ELEKTRO EROZYON İle İŞLEMEDE ELEKTROT ÖN YÜZEY AŞINMASININ DENEYSEL İNCELENMESİ
Bu çalışmada, elektro-erozyon ile işlemede elektrot aşınma hızı ve elektrot ön yüzey aşınmasının işleme parametreleri ile değişimi incelenmiştir. Çelik işparçası, silindirik bakır elektrot ve gazyağı dielektrik kullanılarak değişik dielektrik uygulama yöntemleri (püskürtme, emme ve statik), boşalım akımları ve vurum sürelerinde deneyler yapılmıştır. Deneyler neticesinde, işleme parametrelerinin ve dielektrik uygulama yöntemlerinin, elektrot aşınma hızı ve elektrot ön yüzey aşınması üzerinde etkili olduğu görülmüştür.
Anahtar sözcükler : Elektro-erozyon ile işleme (EEİ), elektrot aşınması, ön yüzey aşınması
In this study, the variations of electrode wear rate and electrode front surface wear were investigated with the varying machining parameters. The experiments were conducted by using steel workpieces and cylindrical copper tool electrodes with kerosene dielectric under different dielectric application conditions (injection, suction and static), discharge currents and pulse durations. The experiments have shown that machining parameters and dielectric application conditions were effective on electrode wear rate and front surface wear.
Keywords: Electric discharge machining (EDM), electrode wear, front wear
GİRİŞ
Elektro erozyon ile işleme (EEİ) yöntemi, dielektrik sıvı içerisinde daldırılmış elektrik iletken elektrot ile işparçası arasında vurum üreteci tarafından oluşturulan elektriksel boşalımların işparçası yüzeyinden küçük bir bölgeyi eritmesi ve buharlaştırması esasına dayanır. EEİ yöntemi özellikle çok sert, yüksek mukavemetli ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemelerin işlenmesinde büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Elektrot ile işparçası arasında dokunma olmadan karmaşık yapıya sahip kalıp boşluklarının, küçük ve narin işparçalarının işlenebilmesi bu yöntemi aranılan işleme metotlarından biri haline getirmiştir. Günümüzde bu yöntem pres döküm, plastik enjeksiyon, dövme, ekstrüzyon, baş şişirme ve toz sıkıştırma kalıplarının yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır [1].
EEİ teknolojisinde işparçası işlenirken doğal olarak elektrotta da aşınma meydana gelmektedir. Vurum jeneratörlerindeki son teknolojik gelişmeler ve işleme parametrelerinin ayarlanması üzerine yapılan çalışmalar elektrot aşınmasını çok küçük değerlere düşürmesine rağmen tamamen ortadan kaldıramamıştır. İşleme sırasında elektrotta oluşan aşınma, işparçası kalıp boşluğunu doğrudan etkileyerek şekil bozulmasına neden olmaktadır. Bunun yanı sıra, EEİ'nin maliyetini kullanılacak olan elektrotların üretim maliyeti, malzeme maliyeti ve sayısı belirlemektedir. Elektrot üretim maliyeti birçok EEİ operasyonunda toplam maliyetin %70'inden fazlasını oluşturmaktadır. Aşınma karakteristikleri göz önüne alınarak tasarlanan elektrotlar hataları en az seviyeye düşürerek EEİ yönteminin daha hassas ve düşük maliyetli parçalar üretmesini sağlayacaktır.
Elektrot aşınmasının tanımlanmasında kullanılan elektrot aşınma hızı (EAH) terimi
EAH [mm3/dak]=elektrottan aşınan hacim / işleme süresi (1)
şeklinde ifade edilir. Elektrottaki geometrik aşınma, farklı bölgelerde farklı geometrik bozulmalar (değişimler) şeklinde ortaya çıkmaktadır (Şekil 1). Elektrot yan yüzeylerindeki, köşelerindeki, kenarlarındaki ve ön yüzeylerindeki aşınmaların farklı karakterde olduğu bilinmektedir [2-4]. EEİ işleminin ana problemlerinden biri olan elektrot aşınmasının tam olarak anlaşılabilmesi için, işleme parametrelerinin değişimiyle elektrot aşınma hızının ve ön yüzey aşınmasının değişiminin bir bütün olarak değerlendirilmesi gerekir.
a) İşleme öncesi b) İşleme sonrası
Şekil 1. Geometrik Aşınma Bileşenleri
EEİ'de akımdaki artış boşalım enerjisini arttıracağından elektrot yüzeyinde oluşacak kraterden daha fazla malzeme ergimesine ve buharlaşmasına neden olur. Bu da EAH değerini arttırır [4, 5]. Vurum süresinin düşük değerlerindeki artışlar boşalım enerjisini arttırdığından dolayı EAH değerini de arttırır [6]. Uzun vurum sürelerinde EAH değerinin artmadığı, hatta birçok işleme koşulunda azaldığı görülür. Bunun nedeni boşalım kanalında akım yoğunluğunun azalması ve elektrottaki ısı transferi süresinin artmasıyla vurum süresine oranla kraterlerden daha az malzemenin buharlaşabilmesi ve ergimesidir. Güncel bazı çalışmalarda uzun süreli vurumlarda çelik işparçasının ve hidro-karbon esaslı dielektriğin boşalım sırasında bozunmasından dolayı oluşan karbonun elektrot yüzeyine yapıştığı ve aşınmayı azalttığı belirtilmiştir [6, 7]. Elektrot aşınması üzerine yapılan çalışmalarda dielektrik olarak gaz yağı kullanımı yaygındır. Bazı deneysel çalışmalarda dielektrik olarak saf suyun yanı sıra şeker, glükol, gliserin, polietilen glükol gibi maddelerin sulu çözeltileri de kullanılmıştır. Gaz yağında akımın artışı ile EAH artarken diğer sıvılarda EAH azalmıştır [8, 9]. Dielektriğin elektrot içinden püskürtme veya emme tipinde uygulanması (Şekil 2), yanal püskürtme uygulamasına göre daha düşük EAH vermektedir. Dielektrik uygulaması yapılmadığında, işleme artıklarının işleme aralığında birikmesinden dolayı işlemenin düzensiz hale geldiği bilinmektedir. Statik durumdan başlayarak dielektrik basıncında yapılan küçük artışlar EAH değerini hızla arttırır [4, 5, 10, 11]. Yapılan deneysel bir çalışmada, dielektrik akış debisindeki artışın EAH'nı arttırdığı belirtilmiştir. Aynı çalışmada, elektrot çapındaki azalma ve dielektrik debisindeki artış ile elektrot ön yüzey açısının (Ĝ) arttığı gözlenmiştir (Şekil 3). Bu durumun, dielektrik akışının yönü ve dielektrik debisinin farklılığından kaynaklanan gaz hacmi, bölgesel kirlilik ve sıcaklıktaki değişimlerden oluşabileceği ileri sürülmüştür [10].
a) Elektrot içinden b) Elektrot içinden c) Yanal d) Statik durum
püskürtme emme püskürtme
Şekil 2. Dielektrik Uygulama Yöntemleri
Şekil 3. Püskürtme Tipi Dielektrik Sıvı Uygulamasında Oluşan Eğim Açısı (Ĝ) [10]
İşparçasında oluşturulacak boşluğun şekli elektrot aşınma geometrisinden doğrudan etkilendiğinden elektrot aşınmasında etkili parametrelerin aşınmayı hangi yönde etkilediği önemlidir. Yapılan detaylı literatür araştırması geometrik elektrot aşınmasını inceleyen çok az sayıda çalışma bulunduğunu ve bu çalışmaların yeterince kapsamlı olmadıklarını göstermiştir. Bu konuda yapılacak deneysel ve teorik çalışmaların alana büyük katkıda bulunacağı açıktır. Bu nedenle, bu çalışmada, farklı dielektrik uygulama yöntemlerinin (püskürtme, emme, statik), boşalım akımlarının ve vurum sürelerinin geometrik elektrot aşınma karakteristiklerinin en önemlisi olan ön yüzey aşınması ve elektrot aşınma hızı üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir.
