Ahşap Kesme Teorisi

Ağaç işleri makine ve aletlerini tanımak ve bunları uygun bir şekilde tasarlamak ve tasarlanan makine ve aletlerin tekniğine uygun şekilde kullanabilmek için:

• Kesici geometrisi
• Yonga oluşumu
• Kesme hızları
• Kesme işleminin doğrusal ve açısal parametreleri
• Ahşap işleme teknikleri 

Hakkında temel bir bilgi birikimine sahip olmak gerekir. Bu bilgilere genel olarak kesme teorisi denilmektedir.

Ahşap, bükme ve preslemede olduğu gibi lifler arasındaki yapıyı zayıflatmaksızın ya da kesme ve yarmada olduğu gibi bu yapıyı tahrip ederek işlenebilir. Daha çok kesme ve yarma tekniği olmak üzere her iki teknikte ağaç işlerinde kullanım alanı bulmakta ve her ikisi de farklı esaslara dayanmaktadır. Burada lifler arasındaki yapıyı zayıflatarak (tahrip ederek) işlemeyi esas alan ahşap işleme yöntemleri incelenecektir.

Şekil 1: Lifler arasındaki yapıyı tahrip ederek işlemeyi esas alan ahşap işleme yöntemleri

a: Yarma 

b: kesme 

1: kama 

2: kesici bıçak

3: baskı demiri

• Yarma (Şekil 1:a)

Liflere dik veya lif yönünde ahşaba nüfuz eden bir kamanın hareketinden yarılma olayı kaynaklanır. Verilen kuvvete bağlı olarak, yarılmanın ahşabın lif doğrultusunda gerçekleşme meyli nedeniyle kama ahşabın lif yönüne bağlı bir yarıkla ilerler. 

Bu meyil nedeniyle istenen şekil ve ölçülerde parça elde etmek mümkün olmadığından gerçek anlamda yarma işlemi ahşap işlemede bir yöntem olarak hemen hemen hiç kullanılmaz.

• Kesme (Şekil 1:b)

Kamaya benzer bir bıçağın ahşap içinde hareketiyle görülen kesim şekli elde edilir. Bıçak önceden belirlenmiş bir yol boyunca ilerler ve arzu edilen şekil ve ölçüde parça elde edilmesine olanak sağlar. 

Biçme, rendeleme, profil açma ve delme işlemlerinde ki gibi talaşlı veya kesme ve soyma kaplamada olduğu gibi talaşsız kesme söz konusu olabilir. 

Kesme işlemi boyunca da yarılma görülebilir. Bunun önlenmesi için belirli makinelerde bıçağın hemen önüne baskı demirleri yerleştirilir. Bu baskı demirlerinin uyguladığı basınç nedeniyle lifler yönündeki yarılma önlenmiş olur.

Kesme mekanik olarak bir kesici aracın işlenecek parça üzerinden talaş kaldırma ve bölme işlemi olarak tanımlanabilir. Bu amaçla kullanılan takımlara kesici araçlar denir. Malzemenin yapısına kesme işleminin amacına göre kesici araçlar çok çeşitlidir. 

Rende düz kalem testere vb. kesiciler kullanılmaktadır. Bunların kama açıları ayrı değerler alır. Malzeme direnci, aracın kesme durumu kamanın dayanımı önemlidir. Bu işleme kesmede kama prensibi denir. Amaç kuvvetleri küçük bir yüzeyde veya bir noktada toplamak ve etkiyi artırmaktır.

Kesme işleminin esasları

Bütün kesici aletlerin ağız yapısı kama prensibine dayanır. Herhangi bir cisme uygulanan kuvvetleri küçük bir alanda toplamak suretiyle kuvvetin etkisini artırma esasına dayanır.

Şekil 2: Düzlem tabanlı alet ile darbe-direnç dengesi

 

Kare prizma şeklinde bir alet ile herhangi bir malzeme üzerine bir F darbe kuvveti uygulandığında malzemenin sertlik derecesine göre değişen bir Q direnç kuvvetiyle karşılaşılacak ve denge sağlanacaktır. Bu durumda malzeme içine bir ilerleme sağlamak için Q direncini yenecek şekilde F darbe kuvvetini artırmak gerekecektir. 

Şekil 3: Kama durumunda darbe-direnç dengesi

Taban düzlem şeklinden kama şekline getirilirse malzemeye dokunan kısım sadece bir çizgiden ibaret olacağı için malzeme tarafından gösterilecek direnç teorik olarak sıfırdır.  Çizgi geometrik olarak herhangi bir alan kaplamaz.  

