Nasıl Çalışır – Hassas Diş Açma
Horst Engineering & Manufacturing Co.'da, bir yıllık çok eksenli Citizen Swiss torna merkezleri ve Eurotech çok eksenli torna tezgahları, yüksek hassasiyette işlenmiş bileşenleri tamamiyle pompalıyor. Döndürüyorlar, deliyorlar, frezeliyorlar ve hatta diş bile açıyorlar. Ancak Horst Engineering'in kardeş şirketi Thread Rolling Inc., Connecticut'taki aynı küçük East Hartford fabrikasında, özel ama şık bir şekilde basit bir ikincil işlemle dış dişler oluşturmak için elli yıllık Waterbury, Hartford ve Reed silindir diş açma makinelerini kullanıyor..Makinelerinin hepsi antika değil. Ekipmanların çoğu yenilendi ve yeni makineler eski makinelerle karıştırıldı. Bu yüzden evlerini eski fabrikanın en tarihi bölümünde, elli beş yıllık ahşap blok zeminin altmış yıllık aile işletmesini simgelediği yerde yapmaları çok uygun.
İplik haddeleme yüz yılı aşkın bir süredir var olan bir işlemdir ve elli yaşındakileri kıyaslandığında genç gösteren makineler hizmet vermektedir. Diş silindirleri çeşitli tip ve boyutlarda mevcuttur, ancak hepsi sertleştirilmiş çelik kalıpların eşleştirildiği ve yuvarlak çaplı malzeme yüzeyini bir diş formuna yeniden şekillendirmek için kuvvetle nüfuz edecek şekilde ayarlandığı bir mekanizma kullanır. Silindirik bir iş parçası veya iş parçası makineye beslenir (manuel veya otomatik olarak) ve "talaşsız" şekillendirme prosesinde diş üretmek için kalıplar döner (silindirik kalıplar) veya ileri geri hareket eder (düz kalıplar). Her diş formu, şekli ve boyutu, tipik olarak ısıl işlem görmüş takım çeliğinden (tipik olarak Rockwell C 58-62) taşlanan ve şirket içinde üretilmek yerine tedarik edilen benzersiz bir kalıp setine sahiptir.
Diş haddeleme esas olarak oda sıcaklığında gerçekleştirilen bir soğuk şekillendirme işlemidir, ancak malzemeler Rockwell C 45'ten daha büyük olduğunda sıcak haddeleme için bir boşluk mevcuttur, çünkü kalıp ömrü ciddi şekilde tehlikeye girer. Kardeş işlemi olan puntasız taşlama gibi, diş açma işlemi de beslemeli veya beslemeli olabilir. Diş çekme, yüksek hacimli üretim diş açma uygulamaları için tercih edilen yöntemdir. Gezegensel kalıp rulosu diş açıcıları saatte onbinlerce parçaya diş açma kapasitesine sahiptir. Yüksek hızlı dikey veya eğimli düz kalıplı pistonlu makineler de yüksek üretim oranları üretebilir ve yatay silindirik iki kalıplı makineler hızla binlerce fitlik dişli çubuk üretebilir.
Yerel hırdavatçıdan aldığınız ahşap vidaları, gecikmeli cıvatalar ve makine vidaları gibi pek çok malzeme, diş açma makinelerinin yardımıyla seri üretildi. Acme, payanda, sonsuz, kare ve boru dişleri, diş haddeleme yoluyla üretilebilen benzersiz formlardan yalnızca birkaçıdır; ancak makine vidası tipi dişler, hassas işleme endüstrisindeki kişilerin en aşina olduğu dişlerdir.
Yelpazenin bir ucunda, yüksek hacimli otomatik diş açma işlemi, sürecin hızı ve boyutsal stabilitesi nedeniyle ilgi çekicidir, ancak ticari kalitede bağlantı elemanları ve parçaların üretimi nispeten sıradan bir uygulamadır. Yelpazenin diğer ucunda, özellikle küçük parça partileri üzerinde, yüksek hassasiyetli diş çekme konusunda çok uzmanlaşmış bir alan bulunmaktadır. Havacılık ve motor sporları da dahil olmak üzere bazı yüksek teknoloji endüstrileri, süper yüzey kalitesine sahip son derece sıkı toleranslı dişlere ve şekillendirme işlemiyle yapılan parçaların doğasında bulunan ekstra dayanıklılığa ihtiyaç duyar. Thread Rolling Inc., hassas dişler üretmek için dikey silindirik üç kalıplı makineler, yatay düz kalıplı ileri geri hareket eden makineler ve yatay silindirik iki kalıplı makinelerin bir kombinasyonunu kullanıyor.