DENEYLER
Deneylerde, FURKAN EDM M25A tipi dalma EEİ tezgahı kullanılmıştır. Deneylerde işparçası malzemesi olarak SAE 1040 çeliği kullanılmıştır. Lama formundaki çelik malzeme frezelenerek 45x50x9,5 mm ölçülerine getirilmiş ve paralel geniş iki yüzeyi taşlanmıştır. Elektrot olarak silindirik elektrolitik bakır çapı 20 mm, boyu 31,5 mm olacak şekilde tornalanmıştır. Dielektrik sıvı uygulamaları için merkezine boydan 4 mm çapında delik delinmiştir. Deneylerde dielektrik sıvı olarak gaz yağı kullanılmıştır. 21 farklı deney koşulu için ikişer adet olmak üzere toplam 42 adet deney yapılmıştır. Boşalım akımı (id) 3, 6, 12, 25 A, vurum süresi (ts) 12, 25, 50, 100 ms, dielektrik püskürtme basıncı (Pp) 0,5 bar, emme basıncı (Pe) 0,2 bar olarak uygulanmıştır (Şekil 2). Bekleme süresi (tp) 50 µs, işleme derinliği 6.5 mm ve kutuplama elektrot + (pozitif kutuplama) olarak sabit tutulmuştur. Statik durumda, işleme aralığına dielektrik püskürtmesi veya emmesi uygulanmamıştır. Deneylerde statik dielektrik durumunun kullanılmasıyla elektrot aşınma hızı ve elektrot ön yüzey aşınma sonuçlarının daha sağlıklı anlamlandırılması yapılabilmiştir.
Elektrotlar işleme öncesinde ve sonrasında 0,001 gr hassasiyetinde BEL 330 marka dijital terazi ile tartılmıştır. Yoğunluk değerleri kullanılarak her elektrot için hacimsel malzeme kaybı tespit edilmiştir. Hacimsel malzeme kaybı işleme sürelerine (tişl) bölünerek EAH değerleri hesaplanmıştır.
0,01 mm hassasiyete sahip dijital kumpas kullanılarak her elektroda ait deney öncesi ve sonrası boy ölçümleri alınmıştır. Boy ölçümlerinin farkları alınarak elektrotlara ait boy kaybı (aşınma) hesaplanmıştır. Daha sonra, SODICK A320 D AWT tipi tel erozyon tezgahı ile her elektrot-işparçası çifti işleme eksenleri sabitlenerek elektrot merkezinden kesilmiştir (Şekil 4). Kesilmiş elektrotların sağ ve sol kesitlerinin simetrikliğinden dolayı çalışmada sadece sağ bölüm kullanılmıştır. Taranarak kaydedilen kesit görüntüleri Sigma Scan Pro 5 Image Analysis programı yardımıyla büyültülmüş ve aşınmış yüzey profili üzerinde 250 adet nokta işaretlenerek bu noktaların x ve y koordinatları kaydedilmiştir. Ön yüzey başlangıç ve bitiş noktaları belirlendikten sonra her elektrot için aşınma grafiği (Şekil 5) oluşturulmuştur.
Şekil 4. Tel Erozyon İle Kesilmiş Elektrot-İşparçası Çifti
Şekil 5. Elektrot Aşınma Profili (sağ kesit)
DENEYSEL SONUÇLAR ve TARTIŞMA
Boşalım Akımının Etkisi
Şekil 6.a'dan görüldüğü gibi boşalım akımı arttırıldığında EAH artmıştır. Bunun sebebi, boşalım akımının artışı ile artan boşalım enerjisinin işparçası ve elektrot yüzeyinden daha fazla malzeme ergitmesi ve buharlaştırmasıdır [12, 13]. Şekil 6.b'de, Ĝ'nin düşük ve orta boşalım akım aralığında mutlak değer olarak büyük artış gösterdiği görülmektedir. Elektrotta görülen malzeme kaybı doğal olarak Ĝ değerlerindeki artışlara yansımıştır. Ancak, akımın yüksek değerlerinde Ĝ mutlak değerce küçülmüştür. Boşalım akımı ile elektrot ön yüzey geometrisindeki değişim Şekil 7'de görülmektedir.
a)
b)
Şekil 6. EAH ve Ĝ’nin Boşalım Akımı İle Değişimi
Vurum Süresinin Etkisi
EAH, artan vurum süresi ile önce artmış, ancak uzun vurum süresi aralığında (50-100µs) tüm dielektrik uygulama koşulları için artan vurum süresi ile azalmıştır (Şekil 8.a). Vurum süresinin artışı ile mutlak Ĝ değerinde düzenli bir artış gözlenmiştir (Şekil 8.b). Vurum süresi ile elektrot ön yüzey geometrisindeki değişim Şekil 9'da görülmektedir.
a) Püskürtme dielektrik uygulaması
b) Statik dielektrik uygulaması
c) Emme dielektrik uygulaması
Şekil 7. Elektrot Yüzey Geometrisinin Boşalım Akımı İle Değişimi (ts= 50 µs)
Dielektrik Uygulama Yönteminin Etkisi
Deneylerde, püskürtme ve emme uygulamaları statik durumdan daha yüksek EAH değerleri vermiştir (Şekil 10.a). Emme ve püskürtmede işleme boşluğundaki gaz hacminin, dielektrik sıvı ısınmasının ve bölgesel kirlenmelerin statik şarta göre daha az olmasından dolayı daha düzenli ve etkili boşalımlar sebebi ile daha yüksek EAH gerçekleşmiştir [10]. Statik koşulun düşük EAH vermesine rağmen kulanılmama sebepleri, i) çok düşük işparçası işleme hızı, ii) oluşan ark ve kısa devre vurumlarından dolayı işlemenin sıkça kesilmesi [14] sonucu işleme zamanı kaybı, ve iii) işparçası ve elektrot yüzeyinde oluşan yanma izleridir [15]. Farklı dielektrik uygulama yöntemlerinin geometrik elektrot aşınması üzerinde görülen en belirgin etkisi Ĝ'nın değişimidir (Şekil 10.b). Emme ve statik durumda elde edilen Ĝ değerleri pozitif, püskürtme de ise negatiftir. Mutlak değer olarak en büyük Ĝ değerleri püskürtmede, en küçük Ĝ değerleri ise statik durumda elde edilmiştir. Bu çalışmada, EAH'nın yüksek olduğu dielektrik uygulama yönteminde Ĝ değerinin de yüksek olduğu tespit edilmiştir. Statik durumda elde edilen Ĝ değerleri ve ön yüzey geometrileri, emmedekilerle benzerlik göstermiştir. Püskürtmede elde edilen mutlak Ĝ değerleri, emme tipinden 1,7 ile 3,5 kat arasında daha yüksek bulunmuştur. Emme ve püskürtmede elde edilen Ĝ değerlerinin pozitif veya negatif olması, daha önceden de belirtildiği üzere dielektrik sıvının işleme aralığına giriş yönü ile ilgilidir. Farklı dielektrik uygulama yöntemleri için elektrot ön yüzey aşınmasındaki değişim Şekil 11'de görülmektedir.