Şekil 4: Bir bıçağın eleman ve açıları

Bir kesici, kesişimleri ana kesici kenarı (oo’) ve yan kenarları (om, o’m’, o’n’) oluşturan bir yüz’e bir sırt’a ve kanatlar’a  (yan yüzler) sahiptir (Şekil 4). Biçme gibi kesme işlerinde kanatlar da kesme işlemine katılır. Yüz ve sırt aracılığı ile oluşturulan β açısı kama açısı olarak tanımlanır. Kenarda kesişen yüzeylerin biri veya ikisi üzerinde hiç pah açılmazsa bu açı bileme açısı olarak da tanımlanır. 

Bıçak yüzü ve kesme düzlemi arasındaki δ açısı  kesme açısı olarak adlandırılır. Bıçak yüzü ve kesme düzlemine dik konumdaki bir düzlem arasındaki ϒ açısı serbest açı olarak adlandırılır. Tek ağızlı kesicilerin dışında testereler gibi çok ağızlı kesicilerde de bu açılar geçerlidir.

Kesicinin her geçişinde malzemeden alınan parça talaş olarak tanımlanır. Kesilmeden önce deforme olmamış bir talaşın genişliği-b ile kalınlığı-h ile ve uzunluğu-l ile gösterilir. Aletin hareketi ile talaş deforme olur. Boyu kısalır ve parçalanabilir. 

Kesme işleminde uzun talaşlar çıkarılırsa yüzey bozuklukları görülebilir. Belirli aletlerin tasarımında bıçak üzerine bir talaş kırıcı koyarak bu sakınca önlenebilir. 

Talaş kaldırma için gerekli olan kesici veya malzeme hareketi kesme hareketi olarak adlandırılır. Talaşların kesimi için gerekli olan kesici veya işin hareketi besleme olarak adlandırılır. Kesme veya besleme hareketinde aletin kesici kenarı ile takip edilen yörünge veya yol kesim yolu malzemede ise tekabül eden nokta besleme yolu olarak adlandırılır. 

Eğer kesme işleminde kesme ve besleme hareketleri eşanlı olarak meydana getirilirse işe bağlı olarak aletin yörüngesi relatif kesme yolu olarak adlandırılır. 

Şekil 4.c kesici alet düz hatta ve malzeme hareketine dik olarak hareket ettiği durumdaki kesme hareketini göstermektedir. Bu durumda relatif kesme yolu , ϕm_hareket açısı boyunca olacak ve kaldırma açısı αw δw kesim açısı ve ϒw serbest değişken açılar olacaktır. 

Elemanlar 

Oo’-mm’_yüz, Oo’-nn’_alt yüzeyi, Omn ve o’m’n’ yan yüzeyler, Oo’ ana kesici kenar, Om ve o’m’ yan kesici kenarlar, On ve o’n’ alt kenarlar 

Açılar:

δ_kesme açısı, β açısı kama açısı (bileme açısı), ϒ_serbest açı, α _kaldırma açısı, θ_lif kesim açısı, ϕf_lif meyil açısı, ϕm_hareket açısı, αw _işlem kaldırma açısı, δw_işlem kesme açısı, ϒw_işlem serbest açısı

Şekil 5: Ahşapta kesme şekilleri

Ahşabın işlenmesi sırasında kesim yüzeyinden başka işlenmiş yüzeylerde mevcuttur (Şekil 5). Düz kesme ağızlı bir bıçak düzgün bir hat ile ilerletilirse kesme yüzeyi olarak adlandırılan düzgün bir yüzey elde edilir ve bu yüzey bıçağın hareket doğrultusuna paraleldir. 

a: Düz bıçak hareketiyle açık ve ortogonal

b: Dönüsel bıçak hareketi ile açık Kenarlı 

1: İş yüzeyi 

2: kesim yüzeyi 

3: işlenmiş yüzey 

4: kesme düzlemi

5: bıçak a-a bıçak dünü aksı 

6: kiniş yan yüzeyleri 

7: kiniş alt yüzeyi  

Kesme işleminde sadece bir yüzey işlenirse, bu kesme işlemi açık ve ortogonal olarak sınıflandırılır (Şekil 5a-5b). Yan yüzeyler kesicinin yan kesici kenarları ile ve alt yüzeyi ana kesici kenarları ile oluşturulan bir kinişte olduğu gibi, bir kesişde üç yüzey oluşuyorsa bu kesiş kenarlı kesiş olarak sınıflandırılır (Şekil 5c). Bir lambada olduğu gibi bir kesişde sadece iki yüzey oluşursa bu işlem yarı kenarlı kesiş olarak sınıflandırılır. 

Şekil 6: Dönüsel kesimi alet geometrisi

ϕ_ yaklaşma açısı, ϕf_lif meyil açısı, θ lif kesim açısı , ψ temas açısı, ls temas yayının uzunluğu D kesim dairesinin çapı.

