Havacılık ve savunma sanayii, talaşlı imalatın en zorlu malzemeleriyle çalışır. Titanyum alaşımları hafiflik ve dayanım; nikel esaslı süper alaşımlar ise yüksek sıcaklıkta dayanım için tercih edilir. Aynı özellikler bu malzemeleri işlemeyi zorlaştırır. Bu yazıda titanyum ve Inconel işlemenin temel zorluklarını ve sahada işe yarayan stratejileri özetliyoruz.
Bu malzemeler neden zor işlenir?
| Özellik | Titanyum (Ti-6Al-4V) | Inconel 718 | İşlemeye etkisi |
|---|---|---|---|
| Isıl iletkenlik | Çok düşük | Düşük | Isı talaşla uzaklaşmaz, takımda birikir |
| Elastisite modülü | Çeliğin yaklaşık yarısı | Yüksek | Titanyumda geri esneme ve titreşim |
| Pekleşme | Orta | Çok yüksek | Sonraki paso sertleşmiş katmanı keser |
| Sıcakta dayanım | Yüksek | Çok yüksek | Yüksek kesme kuvvetleri |
| Kimyasal reaktivite | Yüksek | Orta | Takıma yapışma, difüzyon aşınması |
Özetle, çelikte talaşla birlikte uzaklaşan ısının büyük bölümü bu malzemelerde kesici kenarda kalır. Takım ömrünü kısaltan asıl etken budur.
Titanyum işleme stratejileri
- Keskin ve pozitif geometri: Kesme kuvvetini ve ısıyı azaltır. İnce taneli karbür ve PVD kaplamalar yaygındır.
- Düşük kesme hızı, yeterli ilerleme: Kesme hızı çeliğe göre belirgin şekilde düşük tutulur. İlerleme ise sürtünmeyi önleyecek kadar yüksek olmalıdır.
- Sabit takım teması: Trokoidal ve dinamik frezeleme yolları, takımın malzemeyle temasını sabit tutarak ısı yükünü dengeler.
- Tırmanma (climb) frezeleme: Talaş kalından inceye doğru oluşur, sürtünme azalır.
- Yüksek basınçlı soğutma: Isıyı kesme bölgesinden uzaklaştırır ve talaşı kırar.
- Beklemeden kaçının: Takımın kesme yapmadan malzemeye sürtündüğü duraklamalar yüzeyi ısıtır ve takıma yapışmaya yol açar.
Inconel ve nikel esaslı alaşımlar
Inconel 718 gibi alaşımların en belirgin özelliği pekleşmedir. Bir önceki pasonun sertleştirdiği katman, sonraki pasoda takımı zorlar. Bu nedenle:
- Sürtünmeyi önlemek için yeterli talaş kalınlığıyla kesin; aynı yüzeyden gereksiz ince pasolar almayın.
- Tornalamada çentik aşınmasını azaltmak için kesme derinliğini pasolar arasında kademeli değiştirin veya yuvarlak uçlar ve küçük yaklaşma açıları kullanın.
- Kaba tornalamada seramik (SiAlON veya whisker takviyeli) uçlar, karbüre göre çok daha yüksek kesme hızlarına olanak tanır. Finiş işlemede ise genellikle karbür tercih edilir.
- Takımın keskinliğini koruyun; körelmiş bir kenar, pekleşmeyi hızlandırır.
Takım yolu ve programlama önerileri
- Yumuşak giriş: Malzemeye doğrudan dalmak yerine rampa veya yay ile girin. Ani temas, kenar kırılmasının en yaygın nedenidir.
- Tam kanal açmaktan kaçının: Kanal gerekiyorsa trokoidal veya dilimleme stratejisi kullanın.
- Köşelerde yükü sınırlayın: İç köşelerde temas açısı hızla artar; köşe yarıçapını takım yarıçapından büyük tutun veya ilerlemeyi düşürün.
- İnce cidarları destekleyin: Titanyumun düşük elastisite modülü nedeniyle ince duvarlar esner. İşleme sırasını, rijitliği en son kaybolacak şekilde planlayın.
- Takım aşınmasını izleyin: İş mili yükü takibi ve tanımlı takım ömrü, beklenmedik kırılmaları önler.
Delme ve diş açma
Titanyum ve süper alaşımlarda delme, ısının delik içinde hapsolması nedeniyle özellikle zordur. İç soğutmalı karbür matkaplar, talaşı delikten güvenle tahliye ederek hem takım ömrünü hem delik kalitesini korur. Derin deliklerde kademeli delme (peck) yerine, mümkünse sürekli kesme ve yüksek basınçlı iç soğutma tercih edilir; çünkü her geri çekilme ve yeniden giriş kenarı ek darbeye maruz bırakır.
Diş açmada kılavuz kırılması maliyetli bir hatadır. Bu malzemelerde diş frezeleme; düşük kesme kuvveti, kontrollü talaş ve kırılma durumunda parçadan kolay çıkarılabilmesi nedeniyle güvenli bir alternatiftir.
Ölçünün ötesinde: yüzey bütünlüğü
Havacılık parçalarında yüzey pürüzlülüğü kadar yüzeyin altındaki metalurjik durum da önemlidir. Aşırı ısı; beyaz katman oluşumuna, istenmeyen çekme gerilmelerine ve yorulma ömrünün düşmesine yol açabilir. Keskin takım, kontrollü parametreler ve etkili soğutma, yalnızca takım ömrünü değil parçanın servis ömrünü de korur.
Bu sektörde süreçlerin tekrarlanabilir ve izlenebilir olması, kalite yönetim sistemlerinin (örneğin AS9100) temel beklentisidir. Takım, parametre ve takım ömrü kayıtlarının tutulması bu nedenle ayrıca önem kazanır.
Takım seçimi için kontrol listesi
- ISO S grubu için önerilen kaliteler ve geometriler
- İç soğutma kanallı takımlar ve yüksek basınçlı soğutma uyumu
- Kısa sarkma ve rijit takım tutucu (hidrolik veya shrink fit)
- Değişken helisli, titreşim sönümleyici freze tasarımları
- Tanımlanmış takım ömrü ölçütü ve zorunlu takım değişimi
Parametrelerin takım ömrüne etkisini kesme parametreleri ve takım ömrü yazımızda, tutucu seçimini ise takım tutucu seçimi yazımızda ayrıntılı anlattık.