a)
b)
Şekil 8. EAH ve Ĝ’nin Vurum Süresi İle Değişimi
a) Püskürtme dielektrik uygulaması
b) Statik dielektrik uygulaması
c) Emme dielektrik uygulaması
Şekil 9. Elektrot Yüzey Geometrisinin Vurum Süresi ile Değişimi (id= 12 A)
a)
b)
Şekil 10. EAH ve Ĝ’nin Dielektrik Sıvı Uygulama Yöntemi İle Değişimi
a) id= 3 A ve ts= 50 µs b) id= 6 A ve ts= 50 µs
c) id= 12 A ve ts= 12 µs d) id= 12 A ve ts= 25 µs
e) id= 12 A ve ts= 50 µs f) id= 12 A ve ts= 100 µs
g) id= 12 A ve ts= 100 µs
Şekil 11. Elektrot Yüzey Geometrisinin Dielektrik Sıvı Uygulaması İle Değişimi
SONUÇ
Bu çalışmada, EEİ'de silindirik bakır elektrotta oluşan ön yüzey aşınması yanında elektrot aşınma hızının farklı dielektrik uygulama yöntemleri, boşalım akımı ve vurum süresi ile gösterdiği değişim incelenmiştir.
Artan boşalım akımı elektrot aşınma hızını arttırmıştır. Elektrot şekil bozulmasının belirgin göstergelerinden olan ön yüzey açısı akımın artışı ile önce artmış daha sonra yüksek akım değerlerine ulaşıldığında küçülmüştür. Vurum süresinin 50 µs'ye kadar artışı ile elektrot aşınma hızı artmış, bu değerden sonra azalmıştır. Vurum süresinin artışı elektrot ön yüzey açısını arttırmıştır. Elektrot ön yüzey açısının, dielektrik sıvının işleme aralığına giriş yönü ile ilgili olduğu tespit edilmiştir. Deneylerde ön yüzey açıları püskürtmede daima negatif, emmede ise daima pozitif değerler almıştır. Büyük açı değerleri püskürtmede, küçük açı değerleri ise statik durumda görülmüştür. Deneyler, elektrot aşınmasının yüksek olduğu dielektrik uygulamasında açı değerlerinin de büyük olduğunu göstermiştir.
KAYNAKÇA
1. Benedict, G.F., 1987, Nontraditional Machining Processes, New York and Basel Marcel Dekker, Inc, 207-229.
2. Tricarico, C., Delpretti, R., Dauw, D.F., 1988, Geometrical Simulation of the EDM Die-Sinking Process, Annals of the CIRP, 37, 1, 191-196.
3. Crookall, J.R., 1979, A Theory of Planar Electrode Face Wear in EDM, Annals of the CIRP, 28, 1, 125-129.
4. Çoğun, C., Akaslan, Ş., 2002, The Effect of Machining Parameters on Tool Electrode Wear and Machining Performance in Electric Discharge Machining, KSME International Journal, 16, 1, 46-59.
5. Çoğun, C., Poyrazoğlu, O., 2001, The Variation of Machining Performance With Machining Parameters in EDM, 2nd International Conference on Design and Production of Dies and Molds, Kuşadası.
6. Chen, Y., Mahdavian, S.M., 1999, Parametric Study Into Erosion Wear in a Computer Numerical Controlled Electro-discharge Machining Process, Wear, 236, 350-354.
7. Mohri, N., Suzuki, M., Furuya, M., Saito, N., 1995, Electrode Wear Process in Electrical Discharge Machining, Annals of the CIRP, 44, 1, 165-168.
8. Chen, S.L., Yan, B.H., Huang, F.Y., 1999, Influence of Kerosene and Distilled Water as Dielectrics on the Electric discharge Machining Characteristics of Ti-6Al-4V, Journal of Materials Processing Technology, 87, 107-111.
9. König, W., Jörres, L., 1987, Aqueous Solutions of Organic Compounds as Dielectrics for EDM Sinking, Annals of the CIRP, 36, 1, 105-109.
10. Koenig, W., Weill, R., Wertheim, R., Jutzler, W.I., 1977, The Flow Fields in the Working Gap With Electro-Discharge-machining, Annals of the CIRP, 25, 1, 71-76.
11. Yan, B.H., Wang, C.C., 1999, The Machining Characteristics of Al2O3/6061Al Composite Using Rotary Electro-Discharge Machining With a Tube Electrode, Journal of Materials Processing Technology, 95, 107-111.
12. Lee, S.H., Li, X.P., 2001, Study of the Effect of Machining Parameters on the Machining Characteristics in Electrical Discharge Machining of Tungsten Carbide, Journal of Materials Processing Technology, 115, 344-358.
13. Hocheng, H., Lei, W.T., Hsu, H.S., 1997, Preliminary Study of Material Removal in Electrical-Discharge Machining of SiC/Al, Journal of Materials Processing Technology, 63, 813-818.
14. Çoğun, C., 1990, A Technique and its Application for Evaluation of Materials Contributions in Electric Discharge Machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 30, 1, 19-31.
15. Çoğun, C., 1990, Rules for Avoiding the Scrap Workpieces in Electric Discharge Machining, Mechanical Incorprated Engineer, 2, 2, 31-33
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ.
Cilt 19, No 1, 97-106, 2004 Vol 19, No 1, 97-106, 2004
ELEKTRO EROZYON İLE İŞLEMEDE (EEİ)
İŞPARÇASI YÜZEY PÜRÜZLÜLÜK PROFİLİNİN
DENEYSEL VE TEORİK OLARAK İNCELENMESİ
ÖZET
Bu çalışmada elektro erozyon ile işlemede (EEİ) değişik parametrelerde işlenmiş işparçalarının yüzey profilleri
deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneylerde kullanılan işparçaları kalıpçılıkta yaygın kullanılan Ç2080
takım çeliğinden hazırlanmıştır. Çalışmada, boşalım akımı, vurum süresi ve dielektrik sıvı basıncı gibi işleme
parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelenmiştir. Yüzey pürüzlülüğünün boşalım akımı, vurum süresi
ve dielektrik sıvı basıncı ile arttığı görülmüştür. Ölçüm cihazından elde edilen yüzey pürüzlülük bilgileri bir
yazılım yardımıyla bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Yüzey pürüzlülük grafikleri diğer bir yazılım yardımıyla
sayısallaştırılmış ve elde edilen pürüzlülük verileri Fourier serileri ile modellenmiştir. 20 terimli Fourier serisinin
yüzey profilini iyi bir uyumla temsil edebileceği saptanmıştır.
Anahtar Kelimeler: EEİ, yüzey pürüzlülüğü, Fourier serisi, matematiksel modelleme.
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL INVESTIGATION OF WORKPIECE
SURFACE PROFILES IN ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM)
ABSTRACT
In this study, surface profiles of workpieces machined under varying machining parameters are investigated
experimentally and theoretically in electric discharge machining (EDM). Workpiece specimens are prepared
from 2080 tool steel, which is widely used in die making. Effects of machining parameters, namely, discharge
current, pulse duration and dielectric flushing pressure on surface roughness are also investigated. It is found that
surface roughness increases with increasing discharge current, pulse duration and flushing pressure. Surface
profile information obtained from the measurement instrument is transferred to computer using a software.
