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 (Ø) 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 (Ø) [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, Ø'nin düşük ve orta boşalım akım aralığında mutlak değer olarak büyük artış gösterdiği görülmektedir. Elektrotta görülen malzeme kaybı doğal olarak Ø değerlerindeki artışlara yansımıştır. Ancak, akımın yüksek değerlerinde Ø mutlak değerce küçülmüştür. Boşalım akımı ile elektrot ön yüzey geometrisindeki değişim Şekil 7'de görülmektedir. a) b) Şekil 6. EAH ve Ø’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 Ø 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 Ø'nın değişimidir (Şekil 10.b). Emme ve statik durumda elde edilen Ø değerleri pozitif, püskürtme de ise negatiftir. Mutlak değer olarak en büyük Ø değerleri püskürtmede, en küçük Ø değerleri ise statik durumda elde edilmiştir. Bu çalışmada, EAH'nın yüksek olduğu dielektrik uygulama yönteminde Ø değerinin de yüksek olduğu tespit edilmiştir. Statik durumda elde edilen Ø değerleri ve ön yüzey geometrileri, emmedekilerle benzerlik göstermiştir. Püskürtmede elde edilen mutlak Ø değerleri, emme tipinden 1,7 ile 3,5 kat arasında daha yüksek bulunmuştur. Emme ve püskürtmede elde edilen Ø 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 Ø’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 Ø’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