Talaşlı İmalat Süreç Analizi

Talaşlı imalat süreç analizi, metal ve diğer malzemelerin kesici takımlar aracılığıyla şekillendirilmesi süreçlerini anlamak, optimize etmek ve iyileştirmek için yapılan sistematik bir inceleme yöntemidir. Bu analiz, imalat süreçlerinin verimliliğini artırmak, maliyetleri düşürmek, ürün kalitesini yükseltmek ve üretimde karşılaşılan problemleri çözmek amacıyla kullanılır. Tornlama, frezeleme, delme gibi talaşlı imalat yöntemleri, otomotivden havacılığa, medikalden enerji sektörüne kadar geniş bir yelpazede temel üretim tekniklerini oluşturur.

Talaşlı imalat süreçlerinin analizi, kesme kuvvetlerinin hesaplanmasından süreç simülasyonlarına, sonlu elemanlar analiziyle iş parçası deformasyonlarının incelenmesine kadar çok yönlü bir yaklaşımı içerir. Bu süreçler, hem deneysel verilere hem de teorik modellere dayanır ve modern teknolojilerle desteklenir. CNC tezgahlarının yaygınlaşması ve bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile imalat (CAM) sistemlerinin entegrasyonu, analizlerin daha hassas ve öngörülebilir hale gelmesini sağlamıştır.

Bu yazıda, talaşlı imalat süreçlerinin temel yöntemleri (tornalama, delik büyütme, frezeleme, delme) detaylı bir şekilde ele alınacak, her bir yöntemin mekaniksel ve operasyonel yönleri incelenecektir. Ayrıca, kuvvet denklemleri, süreç simülasyonları ve sonlu elemanlar analizi gibi analitik araçlar tartışılacak; örnek uygulamalar ve karşılaşılan problemlerle desteklenecektir. Talaşlı imalat süreç analizi, mühendislik bilgisi ile pratik uygulamaların birleştiği bir alan olarak, imalatın geleceğini şekillendiren önemli bir disiplindir.
 

Tornlama, talaşlı imalatın en temel ve yaygın yöntemlerinden biridir; bu süreçte, dönen bir iş parçası üzerinde sabit bir kesici takım kullanılarak talaş kaldırılır. Tornlama, silindirik veya konik şekiller elde etmek için idealdir ve şaftlar, miller, burçlar gibi parçaların üretiminde sıkça kullanılır. Sürecin analizi, kesme parametrelerinin (hız, ilerleme, kesme derinliği) ve takım geometrisinin iş parçası üzerindeki etkilerini anlamayı içerir.

Tornlama sürecinin analizi, kesme kuvvetlerinin ölçülmesiyle başlar. Bu kuvvetler, kesici takımın iş parçasına uyguladığı radyal, teğetsel ve eksenel bileşenlerden oluşur. Kesme hızı, ilerleme oranı ve kesme derinliği, kuvvetlerin büyüklüğünü ve yönünü belirler; örneğin, yüksek hızlar daha fazla ısı üretirken, derin kesmeler daha büyük kuvvetler gerektirir. Bu parametrelerin optimizasyonu, yüzey kalitesini artırır ve takım aşınmasını azaltır.

Analiz sırasında titreşim, termal etkiler ve talaş oluşumu gibi faktörler de dikkate alınır. Titreşim, yüzey pürüzlülüğünü bozabilir ve takım ömrünü kısaltabilir; bu nedenle dinamik analizlerle titreşim kaynakları (takım sapması, iş parçası esnekliği) belirlenir. Termal etkiler, iş parçasında deformasyona veya mikro yapısal değişikliklere yol açabilir; soğutma sıvıları bu etkileri minimize eder. Tornlama sürecinin analizi, hem teorik modellerle hem de deneysel verilerle desteklenerek, üretimin daha öngörülebilir ve kontrollü hale gelmesini sağlar.
 

