Z-biçimindeki denge dirseğinin düzensiz eksantrik yapısının yanı sıra büyük boyutu, yüksek hassasiyeti ve kenetlenememesi nedeniyle işlemedeki zorluklar üzerine bir süreç analizi yapıldı. Standartlaştırılmış bir işleme şeması önerildi. Z-biçimli denge dirseğinin yüksek işleme zorluğu, kararsız kalite ve düşük işleme verimliliği sorunlarını çözerek birden fazla modeli ve büyük ürün partilerini işlemeye uygun özel bir torna tezgahı tasarlandı.
01
giriiş
Denge dirseği, paletli özel araçların süspansiyon sisteminin temel bileşenidir. Araç gövdesine ve yol tekerleğine elastik destek sağlamak için burulma mili ve amortisör gibi elastik elemanlarla birlikte çalışır [1]. Denge dirseği, yol tekerleğinin yukarı-ve{-aşağı hareketi tarafından üretilen büyük miktarda darbe enerjisini burulma miline aktarabilir, titreşim enerjisini tamponlayabilir ve emebilir, araç gövdesi üzerindeki darbe kuvvetini azaltabilir, yolcu konforunu artırabilir, bileşen hasarını azaltabilir ve zorlu yollarda sürüş sırasında aracın stabilitesini ve manevra kabiliyetini sağlayabilir [2]. Genel denge dirseği düzeneği bir spline şaftı, denge dirseği ve yol tekerleği milini içerir. Z-şeklindeki denge dirseği, üç bileşenin tümünü birleştiren entegre bir denge dirseğidir. Entegre denge dirseği yüksek manevra kabiliyeti, yüksek güvenilirlik ve hafiflik özelliklerine sahiptir ve modern özel araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır [3]. 02
Z-biçimli Denge Dirseğinin Yapısının ve İşleme Zorluklarının Analizi
Şekil 1'de gösterildiği gibi Z-şeklindeki denge dirseği yapısı, düzensiz şekilli bir eksantrik yapıdır. Boyutu büyük ve ağırlığı ağırdır; yüksek talaş kaldırma oranı, yüksek boyutsal ve konumsal doğruluk ve çok sayıda işlem içeren uzun bir işleme döngüsü gerektirir. Yatay delik işleme makineleri, CNC torna tezgahları, işleme merkezleri, broşlama makineleri ve tel erozyon makineleri dahil olmak üzere çeşitli ekipman ve işleri içerir. Önceki üretimde, her proses adımında, şaft dış çemberinin tolerans dışı boyutları, spline deliği ile dış çember arasındaki yanlış hizalama, büyük şaftın (spline şaftı) ve küçük şaftın (yük tekerleği şaftı) eksenleri arasındaki paralelliksizlik, standartların altındaki yüzey pürüzlülüğü, dengesiz işlem çevrim süresi ve düşük işleme verimliliği gibi çok sayıda sorun ortaya çıkıyordu; bunlar ürün kalitesini ve teslimat programını ciddi şekilde etkiliyordu.
03
Süreç Şeması
Z-biçimli denge dirseği işleme süreci: Uç yüzün ve iç deliğin kaba işlenmesi → Büyük şaftın kaba tornalanması → Küçük şaftın kaba tornalanması → Uç yüzün ve iç deliğin son işlemesinin bitirilmesi → Büyük şaftın son işleme tornalanması → Küçük şaftın son işlemin tornalanması → Dış şeklin frezelenmesi ve delme → Broşlama (tel EDM spline). Boş ürün bir kalıp dövmesidir. Büyük ve küçük şaftların kaba talaş işlemesi ve ince talaş işlemesi sırasında karşı ağırlıklara sahip özel bir torna fikstürü gereklidir. Bu fikstür, iş parçasının dönüşü sırasında oluşan merkezkaç kuvvetini dengeler, böylece titreşimi azaltır ve iş mili hızını artırır, ürün işleme doğruluğunu ve kesme hızını etkili bir şekilde artırır.