Surface profile information is digitized using another software and they are modeled in form of Fourier series. It
is found that the profiles can be well presented by Fourier series with 20 terms.
Keywords: EDM, surface roughness, Fourier series, mathematical modeling.
GİRİŞ
Elektro erozyon ile işleme (EEİ) elektriksel olarak
iletken bir işparçasına yüksek frekanslı elektrik
boşalımlarının kontrollü olarak uygulanması ve
böylece işparçasından küçük parçacıkların ergitilerek
ve buharlaştırılarak koparılması prensibine dayanan
bir alışılmamış işleme yöntemidir. EEİ yöntemi
günümüz teknolojisinde kalıp imalatında hızla
kullanımı artan bir metal işleme yöntemidir. Yüksek
mukavemetli, karmaşık geometrili ve sert
malzemelerin işlenebilmesi EEİ yöntemini modern
imalat yöntemleri arasında seçkin bir noktaya
getirmiştir.
Elektrik boşalımları gerilim vurumlarının
uygulanması sonucu takım elektrodu (kısaca
“elektrot”) ile işparçası arasında oluşur. Dielektrik
sıvı içerisine batırılmış durumda olan işparçası ve
elektrot 0.01-0.5 mm’lik bir aralıkla birbirinden
ayrılmıştır (işleme aralığı). Boşalım gerilimi işleme
aralığının büyüklüğüne ve dielektrik sıvının
yalıtkanlık direncine bağlıdır. Gerilim vurumunun
uygulanmasını takiben elektrot ve işparçası arasındaki
en yakın iki nokta arasında bir kanal iyonlaşır. Oluşan
elektrik boşalımı temas ettiği elektrot ve işparçası
yüzeylerinin ergimesine ve buharlaşmasına neden
olur. Sonuçta, işparçasında küçük kraterler oluşacak
C. Çoğun vd. Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi
şekilde malzemeler yüzeyden kopar ve dielektrik sıvı
sirkülasyonu tarafından ortamdan uzaklaştırılır.
EEİ yönteminde oluşan yüzeyler kratersi yapıdadır.
Bu nedenle krater boyutları ve dolayısıyla yüzey
pürüzlülüğü vurumların boşalım enerjileri ile ilgilidir.
Bu işleme yöntemi ile düşük işleme hızlarında 0.05-
0.10 µm ortalama yüzey pürüzlülüğünde (Ra) bitirme
yüzeyi elde edilmektedir. Hızlı (kaba) işlemede
(yaklaşık 250 cm3/saat işleme hızında) ise 20 µm Ra
değerinde yüzey pürüzlülüğü elde edilir. Hızlı
işlemede, yüksek boşalım akımı, düşük boşalım
frekansı, yüksek kapasitans ve minimum boşalım
gerilimi gereklidir. İyi bitirme yüzeyi için (hassas
işleme) bu şartların tersi uygulanır.
LİTERATÜR ÖZETİ
EEİ yönteminde işparçası yüzey pürüzlülüğü ile ilgili
birçok çalışma yapılmıştır. Burada, bu çalışmalar
arasında güncel olanlarına yer verilecektir.
Wang ve arkadaşları [1] bakır elektrot ve gazyağı
dielektrikle yaptıkları deneylerde 5, 10, 15 A boşalım
akımı ve 100-600 µs vurum süresi değerlerini
kullanmışlar ve östemperlenmiş sünek demiri işleme
hızı, elektrot aşınma hızı (kısaca “aşınma hızı”) ve
yüzey pürüzlülüğü açısından incelemişlerdir. Yüzey
pürüzlülüğünün uygulanan akım ve vurum süresi ile
arttığını deneysel olarak bulmuşlar ve aralarındaki
ilişkiyi Eşitlik 1’deki formda sunmuşlardır.
[ ]
) . R , . C
, . B , . (A
, µm ) (t ) A(i R C
i
B
e a
93908 0 227414 0
299662 0 078166 1
2 = =
= =
=
(1)
Burada ie boşalım akımı, ti vurum süresi, A, B, C
sabitler ve R regresyon katsayısıdır. Erden ve
arkadaşları [2] bakır elektrot ve çelik işparçası ile
yaptıkları deneysel çalışmada dielektrik sıvı olarak saf
su, çeşme suyu, tuzlu ve gliserinli suyun işleme hızı
ve yüzey pürüzlülüğü açısından gazyağına göre daha
iyi sonuçlar verdiğini belirtmişlerdir. Jilani ve
arkadaşları [3] dielektrik sıvı olarak saf su, çeşme
suyu ve bu ikisinin karışımını bakır ve pirinç
elektrotlar kullanarak 4.5, 6, 7.5 A boşalım akımı ve
100-500 µs vurum süresi aralıklarında incelemişlerdir.
Saf su ve çeşme suyu kullanıldığında bakır elektrot
pirinç elektrottan daha düşük Rmaks (maksimum tepeçukur
yükseklik pürüzlülüğü) değerleri vermiştir.
Rmaks = 40-60 µm aralığı için çeşme suyunun
gazyağına ve saf suya göre daha yüksek işleme hızları
verdiği bulunmuştur. Her iki tip elektrot ve akım
koşullarında vurum süresi arttığında Rmaks değerleri
artmıştır. Masuzawa [4], dielektrik sıvı olarak su
kullanıldığında negatif elektrot polaritesi için vurum
süresi ve boşalım akımının artması ile yüzey
pürüzlülüğünün arttığını tespit etmiştir. Pozitif
elektrot polaritesi için yüzey pürüzlülüğü akımın
artması ile artmış ancak vurum süresinden fazla
etkilenmemiştir. König ve arkadaşları [5] dielektrik
sıvı olarak deiyonize su ile şeker, glikol, gliserin,
polietilen glikol bileşiklerinin sudaki çözeltilerini ve
Shell K-60 yağını kullanmışlardır. Gliserinli su, yüzey
pürüzlülüğü ve işleme hızı açılarından en iyi sonuçları
vermiştir.
Mohri ve arkadaşları [6] bakır elektrot ve Si karışımlı
gazyağı dielektrik ve doğrudan Si elektrot (saf
gazyağı) kullandıkları deneylerinde aynaya yakın
işparçası yüzeyleri elde etmişlerdir. Bu koşullarda,
yüzey pürüzlülüğünün işleme alanı ile artması da
büyük ölçüde azalmıştır. Ming ve arkadaşları [7]
yaptıkları çalışmada, hassas işlemede bazı iletken
tozların gazyağına eklenmesi ile yüzey pürüzlülüğünün
önemli ölçüde azaldığını bulmuşlardır. Wong
ve arkadaşları ise grafit, Si ve MoS2 tozlarının
dielektriğe katılmasıyla uygun işleme parametrelerinde
aynaya yakın yüzeyler elde etmişlerdir [8].
Chow ve arkadaşları ise Ti alaşımı işparçalarında
gazyağı dielektriğe Al ve SiC tozu ekleyerek yüzey
pürüzlülüğünü azaltmışlardır [9].
