Malzeme Malzeme İmalat Yöntemleri ve Tasarım www.a305teyim.com MALZEME İ MALAT Y Ö NTEMLER İ VE TASARIM Malzemelerin, ş ekilleri ve imalat y ö ntemleri birbirleri ile etkile ş im i ç indedir.Malzemeye uygulanan imalat y ö ntemleri, malzeme ö zelliklerini etkilemektedir. Haddeleme ve d ö vme i ş lemleri ile i ç yap daki g ö zeneklikler ve kal nt lar azalt larak malzeme yap s homojen hale getirilirken dayan m da artt r lm ş olur. D üşü k s cakl klarda ergiyen malzemeler ise d ö k ü m y ö ntemi ile ş ekillendirilmeye uygundurlar. Proses : Proses nitelikleri --malzeme, --boyut ve ş ekil, --to lerans ve p ü r ü zl ü l ü k, -sermaye Ş ekil 1 İ malat y ö ntemi se ç iminin, malzeme ve ş ekle ba ğl l ğ İ malat y ö ntemleri se ç iminde, iamalat y ö ntemi (proses) se ç im diyagramlar kullan l r. Bu diyagramlar imalat y ö ntem leri ile birlikte eksenlerde; boyut,bi ç im, sertlik,ergime s cakl ğ ,hassasiyet ve y ü zey p ü r ü zl ü l ü ğü gibi bilgileri de kapsamaktad r. Malzemelerden istenen ş ekillerin elde edilebilmesi , farkl imalat y ö ntemleri ile m ü mk ü n olabilmektedir. İ malat y ö nteml eri, birincil ve ikincil i ş lemler olarak iki grupta ele al nabilir. Ş ekil 2 de yatay s ra birincil i ş lemleri, dikey s ra ise ikincil i ş lemleri i ç ermektedir.www.a305teyim.com Ş ekil 2 İ malat y ö ntemleri D ö k ü m Y ö nteminde : D ö k ü m y ö ntemi , s v n n viskozitesinin d üş ü k olmas yla kal plama y ö nteminden ayr lmaktad r. S v ,kal p i ç ine ya yer ç ekimi ivmesiyle (gravite d ö k ü m) yada ilave bir bas n ç la (santrif ü j d ö k ü m,bas n ç l d ö k ü m) doldurulur. Tek kullan ml k kum kal plar ucuzdur, ç ok kullan ml k kal plar ö rn.metal kal p, seramik kal p daha pahal d r. Bunlar n d ş nda hassas d ö k ü m,al ç kal ba d ö k ü m ve kabuk kal ba d ö k ü m gibi de ği ş ik d ö k ü m y ö ntemleri vard r. D ö k ü m kal b n n ş ekli, s v n n kal b n her taraf na kolayca yay lmas n sa ğlamal , ayn zamanda da ç ekme bo ş lu ğu olu ş umun engelleyecek ş ekilde kat la ş maya da imkan tan mal d r. Kal p tasar m , model ve d ö k ü m par ç a kal ptan kolay ç kacak ş ekilde yap lmal d r. Par ç an n so ğumas s ras nda ise s cak y rt lmaya neden olmayacak ş ekilde tasarlanmal d r. Kullan lan kal p malzemesine g ö re de d ö k ü m par ç an n y ü zey kalitesi de ği ş mektedir. Ö rn. Kum kal ba d ö k ü mde , d ö k ü m par ç an n y ü zey kalitesi k ö t ü iken , hassas d ö k ü m y ö ntemi ile el de edilen d ö k ü m par ç an n y ü zey kalitesi daha iyidir.www.a305teyim.com Ş ekil 3 Kum kal ba d ö k ü m Ş ekil 4 Kokil kal ba d ö k ü m Kal plama : Y ü ksek viskoziteye sahip termoplastiklere ve camlara uyarlanm ş d ö k ü m y ö ntemidir. S cak viskoz madde, so ğumas ve kat la ş mas i ç in bas n ç la kal p i ç ine g ö nderilir. Kal p, tekrarlanan bas n ç uygulamas na , s cakl ğa, par ç an n ayr lmas ve uzakla ş mas s ras nda meyd ana gelen a ş nmaya dayan kl