Üretim Teknikleri ve Teknolojisi Plastik Şekil Vermenin Esasları 1 EÜT 231 ÜRET İM YÖNTEMLER İ Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 2 PLAST İK ŞEKİL VERMEN İN ESASLARI 1. Plastik Şekil Vermeye Genel Bakı ş 2. Plastik Şekil Vermede Malzeme Davranı şı 3. Plastik Şekil Vermede Sıcaklık 4. Şekil De ği ştirme Hızına Duyarlılık 5. Plastik Şekil Vermede Sürtünme ve Ya ğlama EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 3 Plastik Şekil Verme Metal parçaların şeklinin de ği ştirilmesi için plastik deformasyonun kullanıldı ğı büyük imalat yöntemleri grubu Genellikle kalıp(die )olarak adlandırılan takım, metalin akma dayanımını a şan gerilmeler uygular Metal, kalıbın geometrisi tarafından belirlenen bir şekil alır EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 4 Metal Şekillendirmede Gerilmeler Metale plastik şekil veren gerilmeler genellikle basınç türündedir Örnekler: haddeleme, dövme, ekstrüzyon Ancak bazı şekillendirme yöntemleri Metali gerer (çekme gerilmeleri) Di ğerleri metali büker (çekme ve basma) Di ğer bazıları ise kayma gerilmeleri uygularEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 5 Metal Şekillendirmede Malzeme Özellikleri İstenen malzeme özellikleri: Dü şük akma dayanımı Yüksek süneklik Bu özellikler sıcaklıktan etkilenir: Parça sıcaklı ğı arttıkça süneklik artar ve akma dayanımı dü şer Di ğer faktörler: Şekil de ği ştirme hızı ve sürtünme EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 6 P ŞV Yöntemlerinin Temel Türleri 1. Kütle şekillendirme Haddeleme Dövme Ekstrüzyon Tel ve çubuk çekme 2. Saç metal şekillendirme Bükme Derin çekme Kesme Karı şık yöntemler EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 7 Şekil 18-1 P ŞV yöntemlerinin temel türleri Metal şekillendirme Kütle şekillendirme Saç metal şekillendirme Haddeleme yöntemleri Dövme yöntemleri Ekstrüzyon yöntemleri Tel ve çubuk çekme Bükme i şlemleri Derin veya kap çekme Kesme yöntemleri Karı şık yöntemler EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 8 Kütle Şekillendirme Yöntemleri Büyük deformasyonlarla ve masif şekil de ği şiklikleriyle karakterize edilir “Kütle” terimi, yüzey/hacim oranı dü şük olan parçalar anlamındadır Ba şlangıçpa r ça şekilleri, silindirik kütükler ve dikdörtgen çubukları içerirEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 9 Şekil 18.2 Temel kütle şekillendirme yöntemleri: (a) haddeleme Haddeleme Parça Merdane Merdane EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 10 Şekil 18.2 Temel kütle şekillendirme yöntemleri: (b) dövme Dövme Kalıp Parça Kalıp EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 11 Şekil 18.2 Temel kütle şekillendirme yöntemleri: (c) ekstrüzyon Ekstrüzyon Piston Parça Kalıp EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 12 Şekil 18.2 Temel kütle şekillendirme yöntemleri: (d) çekme Tel ve Çubuk Çekme Drawing Parça Kalıp EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 13 Saç Metal Şekillendirme Metal saçlar, şeritler ve bobinlere uygulanan şekillendirme ve ilgili i şlemler Kütle şekillendirmeden farklı olarak yüksek yüzey/hacim oranına sahip ba şlangıç malzemesi Bu i şlemleri presler yaptı ğından genellikle pres i şi olarak adlandırılır Parçalar genellikle saç olarak adlandırılır Yaygın kalıplar: zımba ve kalıp EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 14 Şekil 18.3 Temel saç metal şekillendirme yöntemleri: (a) bükme Saç Metal Bükme Parça Zımba Kalıp EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 15 Şekil 18.3 Temel saç metal şekillendirme yöntemleri: (b) derin çekme Derin Çekme Pot çember Parça Kalıp Zımba EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 16 Şekil 18.3 Temel saç metal şekillendirme yöntemleri: (c) kesme Saç Metalin Kesilmesi Zımba Parça Kalıp Kesme etkisi EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 17 Metal Şekillendirmede Malzeme Davranı şı Gerilme-Birim Şekil De ği ştirme e ğrisinin plastik bölgesi, öncelikli ilgi konusudur; çünkü malzeme plastik olarak şekil de ği ştirir Plastik bölgede, malzemenin davranı şı a şa ğıdaki akı ş e ğrisi ile açıklanır: n K ? ? = burada K = dayanım katsayısı; ve n = şekil de ği ştirmede pekle şme üsteli’dir Akı ş e ğrisi gerçek gerilme ve gerçek birim şekil de ği ştirmelere dayanır EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 18 Akma Gerilmesi