Lee ve arkadaşları WC işparçalarında işleme
parametrelerinin işleme performansı üzerine etkilerini
araştırmışlardır [10]. Yüzey pürüzlülüğünün boşalım
akımının, gerilimin ve vurum süresinin artması ile
arttığı, ancak, belli bir dielektrik sıvı basıncı ve vurum
ara süresi için optimum değerlerin olduğu
belirtilmiştir. Chen ve arkadaşları [11], değişik
boşalım akımı, vurum süresi ve vurum ara süresi
değerlerinde deneyler yaparak yüzey pürüzlülüğü için
aşağıdaki empirik ifadeyi bulmuşlardır:
3 / 1 ) ( 5 . 1 i e e c maks t V i F R π = (2)
Burada, Fc malzeme, elektrot ve dielektrik sıvıya bağlı
çarpım katsayısı ve Ve ortalama boşalım gerilimidir.
Lonardo ve arkadaşları [12] Cu elektrot kullanıldığında
grafite göre aşınmanın arttığını ve yüzey
pürüzlülüğünün azaldığını bulmuşlardır. Dielektrik
sıvı püskürtüldüğünde yüzey pürüzlülüğünün arttığı
gözlenmiştir. Lin ve arkadaşları [13] ise bilyalı dövme
(ball burnishing) tekniği ile EEİ yöntemini
birleştirerek ZiO2 bilyalar kullanmak suretiyle yüzey
pürüzlülüğünde önemli derecede iyileştirmeler
sağlamış, mikroçatlak ve gözenek oluşumunu
önlemişlerdir.
Yan ve arkadaşları [14] ise Al2O3/6061 Al metal
matris kompozit malzemenin bilyalı dövme
kullanılarak EEİ yöntemi ile işlenmesinde, işleme
parametrelerine bağlı olarak yüzey pürüzlülüğünde
%55-92 arasında bir iyileşme elde etmişlerdir. Yan ve
arkadaşları [15-17] diğer çalışmalarında aynı
kompozit malzemenin disk ve tüp şeklindeki
elektrotlar ile işlenmesini ve bu malzemeye kör delik
delinmesini incelemişlerdir. Çalışmalarında gerilim,
polarite, vurum süresi, boşalım akımı ve elektrot
98 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004
Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi C. Çoğun vd.
çevresel dönüş hızının yüzey pürüzlülüğüne etkilerini
incelemişlerdir. Ramulu ve arkadaşları [18] ise EEİ
yönteminin yüzey etkilerinin SiC/Al metal matris
kompozit malzemesinin yorulma dayanımına etkisini
incelemişlerdir. Diğer bir çalışmada, aynı büyüklükteki
bir hacmin levha ve 3-boyutlu elektrotlar ile
işlenmesi sonucu oluşan yüzey pürüzlülükleri
karşılaştırılmıştır. Levha elektrot kullanımında 3-
boyutlu elektrotlara nazaran daha iyi yüzey
pürüzlülük değerleri elde edilmiştir [19].
Yapılan çalışmalar incelendiğinde, vurum süresinin,
boşalım akımının, dielektrik sıvı cinsinin, basıncının
ve içine karıştırılan tozların, elektrot malzemesinin,
işleme alanının ve polaritenin yüzey pürüzlülüğüne
etkisinin incelendiği ve sonuçların grafiksel veya basit
deneysel empirik formüller şeklinde ifade edildiği
görülmektedir.
Bu çalışmanın yazarlarının bilgisi dahilinde EEİ
yöntemi sonucu elde edilen yüzey profillerini ifade
edebilecek bir matematiksel modelin veya
formulasyonun arayışına gidilmemiştir. Bu tür bir
modelin bulunması halinde yüzey pürüzlülük
değerlerinin önceden hesaplanabilmesi yanında
işlenmiş yüzey profillerinin de görünümü tahmin
edilebilecektir. Bu çalışmada, öncelikle EEİ
yönteminde vurum süresinin, boşalım akımının ve
dielektrik sıvı basıncının yüzey pürüzlülüğüne etkisi
incelenecek, takiben elde edilen yüzey profillerinin
matematiksel olarak modellenebilmesi için ileri
sürülen yaklaşımın mantığı, adımları ve elde edilen
sonuçlar sunulacaktır.
DENEYLER
Deney Numuneleri
Deneysel çalışmalar için 48 adet işparçası-elektrot
çifti hazırlanmıştır. Elektrot olarak, 20 mm çapında
elektrolitik bakır torna ile 18 mm çapına indirilmiştir.
Elektrotların ortasına dielektrik sıvı püskürtmesi için
5 mm çapında boydan delik delinmiştir. İşparçası
malzemesi olarak, kalıpçılıkta yaygın kullanılan
Ç2080 takım çeliği kullanılmıştır. İşparçası 39x44
mm kesitindeki malzemeden 17 mm kalınlıkta
kesilmiş ve geniş yüzeyleri taşlanmıştır. Deneylerde
kullanılan elektrot ve işparçaları Şekil 1’de
görülmektedir.
Tezgah ve İşleme Koşulları
İşleme deneyleri için, Furkan marka EDM M25A tipi
bir elektro erozyon tezgahı kullanılmıştır. İş başlığının
aşağı ilerleme hareketi, otomatik derinlik kontrol
sistemi yardımıyla önceden belirlenen değere göre
(8 mm) yapılmıştır. Dielektrik sıvı olarak "Tellus"
kullanılmıştır. Boşalım akımı (ie) olarak 12, 18, 25 A,
vurum süresi (ti) olarak 25, 50, 100, 200 µs, dielektrik
sıvı püskürtme basıncı (Pi) olarak 0.75, 1, 1.25, 1.5
bar kullanılmıştır. Vurum ara süresi (to) 25 µs, açık
devre gerilimi (Vo) 80V ve + polarite tüm deneylerde
sabit tutulmuştur. Deneysel tasarım Tablo1’de
görülmektedir.
Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçülmesi, Yüzey
Profillerinin Eldesi ve Sayısallaştırılması
Numunelerin yüzey pürüzlülüğü ölçümünde Rank
Taylor Hobson Surtronic 3+ adlı izleyici uçlu yüzey
pürüzlülük ölçüm cihazı kullanılmıştır. Cihazın
hassasiyeti Ra için 0.2 µm, Sm (ölçüm uzunluğu
boyunca ölçülen profil ortalama çizgisinde tepeler
arası uzunluklarının ortalaması) için 0.5 µm’dir.
İşlenmiş numunelerin Ra değerleri 5-10 µm civarında
tahmin edildiğinden standart tablolar kullanılarak
örnekleme uzunluğu (Lc) 0.8 mm, ölçme uzunluğu
(Ln) 4 mm (5.Lc) ve travers uzunluğu (Lt) 4.2 mm
olarak seçilmiştir. İşlenmiş yüzeyler numunelerin üst
yüzeyden 8 mm aşağıda kaldığından (Şekil 2)
numunelerin üst yüzeylerinden freze ile 7.8 mm
Şekil 2. Numunelerin işleme sonrası görünümleri
a) b)
Şekil 1. Deneylerde kullanılan a) elektrotlar, b) işparçaları
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004 99
C. Çoğun vd. Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi
işlenmiştir. Her numuneden farklı doğrultularda beşer
pürüzlülük ölçümü alınmış ve ölçümlerin ortalaması
kullanılmıştır.
Surtronic 3+ cihazından elde edilen yüzey profilleri
geliştirilen bir yazılım (SURT adlı Delphi programı)
yardımıyla bilgisayara aktarılmıştır. (Şekil 3).
Yüzey pürüzlülüğü grafiklerinin sayısallaştırılarak x
ve y değerlerinin elde edilmesi için Sigma Scan 5 adlı
görüntü işleme paket programından yararlanılmıştır.