olmas gerekti ğinden pahal d r. Karma ş k ş ekilli par ç alar da bu y ö ntemle kal planabilir, ancak i ş lem bitiminde par ç an n kal ptan ç kar lmas zordur.www.a305teyim.com Ş ekil 5 Kal plama.S cak polimer veya cam, kal plar aras nda preslenerek kal b n ş eklini almas sa ğlan yor. Ş ekil 5 Transfer kal plama Karma ş k ş ekilli par ç alar hassas ş ekilde elde edilebilir. Ş ekil 6 Enjeksiyon kal plama Gran ü l halde polime r, sonsuz vida ile kal ba do ğru hareket E derken s n r ve ş ekillenebilecek s cakl ğa gelir , ba n ç uygulamas yla kal ba g ö nderilir.www.a305teyim.com Ş ekil 7 Ş i ş irme ile kal plama Ş i ş e yap m nda kullan lan y ö ntem Ş i ş irme y ö nteminde; hen ü z son ş ekli verilmemi ş polimer veya cam, kal b n i ç ine yay larak sertle ş ebilmesi i ç in gaz bas nc kullan l r. Ç ok h zl ,d üş ü k maliyetli ve ucuz par ç alar n seri imalat i ç in kullan lan i ş lemdir. Ö rn.su ş i ş eleri ve s ü t ş i ş eleri gibi. Deformasyon (plastik ş ek il de ği ş tirme) i ş lemi : Plastik ş ekil de ği ş tirme i ş lemi s cak, so ğuk veya l k olabilir. S cak ş ekil de ği ş tirmede ( T > 0,55 T m ) ise ö rn.e kstr ü zyon , s cak d ö vme ve s cak haddeleme y ö ntemlerinin kal plama ile pek ç ok ortak noktas olmas na ra ğmen, k ullan lan malzeme s v olmay p kat d r. Ş ekillendirmede kullan lan s cakl k y ü ksek ise malzemenin akma dayan m azal r ve yeniden kristalle ş me meydana gelir. Bunun sonucunda ise ş ekillendirme bas nc azal r. Il k ş ekil de ği ş tirmede ( 0,35 T m < T < 0,55 T m ) ise toparlanma meydana gelir, yeniden kristalle ş me olu ş maz. So ğuk ş ekil de ği ş tirmede ( T < 0,35 T m ) ö rn. So ğuk d ö vme, haddeleme ve ç ekme i ş lemlerinde ise pekle ş meden yararlan larak ş ekillendirilmi ş par ç an n dayan m artt r l r. Ancak bunun i ç in y ü ksek ş ekillendirme kuvvetleri gerekmektedir. D ö v ü len par ç alar, kal nl kta ani de ği ş meler keskin e ğrilik yar ç aplar olmayacak ş ekilde tasarlan r. Çü nki bu iki etken, malzemenin kopmas na ve katmer olu ş umuna neden olur. Malzemenin s cak d ö v ü lmesi daha b ü y ü k ş ekil de ği ş imleri meydana getirir. Ancak par ç an n y ü zey d ü zg ü nl ü ğü , oksidasyon, ç arp lma ve toleranslar a ç s ndan k ö t ü d ü r. So ğuk d ö vme, daha m ü kemmel bir boyutsal do ğruluk ve y ü zey kalitesi vermesine kar ş n d ö vme bas nc y ü ksek olup, ş ekil de ği ş imi pek le ş meyle s n rl d r.www.a305teyim.com Ş ekil 8 Haddeleme Ş ekil 9 D ö vme Ş ekil 10 Ekstr ü zyonwww.a305teyim.com Ş ekil 12 Derin ç ekme Toz metalurji si y ö ntemi : Y ö ntemde, ince taneli metal tozlar n n presleme ve sinterleme yoluyla ş ekillendirilmesi ama ç lan r. Tozlar so ğuk halde preslenip ş ekillendirilebilir, ancak dayan m kazan m ( ba ğ olu ş umu i ç in)i ç in ş ekillendirilmi ş tozun 0.8 T m ‘e kadar s t lma s gerekir. Di ğer bir y ö ntem ise, metal tozlar s t lm ş kal pta preslenebilir yada ö n ş