Talaşlı imalatta kesme sıvılarının nasıl ve ne zaman kullanılmaya başladığı bilinmemektedir. İnsanların kendi araç ve gereçlerini yapmaya başladıklarından itibaren yüzey işleme tekniklerinden muhtemelen ilk olarak taşlama işlemi kullanılmıştır. Bazı doğal malzemelerin diğer malzemeleri belli şekilde çizdiği ve aşındırdığı gözlenmiştir. İlk çağlarda taşlarla bilenen aletlerde suyun, bıçak gibi araçların yağ taşıyla bilenmesinde ise yağın kullanıldığı bilinmektedir.
Bütün talaşlı imalat işlemlerinde, iş parçasının plastik deformasyonu, takım-talaş ara yüzeyindeki sürtünme ve kesici takım boşluk yüzeyi ile iş parçası arasındaki sürtünmeden dolayı önemli derecede ısı oluşmaktadır. Bu ısı oluşumu 350°C ile 1000°C sıcaklık değerlerine ulaşabilmekte hatta daha yüksek değerler arasında değişmektedir. Talaşlı imalat işleminde oluşan ısı yapılan iş parçalarının kalitesini (ölçü hassasiyeti ve yüzey kalitesini) olumsuz olarak etkiler. Aynı zamanda oluşan ısı, iş parçasında çarpılmalara, kesici takımın hızlı aşınmasına ve plastik deformasyonlara neden olur. Bu nedenle talaşlı imalat işleminde oluşan ısının hızlı bir şekilde kesme bölgesinden uzaklaştırılması esastır. İşlenmiş yüzeylerde meydana gelen kalıcı gerilmeler, yüzey kalitesini belirleyen en önemli faktörlerden biridir.
Taşlama işleminde, iş parçası üzerinde, taş tanesinin temas ettiği her yerde, taş tanesi ve malzeme arasındaki sürtünmeden dolayı bir ısı oluşmaktadır. Ayrıca plastik deformasyon olurken malzemelerde de ısı meydana gelir. Talaş kaldırılırken tanenin önündeki bölgede, şiddetli bir plastik deformasyon oluşmaktadır. Böylece kesici tanenin uçlarında önemli büyüklükte ısı oluşmakta sıcaklık 1000°C∼1500°C’yi bulmaktadır. Oluşan bu yüksek sıcaklık, taşlanan iş parçası yüzeyinde ısıl hasarlara sebep olmaktadır. Yapılan çalışmalardan iş parçası kalitesine göre kesme düzleminde ortaya çıkan ısının malzeme veya yüzey toleransı üzerinde etkili olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenle taşlamada, soğutma özelliği yüksek olan bol miktarda kesme sıvısı kullanılmalıdır. Kesme sıvısı, soğutmanın yanı sıra, tanecikler arasındaki boşlukları temizleyerek taşın kesme kabiliyetini artırmaktadır. Kesme sıvısı yüzey kalitesini iyileştirmesinin yanında, taşlama sırasında oluşan toz, talaş gibi küçük parçacıkları alıp götürerek taşlama çevresini temizlemekte ve daha iyi bir çalışma ortamı meydana gelmesine katkı sağlamaktadır.
Birçok talaşlı imalat işleminde, işlenmesi zor olan makine parçalarının, kaliteli kesme sıvılarının geliştirilmesi ile işlenebilmelerinde büyük kolaylıklar gerçekleştirilmiştir.
Kesme Sıvısının İşlevleri
Kesme sıvısı; metallerde talaş kaldırma işleminde, öncelikle kesici ve iş parçasını soğutmak amacıyla kullanılan çeşitli kimyevi maddelerin bir karışımı olan sıvı olarak tanımlanabilir. Talaş kaldırma işleminde, takım temas noktasında sürtünme ve talaşın deformasyonu sonucu yüksek sıcaklık oluşmaktadır. Bu sıcaklık nedeni ile kesici ısınmakta, aşınması artmakta ve buna bağlı olarak takım ömrü azalmaktadır. Kesme sıvısı, bu olumsuzlukları azaltmak için takımın soğumasını sağlamaktadır. Ayrıca işlenen iş parçasının yüzey kalitesini iyileştirir ve çıkan talaşları uzaklaşmasına yardımcı olur.
Birbirleri üzerinde iki yüzey, yağlamanın olmadığı bir ortamda kayarsa yüzeylerdeki pürüzler birbirlerine sürtülmektedir (Şekil 2.A). Malzemelerin sürtünmesi sonucu parçalar aşınarak malzemelerden koparlar. Kesme sıvısı yağlama özelliği sayesinde, iş parçası ve takım yüzeylerini birbirlerinden ayırarak aralarındaki aşınmayı azaltır (Şekil 2.B). Derin delik delme işleminde yağlama, sürekli iş parçasına temas eden destekleme elemanlarının aşınmasını azaltması açısından çok önemlidir. Talaş oluşurken malzemeyi deforme etmek için gerekli enerji, kesme bölgesinde yüksek sıcaklıklara yol açmaktadır. Takım aşınması sıcaklıktan çok etkilenir. Takımın kesici kenarının ve destek elemanlarının ömrünü arttırmak için etkili bir soğutmanın sağlanması gereklidir.
