MQL (Minimum Miktarda Yağlama) ve Kuru İşleme: Ne Zaman Sıvısız Çalışılır?

Kesme sıvısı, talaşlı imalatta çoğu zaman sorgulanmadan kabul edilen bir girdidir. Oysa sıvının satın alma, bakım, bertaraf ve parça temizleme maliyetleri toplandığında ortaya takım maliyetinden birkaç kat büyük bir kalem çıkar. Sıvıyı mililitre mertebesine indiren MQL ile tamamen sıvısız çalışan kuru işleme, bu kalemi kaynağında küçültür; ikisinin de nerede yetersiz kaldığı ise kendi başlıkları altındadır.

1. MQL nedir ve sarfiyat mertebesi nedir?

MQL (minimum quantity lubrication, yani minimum miktarda yağlama), çok küçük miktarda yağın basınçlı hava içinde atomize edilerek doğrudan kesme bölgesine püskürtülmesidir. Alman literatüründe Minimalmengenschmierung, sektörde ise "yarı kuru işleme" (near-dry machining) adıyla da geçer. Yöntemin kimyasal ve sistem tarafı VDI 3397 Blatt 1 kılavuzunda diğer işleme ortamlarıyla birlikte sınıflandırılmıştır.

Belirleyici nokta şudur: MQL bir soğutma yöntemi değil, bir yağlama yöntemidir. Uygulanan sıvı miktarı ısıyı taşıyacak kütleye sahip değildir; işlevi sürtünmeyi ve yapışmayı azaltmaktır. Isının kesme bölgesinden uzaklaşması talaşa bırakılır.

MQL'nin tanımı henüz bir standarda bağlanmış değildir. DGUV Information 209-025 uygulamada yerleşmiş tanımı şöyle verir: işleme saati ve takım başına ortalama 50 ml'yi aşmayan yağ tüketimi. Çapı 40 mm üzerindeki takımlarda kısa aralıklarla 150 ml/sa üzerine çıkılabildiği de aynı kılavuzda belirtilir. Saatte 2 litreye kadar çıkan düşük debili uygulamalar ise MQL değil, azaltılmış miktarda yağlama (reduced quantity lubrication) sayılır; bu yöntemde sıvı devridaim ettiği için tam kayıplı bir sistem söz konusu değildir.

Aynı kılavuzda "kuru işleme" de sıvının tamamen yokluğuyla değil, talaşa yapışan sıvı oranıyla tanımlanır: talaşta kalan sıvı %2'nin altındaysa süreç kuru sayılır. Bu tanım gereği MQL de kuru işleme başlığının içinde yer alır.

2. Besleme yöntemleri: harici nozul ve takım içinden

Harici (nozul) besleme

Aerosol, iş miline dışarıdan bağlanan bir veya birkaç nozulla kesme bölgesine yönlendirilir. Kurulumu ucuzdur, mevcut tezgâha sonradan eklenebilir ve takımın soğutma deliğine sahip olması gerekmez. Buna karşılık nozul her takım değişiminde yeniden yönlendirilmelidir; derin cep, uzun boy takım ve çok eksenli hareketlerde aerosolün kesme noktasına ulaşması güvenilir değildir.

Dahili (takım içinden, through-tool) besleme

Aerosol, iş mili ve takım tutucu üzerinden takımın iç kanallarına verilir ve kesici ağzın hemen yanından çıkar. Nozulun erişemediği işlerde (özellikle 3×D üzeri delik delme ve derin kanal işlemede) tek uygulanabilir çözümdür. Takımın iç soğutma kanallı olması, tutucunun ve çekme çubuğunun geçirgen olması gerekir. İki kanallı sistemlerde ayrıca içten sıvı borulu HSK tutucu ve buna uygun nozul düzeni aranır; tutucu tarafındaki sızdırmazlık sistem seçiminde belirleyici olur.

1 kanallı ve 2 kanallı sistemler

Aşağıdaki karşılaştırma DGUV Information 209-025'teki sistem tablolarına dayanır.

Tek kanallı sistemlerde hattaki aerosol hacmi bir tampon gibi davranır; takım değiştiğinde yeni dozajın kesme bölgesine ulaşması gecikir. Çift kanallı sistemlerde yağ ve hava mile kadar ayrı gittiği için bu gecikme ortadan kalkar ve her takım için farklı dozaj tanımlanabilir. Buna karşılık çift kanallı çözümde tek üniteden birden fazla milin beslenmesi güçleşir ve pompa–valf grubu aşınan parça olarak bakım listesine girer.