Grafikler yatayda 80 ve dikeyde 25 kareden (grid)
oluşmaktadır. Grafik üzerinden eşit aralıklarla
alınacak 160 noktanın grafiği oldukça iyi temsil
edeceği sonucuna varılmıştır. Yatay eksen boyunca
profilin her bir kare kenarı ile ve karelerin ortası ile
kesiştiği noktalar işaretlenmiştir (Şekil 4). Sigma Scan
5 programı tarafından her birinin arası 7 piksel olarak
işaretlenen noktaların koordinatları kaydedilmiştir. Bu
koordinatlar yatay ve dikey yönlerde ayrı ayrı
kaydırılarak ölçeklendirilmiştir. Böylece grafiklerin
µm cinsinden sayısallaştırılması mümkün olmuştur.
Pürüzlülük Profillerinin Modellenmesi için
Geliştirilen Yazılım
Sayısallaştırma ile elde edilen pürüzlülük profili
koordinatlarını kullanarak istenen terim sayısındaki
Fourier serisinin katsayılarını hesaplayan FORTRAN
dilinde bir yazılım geliştirilmiştir. Bu katsayılarla
bulunan fonksiyonun değerleri okuma yapılan
noktalarda hesaplanmakta ve ölçümlerden elde edilen
gerçek değerlerle beraber çıktı dosyasına
yazılmaktadır.
Herhangi bir sürekli f(x) fonksiyonu Fourier serisi ile
) sin cos (
2
) (
1
0 kx B kx A A x f k
k
k + + = ∑∞
=
(3)
şeklinde yazılabilir. Burada A0 serideki sabit terim, Ak
kosinüslü terimlerin katsayıları, Bk sinüslü terimlerin
katsayıları olup k Fourier serisinin terim sayısıdır.
Yüzey profili f(x) fonksiyonu olarak kabul edilirse;
hN
a x
a b
a x π
θ ) ( ) ( 2 −
=
−
−
= (4)
gibi bir θ değişkeni tanımlanıp f(x) fonksiyonu
yaklaşık olarak
) sin cos (
2
) (
1
0 θ θ k B k A A x f k
k
k + + = ∑∞
=
(5)
) ( 1 ) 1 2 (
0
0 ∑
−
=
=
N
i
i x f
N
A (6)
şeklinde yazılabilir. Burada incelenen yüzey profilinin
a
y h
b
x
Aralık sayısı = 2N
Şekil 4. Sayısallaştırılmış bir yüzey profili
Şekil 3. Bilgisayara aktarılan yüzey profillerinden bir örnek
100 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004
Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi C. Çoğun vd.
başlangıcının x değeri a, bitişinin x değeri b, iki
ardışık x değeri arasındaki uzaklık h ve çift sayıdaki
aralık sayısı 2N’dir (Şekil 4). Yüzey profili
sayısallaştırılırken yatay eksende 160 eşit aralıklı
noktadaki (2N=160) koordinat değerleri bulunmuştur.
Ak ve Bk değerleri ise
i
N
i
i k k f
N
A θ θ cos ) ( 1 ) 1 2 (
0 ∑
−
=
= k= 0,1,2,…, m (7)
i
N
i
i k k f
N
B θ θ sin ) ( 1 ) 1 2 (
0 ∑
−
=
= k= 1,2,…, m (8)
) (
N
i i
π
θ = i=1,2,3,…, 2N-1 (9)
Tablo 1. İşleme parametreleri ve deneysel sonuçlar
Numune
No
Vurum
Süresi
[µs]
Boşalım
Akımı [A]
Dielektrik
Basıncı
[bar]
Ra
[µm]
Sm
[µm]
103 25 12 1,25 5,72 174
104 25 12 1,50 6,80 243
106 50 12 1,00 5,36 210
107 50 12 1,25 6,31 180
110 100 12 1,00 5,26 212
111 100 12 1,25 6,51 214
112 100 12 1,50 6,18 200
113 200 12 0,75 4,41 152
114 200 12 1,00 5,46 195
115 200 12 1,25 7,77 332
116 200 12 1,50 9,43 289
117 25 18 0,75 5,49 195
118 25 18 1,00 4,71 180
119 25 18 1,25 8,75 271
120 25 18 1,50 8,43 317
121 50 18 0,75 5,04 190
122 50 18 1,00 4,83 184
123 50 18 1,25 7,71 264
124 50 18 1,50 9,09 318
125 100 18 0,75 4,23 169
126 100 18 1,00 5,83 270
127 100 18 1,25 8,60 242
128 100 18 1,50 8,53 264
129 200 18 0,75 4,35 175
130 200 18 1,00 5,31 193
131 200 18 1,25 6,77 228
132 200 18 1,50 8,73 341
133 25 25 0,75 9,17 279
134 25 25 1,00 6,67 196
135 25 25 1,25 8,02 253
136 25 25 1,50 4,94 186
138 50 25 1,00 5,62 202
139 50 25 1,25 5,63 243
140 50 25 1,50 7,00 240
141 100 25 0,75 5,05 183
142 100 25 1,00 5,02 198
143 100 25 1,25 7,27 254
144 100 25 1,50 8,24 242
145 200 25 0,75 5,01 175
146 200 25 1,00 6,07 225
147 200 25 1,25 8,61 268
148 200 25 1,50 8,19 301
eşitliklerinden hesaplanır.
Sayısallaştırma ile elde edilen gerçek değerlerle
Fourier serileriyle hesaplanan yaklaşık değerlerin
birbirine uyumunu belirlemek amacıyla χ2 uyum testi
kullanılmıştır.
Yüzey pürüzlülüğü grafiklerini en iyi şekilde ifade
eden en az terimli Fourier serisinin terim sayısının
tespiti için yazılım, 1’den itibaren 79’a kadar
dereceleri (terim sayısı) arttırarak A0, Ak ve Bk
katsayılarını hesaplamıştır. Her derecenin sapması bir
önceki ile karşılaştırılarak % sapma hesaplanmıştır.
DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Ortalama Yüzey Pürüzlülüğünün (Ra) İşleme
Parametreleri ile Değişimi
Değişik işleme koşullarında elde edilen yüzeylerin Ra
değerleri toplu olarak Tablo 1’de verilmiştir.
Şekil 5 ve 6’dan görüldüğü üzere Ra değerleri boşalım
akımının ve vurum süresinin artmasıyla artmaktadır.
Akımın artmasıyla vurumun boşalım enerjisi
artmakta, bu da işparçasından daha fazla malzeme
ergimesine ve buharlaşmasına sebeb olmaktadır.
Bunun sonucunda işparçası yüzeyinde daha büyük
kraterler oluşmaktadır. Daha büyük kraterler ise Ra
değerinin artmasına sebebiyet vermektedir. Yüksek
boşalım akımı ve yüksek dielektrik sıvı basınçlarında
vurum süresinin artmasıyla Ra’nın artması daha
belirgindir.
Ra’nın dielektrik sıvı basıncı ile değişimi (farklı akım
ve vurum süreleri için) Şekil 7’de görülmektedir. Ra,
dielektrik sıvı basıncının artmasıyla genelde artma
eğilimindedir. Bu artış özellikle yüksek vurum
süreleri ve yüksek akımda 1 bar dielektrik sıvı
basıncının üstünde belirginleşmektedir. Deney yapılan
işleme parametre aralıklarında dielektrik sıvı
basıncının Ra üzerindeki etkisi akım ve vurum
süresinin etkisinden daha büyüktür. Ra değerleri 0.75
bar’da 4-5 µm civarında iken 1 bar’da 5-6 µm
seviyesine, 1.25 bar’da 5.5-8 µm seviyesine
çıkmaktadır. Ra değerleri 1.5 bar’da 0.75 bar’daki
değerlerin 1.5-2 katına çıkmıştır (6-9 µm).