Delik büyütme, mevcut bir deliğin çapını genişletmek, yüzey kalitesini iyileştirmek veya eksenel doğruluğunu artırmak için kullanılan bir talaşlı imalat yöntemidir. Bu süreç, genellikle önceden delinmiş veya dökümle oluşturulmuş deliklerin son haline getirilmesinde uygulanır ve motor silindirleri gibi hassas iç yüzeyler gerektiren parçalarda yaygındır. Delik büyütme analizi, kesme kuvvetleri, takım stabilitesi ve talaş tahliyesine odaklanır.

Delik büyütme sürecinde, tek noktalı veya çok noktalı takımlar kullanılır; kesme kuvvetleri, takımın uzunluğu ve çapı ile ilişkilidir. Uzun takımlar, sapma ve titreşim riskini artırır; bu nedenle analiz, takımın dinamik davranışını ve tezgah rijitliğini değerlendirir. Kesme derinliği genellikle küçüktür ve bu, kuvvetlerin düşük tutulmasını sağlar; ancak derin deliklerde talaş birikimi ciddi bir sorun olabilir. Soğutma sıvısı basıncı ve talaş tahliye mekanizmaları, bu problemi çözmek için analiz edilir.

Analiz, yüzey kalitesini ve toleransları da inceler. Delik büyütme, sıkı toleranslar gerektirdiğinden, takım geometrisi (kenar açısı, talaş kırıcı) ve kesme parametreleri dikkatlice optimize edilir. Örneğin, titreşim sönümleme barları kullanılarak sapma azaltılabilir. Delik büyütme sürecinin analizi, hem iş parçasının hem de tezgahın mekanik özelliklerini dikkate alarak, yüksek hassasiyetli sonuçlar elde etmeyi hedefler.
 

Frezeleme, talaşlı imalatın çok yönlü bir yöntemidir ve düz yüzeyler, oluklar, dişliler veya karmaşık 3D şekiller oluşturmak için döner bir kesici takım kullanılır. Frezeleme süreci, iş parçasının sabit tutulduğu ve takımın döndüğü bir düzenekte gerçekleşir; bu, tornalamadan farklı bir dinamik yaratır. Frezeleme analizi, kesme kuvvetleri, takım yolu ve yüzey kalitesine odaklanır.

Frezeleme sürecinde kesme kuvvetleri, diş sayısı, helis açısı ve kesme parametreleriyle ilişkilidir. Yüksek ilerleme hızları ve derin kesmeler, daha büyük kuvvetler üretirken, takımın aşınmasını hızlandırabilir. Analiz, bu kuvvetlerin tezgah ve iş parçası üzerindeki etkilerini değerlendirir; örneğin, titreşim kaynakları (takım sapması, iş parçası esnekliği) belirlenir ve minimize edilir.

Yüzey Frezeleme (Face Milling)

Yüzey frezeleme, geniş ve düz yüzeyler oluşturmak için kullanılan bir frezeleme türüdür. Kesici takımın alt yüzeyi, iş parçasına temas ederek talaş kaldırır. Analiz, kesme genişliği, ilerleme hızı ve takım çapının yüzey kalitesi üzerindeki etkilerini inceler. Örneğin, büyük çaplı kesiciler daha düzgün yüzeyler sağlar, ancak daha fazla güç gerektirir.

Yüzey frezeleme analizi, talaş kalınlığı ve kuvvet dağılımını da ele alır. Dengesiz talaş kalınlığı, titreşime ve yüzey dalgalanmalarına yol açabilir; bu nedenle kesme parametreleri optimize edilir. Soğutma sıvısı kullanımı, ısıyı kontrol eder ve takım ömrünü uzatır.

Parmak Frezeleme (End Milling)

Parmak frezeleme, oluklar, konturlar ve 3D şekiller oluşturmak için kullanılan bir yöntemdir. Takımın hem ucu hem de yanları kesme yapar; bu, karmaşık geometrilerin işlenmesini sağlar. Analiz, takım yolu (tool path) ve kesme derinliğinin etkilerini değerlendirir. Örneğin, dar oluklarda talaş tahliyesi zorlaşabilir ve bu, takım kırılmasına yol açabilir.

