Hassas Kesme

     Özel bir kesme yöntemi olan hassas kesme, parçaların doğru bir geometri, çatlak veya yırtılma içermeyen ve pürüzsüz kesilmiş kenarlarla herhangi bir ana ikincil operasyona gerek duyulmadan kalıplarla üretildiği ileri ve hassas bir sac şekillendirme yöntemidir

     İşlem esnasında sacın kesiminden ziyade yüksek basınç etkisi altında ekstrüzyonu söz konusudur. Çünkü alışılmış kesme işleminde, parça kırılma ve kopma ile ayrılmaktadır. Burada ise ilke olarak farklılık söz konusudur ve yöntem sayesinde hassas sac parçaları kırılma kenarı karakteristiklerini göstermeden ve tek bir operasyon ile elde edilmesi mümkün olabilmektedir. İşlem hem kesme hem de delme operasyonu olarak uygulanabilmektedir. Örneğin, düzgün geometrik olmayan bir çevre kesimi ile belirli sayıdaki delikler iyi bir biçimde elde edilebilmekte ve bükme, kabartma vb. bazı ek şekillendirmelerde uygulanabilmektedir.

     Hassas kesme parça büyüklüğü ve geometrisi bakımından en küçük mikro mekanik, elektronik ve hassas optik parçalarından, en büyük otomobil, tarım, araçları ve havacılık endüstrisi parçalarına kadar büyük bir spektrum çeşitliliğine sahiptir. Bu yöntemle kalınlığı 20 mm'den dış boyutları yaklaşık 1000 mm'ye kadar olan parçalar üretilebilmektedir.

     Hassas kesme ile konvansiyonel kesmeye göre daha fazla hassasiyet ve üstün bir düzgünlük sağlanmaktadır. Sac parçalarda, boyut ve sac kalınlığına bağlı olarak, 0,05 - 0,8 mm arasında değişen bir toplam tolerans elde edilmektedir. Optimum koşullar altında bu metotla, parça yüzeyi ile 90°'lik açı yapacak şekilde dik olarak kesilmiş kenarlar elde edilebilmekte ve ortalama pürüzlülük değeri (Ra) minimum 0.4 -1.5 mikronlara varan yüzeylere ulaşılabilmektedir. Elde edilen parçalar ise pürüzsüz ve hatasızdır; kenarlarda ise herhangi bir çatlak görülmemekte ve kesilen kenarların % 100'ünde metal yırtılması oluşmaktadır. Soğuk olarak şekil değişimine zorlanan malzeme sertleşerek mukavemet değerlerinin artmasına neden olur. Bu konuda yapılan incelemelerde dış yüzeyde kesme sonrasında orijinal sertliğin %100 dolayında arttığı görülmüştür.

 

Hassas Kesme Yöntemi ve Normal Kesme Yönteminin Parça Üzerindeki Sonuçları

     Her kesilen parçanın kesme zımbası tarafındaki kesme kenarında kesme çapağı denilen çıkıntı bulunur. Bu çapağın büyüklüğü kalıp kesme kenarlarının durumuna ve kesilen malzemenin özelliğine bağlıdır. Kesme kenarları keskin yeni kalıpla yapılan kesmede çapak yüksekliği 0,01 - 0,08 mm kadardır. Kalıp kullanım süresi uzadıkça kesme kenarlarının körelmesiyle çapak yüksekliği artarak 0,1 - 0,3 mm değerine doğru yükselir. Kesmede oluşan çapak parçaların durumuna göre yüzey taşlama, dolaplama, vibratörlü tamburlama veya elektrokimyasal yöntemlerle giderilebilir.

        Hassas Kesme Prensibi: Bileşik kesme kalıplarına benzemekle beraber normal kesme kalıplarından farklı yapıda olan hassas kesme kalıplarını oluşturan ana parçalar görülmektedir. Üç etkili baskı sistemi bulunan özel preslerde kullanılan hassas kesme kalıbında başlıca farklılık ilave baskı elemanlarıdır. Üzerinde (V) şeklinde çökertme çenesi bulunan (2) numaralı baskı plakası ve kesme zımbası altındaki (4) numaralı karşı baskı zımbası kalıbın ilave elemanlarıdır (4).

       Baskı plakasında bulunan (V) şeklindeki çevresel çene kesilme öncesi malzemeye batarak yatay doğrultuda ilave baskı gerilmesi oluşturur. Kesme baskısına ilave olan bu gerilme malzemenin yırtılma olmaksızın akma sınırına erişmesini sağlar. Malzeme kalıp içerisinde
preslenir. Şekilden görüldüğü gibi kesilecek parça kesilme esnasında (3) ve (4) nolu kesme zımbası ve çıkarıcı zımbalar arasında sıkıştırılarak kesme esnasında bombeleşmesi önlendiğinden bu yöntemle normal kesme ile kıyaslanamayacak düzlükte parçalar elde edilebilir (4).