04
İşleme Süreci
(1) Uç yüzlerin ve iç deliklerin kaba delinmesi: Bir CNC yatay delik delme makinesi kullanılır. Hem uç yüzler hem de iç delikler için her iki tarafta 2 mm'lik bir pay bırakılır. Bu işlemin ana işlevi, büyük miktarda malzemeyi hızlı bir şekilde çıkarmak ve büyük ve küçük şaftların kaba-işlenmiş dış çapları için işlem merkezi delikleri oluşturmaktır. CNC yatay delik işleme makinesi, tek kurulumda XOY düzleminde üniversal işlemeye olanak tanıyan 360 derece dönebilen bir çalışma tablasına sahiptir. Dört uç yüzü ve iç deliği aynı anda işleyebilir, büyük ve küçük şaftların her iki ucundaki işlem merkez deliklerinin eş eksenli olmasını ve büyük ve küçük şaftların merkez çizgilerinin paralel olmasını sağlar. Uç yüzlerin ve iç deliklerin kaba deliği Şekil 2'de gösterilmektedir; burada kalın düz çizgi, işlenmiş yüzeyi temsil eder.
Şekil 2. Uç yüzün ve iç deliğin kaba işlenmesi
(2) Büyük şaftın kaba tornalanması: İşleme, dış çapın her iki tarafında 1,5 mm'lik pay bırakılarak CNC torna tezgahında gerçekleştirilir. Bu işlemin ana işlevi, büyük miktarda malzemeyi hızlı bir şekilde çıkarmak ve uç yüzeyin ve iç deliğin son işlemesi için bir işlem referansı oluşturmaktır. Z- şeklindeki denge dirseğinin ağırlık merkezi, tornalama sırasında dönme merkezinden kaydığı için, merkezkaç kuvvetini dengelemek, titreşimi azaltmak ve iş mili hızını artırmak için karşı ağırlıklara sahip özel bir torna fikstürü gerekir. Büyük şaftın kaba dönüşü Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 3. Büyük şaftın kaba tornalanması
(3) Küçük şaftın kaba tornalanması: İşleme, dış çapın ve uç yüzün her iki yanında 1,5 mm'lik pay bırakılarak bir CNC torna tezgahında gerçekleştirilir. Bu sürecin ana işlevi, büyük miktarda malzemeyi hızlı bir şekilde çıkarmak ve işleme stresini ortadan kaldırmaktır. Küçük şaftın kaba dönüşü Şekil 4'te gösterilmektedir. Kaba tornalama sonrasında büyük ve küçük şaftların dış çapları düzenli olur. AV-şekilli kelepçe, son işleme sırasında daha stabil bir son işlem sağlamak için kullanılır.
Şekil 4. Küçük şaftın kaba tornalanması
(4) Uç yüzün ve iç deliğin son sondajı: Bu, proses verisi ve sıkma verisi olarak büyük şaftın dış çapının kaba tornalanması ile bir CNC yatay delik delme makinesi kullanılarak yapılır. Bu işlemin ana işlevi, ürünün dört uç yüzünü ve iç deliğini bitmiş boyuta göre işleyerek boyutsal doğruluk ve yüzey pürüzlülüğünü sağlamak, aynı zamanda büyük ve küçük millerin dış çaplarının son tornalanması için bir pah oluşturmaktır. Uç yüzün ve iç deliğin son işlemesi Şekil 5'te gösterilmektedir; burada kalın düz çizgi, bu işlemde işlenen yüzeyi temsil eder.
Şekil 5. Uç yüzün ve iç deliğin son delik işlemesi
(5) Büyük şaftın son tornalanması: Bu, bir CNC torna kullanılarak, dış çapın bitmiş boyuta göre işlenmesiyle, boyutsal doğruluk, geometrik doğruluk ve yüzey pürüzlülüğü sağlanarak yapılır. Bu işlem, iç deliğin son delme işlemi sırasında oluşturulan pahı kenetleme verisi olarak kullanır ve büyük şaftın dış çapı ile iç deliğinin eş eksenliliğini sağlar. Büyük şaftın son tornalanması Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6. Ana milin hassas şekilde döndürülmesi
(6) Küçük şaftın hassas şekilde döndürülmesi: Bir CNC torna kullanılarak dış çap, boyutsal doğruluk, geometrik doğruluk ve yüzey pürüzlülüğü sağlanacak şekilde bitmiş boyuta göre işlenir. Bu işlemde, iç deliğin hassas bir şekilde delinmesi sırasında yapılan pah, sıkıştırma ve konumlandırma referansı olarak kullanılarak küçük şaftın dış çapı ile iç deliğin eş eksenliliğinin yanı sıra küçük şaft ile ana şaftın merkez çizgilerinin paralelliği sağlanır. Küçük şaftın hassas dönüşü Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 7. Küçük milin hassas şekilde döndürülmesi
(7) Dış şeklin frezelenmesi ve delme: Dikey bir işleme merkezi kullanılarak ürünün dış şekli istenilen konuma işlenir ve dübel delikleri açılır. Dış şeklin frezelenmesi ve delinmesi Şekil 8'de gösterilmektedir; burada kalın düz çizgiler bu işlemde işlenmiş yüzeyleri temsil etmektedir.