3. Hava basıncı ve aerosol partikül boyutu

MQL üniteleri basınçlı hava ile çalışır; DGUV Information 209-025 hem tek hem çift kanallı sistemler için 4 bar üzeri hava basıncını gerekli görür. Basınç iki sonucu birden belirler: aerosolün kesme bölgesine ulaşma hızını ve damlacık boyutunu. Basınç arttıkça atomizasyon incelir, ortalama damlacık çapı küçülür ve ıslatma daha homojen olur.

Küçük damlacık her zaman avantaj değildir. Çok ince aerosol kesme bölgesine ulaşmadan sürüklenip ortama dağılabilir ve solunabilir boyut aralığına iner. Partikül fraksiyonları ISO 7708:1995'te aerodinamik çapa göre tanımlanır: %50 kesim noktası solunabilir (respirable) fraksiyon için 4 µm, torasik fraksiyon için 10 µm, solunabilen (inhalable) fraksiyon için 100 µm'dir. Sınır değerlerin hangi fraksiyona göre verildiği bu nedenle belirleyicidir.

Basınç, sıvı debisi ve nozul çapı birlikte ayarlanır; kabin kapalı tutulur ve emiş sistemi tezgâh kumandasıyla kilitlenir. Aynı kılavuzda emiş borusundaki akış hızının 20 m/s'nin altına düşmemesi istenir; daha düşük hızda boru içinde toz birikintisi oluşur. Ayrıntılı sağlık değerlendirmesi için metal işleme sıvılarında iş sağlığı ve güvenliği bölümüne bakılabilir.

4. MQL sıvıları: ester yağlar, yağ alkolleri ve uygun görülmeyen ürünler

MQL'de kullanılan sıvı, taşkın sistemdeki emülsiyondan farklı bir kimyaya sahiptir. Sıvı geri dönmediği için parça ve talaş üzerinde kalan film miktarı, buharlaşma davranışı ve toksikolojik profili belirleyici olur. Endüstriyel uygulamada iki grup öne çıkar:

• Sentetik ester yağlar. Düşük viskoziteye rağmen yüksek kaynama ve parlama noktasına sahiptir; bu nedenle çalışma hacmine salınan buhar miktarı mineral yağlara göre epeyce düşüktür. Abrazif aşınmanın önlenmesi gereken, yani yağlama etkisinin belirleyici olduğu işlemlerde (kılavuz çekme, delme, raybalama, tornalama) tercih edilir. Biyobozunurlukları yüksek, su tehlike sınıfları düşüktür.
• Yağ alkolleri (fatty alcohol). Aynı viskozitedeki ester yağlara göre hem parlama noktası hem yağlama gücü daha düşüktür, buna karşılık daha hızlı buharlaşır ve parça üzerinde pratikte kuru bir yüzey bırakır. Asıl beklentinin yağlama değil ayırma etkisi olduğu, yani yığıntı talaş (BUE) oluşumunun önlenmesi gereken demir dışı metal işlemede kullanılır.

Her iki grup da yüksek biyobozunurluğa sahiptir ve suya zararsız (su tehlike sınıfı 1) olarak değerlendirilir. Düşük emisyonlu bir MQL yağının seçiminde DGUV Information 209-025'te üç kılavuz değer verilir: 40 °C'de viskozite 10 mm²/s üzeri, açık kap parlama noktası 150 °C üzeri ve 250 °C'de Noack buharlaşma kaybı %65'in altı. Bunlara ek olarak koku ve püskürtülebilirlik de değerlendirme ölçütleri arasındadır.

Uygun görülmeyen ürünler

Aynı kılavuz, MQL'de kullanılmaması gereken ürünleri ayrıca sayar. Liste, "bitkisel esaslı yağ her koşulda daha güvenli seçenektir" varsayımını doğrudan karşılar:

Seçim yapılırken ürün güvenlik bilgi formundaki bileşen sınıflandırması ve KKDİK kapsamındaki kayıt durumu kontrol edilir. Su içermeyen ürünlerde bakteri üremesi söz konusu olmadığı için biyosit içeriği ve buna bağlı duyarlılık riski de ortadan kalkar; bu, kesme sıvısı bakımı tarafındaki en büyük yükün doğrudan silinmesi demektir.