Yüzey Profilinin Matematiksel Modellenmesi
a) Fourier Serisinde Terim Sayısının Tespiti
“Deneyler” bölümünde anlatıldığı üzere her bir profil
için 160 noktada y değerleri hesaplandığı için χ2
testinde kullanılacak serbestlik derecesi j=k-1
formülünden j=160-1=159 olarak bulunur. 100
serbestlik derecesinden daha yüksek değerler için χ2
değeri
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004 101
C. Çoğun vd. Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi
ie [A]
10 12 14 16 18 20 22 24 26
Ra [µm]
4
5
6
7
8
9
10
25 µs 0,75 bar
25 µs 1 bar
25 µs 1,25 bar
25 µs 1,5 bar
50 µs 1 bar
50 µs 1,25 bar
100 µs 0,75 bar
100 µs 1 bar
100 µs 1,25 bar
100 µs 1,5 bar
200 µs 0,75 bar
200 µs 1 bar
200 µs 1,25 bar
Şekil 5. Ortalama yüzey pürüzlülüğünün (Ra) boşalım akımıyla (ie) gösterdiği değişim
ti [µs]
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225
Ra [µm]
4
5
6
7
8
9
10
12 A 1 bar
12 A 1,25 bar
12 A 1,5 bar
18 A 0,75 bar
18 A 1 bar
18 A 1,25 bar
18 A 1,5 bar
25 A 1 bar
25 A 1,25 bar
25 A 1,5 bar
Şekil 6. Ortalama yüzey pürüzlülüğünün (Ra) vurum süresi (ti) ile gösterdiği değişim
2 2
; ) 1 2 (
2
1 − + = j z j α α χ (10)
formülünden bulunur [20]. Burada j serbestlik
derecesi, α önem seviyesi, zα standart normal
dağılımda α önem seviyesine karşı gelen z değeridir.
α =0.99 için standart normal dağılım tablosundan zα=-
2.3263 olarak bulunur. Değerler eşitlik 10’da yerine
konursa χ2 değeri 120 bulunur. Çeşitli ölçümlerde Ra
değerine bağlı olarak χ2 < 120 olması için Fourier
serisinde en az kaç terim alınması gerektiği tespit
edilmiş ve Şekil 8’de gösterilmiştir. Şekilden
görüldüğü gibi 1 ölçüm hariç diğer tüm 20’şer terimli
Fourier serileri (20’şer adet Ak ve Bk, ve bir adet A0
katsayısı bulunan) elde edilmiş olan profilleri başarılı
biçimde temsil edebilmektedir.
79 terimde χ2 değeri sıfıra düşmektedir. Yani
elektroerozyonla işlenmiş yüzeyler 79 terimle tam
olarak ifade edilebilir. Ancak bu kadar büyük terim
sayılı bir Fourier serisinin kullanımı pratik değildir.
Yapılan analizler χ2 değerinin 17-19 terim sayısına
kadar hızla düştüğünü, 20 terim sayısından sonra çok
az değiştiğini göstermiştir. Bu incelemeler sonucunda
20 terimli Fourier serisinin yüzey pürüzlülük
profillerinin çok küçük bir hata ile temsil
edebileceğine karar verilmiştir. Şekil 9’da farklı terim
sayılı Fourier serilerinden elde edilen profiller gerçek
profille karşılaştırılmış ve bulunan sonuç görsel
olarak da doğrulanmıştır.
102 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004
Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi C. Çoğun vd.
Pi [bar]
0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75
Ra [µm]
4
5
6
7
8
9
10
12 A 25 µs
12 A 50 µs
12 A 100 µs
12 A 200 µs
18 A 25 µs
18 A 50 µs
18 A 100 µs
18 A 200 µs
25 A 25 µs
25 A 50 µs
25 A 100 µs
25 A 200 µs
Şekil 7. Ortalama yüzey pürüzlülüğünün (Ra) dielektrik sıvı basıncı (Pi) ile gösterdiği değişim
0 5 10 15 20 25
Ra [µm]
2
4
6
8
10
12
14
Terim sayısı
Şekil 8. Çeşitli Ra değerlerinde χ2<120 şartı için minimum terim sayısı
x [µm]
0 1000 2000 3000 4000
y [µm]
20
30
40
50
60
70
80
Gerçek Profil
n = 4
n = 14
n = 19
Şekil 9. Değişik Fourier terim sayılarıyla elde edilen profillerin gerçek profille karşılaştırılması
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004 103
C. Çoğun vd. Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi
b) Fourier Serilerinin Ak ve Bk Katsayıları ile İlgili
Bulgular
Sm [µm]
100 200 300 400 500
A0 [µm]
60
70
80
90
100
110
120
y = 104,81 - 0,058x
Şekil 12. A0 katsayısının Sm ile değişimi
Şekil 10’da bütün profillere ait A0 değerleri
incelendiğinde büyük bir çoğunluğunun 80-100
aralığında olduğu gözlenmiştir. Bilindiği üzere A0/2
değeri bir profilin ortalama çizgi değerini
vermektedir. Şekil 11’de her ölçüm için Ra değeri ve
ölçümün A0 değeri noktalar halinde gösterilmiştir.
Şekilden Ra değerinin artmasıyla A0 değerinde azalma
eğilimi görülmektedir. Şekil 12’de ise A0 değerlerinin
ortalama tepe mesafesi Sm ile değişimi verilmiştir.
Şekilden görüldüğü gibi Sm değerinin artmasıyla A0
değeri azalma eğilimindedir. Ra ve Sm’nin A0 ile
değişimlerinin birbirleriyle çok benzer eğilimde
olduğu görülmüştür.
Bu çalışmada Ak ve Bk katsayıları ve Ra değerleri
arasında çok belirgin bir bağıntı bulunamamıştır.
Ancak şu bulgular dikkat çekmektedir:
1. Ak ve Bk katsayıları k terim sayısı arttıkça
küçülmektedir.
2. Büyük katsayılar ilk 10 terimde, orta büyüklükteki
katsayılar ise 10-20 terimler arasında
görülmektedir. 20 terimden sonra katsayılar iyice
küçülerek mutlak değer olarak 1’in altına
inmektedir (Şekil 13-16).
3. Ra değeri büyük olan numuneler için ilk 10
terimdeki mutlak değerce büyük katsayıların
sayısının daha fazla olduğu görülmüştür.
SONUÇ
Ölçüm No
0 50 100 150
A0 [µm]
60
70
80
90
100
110
120
130
Şekil 10. A0 katsayılarının değerleri
Ra
Bu çalışmada EEİ yönteminde işleme parametrelerinin
işparçası yüzey pürüzlülüğüne etkisi deneysel
olarak incelenmiştir. Elde edilen yüzey pürüzlülük
profillerinin matematiksel olarak modellenmesi için
Fourier serileri kullanılmıştır.