Kesme Sıvıları
Sıvıların soğutma fonksiyonlarını iyi bir şekilde yapılabilmesi için yüksek ısı iletme kabiliyetine ve yüksek özgül ısı kapasitesine sahip olmaları gerekir. Yağlama görevlerini yerine getirebilmeleri için de, sürtünme yüzeylerinde birkaç molekül kalınlığında, yapışmış bir sıvı tabakası oluşturmaları gerekir (Şekil 4). Sıvıların bu özelliğine ıslatma kabiliyeti denir. Islatma kabiliyeti sıvının kimyasal yapısına da bağlıdır. Islatma kabiliyetleri artırabilmek için sıvılara, katık denilen maddeler katılmaktadır. Genel olarak, yağlara istenen bazı özellikleri kazandırmak, mevcut özelliklerini geliştirmek, istenmeyen bazı özelliklerini en aza indirmek veya yok etmek amacıyla kullanılan maddelere “katık” denir. Bunların arasında, yüksek basınçlara karşı oldukça dayanıklı yapışmış bir tabaka oluşturan EP (yüksek basınç) katıklarıdır.
Kesme sıvısı yüzeyi iyi ıslatmalı, yüzeye yayılmalıdır. Islatma özelliği az olan sıvılarda sıvı tespih tanesi durumdadır (Şekil 4). İyi ıslatma özelliği olan sıvılarda, sıvı yüzeye yayılmaktadır. Bu durumda sıvı ile metal arasındaki yüzeysel gerilim sıfır olur ve sistemin enerjisi azalır. Kesme sıvısı içinde EP katkı maddeleri de varsa bunlar metal ile kimyasal reaksiyon yapıp sürtünmeyi azaltan iyi bir film tabakası oluştururlar.
Kesme Yağları
Kesme yağları iyi bir yağlama özelliğine sahip olup korozyona karşı koruma sağlarlar, ancak su esaslı kesme sıvıları kadar iyi soğutma sağlayamazlar. Su ile karıştırılmayan saf kesme yağları aşağıdaki ana gruplara ayrılabilirler
Mineral yağlar: Saf veya karışım halde kullanılır. Saf mineral yağların yağlama özellikleri çok iyidir ve korozyona karşı çok iyi bir koruma sağlarlar. Soğutma özelliklerinin iyi olmamasından dolayı mineral yağlar, öncelikle pirinç, dökme demir ve hafif alaşımların işlenmesi gibi daha çok hafif talaşlı imalat işlemlerinde kullanılmaktadır.
Organik yağlar: Hayvansal veya bitkisel esaslı yağlardır. Yağ oranları fazla olup iyi bir yağlama sağlarlar. Günümüzde organik yağların pahalı ve zor temin edilmesinden dolayı yerini mineral esaslı yağlar almıştır.
Mineral ve organik esaslı karışımlı yağlar: İş parçası ve takıma gelen yüklerin büyük olduğu, dolayısıyla kesme ortamının dayanımının yüksek olması gereken durumlarda mineral yağ içine organik yağ katkıları karıştırılabilir. Söz konusu katkı maddeleri yüksek dayanıma ve düşük kayma direncine sahip ince bir tabaka oluştururlar
EP (Yüksek basınç) yağları: Kesme kuvvetlerinin yüksek olduğu uygulamalarda kesme sıvısı, birbiri üzerinde kayan yüzeyler arasındaki basınç yüksek olsa bile yağlama yapabilmektedir. Bunu sağlayabilmek için, ağır çalışma koşullarında EP katkılı kesme yağları kullanılır. Bu tip katkı maddeleri kayan yüzeylerdeki metalle bileşikler oluştururlar. Bu etki, yüzey pürüzlülüğünün yağ filmini bozduğu yerlerde görülür ve oluşan bileşik karşılıklı yüzeylerdeki tepe noktalarının birbirine kaynak olmasını engelleyen bir yağlayıcı oluşturur. Katkı maddeleri kükürt, klor ve fosfor bileşiklerini içerirler. Bu bileşikler yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girerek metalik sülfat, klorit ve fosfat oluşumuna neden olurlar.
Kesme Sıvılarından Beklenen Diğer Özellikler
Kesme sıvılarından beklenen diğer özellikler şu şekilde sıralanabilir
Kararlı olmaları, özelliklerini uzun süre koruyabilmeleri,
Paslanmaya yol açmamaları
İyi çökeltme özelliğine sahip olmaları,
İnsan sağlığına zarar vermemeleri,
Ateşleme tehlikesi taşımamaları,
Kullandıktan sonra kolay atılması veya arıtılması gerekmektedir.
Tüm bu özellikleri taşıyan bir kesme sıvısı olmamakla birlikte, kesme sıvıları, soğutucu ve yağlayıcı olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Soğutucular iyi bir özgül ısıya (ısı iletme kabiliyetine), yağlayıcılar da iyi bir ıslatma kabiliyetine sahiptir. Soğutucuların arasında en iyisi su, yağlayıcıların arasında da en iyileri yağlardır. Suyun özgül ısısı 1,0 olarak alınırsa, normal yağların özgül ısısı yaklaşık olarak 0,45’tir: buna karşın suyun ıslatma kabiliyeti çok zayıftır.