ekillendirilmi ş ince par ç alar hidrostatik bas n ç alt nda s t labilir ki bu y ö nteme izostatik presleme ad verilir.D ö k ü lemeyecek kadar ergime s cakl ğ y ü ksek olan v e plastik ş ekillendirme y ö ntemi ile ş ekillenemiyecek kadar dayan m ç ok y ü ksek olan metaller ve seramikler kimyasal yolla toz haline getirildikten sonra kolayca ş ekillendirilebilir. Bu y ö ntemle, hemen hemen her malzeme toz haline getirildikten sonra s cak l k ve bas nca tabi tutularak ş ekillendirilebilir. Ş ekil 13 S cak izostatik preslemewww.a305teyim.com Toz metalurjisi y ö ntemi , di ş li ve yatak gibi k üçü k metal par ç alar n ve m ü hendislik seramiklerinin yap m nda kullan l r. Y ö ntem, malzeme kullan m a ç s ndan ekonomiktir. D ö k ü m ü yap lamayan, plastik ş ekil verilemeyen ve tala ş l i ş lenemeyen malzemelerden par ç a yapma imkan tan r ve de ç o ğu zaman y ü zey bitirme i ş lemi gerektirmez. Ö zel y ö ntemler : Elektr olitik kaplama, kimy asal ve fiziksel buhar çö kt ü rmede oldu ğu gibi, par ç an n atomlar mertebesinde olu ş turulmas na imkan veren teknikleri kapsar. Ayr ca, malzemenin do ğrudan s t lmak suretiyle veya plazmayla eritilerek bir kal p ü zerine g ö nderildi ği p ü sk ü rtme teknikleri de ö z el y ö ntemler i ç inde yer al r. Bu proseslerle, di ğer y ö ntemler ile g üç ş ekillendirilebilen malzemelerden az miktarda par ç a ü retilebilir. Ş ekil 14 P ü sk ü rtme ile ş ekillendirme Kompozit malzemelerin ü retim tekn ikleri de ö zel y ö ntemler i ç inde incelenebi li r. Ş ekil 15 Elyaf ( lif ) sarma B ü y ü k kompozit par ç alar, elyaf sarg l olarak veya ö nceden cam,karbon yada grafit fiberler ile takviyelenmi ş olarak (pre-preg) istenilen kal nl ğa presleme yoluyla istiflenere k getirilebilirler. Bu prosesin baz safhalar otomatikle ş tirilebi l se bile yine de yava ş bir imalat y ö ntemidir. Araba tamponlar tenis raketleri gibi par ç alar ise s ü reksiz(do ğranm ş ) fiber kompozitlerin preslenmesi ve fiberleri i ç eren bir re ç ine hamurunun kal pta s t lmas yla veya daha ak ş kan bir kar ş m n enjeksiyon kal plama y ö ntemiyle kal ba yerle ş tirilmesi sonucu ü retilebilirler.www.a305teyim.com Tala ş l ş ekillendirme : Hemen hemen t ü m m ü hendislil malzemeleri son i ş lemlerinde tala ş l i ş lemeye veya ta ş lamaya tabi tu tulurlar. Daha az i ş lem gerektirdi ği i ç in par ç alar simetrik olarak tasarlanmal d r. Metallerin i ş lenebilirli ği ç ok farkl d r. Bu nedenle de i ş lenebilirlik; kolay tala ş olu ş turma, p ü r ü zs ü z y ü zey olu ş turabilme yetene ği ve ekonomik kalem ö mr ü sa ğlama yetene ği nin bir ö l çü s ü d ü r. K ö t ü i ş lenebilirlik y ü ksek maliyet anlam na gelmektedir. Ç o ğu polimer kolay ve iyi i ş lenip parlat labilir. Ancak d üşü k elastiklik mod ü lleri nedeniyle tala ş l i ş lem s ras nda kolayl kla esneyebilirler. Bu durum toleranslar k s tlayabil ir. Seramikler ise y ü ksek toleransla bilenip, parlat labilirler. Ancak d üşü k elastik mod ü lleri polimerlerin tala ş l i ş lem s ras nda kolayl kla esneyebilmesi nedeniyle toleranslar k s tl d r. Ayr ca s y iletmeyip b ü nyesinde tutmas nedeniyle de tala ş l i ş lem s ras nda dikkatli olunmal d r. Seramiklere ise y ü ksek toleransla i ş lenip, parlat labilir. Belirli uygulamalar ç in ö zel tala ş l i ş lem teknikleri mevcuttur. Bunlar aras nda elektro kimyasal i ş leme, ultrasonik kesme, k v lc mla i ş leme, kimyasal frezel eme, elektro/lazer ş n yla, su ve kum jetleriyle kesme say labilir. Tala ş l i ş leme operasyonlar genellikle y ü zey bitirme i ş lemi olarak uygulan r. Di ğer bir deyi ş le , par ç an n y ü zey kalitesini ve tolerans n belirler. Y ü ksek y ü zey kalitesi ve d üş ü k tolera ns y ü ksek maliyet anlam na gelmektedir. Ş ekil 16 Tala ş l i ş leme y ö ntemleri : tornalama ( ü stte) ve frezeleme (altta)www.a305teyim.com Ş ekil 17 Ta ş lama Is l İ ş lem : Is l i ş lem bir ç ok malzeme i ç in zorunluluktur. Al ü minyum, titanyum ve nikel ala ş mlar ya ş land rma ( çö keltme sertle ş mesine) u ğrayarak çö kelen ikinci faz n ana faz i ç indeki da ğ l m na g ö re dayan m kazan rlar. Ç eliklerin sertle ş tirilmesi ve slah da ç ok uygulanan bir y ö ntemdir. Ç elikler, Ac 3 s cakl ğ n n 30 C 0 ila 50 C 0 ü zerine (yakla ş k 800 C 0 ) yani ö stenit s cakl ğ na s t larak su verilir ve temperlenir. Su verme i ş lemi, ö zellikle ince etli par ç alarda distorsiyonlar ve ç atlamalara yol a ç acak b ü y ü kl ü kte gerilmelere neden olaca ğ ndan riskli bir i ş lemdir. Gerilmeler, ü niform olmayan s cakl k da ğ l m ndan kaynaklan r. Gerilme olu ş umunu azaltabilmek i ç in su verme h z n iyi ayarlamak gerekir. Kal planan veya deformasyona u ğrayan malzemelerde olu ş an gerilmeleri giderebilmek amac yla gerilme giderme tavlamas uygulanarak, geril meler giderilmeye ç al ş l r. Bi rle ş tirme İ ş lemleri : Birle ş tirme i ş lemleri bir ç ok teknikle ger ç ekle ş tirilir. Metal malzemelerin birle ş tirilmesinde, per ç in, kaynak, yap ş t rma ve lehim y ö ntemleri kullan labilir. Ş ekil 18 Kaynak y ö ntemiwww.a305teyim.com Polimerler, g e ç me ba ğlant larla ve ultrason kayna ğ , s cak eleman kayna ğ gibi ö zel kaynak y ö ntemleri ile birle ş tirilebilirler. Seramikler ise diff ü zyon ile birbirlerine,camlara ve metallere ba ğlanabilirler. E ğer par ç alar kaynakla birle ş tirilecekse, yap ld klar ma lzemenin kaynak kabiliyetinin iyi olmas gerekir. Kaynak kabiliyeti, i ş lenebilirlik gibi malzemenin ytemel ö zelliklerinden birini olu ş turur. D üşü k s l iletkenlik kaynakta, d üşü k s girdisine ve kaynak ü fleci uzakla ş t ğ nda so ğuman n daha yava ş ger ç ekle ş m esine neden olmaktad r. D üşü k s l genle ş me, ç arp lma riskini azaltan k üçü k s l zorlanmalar n olu ş umunu sa ğlar. Kaynak b ö lgesinin iki yan nda s n n tesiri alt nda kalan (ITAB) b ö lgedeki a ş r ya ş lanma ve yumu ş ama olu ş abilece ğinden, ya ş lanma sertle ş mes i g ö steren ala ş mlar iyi kaynak kabilyeti g ö steremezler. Ş ekil 19 S ü rt ü nme kayna ğ Ş ekil 20 yap ş t rma i ş lemi Bitirme İ ş lemleri : Tek par ç an n veya birle ş tirilmi ş birka ç par ç an n y ü zeyine uygulanan i ş lemleri ifade eder. Parlatma, kaplama, anodik oksidasyon (eloksallama) ve boyama i ş lemlerini i ç erir. Bitirme i ş lemleri, par ç alar n y ü zey p ü r ü zl ü l ü ğü n ü azaltmay , oksidasyon ve a ş nmadan korumay ayr ca g ö r ü n üşü iyile ş tirmeyi ama ç lamaktad r.www.a305teyim.com Kaplama ve boyama, b ü y ü k ö l çü de d ş b ü key y ü zeylere sahip par ç alara daha kolay uygulan r. Kanal, yar k ve deliklere boyama gere ç leriyle ula ş mak zor oldu ğundan ç o ğunlukla kaplama i ş lemei elektroliz ile yap l r. İ malat Y ö ntemi Se ç imi Her imalat y ö nteminin yapabilece ği nitelikler vard r. Bu nitelikler, i ş lenebilenecek malzemelerin ç e ş idi, elde edilebilecek par ç a b ü y ü kl ü ğü , par ç a ş ekli ve karm a ş kl ğ , hassasiyet ve do ğru ş ekilde elde edilebilirlik, y ü zey kalitesi ve i ş lem h z d r. İ malat se ç im y ö nteminde a ş a ğ da belirtilen kriterler ö nemli rol oynamaktad r Malzeme: Malzemelere uygulan cak imalat y ö ntemleri; malzemenin ergime s cakl ğ (T m ) ve Sertli ği (H) ile karekterize edilir. Boyut (b ü y ü kl ü k): Minimum veya maksimum t ü m boyutlar, hacim (V) veya a ğ rl k (W) ile belirlenir. Ş ekil : En- boy oran , kal nl k-derinlik oran , y ü zey-hac im oran Karma ş kl k : bilgi i ç eri ği (bilgi i ç eri ği: ş ekli belirlemek i ç in gereken ba ğ ms z ö l çü lerin Say s ), simetrilik vb. Tolerans: Boyutsal hassasiyet veya hassal k (do ğruluk), T P ü r ü zl ü l ü k: Y ü zey bitirme, RMS y ü zey p ü r ü zl ü l ü ğü ,R ile ö l çü l ü r. Y ü zey detay : K öş edeki en k üçü k e ğrilik yar ç ap Mimum parti b ü y ü kl ü ğ: Ü retilecek min. Par ç a say s Ü retim h z : Tek par ç a i ç in gerekli zaman, ç evrim zaman Maliyet: Par ç a ba ş na maliyet İ malat y ö ntemi se ç erken , diyagramlardan faydal anarak imalt ile tasdar m aras nda bir ili ş ki kurulur. Diyagramlar n eksenleri, niteliklerin ikisini ö rn.karma ş kl k ve b ü y ü kl ü k gibi. G ö sterir. Her imalat y ö ntemi, diyagram n belli bir b ö lgesini kaplar ve belirli b ü y ü kl ü k ve karma ş kl k aral ğ ndaki par ç a lar n imalat i ç in uygundur. Normal d ö k ü m y ö ntemleri ile elde edilebilen par ç alar n a ğ rl ğ 1g.-250 ton aras nda de ği ş mektedir. Plastik ş ekil de ği ş imi nispeten daha k üçü k aral kta yap labilir. Tala ş l imalat, daha b ü y ü k bir karma ş kl k aral ğ nda daha ke sin bilgi verir. Birle ş tirme y ö ntemleri ise boyutun yani b ü y ü kl ü ğü n ve karma ş kl ğ n aral ğ n daha da b ü y ü t ü r. Mikro ç iplerin imalinda kullan lan ö zel mikro elektronik imalat y ö ntemleri, k üçü k boyutlarda daha geni ş karma ş kl k aral ğ sunar.