Kesme hızı: kesme boyu yolunca kesici kenar hareketinin hızıdır. Kesme hızı v ile gösterilir ve genellikle m/sn birimi ile ifade edilir. Besleme oranı: besleme yolu yönünde kesici kenar hareketinin hızıdır. u ile gösterilir ve birimi m/dk dır. Kesme hızının ve besleme oranının yönleri diyagramlarda düz vektörlerle (u veya v) gösterilir.

İş parçası aletle karşılaştığı anda besleme vektörü (u) ve kesme hızı vektörü (v) aracılığı ile yapılan açı yaklaşım açısı olarak adlandırılır ve (ϕ) ile gösterilir. 

Hız vektörü (v) ve ahşap liflerinin yönü aracılığı ile oluşturulan açı lif kesim açısı olarak adlandırılır ve (θ) ile gösterilir.  Lif yönü ve besleme vektörü (u) arasındaki açı lif meyil açısı olarak adlandırılır ve (ϕf) ile gösterilir. Ahşap liflerinin yönü besleme vektörü ile uyuşursa bu takdirde θ= ϕ olur.

Liflerin yönü besleme yönü ile ϕf açısını meydana getirirse ϕf açısının büyüklüğüne bağlı olarak θ açısı büyür veya küçülür. Bu durumda: 

θ= ϕ±ϕf eşitlik elde edilir. 

Aletin ahşaba temas ettiği kesme dairesinin yayı temas eğrisi olarak adlandırılır. Temas eğrisinin boyu talaş uzunluğuna eşittir.

Temas eğrisinin uç noktalarını belirten yarıçaplar arasında oluşan açı temas açısı olarak adlandırılır ve ψ ile gösterilir.  

Şekil 7: Kesme Şekilleri

a ve b : liflere paralel

c: liflere dik 

d: teğet 

e: liflere dik ve paralel 

f:  liflere dik ve liflere teğet 

g: liflere paralel ve liflere teğet

Liflere paralel dik ve teğet olmak üzere üç temel kesim şekli vardır.

Liflere paralel kesim: kesici lif boyunca hareket eder liflere dik kesici ağıza sahiptir. Bu kesim şekli // sembolü ile gösterilir. Ortaya çıkan talaş kesikli veya kesiksiz talaş olarak adlandırılan bütün ince spiral bir kurdela şeklinde olabilir (7a-b). Belirli şartlar altında bu talaş tipleri diğer kesiş şekilleri ile elde edilebilir.  

Liflere dik yönde kesim: bıçak liflere dik bir düzlemde hareket eder. Bu durumda talaş zayıf bir şekilde birbirini tutan elemanlara bölünür. 

Liflere teğet: bıçak liflere paralel bir düzlemde hareket eder ve bıçağın kesici ağzıda liflere paraleldir_7d elde edilen talaş genellikle zayıf olarak birbirini tutan elamanlar şeklindedir.

Kesme yöntemleri

Ağaç işleri sektöründe ahşabın kullanım ve işlenme amacına bağlı olarak farklı kesme yöntemleri uygulanmaktadır.  

• Dönüsel olmayan kesme
• Biçme yöntemi
• Rendeleme ve şekillendirme

1) Dönüsel Olmayan Kesme

Kesim düzleminin işlenen yüzey ve kesme yüzeyi ile uyuşma halinde olduğu durumda ahşabın kesilmesi metodudur. Kesme aracı olarak kullanılan bıçak sabit konumdadır parça hareket eder veya parça sabittir bıçak düz bir hat boyunca hareketlidir. 

Şekil 8

• a: bıçakla rendeleme 
• b: ahşap törpüleme makineleri

Sabit bıçaklı rendeleme ve törpüleyici kesmenin ilkeleri Şekil 8a ve 8b de gösterilmiştir. Bıçağı sabitlemek için kullanılan bıçak kapağının ön kenarı, yongalamayı ve lif yırtılmasını önleyici baskı demiri olarak görev yapar. 

Şekil 9

• c: kaplama kesme

Kaplama kesme makineleri de dönüsel olmayan kesme ilkesine göre çalışır. Bu makineler ile elde edilen levhalar yüz kaplama levhaları şeklindedir.

Şekil 10 

• d: keskili zıvana
• e: odun yünü makinesi

Dikdörtgensel dişi zıvana ve odun yünü makinelerinde de dönüsel olmayan kesme yöntemi uygulanır.

Şekil 11

• f: pedavra 
• g: ölçülendirme, 
• h: dilme,
• i: torna, 
• j: silindir, 
• k: kaplama tornası

Pedavra (çatı örtü altı kaplaması) üretimi Şekil 11f, boy kesimi ve/veya gönye burun kesme 11g, kalem latası üretimi 11h, torna şekillendirme 11i-j, ve soyma kaplama üretimi 11k amaçları içinde kullanılabilir. Kaplama soyma makinelerinde de bıçak önünde baskı demiri bulunur.