Parmak frezeleme analizi, titreşim ve termal etkilere de odaklanır. Yüksek hızlı işleme sırasında ısı birikimi, iş parçasında deformasyona neden olabilir; bu nedenle simülasyonlarla sıcaklık dağılımı incelenir.

Bilyalı Parmak Frezeleme (Ball End Milling)

Bilyalı parmak frezeleme, yuvarlak uçlu kesici takımlarla gerçekleştirilen bir frezeleme türüdür ve özellikle 3D konturlar, kavisli yüzeyler ve karmaşık geometrilerin işlenmesinde kullanılır. Takımın bilyalı ucu, düzgün bir yüzey kalitesi sağlar ve havacılıkta türbin kanatları veya medikal alanda protezler gibi uygulamalarda sıkça tercih edilir. Bilyalı parmak frezeleme analizi, takımın eğri yüzeylerle etkileşimini ve kesme parametrelerinin etkilerini inceler.

Bu süreçte, kesme kuvvetleri takımın küresel geometrisinden dolayı değişkenlik gösterir; temas noktası, kesme derinliği ve ilerleme hızına bağlı olarak farklı kuvvet bileşenleri üretir. Analiz, takım yolunun (örneğin, zikzak veya spiral) yüzey pürüzlülüğü ve işlem süresi üzerindeki etkilerini değerlendirir. Örneğin, küçük adım aralıkları daha pürüzsüz yüzeyler sunar, ancak işlem süresini uzatır. Titreşim ve ısı birikimi, bilyalı frezelemede sık karşılaşılan sorunlardır; bu nedenle simülasyonlarla titreşim frekansları ve termal dağılımlar analiz edilir.

Bilyalı parmak frezeleme analizi, takım aşınmasını da dikkate alır. Yuvarlak uç, kesme kenarının sürekli değişen bir bölgesini kullanır; bu, aşınmayı eşit dağıtabilir, ancak yanlış parametreler takım ömrünü kısaltabilir. Soğutma sıvısı kullanımı veya minimum yağlama (MQL), ısıyı kontrol ederek bu etkiyi azaltır. Bu analiz, karmaşık şekillerin yüksek hassasiyetle işlenmesini sağlamak için kritik bir rol oynar.
 

Delme, talaşlı imalat süreçlerinde silindirik delikler açmak için kullanılan temel bir yöntemdir ve matkap adı verilen döner bir kesici takım ile gerçekleştirilir. Bu süreç, hem küçük çaplı deliklerden derin ve büyük çaplı deliklere kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir; örneğin, otomotivde motor blokları veya havacılıkta bağlantı delikleri delme ile işlenir. Delme sürecinin analizi, kesme kuvvetleri, talaş tahliyesi ve delik kalitesine odaklanır.

Delme analizinde, kesme kuvvetleri üç ana bileşene ayrılır: eksenel (itme kuvveti), teğetsel (tork) ve radyal. Eksenel kuvvet, matkabın iş parçasına nüfuz etme direncini yansıtır ve matkap ucu geometrisi (uç açısı, oluk tasarımı) ile ilişkilidir. Talaş tahliyesi, özellikle derin deliklerde kritik bir sorundur; biriken talaş, matkabın sıkışmasına veya kırılmasına yol açabilir. Analiz, oluk açısı ve soğutma sıvısı basıncının talaş tahliyesindeki etkisini değerlendirir.

Delik doğruluğu ve yüzey kalitesi, delme analizinin diğer önemli yönleridir. Matkap sapması, titreşim veya termal deformasyon, delik ekseninden kaymalara neden olabilir; bu nedenle dinamik analizlerle sapma kaynakları belirlenir. Örneğin, sert malzemelerde düşük ilerleme hızları ve yüksek hızlı çelik (HSS) yerine karbür matkaplar kullanılarak hassasiyet artırılabilir. Delme sürecinin analizi, hem işlem verimliliğini hem de ürün kalitesini optimize etmeyi amaçlar.
 