5. MQL nerede işe yarar, nerede yetersiz kalır?

Ayrım tek bir soruyla yapılır: ısı talaşla mı gidiyor, yoksa parçada ve takımda mı birikiyor? Isının büyük bölümü talaşla uzaklaşıyorsa MQL yeterlidir; birikiyorsa soğutma kapasitesi gerekir.

Derin kanal ve cep işlemede sorunun kaynağı yağlama değil, talaşın yuvadan çıkamamasıdır. Bu durumda MQL'ye geçmeden önce trokoidal frezeleme gibi talaş yükünü ve yuva dolgunluğunu azaltan stratejilerin değerlendirilmesi gerekir. Sandvik Coromant'ın freze kılavuzunda derin ceplerde talaş tahliyesi için basınçlı hava ve düşük debili yağdan oluşan mikro yağlama sistemlerinden söz edilmesi de bu çerçevededir. ISO S grubunda ise aynı kılavuz, ısıya dayanıklı alaşımların düşük kesme hızlarında sıvı ile işlenmesini önerir; gerekçe hem yağlama hem de parçanın soğutulmasıdır. Bu grup için titanyum ve ısıya dayanıklı alaşım frezeleme bölümündeki koşullar geçerlidir.

6. Kuru işleme ve sertleştirilmiş çelikte termal şok

Frezeleme kesintili bir işlemdir. Kesici ağız her devirde kesme bölgesine girer, ısınır, sonra havada soğur. Bu çevrim ağızda çevrimsel termal gerilme yaratır. Kesme sıvısı uygulandığında sıcak–soğuk farkı büyür ve ağız boyunca kesme kenarına dik termal çatlaklar (comb crack) oluşur. Çatlaklar ilerledikçe kenar parçacıklar hâlinde kopar ve takım ömrü beklenenden erken biter.

Bu nedenle üretici kılavuzlarında frezeleme için varsayılan yaklaşım kuru çalışmadır. Sandvik Coromant'ın freze kılavuzu kaba frezeleme işlemlerinin daima kuru yapılmasını esas alır ve sıvıyı sayılı istisnaya bağlar: paslanmaz çelik ile alüminyumun finiş işlemlerinde yüzey dokusuna metal sıvanmasını önlemek için, ısıya dayanıklı alaşımlarda düşük kesme hızlarında, dökme demirde tozun bastırılması için ve ince cidarlı parçalarda geometrik çarpılmayı önlemek için. Aynı kılavuzda, sıvı kullanılacaksa bol miktarda uygulanması gerektiği belirtilir. Bu istisnalar ISO gruplarına şöyle yansır:

Sertleştirilmiş çelikte (45 HRC üzeri) ısı bir sorun değil, sürecin parçasıdır: kesme bölgesindeki yüksek sıcaklık malzemenin yerel akma dayanımını düşürür ve talaş oluşumunu kolaylaştırır. Soğutma bu mekanizmayı bozar, kesme kuvvetini yükseltir ve termal çatlağı tetikler. Ayrıntı için sertleştirilmiş çelik ve kalıp çeliği frezeleme bölümüne bakılabilir. Kuru çalışmanın koşulu, ısıya dayanıklı bir kaplama ve uygun karbür kalitesidir; kaplamasız ya da yüksek kobaltlı bir takımla kuru çalışma sonuç vermez.

7. Kriyojenik soğutma: sıvı azot ve karbondioksit

Kriyojenik soğutmada kesme bölgesine sıvı azot (LN₂, −196 °C) veya sıvı karbondioksit (CO₂, atmosfer basıncında −78,5 °C'de süblimleşir) verilir. Akışkan işini yaptıktan sonra gaz hâline geçip ortamdan ayrılır; parçada ve talaşta hiçbir kalıntı bırakmaz.

• Sıvı azot. Daha derin soğutma sağlar ve ISO S alaşımlarında takım ömründe belirgin artış rapor edilmiştir. Yüksek sıcaklık farkı nedeniyle film kaynaması oluşabilir; bu, yalıtıcı bir gaz tabakası yaratarak ısı transfer katsayısını düşürür. Yalıtımlı hat ve döner rakor gerektirir.
• Sıvı karbondioksit. Nozuldan çıkarken genleşerek katı–gaz karışımı ("kar") hâline gelir. Standart tüplerden beslenebildiği için altyapısı daha basittir, ancak soğutma gücü azota göre düşüktür.

