

$$\varphi = 45^\circ + \alpha - \beta$$

İki model de her etkinin yönünde hemfikirdir. Büyük talaş açısı φ’yi artırır; daha fazla sürtünme onu düşürür. Büyük φ daha kısa kayma düzlemi, daha ince talaş, daha az şekil değişimi ve daha düşük kuvvet demektir.

MerchantLee–Shaffer

Tezgâhta bunun anlamı

• Daha pozitif talaş açısı, daha az kuvvet. Talaş açısını artırmak φ’yi artırır; bu da kesme kuvvetini ve gücü düşürür. Sandvik Coromant frezeleme için pratik bir kural verir: talaş açısındaki her bir derecelik değişim güç tüketimini yaklaşık %1 değiştirir.
• Dayanım için negatif talaş açısı. Negatif talaş açısı sert malzemeler ve kesintili kesmeler için daha dayanıklı bir kenar sağlar; bedeli daha fazla kuvvet ve güçtür.
• Düşük sürtünme yardımcı olur. Keskin, pürüzsüz ya da kaplamalı bir talaş yüzeyi ve etkili kesme sıvısı β’yı düşürür, φ’yi artırır.
• Talaş bir yere gitmeli. Uzun bir şerit hâlinde mi çıkacağı yoksa kısa parçalara mı kırılacağı malzemeye, hıza ve talaş kırıcıya bağlıdır. Talaşın sonrasında ne olduğunu görmek için talaş tipleri sayfasına bakın.