birisi,kesme işleminin gerçekleştirildiği koşullardır.

Bu koşullar doğrultusunda, elde edilen ürünün kalitesini, kesici
takımın ömrünü ve bunun gibi üretim maliyetini etkileyen unsurlar
tayin edilmektedir. Kesme işlemi esnasında takımla iş parçası
arasındaki temas ilişkisi üretim maliyetin her açıdan etkilemektedir.
Bilindiği üzere Takım-talaş temas uzunluğu kesme esnasında kesici
takım üzerinde oluşan sıcaklık dağılımını etkileyen en önemli unsurdur.
Bu mesafenin uzun olması, meydana gelen sıcaklığın kesici takımda daha
geniş bir hacimde görülmesine neden olmakta ve dolayısıyla oluşabilecek
hasarlara zemin hazırlamaktadır. Bu çalışmada, özellikle kesici takımda
meydana gelen hasarların başlıca nedenlerinden biri olan takım-talaş
temas uzunluğunun tespiti için literatürde yapılançalışmalar incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Takım-talaş temas boyu, Sürtünme, Metal kesme

Terimler

h   = Deforme olmamış talaş kalınlığı, (mm)
hı   = Talaş kalınlığı, (mm)
Lc = Takım-talaş temas uzunluğu, (mm)
?   = Kesici takım talaş açısı, (?)
Vc    =  Kesme hızı, (m/dk)
?      =  Talaş kayma açısı, (?)
?      =  Talaş kalınlık katsayısı
?      =  Kayma düzlemiyle bileşke kuvvetin eğimi, (?)
?      =  Sürtünme ile oluşan gerilme (MPa)
mf     =  Kayma sürtünme faktörü
ktalaş =  iş parçası kayma akma dayanımı
    =  Von Mises gerilme (MPa)
?     =  Sürtünme katsayısı
?n   =  Normal gerilme (MPa)

1. Giriş

Takım-talaş ara yüzeyindeki temas koşulları takımın ömrünün
belirlenmesi noktasında büyük bir referans teşkil etmektedir.
Bu konuda en önemli verilerden biriside takım-talaştemas uzunluğudur.
Takım içindeki sıcaklık dağılımı temas uzunluğuna bağlıdır.
Çok uzun bir takım-talaş temas uzunluğu, oluşan sıcaklığın takım
içinde daha fazla yayılmasına neden olmakta ve dolayısıyla aşınma
 sürecini hızlandırmaktadır.[Abukshim, Iqbal].
Takım-talaş temas uzunluğu kayma açısı, deforme olmamış talaş
kalınlığı, talaş oluşum bölgesinin geometrisi ve metal kesme işlemindeki
bütün süreçlerle birlikte değerlendirilmektedir[Marinov]. Aynı zamanda
temas uzunluğu talaş kalınlığı, kayma ve talaş açısının da bir fonksiyonu
olduğu genel bir görüştür. Dolayısıyla pozitif talaş açısındaki azalmayla
ve aynı zamanda talaş kalınlığının artmasıyla birlikte temas uzunluğu
 artmaktadır[Mativenga].
Temas boyunu etkileyen diğer faktörler ise, işleme parametreleri,
takım ve iş parçası malzemesi
ve kesme sıvısı olarak gösterilebilir[Sadik, Friedman].

işleme süresince, takım-talaş ara yüzey ilişkisini ortaya koymak için
çeşitli araştırmacılar tarafından kullanılan bazı sürtünme modelleri vardır.
Bunlardan biriside Zorev dir. Zorev, modelinde talaş ile takım arasındaki
bölgeyi iki parça halinde tanımlamıştır. Bu bölgelerden yapışma bölgesi,
plastik deformasyona neden olan normal gerilmelerin meydana geldiği,
kesici kenara yakın olan bölgedir (Şekil 1). Sürtünmeyle oluşan gerilmeler
 genellikle malzemenin akma gerilmesinden büyük olmazlar.
Bundan dolayı bu alanda sürtünme ile oluşan kuvvetler normal
gerilmelerden bağımsız ve iş parçasının akma dayanımıyla ilişkili
olarak yada kayma sürtünme kanunu ile tanımlanırlar. Diğer bir alan ise,
yapışma bölgesinden sonra başlayan ve talaşın takımdan uzaklaştığı
noktaya kadar olan kayma bölgesidir. Bu bölgede sürtünme ile oluşan
gerilmeler normalgerilmelerle bağlantılıdır. Kayma gerilmeleri yapışma
bölgesinde sabit bir noktadan başlar ve kayma bölgesinin sonuna kadar
azalmaktadır(Şekil 1). Bu bölgedeki sürtünme, coulomb sürtünme
kanunuyla tanımlanmaktadır[Mativenga, Zorev, Sartkulvanich].
Bazı çalışmalarda ise, kesici takım talaş yüzeyinde bulunan kayma
gerilme dağılımının iş parçası malzemesi ve kesme koşullarından bağımsız
olduğu vurgulanmıştır.