Talaşlı imalat süreçlerinin analizinde kuvvet denklemleri ve temel veriler, kesme işlemlerinin matematiksel modellerini oluşturmak ve deneysel sonuçlarla doğrulamak için kullanılır. Bu denklemler, kesme kuvvetlerini, güç tüketimini ve talaş oluşumunu tahmin eder; böylece süreç parametreleri optimize edilir. Temel veriler ise malzeme özellikleri, takım geometrisi ve kesme koşulları gibi girdilerden elde edilir.

Kuvvet denklemleri, genellikle Merchant’ın kesme teorisi gibi klasik modellerle başlar. Bu teoriye göre, kesme kuvveti (Fc), talaş kalınlığı (t), kesme genişliği (b) ve malzemenin kesme direnci (k) ile ilişkilidir:

Fc = k × t × b

Ayrıca, sürtünme kuvveti (Ff) ve normal kuvvet (Fn), kesme açısı (α) ve sürtünme katsayısı (μ) üzerinden hesaplanır. Örneğin, tornalamada teğetsel kuvvet, mil gücünü belirlerken, delmede eksenel kuvvet matkabın itme direncini yansıtır.

Temel veriler, deneysel testlerle toplanır; dinamometreler, kesme kuvvetlerini ölçer ve bu veriler simülasyon modellerine entegre edilir. Farklı malzemeler (çelik, alüminyum, titanyum) ve takım türleri (HSS, karbür) için spesifik kesme direnci tabloları oluşturulur. Örneğin, çelik için kesme direnci yaklaşık 1500-2000 N/mm² iken, alüminyum için 400-600 N/mm² arasındadır. Bu veriler, analizlerin doğruluğunu artırır ve süreç optimizasyonu için bir temel sağlar.

Kuvvet denklemleri, titreşim ve termal etkileri de dikkate alacak şekilde genişletilebilir. Dinamik modeller, takım-iş parçası etkileşimini frekans analiziyle inceler; termodinamik modeller ise kesme bölgesindeki ısı dağılımını hesaplar. Bu analizler, hem teorik öngörüler sunar hem de pratik uygulamalarda doğrulanır; örneğin, bir CNC tezgahında kesme parametreleri bu denklemlere göre ayarlanabilir.

Süreç Simülasyonu Uygulama Örnekleri

Talaşlı imalat süreçlerinin simülasyonu, kesme işlemlerini sanal bir ortamda modelleyerek gerçek dünya uygulamalarını öngörmek ve optimize etmek için kullanılan güçlü bir analiz yöntemidir. Bu simülasyonlar, kesme kuvvetlerini, talaş oluşumunu, sıcaklık dağılımını ve takım aşınmasını tahmin eder; böylece deneysel denemelere olan ihtiyacı azaltır ve maliyetleri düşürür. Modern yazılım araçları (örneğin, DEFORM, Third Wave AdvantEdge) bu analizleri yüksek doğrulukla gerçekleştirir.

Birinci uygulama örneği, tornalama simülasyonudur. Bir çelik şaftın tornalanması sürecinde, kesme hızı (Vc), ilerleme oranı (f) ve kesme derinliği (ap) gibi parametreler simüle edilir. Yazılım, kesme kuvvetlerini (Fc, Ff) ve talaş kalınlığını hesaplar; aynı zamanda sıcaklık dağılımını görselleştirir. Örneğin, 200 m/dk kesme hızında çelik işlenirken, kesme bölgesinde 600°C’ye ulaşan sıcaklıklar gözlemlenebilir. Bu veri, soğutma sıvısı kullanımını veya hızı düşürmeyi gerektirebilir.

İkinci örnek, frezeleme simülasyonudur. Bir alüminyum motor kapağında yüzey frezeleme işlemi modellenir. Takım yolu (zigzag veya spiral), kesme genişliği ve diş başına ilerleme (fz) simülasyona girilir. Sonuçlar, titreşim frekanslarını ve yüzey pürüzlülüğünü (Ra) gösterir; örneğin, yüksek ilerleme hızlarında titreşim artışı tespit edilirse, takım yolu optimize edilerek bu sorun giderilir. Simülasyon, aynı zamanda takım aşınmasını öngörerek bakım planlamasını kolaylaştırır.

Üçüncü örnek, delme simülasyonudur. Titanyum bir plakada derin delik delme işlemi analiz edilir. Matkap ucu geometrisi (uç açısı, oluk açısı) ve soğutma sıvısı basıncı modele dahil edilir. Simülasyon, eksenel kuvvetleri (Fz) ve talaş tahliye performansını değerlendirir; örneğin, yetersiz sıvı basıncı talaş birikimine yol açarsa, bu parametre artırılır. Bu tür simülasyonlar, gerçek üretimden önce potansiyel sorunları ortaya çıkarır ve çözümler sunar.

Süreç simülasyonları, deneysel verilerle kalibre edilerek daha güvenilir hale gelir. Örneğin, dinamometre ile ölçülen kesme kuvvetleri, simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılır ve model rafine edilir. Bu yaklaşım, hem tasarım aşamasında hem de üretim optimizasyonunda zaman ve maliyet tasarrufu sağlar; özellikle karmaşık parçalar ve zor işlenen malzemeler için vazgeçilmezdir.

Sonlu Elemanlar Analizi ile Bağlama, Tutma ve İş Parçası Deformasyon Uygulamaları 

Sonlu elemanlar analizi (FEA), talaşlı imalat süreçlerinde bağlama (clamping), tutma (fixturing) ve iş parçası deformasyonlarının modellenmesi için kullanılan bir sayısal yöntemdir. Bu analiz, iş parçasının mekanik davranışını, kesme kuvvetlerinin etkilerini ve tezgah-iş parçası etkileşimini detaylı bir şekilde inceleyerek, üretim sırasında oluşabilecek hataları öngörür. ANSYS, Abaqus gibi yazılımlar, bu analizleri yüksek hassasiyetle gerçekleştirir.

Bağlama analizi, iş parçasının tezgaha sabitlenme şeklinin stabilitesini ve deformasyon üzerindeki etkisini değerlendirir. Örneğin, bir ince cidarlı alüminyum plaka frezelenirken, aşırı bağlama kuvveti deformasyona yol açabilir. FEA, bağlama noktalarındaki gerilme dağılımını (σ) ve yer değiştirmeleri (δ) hesaplar; optimum bağlama basıncı belirlenerek bu sorun önlenir. Analiz, aynı zamanda titreşim kaynaklarını tespit eder ve bağlama tasarımını iyileştirir.

Tutma analizi, iş parçasını sabit tutan fikstürlerin performansını inceler. Karmaşık bir döküm parça için özel bir fikstür tasarlandığında, FEA, fikstürün rijitliğini ve iş parçasının kayma riskini değerlendirir. Örneğin, yetersiz tutma, kesme sırasında kaymaya neden olabilir; bu durumda fikstür destekleri yeniden konumlandırılır. Analiz, fikstür tasarımını optimize ederek işlem hassasiyetini artırır.

İş parçası deformasyonu, kesme kuvvetleri, termal etkiler ve malzeme özellikleri nedeniyle oluşur. FEA, bu deformasyonları öngörmek için malzemenin elastik modülünü (E), Poisson oranını (ν) ve termal genleşme katsayısını (α) kullanır. Örneğin, bir çelik şaftın tornalanması sırasında 500°C’ye ulaşan sıcaklıklar, genleşme ve bükülmeye yol açabilir; FEA bu etkileri simüle ederek telafi stratejileri (örneğin, ek soğutma) önerir. Bu analiz, toleransların korunmasını ve nihai ürün kalitesini sağlamayı amaçlar.

Sonlu elemanlar analizi, hem statik hem de dinamik modellerle çalışır. Statik analiz, sabit yükler altındaki gerilmeleri; dinamik analiz ise titreşim ve geçici etkileri inceler. Bu yöntem, talaşlı imalat süreçlerinde güvenilirlik ve doğruluk sunar; özellikle ince cidarlı veya karmaşık geometrili parçalarda vazgeçilmezdir.

Sonlu Elemanlar Uygulama Örnekleri

Sonlu elemanlar analizinin pratik uygulamaları, imalat süreçlerinin karmaşık yönlerini anlamak ve çözmek için değerli bilgiler sağlar. İşte bazı örnekler:

Tornalama Deformasyon Analizi: Bir uzun çelik şaftın tornalanması sırasında, kesme kuvvetleri ve ısı nedeniyle bükülme oluşur. FEA, şaftı 3D olarak modeller ve kesme parametrelerini (Vc = 150 m/dk, ap = 2 mm) girerek gerilme (σ) ve yer değiştirme (δ) dağılımlarını hesaplar. Sonuçlar, maksimum bükülmenin 0.05 mm olduğunu gösterirse, kesme derinliği azaltılarak toleranslar korunur.

Frezeleme Bağlama Optimizasyonu: Bir alüminyum motor kapağı yüzey frezelenirken, bağlama noktaları analiz edilir. FEA, 500 N bağlama kuvveti uygulandığında plakanın 0.1 mm deforme olduğunu tespit eder; bu, yüzey düzlüğünü bozar. Bağlama basıncı 300 N’e düşürülerek deformasyon minimize edilir.

Delme Titreşim Analizi: Titanyum bir plakada derin delik delme işlemi modellenir. FEA, matkap ucunun 1000 RPM’de titreşim frekanslarını (f) ve sapma miktarını (δ) hesaplar. Yüksek titreşim tespit edilirse, hız düşürülür veya titreşim sönümleyici bir tutucu kullanılır.

Bu örnekler, FEA’nın talaşlı imalat süreçlerinde tasarım ve üretim aşamalarını nasıl desteklediğini gösterir. Analiz, hem önleyici hem de düzeltici çözümler sunarak, üretim hatalarını azaltır ve proses güvenilirliğini artırır.

Talaşlı İmalat Süreç Analizi Örnekleri

Talaşlı imalat süreç analizinin pratik uygulamalarını anlamak için çeşitli örnekleri incelemek, teorik bilgilerin gerçek dünya senaryolarına nasıl uyarlandığını gösterir. Bu örnekler, farklı süreçlerin analiz yöntemlerini ve sonuçlarını ortaya koyar.

Otomotiv - Krank Mili Tornlama Analizi: Bir çelik krank milinin tornalanması, kesme kuvvetleri ve yüzey kalitesi açısından analiz edilir. Kesme hızı 180 m/dk, ilerleme oranı 0.3 mm/dev ve kesme derinliği 1.5 mm olarak belirlenir. Dinamometre ile ölçülen teğetsel kuvvet (Fc) yaklaşık 800 N bulunur; bu, mil gücünü ve takım aşınmasını tahmin etmek için kullanılır. Simülasyon, kesme bölgesinde 550°C’lik bir sıcaklık artışı öngörür ve soğutma sıvısı kullanımıyla bu değer 400°C’ye düşürülür. Analiz, yüzey pürüzlülüğünü (Ra) 0.8 µm seviyesinde tutarak toleransların korunduğunu doğrular.

Havacılık - Titanyum Kanat Frezeleme Analizi: Titanyum alaşımdan bir türbin kanadı, bilyalı parmak frezeleme ile işlenir. Takım yolu spiral olarak seçilir; kesme hızı 50 m/dk, diş başına ilerleme 0.05 mm ve kesme derinliği 0.2 mm’dir. FEA, kesme kuvvetlerinin (Fc) 300 N civarında olduğunu ve titreşim frekanslarının 150 Hz’i aştığını gösterir. Bu, takım sapmasını 0.03 mm ile sınırlar; ancak yüzey kalitesini optimize etmek için hız 40 m/dk’ya düşürülür. Simülasyon, termal deformasyonu 0.01 mm olarak hesaplar ve soğutma sıvısı ile bu etki azaltılır.

Medikal - Paslanmaz Çelik Delme Analizi: Bir ortopedik implant için paslanmaz çelik plaka delinir. Matkap çapı 4 mm, hız 800 RPM ve ilerleme 0.1 mm/dev’dir. Kuvvet denklemleri, eksenel kuvveti (Fz) 200 N olarak hesaplar; deneysel ölçümler bunu doğrular. Talaş tahliyesi, yüksek basınçlı soğutma sıvısıyla optimize edilir ve delik sapması 0.02 mm ile sınırlanır. Analiz, delik yüzey kalitesini (Ra) 1.2 µm seviyesinde tutar ve çapak oluşumunu minimize eder.

Enerji - Dökme Demir Delik Büyütme Analizi: Bir türbin gövdesinde dökme demir delik büyütme işlemi analiz edilir. Tek noktalı takım, 2 mm çap artışı için kullanılır; hız 120 m/dk ve ilerleme 0.15 mm/dev’dir. FEA, takım sapmasını 0.04 mm olarak öngörür ve titreşim sönümleme barı ile bu değer 0.01 mm’ye düşürülür. Kesme kuvveti (Fc) 150 N civarındadır; simülasyon, yüzey pürüzlülüğünü 0.6 µm olarak doğrular.

Bu örnekler, talaşlı imalat süreç analizinin farklı sektörlerde nasıl uygulandığını ve kesme parametrelerinin optimizasyonunu nasıl desteklediğini gösterir. Her bir analiz, teorik modelleri deneysel verilerle birleştirerek üretim kalitesini artırır.

Talaşlı İmalat Süreç Analizi Problemleri

Talaşlı imalat süreç analizinde karşılaşılan problemler, hem teknik hem de operasyonel zorlukları içerir ve bu sorunların çözümü, analiz yöntemlerinin etkinliğini test eder. Aşağıda, yaygın problemler ve çözüm yaklaşımları ele alınacaktır.

Takım Aşınması: Kesme işlemlerinde takım aşınması, performans düşüşüne ve maliyet artışına yol açar. Örneğin, sert çelik tornalanırken karbür uçlar hızlı aşınabilir; analiz, aşınma oranını (VB) 0.3 mm olarak ölçer. Çözüm olarak, kesme hızı düşürülür veya TiAlN kaplamalı takımlar kullanılır; simülasyonlar, bu değişiklikle takım ömrünün %30 uzadığını gösterir.

Titreşim: Titreşim, yüzey kalitesini bozar ve takım kırılmasına neden olabilir. Parmak frezeleme sırasında, yüksek hızda (2000 RPM) titreşim frekansı 200 Hz’e ulaşabilir; FEA, bunu takım uzunluğuna bağlar. Çözüm, takım çıkıntısını azaltmak veya dinamik sönümleyiciler kullanmaktır; bu, titreşimi %50 düşürür.

Termal Deformasyon: Kesme sırasında oluşan ısı, iş parçasında genleşme ve bükülmeye yol açar. Titanyum delmede 700°C’lik sıcaklıklar, 0.05 mm deformasyon yaratabilir; FEA bu etkiyi doğrular. Soğutma sıvısı akışını artırmak veya kuru işlem yerine MQL kullanmak, sıcaklığı 450°C’ye düşürerek deformasyonu %60 azaltır.

Talaş Tahliye Sorunları: Derin delik delmede talaş birikimi, matkabın sıkışmasına neden olabilir. Analiz, düşük sıvı basıncının (5 bar) talaşı tahliye edemediğini gösterir; basıncı 20 bar’a çıkarmak, sorunu çözer ve delik doğruluğunu %90 korur.

Hassasiyet Kaybı: Delik büyütmede takım sapması, toleransları bozabilir; örneğin, 0.1 mm sapma tespit edilir. FEA, bunu takım rijitliğine bağlar; çözüm olarak titreşim sönümleme barı kullanılır ve sapma 0.02 mm’ye düşer.

Enerji Tüketimi: Yüksek kesme hızları, enerji kullanımını artırır; frezelemede 15 kW güç tüketimi ölçülür. Analiz, hızı %20 düşürerek tüketimi 12 kW’a indirir ve verimliliği korur.

Bu problemler, talaşlı imalat süreç analizinin karmaşıklığını yansıtır. Kuvvet denklemleri, simülasyonlar ve FEA gibi araçlar, bu sorunları tanımlayıp çözerek üretimin güvenilirliğini artırır. Modern teknolojiler, bu problemlerin üstesinden gelmek için sürekli yenilikler sunar.