Odak noktası, havacılık endüstrisinde en yaygın olan standart 60° birleşik ve metrik diş formlarına odaklanarak yüksek hassasiyetli makine vidası tarzı diş çeşitlerinin üretilmesidir. Burada en sık karşılaşılan konular UNF, UNC, UNJF ve UNJC formlarındaki Sınıf 2A ve Sınıf 3A'dır. "J" şeklindeki dişler, bir dişin yüksek gerilimli alanında daha fazla güç sağlamak için daha büyük bir kontrollü kök yarıçapına sahiptir ve havacılık endüstrisinde yaygındır. Yüksek kaliteli ipliklerin boyutsal muayenesi ticari çeşitlerden farklıdır. Spesifikasyonlar değişiklik gösterebilir ancak havacılık ve askeri standartlar, hatve çapını ve ilgili boyutları incelemek için gösterge tipi diş ölçüm cihazının kullanılmasını gerektirir.
Hatve çaplarının muayenesi, diş mastarları ile ayarlanan hem tam formlu hem de tek elemanlı gösterge tipi mastarlarla gerçekleştirilir. Dişli geçmeli/gitmesiz halka mastarları yalnızca referans amaçlı kullanılır. Büyük çapları incelemek için standart dış çap mikrometreleri kullanılır ve küçük çapları ve kök yarıçaplarını kontrol etmek için optik karşılaştırıcılar kullanılır. Tüm bu ölçüm aletlerinin atölyede mevcut olması sayesinde, diş açma operatörü prosesi izleyebilir ve hızlı bir şekilde ayarlamalar yapabilir. Kalıp aşınması ve diğer değişkenler haddeleme işlemini etkileyebilir, ancak makine bir kez ayarlandığında süreç tutarlı ve tekrarlanabilir olur.
Şekillendirilmiş dişler, havacılık endüstrisindekiler gibi yüksek mukavemetli ve kritik uygulamalar için tercih edilir. Özellikle ısıl işlem görmüş parçalar üzerinde haddelenen dişler daha yüksek gerilim, kesme ve yorulma mukavemetine sahiptir. Haddeleme işlemi sırasında hiçbir malzeme çıkarılmaz, bu da kesilmiş veya taşlanmış ipliklerin doğasında olan zayıflıklardan birini ortadan kaldırır. Soğuk şekillendirilmiş özellikler, özellikle her bir diş adımının alt yan tarafı boyunca ve dişin kökünde sıkıştırıldıkları durumlarda, daha yüksek yoğunlukta malzeme tanecikleri veya molekülleri içerir.
Havacılık metallerinin işlenmesi ve şekillendirilmesi zor olabilir, bu nedenle vida makinelerinde ve torna tezgahlarında yüksek hacimli işler için kullanılan yaygın diş açma ataşmanları, hassas dişlerin kalite gereksinimlerini karşılamakta zorlanır. Isıl işlem görmüş alaşımlı çelik veya Inconel® veya Titanyumdan yapılmış egzotik alaşım parçalar üzerinde diş oluşturmak için gereken kuvvet, özel ekipman kullanılmadan etkili bir şekilde elde edilemez. Thread Rolling Inc., çapı 1.500 inçten daha küçük olan dişlere odaklanmaktadır, ancak haddelenmiş iplikler, 5.00 inç'e kadar ve hatta daha büyük bağlantı elemanları üzerinde üretilmektedir. Bu kadar malzemeyi hareket ettirmek için çok büyük makinelerin oluşturduğu otuz veya kırk tona varan yuvarlanma basıncı gibi ciddi bir kuvvet gerekir. Bazı iplikler o kadar kritik kabul edilir ki, bir ipliğin her adımını 500X'te mikroskobik olarak incelemek için yıkıcı bir test örnekleme işlemi gerekir.
Düzgün biçimlendirilmiş dişler, kalıpların tam olarak sıralanmasını veya "eşleşmesini" gerektirir. İşlemde ister iki ister üç kalıp kullanılsın, üst üste binme, çatlak, kıvrım, dikiş ve krater gibi iç kusurlardan kaçınmak için bunların düzgün bir şekilde takip edilmesi gerekir. Tahribatlı diş inceleme yöntemi, iç kusurları tanımlamak ve uygun malzeme tanecik akışının elde edildiğini doğrulamak için kullanılır. Temsili numuneler her yeni kurulumun başlangıcında ve üretim çalışması sırasında periyodik olarak test edilir.