2) Biçme Yöntemi

Şekil 12: testereyi etkileyen dirençler

Çok dişli bir araç kullanarak yan kesim metoduyla ahşabın kesilmesi işlemine biçme, kesiciye testere denir. Testere kesme sırasında malzeme içerisinde dar bir iz açmak suretiyle ilerleme yapar. Çaprazı olmayan bir testere ile kesme yapılacak olursa iki ayrı dirençle karşılaşılır. Birincisi kesme izinin altında beliren ve malzemenin kesmeye karşı gösterdiği dirençtir (Q1). 

Bu direncin şiddeti malzemenin yapısına sertliğine rutubet derecesine bağlı olarak değişir ve malzemenin kesilmesi süresince sabit kalır. İkinci direnç kesmeyle ortaya çıkan iki yan yüzeyin testere lamasını sıkıştırmasından doğar (Q2).  

Sonuçta kesmenin yapılabilmesi için testereye uygulanacak F darbe kuvvetinin bu iki direncin toplamından büyük olması gerekir(F>Q1+Q2).

Kesmenin başlangıcında sıfır olan Q2 direnci testere ilerleyip testere izinin yan yüzeyleri büyüdükçe tedricen artar ve bir noktadan sonra lamayı işlemez duruma getirir. 

Böylece Q2 direncini yenmek üzere F kuvvetini de artırmak gerekir. Verimli çalışmada darbe kuvvetini azaltmak ve daha az güç sarfı ile daha çok iş yapmak gereklidir. 

Karşılaşılan dirençleri azaltmak gerekir. Testere lamasının ince olması, testere dişlerinin uygunluğu, uygun çapraz ve uygun bileme ile sağlanabilir.  

Şekil 13: testere dişleri

• a: şerit testere
• b: liflere paralel kesim daire testere
• c: liflere dik kesim daire testere

Testereler üzerine diş açılmış lama veya daire şeklinde olabilir. Dişler arasındaki talaş boşlukları A ile gösterilir. Diş boşluğunun dibinden diş ucuna olan mesafe  diş yüksekliği ht dişler arasındaki mesafe testerenin diş adımı olarak adlandırılır. Rendeleme bıçaklarında olduğu gibi dişler aynı kesme elemanlarına sahiptir. Kesilecek malzemeye bağlı olan bileme açısı β, serbest açı ϒ, kaldırma açısı α ve kesme açısı δ gibi. 

Şekil 14: Biçmede testere izi oluşumu

• A-c-d: şişirme çaprazlı
• b: testere izi genişliği
• e: yarma testerede sağa sola bükme çaprazlı
• f-g: teğet kesiş de pahlı diş lama kalınlığı 

 

Şişirme veya konik lama ile çaprazlı testere ile yarma biçmede (liflere paralel) talaşlar, Şekil 14 a, b ve c deki gibi şekillenir. 

Her diş boşluğun genişliğine eşit b genişliğinde bir talaş keser. Bu talaş daha sonra testerenin hareketiyle parçalara bölünerek testere talaşı haline gelir.

Sağa-sola bükme çaprazlı testerede her iki komşu diş iz genişliği içerisinde birbirine geçişli iki talaş keser (Şekil 14: e). 

Yarma biçme liflere paralel ve liflere dik kesme ile oluşturulur. 

Teğet biçmede kesme işlemi ve talaş oluşumunun yapısı, yarma biçmede olduğundan önemli derecede farklıdır (Şekil 14: f-g). Bu durumda diş kenarları önlerinin diş boylarına kıyasla lifleri daha önce kesmesini sağlamak için dişler çaprazlanır ve bilenir. Dişlerin yüzeyleri aracılığıyla talaş parçaları testere talaşı haline getirilir. 

Şerit testere ile biçmede dişin izi testere hareket yönüne ϕp açısında meyilli düz bir hattır. Şerit testere ile biçmede liflere paralel ve liflere dik kesim söz konusudur. Talaş kalınlığı sabittir ve yaklaşık olarak birim diş beslemesine eşittir (h=ut). Diş başına besleme ve kesme hızı aşağıdaki gibi hesaplanır.

Burada,

• t: diş adımı_mm, 
• u: besleme oranı_m/dk, 
• D: testere kasnağının çapı_mm, 
• n: testere kasnağının devir miktarı_dev/dk. 

u= 30m/dk lık bir besleme oranında D= 1400 n= 600dev/dk kesme hızını, diş adımı t=50mm diş başına besleme miktarını bulalım.

3) Dönüsel kesme (rendeleme) ve şekillendirme

Şekil 7 de gösterilen tüm işlemlerde dönüsel bir kesici, talaşları yarı dairesel bir formda keserek iş parçasını şekillendirir. 

Bu durumda ahşaptan ayrılan parçalar rendeleme talaşı olarak adlandırılır.

Şekil 15