Oda sıcaklı ğında ço ğu metal için dayanım, şekil de ği ştirme sertle şmesi (pekle şme) nedeniyle şekil de ği ştirdi ğinde artar Akma gerilmesi = malzemenin şekil de ği şimine devam edebilmek için gerekli anlık gerilme de ğeri burada Y f = akma gerilmesi, yani, birim şekil de ği ştirmenin fonksiyonu olarak akma dayanımıdır n f K Y ? = EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 19 Ortalama Akma Gerilmesi Akma e ğrisini, “sıfır” ile “ilgilenilen bölgede tanımlanan son birim şekil de ği ştirme de ğeri” arasında integre ederek belirlenir burada = ortalama akma gerilmesi; ve ? = şekil de ği ştirme i şlemi sırasındaki maksimum birim şekil de ği ştirmedir n K Y n f + = 1 ? _ _ f Y EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 20 Şekil 18-4 Akma e ğrisinin integre edilerek ortalama de ğerinin bulundu ğu bölge Gerçek gerilme Birim şekil de ği ştirme hızıEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 21 Metal Şekillendirmede Sıcaklık Herhangi bir metal için akma e ğrisindeki K ve n sıcaklı ğa ba ğlıdır Hem dayanım( K) ve hem de pekle şme, yüksek sıcaklıklarda dü şer Ek olarak, yüksek sıcaklıklarda süneklik artar EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 22 Metal Şekillendirmede Sıcaklık Herhangi bir şekil verme i şlemi, yüksek sıcaklıklarda daha dü şük kuvvetlerle gerçekle ştirilebilir Metal şekillendirmede üç sıcaklık bölgesi vardır: So ğuk şekil verme Ilık şekil verme Sıcak şekil verme EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 23 So ğuk Şekil Verme Oda sıcaklı ğında veya hafifçe üzerindeki sıcaklıkta yapılır Ço ğu so ğuk şekillendirme yöntemi, seri üretim i şlemlerinde önemlidir Genellikle hiç veya çok az tala ş kaldırma gerekir Bu i şlemler, net şekil veya net şekle yakın yöntemlerdir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 24 So ğuk Şekil Vermenin Üstünlükleri Daha yüksek do ğruluk, daha dar toleranslar Daha yüksek yüzey kalitesi Pekle şme, dayanım ve sertli ği arttırır Şekillendirme sırasındaki tane akı şı, üründe istenen yönlenmi ş özellikleri sa ğlayabilir Parçanın ısıtılması gerekmezEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 25 So ğuk Şekil Vermenin Zayıflıkları Şekillendirme i şleminde daha büyük kuvvetler ve güçler gerekir Ba şlangıçi ş parçasının yüzeylerinden, hadde curufları ve kirliliklerin uzakla ştırılması gerekir Süneklik ve pekle şme, yapılabilecek şekillendirme miktarını sınırlar Bazı durumlarda, ilave şekil verme için metalin tavlanması gerekir Yine bazı durumlarda ise metal, so ğuk i şlenemeyecek derecede sünek olmayabilir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 26 Ilık Şekil Verme Oda sıcaklı ğının üzerinde, ancak yeniden kristalle şme sıcaklı ğının altında uygulanır So ğuk ve ılık şekil verme arasındaki sınır, genellikle erime sıcaklı ğı cinsinden çizilir: 0.3T m , burada T m = metalin erime sıcaklı ğı (mutlak sıcaklık) EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 27 Ilık Şekil Vermenin Üstünlükleri So ğuk şekil vermeye göre daha dü şük kuvvetler ve güçler Daha karma şık parça geometrileri mümkündür Tavlamaya ihtiyaç azaltılabilir veya ortadan kaldırılabilir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 28 Sıcak Şekil Verme Yeniden kristalle şme sıcaklı ğı’nın üzerindeki sıcaklıklarda şekil verme Yeniden kristalle şme sıcaklı ğı = mutlak sıcaklık cinsinden erime sıcaklı ğının yakla şık yarısına e şittir Pratikte, sıcak şekil verme, 0.5T m ’nin hafifçe üstünde yapılır Metal, sıcaklık0 . 5 T m ,nin üzerine çıktıkça yumu şamasını sürdürür; bu seviyenin üzerinde sıcak i şlemenin üstünlükleri artarEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 29 Neden Sıcak Şekil Verme? Sıcak ve ılık şekil vermedan çok daha yüksek seviyede, metalin temel plastik şekil de ği ştirmesi için olanak Neden? Dayanım katsayısı (K), oda sıcaklı ğındaki de ğerinden önemli oranda dü şüktür Pekle şme üsteli (n) sıfır’dır (teorik olarak) Süneklik önemli oranda artar EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 30 Sıcak Şekil Vermenin Üstünlükleri Parça şekli önemli oranda de ği ştirilebilir Daha dü şük kuvvet ve güçler gerekir So ğuk i şlemede genellikle kırılan metaller, sıcak i şlenebilir Parçanın dayanım özellikleri genellikle izotropiktir Parçada so ğuk sertle şme nedeniyle dayanım artı şı meydana gelmez Parçanın sonradan so ğuk