Şekil 1. Takım talaş yüzeyinde oluşan normal ve teğetsel gerilmeler
              [Sartkulvanich].

Kayma sürtünme kanunu;

                                                                              (1)

Coulomb sürtünme kanunu;

                        (2)

Takım talaş temas uzunluğunun ölçülmesinde farklı metodlar vardır.
Bunlar, oluşan talaşın fiziksel muayenesi yapılarak [Grzesik], talaş alt
kenarının incelenerek yada kesme esnasında yüksek hızlarda görüntü
elde eden kameralar vasıtasıyla temas uzunluğu ölçülebilmektedir
[Mativenga]. Sonlu elemanlar modelinde ise takım-talaş temas uzunluğu
iki parça olarak tanımlanmaktadır(Şekil 2).

Birinci bölge, kesici kenara yakın olan alan (Yapışma bölgesi),
 ikinci bölge ise, birinci alanın sonundan başlayıp talaşın takımdan
ayrıldığı noktaya kadar olan bölgedir(kayma bölgesi)[Mativenga, Zorev].
Bunların dışında takım-talaş temas uzunluğunun tespiti için araştırmacılar
tarafından pek çok matematiksel model geliştirmiştir. Geliştirilen bu
modeller arasında genel bir uyumdan söz etmek mümkün değildir.
Yine bu modeller belirli bir kesici takım ve iş parçası için geliştirildiği
görülmektedir.
 
Şekil 2. Ortogonal kesme işleminde talaş oluşumunun meydana geldiği

bölgelerin şematik gösterimi[Guo].

1.1. Takım-Talaş Temas Uzunluğunun Tespiti Ýçin Geliştirilen Modeller

Oxley ve çalışma arkadaşları, sürtünme açısı olarak ta bilinen sürtünme
koşullarının takım-talaş arayüzünde talaş akışını geciktirdiği varsayımını
yapmışlardır. Takım talaş yüzeyindeki normal gerilme dağılımını uniform
ve oluşan kesme kuvveti vektörününde lc/2 mesafede durduğu varsayımını
yapmışlardır. Tüm bunlar ışığında Oxley ve arkadaşları takım-talaş temas
boyunu şu şekilde tanımlamışlardır.     

                          (3)       

Bu denklemin uygulanabilir olması için,  kesme geometrisini
tanımlayan açıların bilinmesi gerekmektedir. Bu yaklaşıma benzer bir
yaklaşımda Tay ve arkadaşları tarafından ileri sürülmüştür. Onların ileri
sürdükleri model ise;

                                                                                                (4)

Bunların dışında diğer araştırmacılar tarafından geliştirilen
 modellerden Vinogradov modeli;
                                                                               (5)

Abuladze tarafından geliştirilen model;

                                                                                 (6)

Lee ve Shaffer’ın geliştirdiği model,

         (7)

şeklindedir. Abuladze, Lee ve Shaffer’ın elde ettikleri (6) ve (7)
formüllerinin sadece talaş kalınlık
katsayısına bağlı olmadığı aynı zamanda kesici takım talaş açısının
da rolü olduğunu görülmektedir. Fakat bu ifadelerde bazı
vardır. Örneğin talaş kalınlık katsayısının 0 olduğu durumda
kesme işleminin gerçekleşmediği düşünüldüğünde takım-talaş temas
boyununda 0 olması gerekmektedir. Fakat bu formüllerde 0 dan farklı,
pozitif bir değer elde edilmektedir. Ayrıca Toropov ve Ko tarafından
yapılan bir diğer çalışmada ise özellikle büyük talaş açısı değerlerinde
bu ifadelerin ciddi hata verdiğini gözlemlenmiştir.