Şekil 8. Dış şekli frezeleme ve delme
(8) Kamanın broşlanması (tel EDM kaması): Ürün partisi büyük olduğunda, bu işlem genellikle bir broşlama aleti olan bir broşlama makinesi kullanılarak gerçekleştirilir, böylece üretim verimliliği ve kama deliği boyutlarının tutarlılığı sağlanır. Broşun mevcut olmadığı ve parti boyutunun küçük olduğu durumlarda, bu işlem tel erozyon makinesi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ana şaftın dış çapı, kelepçeleme ve konumlandırma referansı olarak görev yapar ve kama deliğinin ana şaftın dış çapıyla eş eksenli olmasını sağlar. Broşlanmış spline (tel-EDM spline) Şekil 9'da gösterilmektedir; burada kalın düz çizgi, bu süreçte işlenen yüzeyi temsil eder.
Şekil 9: Broşlanmış Spline (Tel-EDM Spline)
Bu noktada Z-şeklindeki denge dirseği ürünü tüm işleme işlemlerini tamamlamıştır. Sonraki işlemler arasında kusur tespiti ve yüzey işlemi yer alır.
05
Özel Torna Fikstürü
Özel torna fikstürü flanş, şasi, destek gövdesi, merkez, karşı ağırlık ve sabitleme cıvataları gibi bileşenleri içerir [4, 5].
Flanş, torna ile fikstür arasında bağlantı bileşeni görevi görür. Genellikle standart bir flanş kullanılır. Bir uç, konik bir delikten CNC torna miline bağlanır ve diğer uç, bir yerleştirme çıkıntısı yoluyla şasiye bağlanır ve torna fikstürünün dönme merkezinin torna mili ile hizalanmasını sağlar.
Torna tezgahının tabanı olarak hizmet veren şasi, uzatılmış dairesel bir oyuğa sahiptir. Bir destek gövdesi ve buna iki karşı ağırlık eklenmiştir ve bu üç-noktalı kütle dağılımı, işleme sırasında iş parçasının daha düzgün dönmesini sağlar, titreşimi azaltır ve ürünün dış silindirik doğruluğunu ve yüzey kalitesini artırır.
Şasiye kaynaklanmış destek gövdesi aynı zamanda şasi oluğunun boyutlarıyla eşleşen uzunlamasına dairesel bir oluğa da sahiptir. Bu oluk iki amaca hizmet eder: torna tezgahı fikstürünün toplam ağırlığını azaltmak ve Z-şeklindeki denge dirseğinin-işlenmeyen ekseni ile torna tezgahı fikstürü arasındaki çakışmayı önlemek. Z-biçimli denge dirseğinin-işlenmeyen eksenini sabitlemek için oluğun her iki ucuna birkaç takım sabitleme cıvatası yerleştirilmiştir. Uzatılmış dairesel oluk tasarımı, bu torna fikstürünü kullanarak farklı boyut ve modellerdeki Z{-şekilli denge dirseklerinin işlenmesine olanak tanıyarak çok amaçlı işlevsellik elde edilmesini sağlar.