Test süreci, dişlerin parçanın geri kalanından kesilmesini, uzunlamasına ikiye bölünmesini, bir epoksi reçineye monte edilmesini, taşlanmasını ve üç mikronluk bir yüzey elde edilecek şekilde alıştırılmasını, mikro yapıyı ortaya çıkarmak için kazınmasını ve mikroskobik olarak incelenmesini gerektirir. Tüm süreç bir saatten biraz fazla sürüyor ancak özel metalografik hazırlık ve inceleme ekipmanı gerektiriyor. Test amacıyla üretim duraklatıldığından, bir dizi makineye ihtiyaç duyulur ve bu nedenle makinistler taşlama, diş açma ve test işlemleri arasında geçiş yaparak aynı anda birden fazla iş üzerinde çalışır.
Çoğu zaman parçalar servis için toplu ambalajlarda alınır, ancak parlak hassas ipliklerle iade edildiklerinde nakliye sırasında hasar görmesini önlemek için koruyucularla ayrı ayrı paketlenirler. Geçtiğimiz günlerde bir tezgahtar, içi dolgulu köpükle kaplı tek bir mavi kabı paketliyordu.
Köpük ek parçası tek bir prototip şaft için kalıpla kesildi. Bu on sekiz inçlik kısım her iki ucundan da iplikle sarılmıştı. Parça, haddelenmiş dişlere uyum sağlayacak şekilde tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu, haddeleme öncesi diş çaplarının uygun şekilde pahlandığı ve diş boyutunu belirlemek için kullanılan, ana ve küçük çaplar arasında varsayımsal bir çap olan doğru adım çapına göre öğütüldüğü anlamına geliyordu. Bu özel iş, tahribatlı test gerektirmedi ancak makinelerin ayarlanmasını sağlamak için benzer malzemeden set-u parçaları üretildi. Tek parça parti boyutunda hataya yer yoktur ve yüksek vasıflı makineciler bunu biliyordu.
En kaliteli haddelenmiş iplikler, en kaliteli ham parçalardan üretilmektedir. Bu nedenle Thread Rolling Inc.'e gönderilen parçaların çoğu, son ebatlama işleminin puntasız taşlama ile kontrol edilebilmesi için büyük ebatlı bırakılmaktadır. Tipik olarak bir diş açma elemanı ve bir taşlama elemanının birlikte çalışmasıyla doğru boyut taşlandıktan sonra parçalar, yuvarlaklığı 0,000050 dahilinde tutarken 0,0004 inç dahilindeki nihai boyutlarına taşlanır. Diş çekmeden önce çaptaki yüzey kalitesi her zaman 32 mikroinçten daha iyidir. Kalıpların parlatma etkisi sayesinde, haddeleme sonrası yüzey kalitesi, özellikle yan kısımlarda, malzemeye ve sertliğe bağlı olarak 4 mikroinç kadar iyi olabilir. Finish, diğer diş açma işlemlerinin üzerinden geçmeyi seçmenin bir başka nedenidir.
Çoğu ekipmanda CNC kontrollerinin bulunmaması, sürecin vida işleme, tornalama veya frezeleme kadar kullanıcı dostu olmadığı anlamına gelir. Müşterilere ana çapın aslında haddelendiğinde boyutunun arttığını açıklamak zordur. Bazıları işlenmemiş parçaları ana çapın altına çevirebileceklerine ve parçalarının hurda olmayacağına inanmak istemiyorlar. Örneğin, 0,250-28 UNF-3A ipliğinin hatve çapı 0,2268-0,2243 ve ana çapı 0,2500-0,2435'tir. Ruloyla diş açmadan önceki boşluk boyutu, maksimum adım çapına yakın olacak ve kalıplar tarafından yerinden edilen malzeme, büyük çap toleransı dahilinde kalacak şekilde oluşacaktır.
Thread Rolling Inc.'deki kişiler, müşterilerin iplik haddeleme gerektiren işlerden, sürecin zor, gizemli veya kontrolleri dışında görünmesi nedeniyle uzak durduklarını sık sık duyuyor. Süreç benzersizdir ancak hassas şekillendirme endüstrisinde bu işte birçok uzman bulunmaktadır. "Hepsini yap" özelliğine sahip çok eksenli makinelerin işlerini otomatik olarak gerçekleştirdiği günümüz ortamında bu süreç beklenildiği kadar kolay yapılamıyor. Başarılı bir diş açma operatörü olmak için çok fazla "hissetmek" gerekir. Yüksek hassasiyette diş açma, kalıcı ve uygulamalı bir niş işlemdir.