Hassas kesmenin oluşum kademeleri aşağıda sıralandığı şekilde gerçekleşir;

1) Kalıp açıktır. Malzeme kesme için sürülür.
2) Kalıp kapanır. Malzeme dış taraftan çökertme zımbasının, iç taraftan da çıkarıcı zımbanın baskısı altındadır. Kesilme çevresine (V) şeklinde çökertme yapılır.
3) Malzeme kesme kuvveti, çökertme kuvveti ve karşılık kuvvetinin birlikte etkisiyle kesilir.
4) Pres koçu kursunu tamamlamıştır. Kesilen parça kesme kalıbı, kesilen delik pulu da kesme zımbası içine girmiştir.
5) Çökertme kuvveti ve karşı baskı kuvveti devreden çıkar. Kalıp açılmıştır.
6) Çökertme zımbası üzerine sıyırma kuvveti etki yaparak şeridi zımbadan sıyırır. Aynı zamanda devrede olan sıyırıcı kuvveti itici zımbaya etki yaparak kesilen pulu zımbadan dışarı iteler.
7) Alt kalıptaki itici kuvveti kesilen parçayı kalıptan dışarı çıkarır. Yeni bir kesim için şeridi ileri sürme hareketi başlar.
8) Kesilen parça ve kesilen delik pulu hava üflenerek veya otomatik tahliye düzeneği tarafından kalıp sahasından uzaklaştırılır. Şerit ilerlemesi sona ermiştir. Yeni çevrim başlayabilir.

    Hassas kesme kalıplarının normal kesme kalıplarından önemli bir farklılığı da çok dar kesme boşluğu kullanılmış olmasıdır. Dar tutulmuş kesme boşluğu malzemenin temiz kesilme yüzeyi ile kesilmesini sağlar. Kalıpla zımba arasında bırakılan bu boşluğun değeri malzeme kalınlığına, kesilen şekil ve boyuta, malzeme kalitesi ile mukavemetine bağlıdır. Fena şekillenebilir malzemelerdeki kesme boşluğu iyi şekillenebilir malzemelerden daha küçüktür. Kesme boşluğu genellikle %1malzeme kalınlığı değerinde alınabilir.

     Hassas Kesmede Kuvvetler

    Hassas kesmede birbirinden bağımsız olarak çalışan üç ayrı kuvvet vardır (1). Bu kuvvetler kesme öncesi (PR) çökertme kuvveti, (PG) karşı baskı kuvveti ve (PS) kesme kuvvetidir. Kalıbın açılmasından sonra (PGA) çıkarma kuvveti ve (PRA) sıyırma kuvveti devreye girer (4).

Malzemenin kalıplar arasında kesilmesini sağlayan kesme kuvvetinin büyüklüğü kesilen uzunluğa, malzemenin kalınlığına ve mukavemetine bağlıdır. Aşağıdaki formülle hesaplanabilir (4,1);

PS = L . s . f  (kg)
L: Kesilen iç ve dış toplam uzunluk (mm)
s : Malzeme kalınlığı (mm)
: Malzemenin çekme mukavemeti (kg/mm²)
f: Kesme gerilimi ve çekme mukavemeti arasındaki oranına bağlı katsayısı 0,6 - 0,9 arasıdır.

Çökertme kuvveti bütün kesme işlemi boyunca malzemeye kılavuz plaka tarafından uygulanmaktadır. Kuvvet kesme işlemi başlamadan malzemeye uygulanmakta, kesme bitene kadar devam etmektedir (2).

PR = k . LR . h .   (kg)
k: katsayı yaklaşık olarak 3 - 4 arasında alınabilir.
LR: Çökertme uzunluğu (mm)
h: Çökertme çenesi yüksekliği (mm)

Karşı baskı kuvvetinin görevi kesme esnasında malzemeyi kesme zımbasına yapışık tutarak düzgün kesilmesini sağlamaktır. Kesilen yüzey büyüklüğüne ve spesifik karşı baskı kuvvetine bağlıdır (4).

PG = Fs . p  (kg)
Fs: Kesilen parça alanı (mm²)
p: Özgül karşı baskı basıncı 2 - 7 alınabilir (kg/mm²)

Kesme olayından sonra çökertme kuvveti şeridi zımbadan sıyırma, karşı baskı kuvvet de kesilen pulu dışarı itmeye yarar. Bu kuvvetler kesme kuvvetinin %15'i kadar alınabilir. Bu değer karmaşık dış formu ve pek çok deliği olan parçalarda kullanılır. Basit şekilli parçalarda %10 değeri kullanılabilir (4).

PRA = PGA = (0,1 . 0,15) . PS  (kg)

   Hassas Kesme ve Şekillendirmede Tasarım Kuralları:

Hassas kesme yöntemi ile üretilecek parçaların tasarımlarında uygulanacak hassas kesme teknolojisinin sağlayabileceği sınırlara dikkat edilmelidir. Malzemenin şekillenebilirlik yeteneği, takım dayanım sınırları, operasyonel zorluklar, bunların getireceği ilave işlemler ve masraflar göz önünde bulundurulmalıdır.