Poletika tarafından çeşitli malzeme ve kesme koşulları kullanılarak
yapılan deneysel çalışmalarda takım-talaş temas uzunluğunun talaş
kalınlık katsayısı ve deforme olmamış talaş kalınlığı ile ilişkili
 olduğunu öne sürmüştür. Ayrıca deforme olmamış talaş kalınlığının
temas boyunu etkileyen en önemli unsur olduğunu ileri sürmüşlerdir.
Bu çerçevede 1  değişkeni için hazırlamış olduğu analitik model;

                                                                                          (8)

Zhang, Liu ve Hu (0.42…0.48) % C ihtiva eden iş malzemesi ve
P10 ISO karbürlü kesici takım için elde ettiği ampirik ifade ise;

                                               (9)

şeklindedir. Stephenson’un hazırlamış olduğu modelde takım-talaş
temas uzunluğunu vermiş olduğu sabit katsayı ile her kesme koşulunda
minimum 0.485 mm olduğunu ifade etmiştir. Bu durum gerçekçi bir
yaklaşım değildir.

                                                                                (10)

Bunların dışında Marinov’ un yaptığı deneysel bir çalışma
neticesinde elde ettiği veriler doğrultusunda bir model geliştirmiştir.
Bu modelin referans aldığı deneysel çalışma %18 C ihtiva eden
çeliğin P25 karbür kesici takımla ortogonal kesme koşulları
dikkate alınarak yapılmıştır. Elde edilen deneysel veriler
doğrultusunda oluşturduğu model;

                                                                                            (11)

şeklindedir. Toropov ve Ko yapmış oldukları çalışmada alüminyum
alaşım, bakır, karbon çeliği ve paslanmaz çelikten oluşan dört farklı
deneysel numunenin farklı talaş açısına sahip kesici takımlarla ve
kesme koşullarında yaptıkları deneysel çalışmalarda, takım-talaş
temas boyunu her kesme işlemi sonrasında mikroskop yardımıyla
tespit etmişler yine talaş kalığının mikrometre vasıtasıyla
ölçmüşlerdir. Bu sonuçlar neticesinde oluşturdukları
matematiksel model;

                                                                                                          (12)

Aynı zamanda bu model, Poletika tarafından elde edilen modelle
mükemmel bir uyum içinde olduğu görülmektedir.
Sutter tarafından, düşük karbonlu çeliklerin farklı talaş açıları,
kesme derinlikleri ve kesme hızlarında yapılan çalışmadan
oluşan takım- talaş boyunu yüksek hızda görüntü elde edebilen
kamera yardımıyla tespit etmiştir. Deneyler sonucunda
oluşturduğu matematiksel model ise özellikle Toropov’un
modeliyle uyum içinde olduğu görülmüştür.

                                                                                           (13)

Bütün bu modeller sonunda takım-talaş temas boyunu bütün
koşullar için tespit edebilen ortak bir modelin olmadığı
görülmektedir. Bu yöndeki araştırmalar, kesme işleminin bütün
bileşenlerini göz önüne alınarak yapılmalıdır.

