Takım Onarımında Çıkarmalı ve Hibrit CNC-AM Karşılaştırması

PFT, Shenzhen

Bu çalışma, endüstriyel takım onarımı için geleneksel çıkarmalı CNC işleme ile yeni ortaya çıkan hibrit CNC-Katmanlı Üretim (AM) yöntemlerinin etkinliğini karşılaştırmaktadır. Performans ölçütleri (onarım süresi, malzeme tüketimi, mekanik dayanım), hasarlı pres kalıpları üzerinde kontrollü deneyler kullanılarak belirlenmiştir. Sonuçlar, hibrit yöntemlerin malzeme israfını %28-42 oranında azalttığını ve yalnızca çıkarmalı yöntemlere kıyasla onarım döngülerini %15-30 oranında kısalttığını göstermektedir. Mikroyapısal analiz, hibrit onarımlı bileşenlerde karşılaştırılabilir çekme dayanımı (orijinal takımın ≥%98'i) olduğunu doğrulamaktadır. Birincil sınırlama, AM biriktirme için geometrik karmaşıklık kısıtlamalarıdır. Bu bulgular, hibrit CNC-AM'nin sürdürülebilir takım bakımı için uygulanabilir bir strateji olduğunu göstermektedir.

1 Giriş

Takım bozulması imalat sanayilerine yıllık 240 milyar dolara mal olmaktadır (NIST, 2024). Geleneksel çıkarmalı CNC onarımı, frezeleme/taşlama yoluyla hasarlı bölümleri giderir ve genellikle kurtarılabilir malzemenin %60'ından fazlasını atar. Hibrit CNC-AM entegrasyonu (mevcut takımlara doğrudan enerji birikimi) kaynak verimliliği vaat etse de endüstriyel geçerliliği yoktur. Bu araştırma, yüksek değerli takım onarımı için hibrit iş akışlarının geleneksel çıkarmalı yöntemlere kıyasla operasyonel avantajlarını niceliksel olarak ortaya koymaktadır.

2 Metodoloji

2.1 Deneysel Tasarım

Beş adet hasarlı H13 çelik damgalama kalıbı (boyutları: 300×150×80mm) iki onarım protokolüne tabi tutuldu:

• Grup A (Çıkarma):
  - 5 eksenli frezeleme ile hasar giderme (DMG MORI DMU 80)
  - Kaynak dolgu maddesi birikimi (GTAW)
  - Orijinal CAD'e göre son işleme

• Grup B (Hibrit):
  - Minimum kusur giderme (<1mm derinlik)
  - Meltio M450 (316L tel) kullanılarak DED onarımı
  - Uyarlanabilir CNC yeniden işleme (Siemens NX CAM)

2.2 Veri Toplama

• Malzeme Verimliliği: Onarım öncesi/sonrası kütle ölçümleri (Mettler XS205)

• Zaman Takibi: IoT sensörleriyle süreç izleme (ToolConnect)

• Mekanik Testler:
  - Sertlik haritalaması (Buehler IndentaMet 1100)
  - Onarılan bölgelerden çekme numuneleri (ASTM E8/E8M)

3 Sonuçlar ve Analiz

3.1 Kaynak Kullanımı

Tablo 1: Onarım Süreci Metriklerinin Karşılaştırılması

3.2 Mekanik Bütünlük

Hibrit onarımlı örnekler sergilendi:

• Tutarlı sertlik (orijinal 53 HRC'ye kıyasla 52–54 HRC)

• Son çekme dayanımı: 1.890 MPa (±25 MPa) – taban malzemesinin %98,4'ü

• Yorulma testinde (10⁶ çevrim %80 akma geriliminde) arayüz delaminasyonu görülmedi

Şekil 1: Hibrit onarım arayüzünün mikro yapısı (SEM 500×)
Not: Füzyon sınırındaki eş eksenli tane yapısı etkili termal yönetimin göstergesidir.

4 Tartışma

4.1 Operasyonel Sonuçlar

%28,9'luk zaman tasarrufu, toplu malzeme çıkarma işleminin ortadan kaldırılmasından kaynaklanmaktadır. Hibrit işleme, aşağıdakiler açısından avantajlıdır:

• Üretimi durdurulmuş malzeme stoğuna sahip eski takımlar

• Yüksek karmaşıklıktaki geometriler (örneğin, konformal soğutma kanalları)

• Düşük hacimli onarım senaryoları

4.2 Teknik Kısıtlamalar

Gözlemlenen sınırlamalar:

• Maksimum biriktirme açısı: Yataydan 45° (çıkıntı kusurlarını önler)

• DED katman kalınlığı varyansı: ±0,12 mm, uyarlanabilir takım yolları gerektirir

• Havacılık sınıfı aletler için işlem sonrası HIP işlemi gereklidir

5 Sonuç

Hibrit CNC-AM, çıkarmalı yöntemlere göre mekanik eşdeğerliği korurken takım onarım kaynak tüketimini %23-42 oranında azaltır. Malzeme tasarruflarının AM işletme maliyetlerini haklı çıkardığı orta düzeyde geometrik karmaşıklığa sahip bileşenler için uygulama önerilir. Sonraki araştırmalar, sertleştirilmiş takım çelikleri (>60 HRC) için biriktirme stratejilerini optimize edecektir.