Deneylerde boşalım akımının arttırılmasıyla yüzey
pürüzlülüğünün büyüdüğü tespit edilmiştir. Düşük
dielektrik sıvı basınçlarında boşalım akımı belli bir
değerin altına indiğinde yüzey pürüzlülüğünün
değişmediği veya az arttığı görülmüştür. Yüksek
[µm]
2 4 6 8 10 12 14
A0 [µm]
60
70
80
90
100
110
120
y = 100,39 - 1,37x
Şekil 11. A0 katsayısının Ra ile değişimi
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
-8
-6
-4
-2
0
2
4
Ak Katsayıları
Bk Katsayıları
Şekil 13. 103-1 nolu numune (Ra=5.40) için ilk 30 Ak ve Bk katsayıları
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Ak Katsayıları
Bk Katsayıları
Şekil 14. 104-1 nolu numune (Ra=9.16) için ilk 30 Ak ve Bk katsayıları
104 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004
Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi C. Çoğun vd.
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
-25
-20
-15
-10
-5
0 5
10
15
Ak Katsayıları
Bk Katsayıları
Şekil 15. 106-1 nolu numune (Ra=5.30) için ilk 30 Ak ve Bk katsayıları
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
-16
-12
-8
-4
0
4
8
Ak Katsayıları
Bk Katsayıları
Şekil 16. 112-1 nolu numune (Ra=6.20) için ilk 30 Ak ve Bk katsayıları
dielektrik sıvı basınçlarında yüzey pürüzlülüğü vurum
süresiyle belirgin şekilde artmıştır. Düşük dielektrik
sıvı basınçlarında yüzey pürüzlülüğünün vurum
süresinden daha az etkilendiği tespit edilmiştir. Yüzey
pürüzlülüğü artan dielektrik sıvı basıncıyla artmıştır.
Bu artış özellikle 1.25 ve 1.5 bar basınçlarda oldukça
belirgindir. Yapılan deneyler için 0.75 ve 1 bar
değerleri düşük yüzey pürüzlülüğü için uygun
dielektrik sıvı basınç değerleridir.
Numunelerden elde edilen yüzey profilleri Fourier
serileri kullanılarak modellenmiştir. 20 terimden
oluşan Fourier serisi EEİ yöntemi ile işlenmiş yüzey
profillerinin temsilinde başarılı sonuçlar vermiştir.
Fourier serisinin terimlerinin katsayıları olan Ak ve Bk
katsayıları ve Ra değerleri arasında belirgin bir bağıntı
bulunamamıştır. Yine de, Ra değeri büyük olan
numunelerde mutlak değerce büyük Ak ve Bk
katsayılarının sayısının daha fazla olduğu tespit
edilmiştir. A0 değerleri ise tüm yüzeyler için 80-100
µm değerleri arasındadır. EEİ ile işlenmiş yüzeylerin
modellenmesinde, işleme parametreleri ve Fourier
serisi katsayıları arasında ilişkilerin bulunmasında
daha dar işleme parametre aralıklarıyla yapılacak
deneysel çalışmaların faydası olacaktır.
KAYNAKLAR
1. Wang, C.C., Yan, B.H., Chow, H.M., Suzuki, Y.,
“Cutting Austempered Ductile Iron Using an
EDM Sinker”, Journal of Materials Processing
Technology, 88, 83-89, 1999.
2. Erden A., Temel D., “Investigation on the Use of
Water as a Dielectric Liquid in EDM”, Journal
of Pure and Applied Sciences, METU, 437-440,
1978.
3. Jilani T. S., Pandey P.C., “Experimental
Investigation into the Performance of Water as
Dielectric in EDM”, International Journal of
Machining and Tool Design Research, 24, 31-
43, 1984.
4. Masuzawa T., “Machining Characteristics of
E.D.M Using Water as Dielectric Fluid”, Proc.
22nd Machine Tool Design and Research
(MTDR) Conf., Manchester, 441-447, 1981.
5. König W., Jörres L., “Aqueous Solutions of
Organic Compounds as Dielectrics for EDM
Sinking”, Annals of the CIRP, 36/1, 105-109,
1987.
6. Mohri N., Saito N., Higashi M., “A New Process
of Finish Machining on Free Surface by EDM
Methods”, Annals of the CIRP, 40/1, 207-210,
1991.
7. Ming Q.Y., He L.Y., “Powder-Suspension
Dielectric Fluid for EDM”, Journal of Material
Processing Technology, 52, 44-54, 1995.
8. Wong Y.S., Lim L.C., Rahuman I., Tee W.M.,
“Near-Mirror-Finish Phenomenon in EDM Using
Powder-Mixed Dielectric”, Journal of Material
Processing Technology, 79, 30-40, 1998.
9. Chow H.M., Yan B.H., Huang F.Y., Hung J.C.,
“Study of Added Powder in Kerosene for the
Micro-slit Machining of Titanium Alloy Using
Electro-discharge Machining”, Journal of
Material Processing Technology, 101, 95-103,
2000.
10. Lee S.H., Li X.P., “Study of the Effect of
Machining Parameters on the Machining
Characteristics in Electrical Discharge Machining
of Tungsten Carbide”, Journal of Material
Processing Technology, 115, 344-358, 2001.
11. Chen Y., Mahdivian S.M., “Analysis of Electro-
Discharge Machining Process and its Comparison
with Experiments”, Journal of Materials
Processing Technology, 104, 150-157, 2000.
12. Lonardo P.M., Bruzzone A.A., “Effect of
Flushing and Electrode Material on Die Sinking
EDM”, Annals of the CIRP, 48/1, 123-126,
1999.
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004 105
C. Çoğun vd. Elektro Erozyon İle İşlemede (EEİ) İşparçası Yüzey Pürüzlülük Profilinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi
13. Lin Y.C., Yan B.H., Huang F.Y., “Surface
Improvement Using a Combination of Electrical
Discharge Machining with Ball Burnishing
Machining Based on the Taguchi Method”, The
International Journal of Advanced
Manufacturing Technology, 18, 673-682, 2001.
16. Yan B.H., Wang C.C., “The Machining
Characteristics of Al2O3/6061Al Composite
Using Rotary Electro-Discharge Machining With
a Tube Electrode”, Journal of Materials
Processing Technology, 95, 222-231, 1999.
17. Wang C.C., Yan B.H., “Blind-Hole Drilling of
Al2O3/6061Al Composite Using Rotary Electro-
Discharge Machining”, Journal of Materials
Processing Technology, 102, 90-102, 2000.
14. Yan B.H., Wang C.C., Chow H.M., Lin Y.C.,
“Feasibility Study of Rotary Electrical Discharge
Machining with Ball Burnishing for
Al2O3/6061Al Composite”, The International
Journal of Machine Tools and Manufacture,
40, 1403-1421, 2000.
18. Ramulu M., Paul G., Patel J., “EDM Surface
Effects on the Fatigue Strength of a 15 Vol%
SiCp/Al Metal Matrix Composite Material”,
Composite Structures, 54, 79-86, 2001. 15. Yan B.H., Wang C.C., Liu W.D., Huang F.Y.,
“Machining Characteristics of Al2O3/6061Al
Composite Using Rotary EDM with A Disk-like
Electrode”, The International Journal of
Advanced Manufacturing Technology, 16,
322-333, 2000.
19. Bayramoğlu, M., “CNC Elektro Erozyon
Tezgahlarında Levha Elektrotların Kullanımı”, 6.
Uluslararası Makina Tasarım ve İmalat
Kongresi, ODTÜ, Ankara, 31-40, 1994.
20. Baykul, Y., İstatistik Metodlar ve
Uygulamalar, Anı Yayıncılık, Ankara, 1997.
106 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 19, No 1, 2004