Hassas kesme kalıplarında ömür esas olarak kesilen malzeme cinsine, kalınlığına, kullanılan presin ve kalıbın kalitesine bağlıdır. Genellikle zımba, kesme kalıbına oranla üç kat daha fazla aşınır. Bundan dolayı keskin kenarlı parçalardan kaçınılmalıdır. Parçanın köşe kavisi ne kadar büyükse, kesilen yüzey o kadar temiz olur. Dik açılı parçalarda köşe kavisleri %10s değerinden daha küçük yapılmamalıdır. Parçada bulunan delik ve yarıkların parça kenarına uzaklığı en az %60s kadar yapılmalıdır. Delik çapları ve yarık ölçüleri sac kalınlığının %60'ından daha küçük tutulmamalıdır. Hassas kesme yöntemiyle üretilecek dişli çarklarda diş genişliği en az %60 malzeme kalınlığı kadardır. Kesme sonrası % (10.25) s kadar köşe kavisinin meydana geleceği dikkate alınmalıdır.

Hassas kesme kalıpları hareketli ve sabit zımbalı olmak üzere iki ayrı tipte yapılmaktadır. Sabit zımbalı kalıp sistemi büyük yüzeyli, kalın ve üzerinde fazla sayıda delik bulunan parçalar için kullanılmaktadır. Hareketli zımbalı kalıp sistemi de küçük ve orta boyutlu parçalar için uygundur. Hareketli kalıp sisteminde kesme zımbasının kesme yönünde en az kesme yolu kadar hareket etmesi sağlanmıştır. Hareketli kalıp sisteminde kesme zımbasının yanal hareket yapmadan kesme yönünde hareketinin sağlanması bu tipin bir kusuru olarak gösterilebilir. Sabit zımbalı tipte zımba kalıba vidalandığından çok daha kuvvetli bir yapı sağlanabilir.

Hassas kesme sırasında oluşan kuvvetler, konvansiyonel kesme sırasında oluşan kuvvetlerin 1.5 - 2.5 katı arasındadır. Bu sebepten dolayı kalıp elemanları sağlam ve dayanımı yüksek olmalıdır. Hassas kesmede zımba ve dişi plaka için yüksek karbonlu yüksek kromlu takım çelikleri, ayrıca yüksek karbonlu yüksek hız çelikleri veya bazen de tungsten karbür kullanılmaktadır. Zımba ve dişi plaka sertlikleri ise 60 - 62 HRC arasındadır.

Hassas kesilen malzemelerin iyi akma ve iyi soğuk şekillendirilme özellikleri olmalıdır. Hassas kesmede genellikle çelik türü malzemeler kullanılır. Fakat bakır ve bakır alaşımları ile alüminyum ve alüminyum alaşımları da gün geçtikçe artan oranlarda kullanılmaktadır.
Çelikte iyi yüzey kalitesi ve uzun takım ömrü için kopma dayanımı 30-60 kg/mm2 arasında olması uygun olur. Kurşunsuz pirinç malzemeler içinde çinko miktarı %37'yi geçmeyenler, iyi şekillenme özelliklerine sahip olduklarından hassas kesme için uygundur. Alüminyumda kopma dayanımı 25 kg/mm2'yi geçmeyenler genel olarak iyi yüzey kalitesi verirler.

Hassas kesme kuru olarak yapılamaz. Yetersiz yağlama kesilen malzemenin zımba ve kalıba soğuk kaynak olarak yapışmasına sebep olur. Bu yüzden malzeme cinsine ve kalınlığına bağlı olarak hassas kesme yağı belirlenmeli ve yağlama aktif olarak yapılmalıdır.

Kesme esnasındaki sürtünmeler ısı oluşumuna sebep olur. Kesicilerin sıcaklığı yükselir zımbanın aşınması artar. Zımbanın kullanım ömrünü artırmak için zımbanın basınçlı hava ile soğutulması gerekir. Uygun düzenlenmiş hava kanalları ile basınçlı hava üflenerek zımba soğutulur. Basınçlı havanın korozyon etkisi göstermemesi için içine yağ katılması uygun olur. 

Kaynaklar:

1. GÜNEŞ A.T., Hassas Kesme, Mühendis ve Makina Dergisi, 26, 301, 11-14, 1985,
2. DARICI Ü. B., Hassas Kesme ve Kalıpları, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, 1998.
3. KARAMAN, M., Hassas Kesme Kalıplarında Kesme Olayını Etkileyen Faktörlerin İncelenmesi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Sakarya, 1999.
4. GÜNEŞ, A.T., Pres İşleri Tekniği, Cilt 3,14-137, MMO, Ankara, 2003.
5. www.partechfineblanking.com > Partech Corporation, Minneapolis, Minnesota, USA
6. www.fineblanking.org > Fineblanking (Precision Resource Corp., Shelton, CT, USA, 2000)
7. www.ise.polyu.edu.hk/fine_blank/information.html > The Fine-Blanking Technology
8. J.Mediavilla, R.H.J. Peerlings, M.G.D. Geers, Fine-blanking animation (2.68 Mb)
www.mate.tue.nl/mate/research/index.php/7#sec2