Kaynaklar

1. Mativenga, P.T., Abukhshim, N.A., Sheikh, M.A. and Hon,
B.K.K. (2006) ‘An investigation of tool chip contact phenomena
in high-speed turning using coated tools’, Proceedings
of IMechE Part B: Journal of Engineering Manufacture,
Vol. 220, pp.657–667.
2. Iqbal, S.A., Mativenga, P.T. and Sheikh, M.A. (2007a)
‘Characterization of the Machining of AISI 1045 steel over
 a wide range of cutting speeds-Part 1: Investigation of contact
phenomena’, Proceedings of IMechE Part B: Journal
of Engineering Manufacture, Vol. 221, No. 5, pp.909–916.
3. Abuladze, N.G. (1962) ‘Character and the length of tool-chip
contact (Russian)’, Proceedings
 of Machinability of Heat-resistant and Titanium Alloys,
Kuibyshev, pp.68–78.
4. Abukhshim, N.A., Mativenga, P.T. and Sheikh, M.A. (2004)
‘An investigation of the tool–chipcontact length and wear
in high-speed turning of EN19 steel’, Proceedings of Institution
Mechanical Engineers Vol. Part B: Journal of Engineering
Manufacture, Vol. 218, pp.889–903.
5. Friedman, M.Y. and Lenz, E. (1970) ‘Investigation of the
 tool–chip contact length in metalcutting’, International
Journal of Machine Tools Design, Vol. 10, pp.401–416.
6. Marinov, V. (1999) ‘The tool chip contact length on
orthogonal metal cutting’, Proceedings of 5th International
Conference on Advanced Engineering and Technology,
AMTECH 99, Plovdiv, Bulgaria, pp.149–155.
7. Toropov, A. and Ko, S-L. (2003) ‘Prediction of tool-chip
contact length using a new slip-line solution for orthogonal
cutting’, International Journal of Machine Tools and
Manufacture,Vol. 43, pp.1209–1215.
8. Vinogradov, A.A. (1985) Physical Foundations of the
Process of Drilling Difficult-to-Cut Materials Using Carbide
Drills, Kiev: Naukova Dumka.
9. Sartkulvanich, V. and Altan, T. (2005) ‘Effects of flow
stress and friction models in finite element simulation
of orthogonal cutting-A sensitivity study’, Machining Scienc
 and Technology, Vol. 9, pp.1–25.
10. Poletika, M.F. (1969) Contact Loads on Tool Faces (Russian),
Moscow: Machinostronie.
11. Oxley, P.L.B. (1989) Mechanics of Machining: An Analytical
Approach to Assessing Machinability, London: Ellis Horwood.
12. Guo, Y. B. (2002) ‘Mechanical Behavior Characterization
of the Secondary Shear Zone in Metal Cutting’ Transactions
of NAMRI/SME Vol. 30, pp 423-430.
13. Grzesik, W. (2006) ‘Determination of temperature distribution
in the cutting zone usinghybrid analytical-FEM technique’,
International Journal of Machine Tools and Manufacture,
Vol. 46, No. 6, pp.651–658.
14. Stephenson, D.A., Jen, T-C. and Lavine, A.S. (1997)
‘Cutting tool temperature in contour
turning: transient analysis and experimental verification’,
Transactions of the ASME Journal
of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 119, pp.494–501.
15. Zorev, N.N. (1963) Inter-Relationship Between Shear Processes
Occuring Along Tool Face and Shear Plane in Metal Cutting,
Internationl Research in Production Engineering, 42–49.
16. Tay A. O., Stevenson M. G., de Vahl G. and Oxley P. L. B.,
1976, A numerical method for calculating temperature distributions
 in machining from force and shear angle measurement,
International Journal of Machine Tool Design and Research,
 vol. 16, 335-349.
17. Zhang H. T., Liu P. D. and Hu R. S., 1991, A three-zone model
and solution of shear angle in orthogonal machining, Wear, vol.
143, 29-43.
18. Lee, E. H. and B. W. Shaffer. 1951. The theory of plasticity
applied to a problem of machining, ASME J. Appl. Mech., 18, 405.
19. Gordon, M. B. 1972. A study of friction and lubrication in metal
cutting (in Russian), Cheboksary State University Press, Cheboksary.
20. Petruha, G. G. 1972. Cutting of difficult-to-cut materials
(in Russian), Machinostroenie,
Moscow.
21. Bagchi, A. and P.K. Wright. 1987. Stress analysis in machining
with the use of sapphire tools
, in: Proc. Royal Society of London, A 409: 99–113.
22. Sutter, G. 2005. Chip geometries during high-speed machining
for orthogonal cutting
conditions. Int. J. Mach. Tools Mf., Vol. 45 pp 719-726.

Ýrfan UCUN, Kubilay ASLANTAŞ

Makine Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültesi,
Afyon Kocatepe Üniversitesi 03200 Afyonkarahisar.

irfanucun@aku.edu.tr , aslantas@aku.edu.tr