şekil verme ile i şlenmesi bakımından üstünlük EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 31 Sıcak Şekil Vermenin Zayıflıkları Daha dü şük boyutsal do ğruluk Daha yüksek toplam enerji gerekir (parçayıı sıtmak için ısıl enerji nedeniyle) Parça yüzeyinde oksitlenme (hadde curufu), daha kötü yüzey kalitesi Daha kısa takım ömrü EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 32 Şekil De ği ştirme Hızına Duyarlılık Teorik olarak bir metal sıcak şekil verme sırasında, pekle şme üsteli n = 0 de ğerine sahip bir mükemmel plastik malzeme gibi davranır Metalin bir kez akma gerilmesi de ğerine ula ştı ğında aynı de ğerde akmaya devam etmesi gerekir Ancak şekil verme sırasında, özellikle de yüksek sıcaklıklarda, ilave olaylar meydana gelir: Şekil de ği ştirme hızına duyarlılıkEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 33 Şekil De ği ştirme Hızı Nedir? Şekillendirmede şekil de ği ştirme hızı, v şekillendirme hızıyla do ğrudan ili şkilidir Şekil verme hızı v = koç ( şahmerdan)’ınh ızı veya di ğer ekipmanın hareketinin hızıdır Şekil de ği ştirme hızının tanımı: burada = gerçek şekil de ği ştirme hızı ve h = şekil verilen parçanın anlık yüksekli ğidir h v = . ? . ? EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 34 Şekil De ği ştirme Hızının De ğerlendirilmesi Ço ğu pratik i şlemde, şekil de ği ştirme hızının de ğerlendirilmesi a şa ğıdaki faktörlerle yapılır Parça geometrisi Parçanın farklı bölgelerinde şekil de ği ştirme hızının de ği şimi Bazı metal şekil verme i şlemlerinde şekil de ği ştirme hızı 1000 s -1 veya daha fazlasına ula şabilir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 35 Şekil De ği ştirme Hızının Akma Gerilmesine Etkisi Akma gerilmesi, sıcaklı ğın bir fonksiyonudur Sıcak şekil verme sıcaklıklarında akma dayanımı, şekil de ği ştirme hızına da ba ğlıdır Şekil de ği ştirme hızı arttıkça, şekillendirmeye direnç de artar Bu etki, şekil de ği ştirmeye duyarlılık olarak bilinir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 36 Şekil 18.5 (a) Yüksek parça sıcaklı ğında, şekil de ği ştirme hızının akma gerilmesine etkisi. (b) Aynı ili şkinin log-log koordinatlarında çizimi. Şekil De ği ştirme Hızına Duyarlılık Akma gerilmesi Şekil de ği ştirme hızı Şekil de ği ştirme hızı E ğim = m Akma gerilmesiEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 37 Şekil De ği ştirme Hızına Duyarlılık Denklemi burada C = dayanım sabiti (akma e ğrisindeki dayanım katsayısına benzer ancak e şit de ğil) ve m = şekil de ği ştirme hızına duyarlılık üsteli’dir m f C Y ? & = EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 38 Şekil 18.6 Tipik bir metal için sıcaklı ğın akma gerilmesine etkisi. Artan sıcaklıkla, C sabiti, şekil de ği ştirme hızı = 1.0’deki kesikli dikey çizgiyle her bir e ğrinin kesi şme noktasından görüldü ğüü ze r e azalır ve m (her noktanın e ğimi) artar. Sıcaklı ğın Akma Gerilmesine Etkisi Akma gerilmesi Şekil de ği ştirme hızı Oda sıcaklı ğı EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 39 Şekil De ği ştirme Hızına Duyarlılık Üzerine Gözlemler Artan sıcaklık, C’yi azaltırken m’yi arttırır Oda sıcaklı ğında, şekil de ği ştirme hızının etkisi hemen hemen ihmal edilir Akma e ğrisi, malzeme davranı şının iyi bir göstergesidir Sıcaklık arttıkça şekil de ği ştirme hızı, akma gerilmesinin tahmininde gittikçe daha önemli hale gelir EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 40 Metal Şekillendirmede Sürtünme Ço ğu metal şekillendirme yönteminde sürtünme istenmez: Metal akı şı zorla şır Kuvvetler ve güç artar Takım a şınması hızlanır Sıcak şekil vermede sürtünme ve takım a şınması daha ciddidirEUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 41 Metal Şekillendirmede Ya ğlama Metal i şleme ya ğlayıcıları, sürtünmenin zararlı etkilerini azaltmak amacıyla, ço ğu şekil verme yönteminde takım-parça arayüzeyine uygulanır Faydaları: Azalan yapı şma, kuvvetler, güç, takım a şınması Daha iyi yüzey kalitesi Takımdaki ısıyı uzakla ştırır EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr.Murat VURAL ( İTÜ Makina Fakültesi) 42 Bir Ya ğlayıcının Seçimindeki Kriterler Plastik şekil verme yönteminin türü (haddeleme, dövme, saç metal çekme, vs.) Sıcak şekillendirme veya so ğuk şekillendirme Parça malzemesi Takım ve parça metallerinin kimyasal reaktifli ği Uygulama kolaylı ğı Maliyet