İki akışkan da yağlama yapmaz. Bu nedenle uygulamada sıklıkla kriyojenik akışkan ile düşük debili yağ aerosolü birlikte verilir. Kapalı hacimde oksijen yerini alan gazlar boğulma riski yarattığı için tezgâh kabini havalandırması ve ortam gaz izlemesi zorunlu tamamlayıcılardır.

8. Maliyet, bertaraf ve talaşın geri dönüşüm değeri

Kesme sıvısının maliyet içindeki payı çoğu atölyede olduğundan küçük varsayılır. Klocke ve Eisenblätter'in CIRP'te yayımlanan çalışmasında kesme sıvısı kullanımına bağlı olarak doğan, parçayla ilişkili üretim maliyetlerinin %7–17 düzeyinde olduğu, buna karşılık kesici takım maliyetinin payının yalnızca %2–4 olduğu verilir. Bu oran, sıvı tarafında yapılan iyileştirmenin takım tarafındakinden birkaç kat büyük bir kaldıraç yarattığını gösterir.

MQL ve kuru işlemeye geçildiğinde ortadan kalkan kalemler şunlardır:

Türkiye'de atık kesme sıvısı tehlikeli atık olarak yönetilir. Atık Yönetimi Yönetmeliği ekindeki atık listesinde halojen içermeyen işleme emülsiyonları ve solüsyonları 12 01 09* koduyla, yıldız işaretiyle tehlikeli olarak sınıflandırılır. Mineral yağ esaslı atık yağlar ise ayrıca Atık Yağların Yönetimi Yönetmeliği (21.12.2019 tarihli ve 30985 sayılı Resmî Gazete) kapsamındadır. Her iki durumda da lisanslı firmaya teslim ile kayıt ve beyan yükümlülüğü doğar. MQL'ye geçildiğinde emülsiyon tarafındaki bu yükün ortadan kalkması, yöntemin doğrudan parasal karşılığı olan en somut kazancıdır.

Talaşın kuru kalmasının değeri

Islak talaş, kütlesinin belirgin bir bölümünü sıvı olarak taşır. Bu durumun üç sonucu vardır: taşınan sıvı satın alınmış ama kullanılmadan kaybedilmiş olur; hurda alıcıları kalıntı sıvı oranı yüksek talaşı fiyat kırarak alır veya reddeder; ergitme öncesinde talaşın kurutulması ek işlem gerektirir.

MQL ile işlenen talaş üzerinde yalnızca çok ince bir yağ filmi kalır, kriyojenik işlemede ise hiç kalıntı olmaz. Talaş doğrudan briketlenebilir ve daha yüksek hurda sınıfından değerlendirilebilir. Alüminyum gibi hurda değeri yüksek malzemelerde bu fark, MQL yatırımının geri dönüş süresini tek başına kısaltabilecek büyüklüktedir; alüminyum frezelemedeki tipik yüksek talaş hacmi bu etkiyi büyütür.

9. Karar özeti

Yöntem seçimi tek bir kritere indirgenmez; malzeme grubu, işlem tipi ve parça geometrisi birlikte değerlendirilir. Kaba bir sıralama şöyle kurulabilir: ısı talaşla gidiyorsa kuru veya MQL, ısı ağızda birikiyorsa sıvı, ısı hem birikiyor hem de sıvı tolere edilmiyorsa kriyojenik. Emülsiyon kullanımı sürdürülecekse kesme sıvısı türleri ve seçim bölümündeki sınıflandırma ile kimyasallar kategorisi birlikte incelenebilir.

Kaynaklar

• Klocke, F.; Eisenblätter, G., Dry Cutting, CIRP Annals, 46(2), 1997, 519–526. DOI
• VDI 3397 Blatt 1:2020-03, Processing media (PM) for forming and machining — Metal working fluids, forming fluids, minimum quantity fluids, multifunctional oils. VDI
• DGUV Information 209-025, Minimum quantity lubrication for machining operations, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung. DGUV Publikationen
• NIOSH, Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids, DHHS (NIOSH) Publication No. 98-102, 1998. CDC Stacks
• OSHA, Metalworking Fluids: Safety and Health Best Practices Manual. OSHA
• ISO 7708:1995, Air quality — Particle size fraction definitions for health-related sampling.
• Sandvik Coromant, Dry milling or with cutting fluid. Sandvik Coromant
• Atık Yönetimi Yönetmeliği (atık listesi, 12 01 09) ve Atık Yağların Yönetimi Yönetmeliği, 21.12.2019 tarihli ve 30985 sayılı Resmî Gazete. mevzuat.gov.tr