İmalat Yöntemleri - II Sac Şekillendirme ile İmalat İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 1 SAÇ ŞEKİLLENDİRME İLE İMALAT * Tüm saç’lar kesme işlemi dışında şekillendirilirken bir yandan UZATILIR, öte yandan sıkıştırılarak BÜZÜLME ile son şeklini alır. * Saç şekillendirme ya mekanik ya da hidrolik pres’lerde yapılır. * Saç şekillendirme zımba (punch=ıstampa=erkek kalıp) ile kalıp (matris=dişi kalıp) arasında yapılır. * Sacın kırışmasını önlemek için “POT ÇEMBERİ” kullanılır. * Saç şekillendirme yöntemleri : - Derin çekme - Gererek şekillendirme - Eğme ve kenetleme - Sıvama diye sınıflanır. DERİN ÇEKMENİN TEMEL ESASLARI DERİN ÇEKME NEDİR? * Yuvarlak saç’tan üç boyutlu derin bir kap elde etme işlemidir. * Bu işlemde zımba ve kalıp kullanılır. * Yırtılma olmasın diye zımba ve kalıp köşeleri radyüslüdür. * Derin çekme işleminde saç kalınlığında büyük değişiklik olmaz. * Elde edilen ürünün tabanı düzdür. DERİN ÇEKME ORANI SINIRI Çekme oranı : