Önemli olan yüzeydir
Dişli miller, makine mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan bir tasarım unsurudur. Yüksek yüklü dişli miller, örneğin kaldırma krikolarında ve özellikle ağır hizmet tipi kaldırma sistemlerinde kullanılır. Burada öncelikli olarak dönme işlemi kullanılarak üretilen dişli miller kullanılır. Haddeleme prosesi kullanılarak üretilen kurşun vidalar genellikle çok pürüzsüz yüzeylere sahiptir, bu da yapışma-kayma etkisini destekler ve tüm sistemin hizmet ömrü üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.
Döndürme işlemiyle oluşturulan dişli millerin yüzey topografisi, bir yağlayıcı rezervuarı görevi görebilir ve böylece mil-somun temasında sürtünmeyi azaltabilir. Leibniz Universität Hannover’deki Üretim Mühendisliği ve Takım Tezgahları Enstitüsü (IFW), burgulu kılavuz vidaların yüzey topografilerinin hedefe yönelik olarak ayarlanmasını araştırıyor. Orta ölçekli bir şirket olan Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG (www.bornemann.de) ile birlikte, sürtünme davranışını optimize etmek için diş yanağının işlevselleştirilmesi, trapez dişlere sahip dişli miller örneği kullanılarak araştırılmaktadır.
TopGewinde projesinde IFW ve Bornemann, dişli millerin yan taraflarında sürtünmeyi en aza indiren mikro yapılar oluşturmak için yenilikçi bir dönme işlemi geliştirme hedefini takip ediyor (Şekil 1). Yüzey mikro yapısını sanal olarak tahmin etmek için, IFW’nin kendi CutS (Kesme Simülasyonu) yazılımı kullanılarak projenin bir parçası olarak dönme için bir simülasyon modeli geliştirilmektedir. Şekil 1’deki kinematik model, Bornemann dönme işlemine benzer şekilde geliştirilmiştir.
Malzeme oranı eğrisi yağlayıcı rezervuarını tanımlar
Bu işleme izlerinin oluşumu, trapez dişin mil-somun teması için tribolojik olarak optimize edilmelidir. Yağlayıcı, yüzey profilinin vadilerinde emilebilir, bu da yetersiz yağlamayı ve yapışma-kayma etkisi gibi ilişkili sorunları önler (Şekil 2).
Diş kanadındaki yağlayıcı rezervuarlarının oranını ölçmek için karakteristik bir değer gereklidir. Malzeme oranı eğrisi, tribolojik olarak yüklenmiş yüzeyleri değerlendirmek için kullanılabilir. Bu, pürüzlülük profilini azaltılmış tepe yüksekliği Rpk, çekirdek yüksekliği Rk ve azaltılmış vadi yüksekliği Rvk olarak böler. Çekirdek yüksekliği Rk, dişli milin ürün yaşam döngüsündeki alıştırma aşamasından ve pürüzlülük tepelerinin aşınmasından (azaltılmış tepe yüksekliği Rpk ile tanımlanır) sonra tribolojik temasta kalan pürüzlülük profilinin alanını tanımlar. Azaltılmış vadi yüksekliği Rvk, başlangıç yüzeyinde yağlayıcı depolamak için mevcut olan alanı tanımlar. Yüzey ile ilgili pürüzlülük parametreleri Spk, Sk ve Svk buna eşdeğerdir. Bu yüzey parametreleri mevcut projede yenilikçi akışkan yatak prosesini geliştirmek için kullanılmaktadır. Bu parametreler aynı zamanda Bornemann’daki yenilikçi dönme prosesini kullanarak gelecekteki seri üretimde yüzeyleri değerlendirmek için de kullanılacaktır.
Deneysel topografi optimizasyonu
Dönmenin yüzey topografyası üzerindeki etkisini araştırmak için, ilk olarak trapezoidal dişli bir iş milinin üretimi sırasında işlem değişkenleri değiştirilmiştir. Bu test serisinde takım hızı nwz ve iş parçası hızı nws üzerine odaklanılmıştır (Şekil 3). Hem iş parçası hem de takım dönme sırasında döndüğünden, takım ve iş parçası dönüşü arasında r hız oranı oluşur ve yüzey topografilerinin değerlendirilmesine dahil edilir. İncelenen trapez dişli miller, Bornemann Gewindetechnik tarafından kendi bünyesinde tasarlanan ve senkronize bir süreç kullanan bir sema makinesi kullanılarak C45 çeliğinden üretilmiştir. Diş kanatlarında oluşturulan topografilerin müteakip analizleri IFW’de üretici Confovis GmbH’nin bir kofokal mikroskobu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan topografyalar ve bunlara karşılık gelen Abbott parametreleri Şekil 3’te gösterilmektedir. Üstteki iki ölçüm, takım hızının yüzey topografisi üzerindeki etkisini göstermektedir. Alttaki topografi ölçümleri, farklı iş parçası hızlarında ortaya çıkan topografileri göstermektedir. Araştırmanın amacı, yüzeyde yağlayıcı rezervuarları için mümkün olan en büyük hacmi oluşturmak amacıyla indirgenmiş vadi yüksekliği Svk için yüksek bir değer elde etmekti. En yüksek Svk değeri Svk = 0,442 µm ile test 1’de elde edilmiştir. Bu dişli iş mili aynı zamanda en düşük hız oranına sahiptir. Hız oranı arttıkça Svk değerinin azalma eğilimi tüm test serisinde gözlemlenebilir. Hız oranının azaltılmasıyla, yapılar arasındaki mesafe artar ve azaltılmış vadi yüksekliği Svk artar.