Merkez ve destek gövdesinin konumlandırma durdurucusu birbirine takılır ve destek gövdesine kaynak yapılır. İşleme sırasında, merkez ve torna punta merkezi sırasıyla Z-şekilli denge dirseğinin işleme ekseninin iki ucunu destekleyerek çift-merkezden kenetleme konfigürasyonu sağlar. Merkezin konumlandırma konisi yüzeyinin torna iş mili ile eş eksenli olmasını sağlamak için, merkezin konumlandırma konisi yüzeyinin, torna fikstürü birbirine kaynaklandıktan sonra bir torna üzerinde hassas-işlenmesi gerekir. Karşı ağırlık, birden fazla yelpaze-şekilli karşı ağırlık plakasından oluşur. Z-şekilli denge dirseklerinin farklı modellerinin işlenmesi sırasında oluşan merkezkaç kuvvetini dengelemek için karşı ağırlık plakalarının sayısı ayarlanabilir. İki karşı ağırlık, desteğin ağırlık merkezine 120 derecelik açıyla eşit şekilde dağıtılır, böylece ürünün işlenmesi sırasında dinamik denge daha iyi sağlanır.
Farklı boyutlardaki Z-şeklindeki denge dirseklerinin işlenmesine uyum sağlamak için, destek gövdesinin uzun oval oluğunun her iki tarafına birden fazla sabitleme cıvatası seti yerleştirilmiştir. Sabitleme cıvatalarının kelepçeleme konumları Şekil 10'da gösterilmektedir. Her bir sabitleme cıvatası setinin merkez çizgisi, Z-biçimli denge dirseğinin-işlenmemiş ekseninin dış daire merkezi arasındaki H mesafesinden daha yüksektir. Bu kenetleme yöntemi, Z- şeklindeki denge dirseği üzerindeki sabitleme cıvatalarının kenetleme kuvvetinin merkezkaç kuvvetine zıt olmasını sağlayarak iş parçası döndüğünde oluşan merkezkaç kuvvetini etkili bir şekilde azaltır. Küçük şaftların ve büyük şaftların işlenmesine yönelik bağlama durumları sırasıyla Şekil 11 ve 12'de gösterilmektedir.
Şekil 10. Sabitleme cıvatasının kelepçeleme konumunun şematik diyagramı
Şekil 11. Küçük şaftın işlenmesi sırasındaki kelepçeleme durumu
Şekil 12. Büyük şaftın işlenmesi sırasındaki kelepçeleme durumu
06
İşleme Sonuçlarının Doğrulanması
Şu anda, bu Z-biçimli denge dirseği işleme süreci ve özel torna fikstürü bir yılı aşkın bir süredir üretim hattında uygulanmaktadır. Z-şekilli denge dirseği ürünlerinin birden çok modeli ve büyük partileri bu işlem kullanılarak işlenir, bu da istikrarlı ve güvenilir ürün kalitesi ve önemli ölçüde iyileştirilmiş işleme verimliliği sağlar. Bu, prosesin ve özel torna tezgahının fizibilitesini ve etkinliğini tamamen doğrular. Z-biçimli denge dirseğinin bazı işleme adımlarının fotoğrafı Şekil 13'te gösterilmektedir.
a) Uç yüzün ve iç deliğin kaba işlenmesi
b) Ana milin kaba tornalanması
c) Uç yüzün ve iç deliğin son delik işlemesini tamamlayın
Şekil 13: Z-biçimli denge dirseğinin işleme sürecinin gerçek fotoğrafları
07
Çözüm
Bu makalede önerilen Z-şeklindeki denge dirseği için işleme prosesi ve özel torna fikstürü, ürün malzemesi veya işlenmemiş parça türü ne olursa olsun, Z-şeklindeki denge dirseği ürünlerinin çeşitli modellerinin işlenmesine uygulanabilir. Z-biçimli denge dirseğinin düzensiz eksantrik yapısı, büyük boyutu, ağır ağırlığı ve yüksek hassasiyet gereksinimlerinden kaynaklanan yüksek işleme zorluğu, kelepçeleme yetersizliği, dengesiz ürün kalitesi ve düşük işleme verimliliği sorunlarını çözerek bu tür ürünler için eksiksiz bir işlem ve bağlama yaklaşımı sağlar. Saha doğrulaması, bu işleme sürecinin Z- şeklindeki denge dirseği ürünlerinin tasarım doğruluğu gereksinimlerini karşılamasını, işleme zorluğunu azaltmasını ve ürün kalitesi tutarlılığını ve işleme verimliliğini artırmasını sağlayabileceğini göstermektedir.