Sanal topografya tahmini
Deneysel olarak belirlenen korelasyon şu anda IFW’de simülasyon ile analiz edilmektedir. Bu amaçla, topografyanın oluşumunu araştırmak için bir malzeme kaldırma simülasyonu kullanılmaktadır. CutS yazılımı, dönen dişli miller için bir simülasyon modeli kurmak ve ortaya çıkan yüzeyleri tahmin etmek için kullanılmaktadır (Şekil 4). Bu, bir yandan dönme sırasında yüzey oluşumunun daha iyi anlaşılmasını sağlarken, diğer yandan gerekli test miktarını azaltmak için kullanılır. Şekil 4, ölçülen topografya ile simülasyondan elde edilen sonucu karşılaştırmaktadır. Simülasyonda, Bornemann dönme sürecinin kinematiği modellenmiştir. Döndürülmüş trapez dişlerin yan taraflarındaki maksimum pürüzlülük Rz = 3-7 µm aralığındadır. Bu büyüklükteki yüzey topografisini tahmin etmek için güvenilir bir model geliştirmek amacıyla, diğer süreç etkileri de dikkate alınmıştır. Burada gösterilen simülasyonda (Şekil 1) kinematik kavrama koşullarına ek olarak değiştirilebilir kesici uçların talaşlanması da dikkate alınmıştır. Talaşı hesaba katmak için talaş kaldırma simülasyonuna yüzey oluşturan pürüzlülük profiline sahip kesici kenarın bir CAD modeli eklenmiştir. Döndürme işleminin özelliği, değiştirilebilir bir kesici ucun birkaç kesme kenarının trapez diş profilinin farklı alanlarını oluşturmasıdır. Pürüzlülük bir dizi kesici uç için ölçülmüş ve kesici uçların mikro geometrisinin simüle edilen yüzey üzerindeki etkisini hesaba katmak için modele dahil edilmiştir:
Burgulu bir dişli milin yüzey yapısı genellikle malzeme kaldırma simülasyonu kullanılarak simüle edilebilir. Dönmenin karakteristik özelliği olan düzenli aralıklardaki vadi yapıları, simülasyonda oluşturulan yüzeyde açıkça tanınabilir. Simüle edilen ve ölçülen yüzey arasındaki sapmalar vadilerin şeklinden anlaşılabilir. Ölçüm ve simülasyonun pürüzlülük değerleri arasındaki yüzde sapma şu anda %25 civarındadır. İki yüzey arasındaki bu farklılıklar, örneğin stokastik yüzey etkilerinden ve işlem sırasında takımın yer değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. Simülasyonun hassasiyetini artırmak için daha fazla süreç etkisinin hesaba katılması planlanmaktadır. Burada şu anda makine takımının titreşim davranışına odaklanılmaktadır. Ayrıca takım kesme kenarlarına etki eden proses kuvvetlerinin de araştırılması planlanmaktadır. Eksantrik dönme hareketinin ve dönme sırasındaki değişken talaş kesitlerinin dönen takımın yer değiştirmesini etkilemesi beklenmektedir. Proses simülasyonunda elde edilen bilgiler, gelecekte tribolojik olarak optimize edilmiş dişli millerin sema ile üretilmesi amacıyla takım geliştirme için kullanılacaktır.
Sonuç ve görünüm
Projenin ilerleyen aşamalarında, kullanılan takımlar ve ilgili proses parametreleri, sürtünme için optimize edilmiş bir yüzey ayarlanabilecek şekilde değiştirilir. Bu yüzeylerin sürtünmeyi azaltıcı etkisini değerlendirmek için ilk olarak tribometre testleri gerçekleştirilir. Bu testlere dayanarak, tribolojik olarak optimize edilmiş iş millerini üretmek için kullanılan farklı takım konseptleri seçilir. Son olarak, bulguları doğrulamak için bir dizi iş mili bir hizmet ömrü testine tabi tutulur. Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co KG’nin amacı, kaldırma sistemlerinin hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatmak için özellikle ağır hizmet kaldırma sistemleri alanında kullanılabilecek sürtünmeyi en aza indiren bir mikro yapı tanımlamaktır.
İplik yüzeylerinin yapısının optimize edilmesine ilişkin daha fazla bilgi www.youtube.com/bornemann-gewindetechnik adresinde de mevcuttur.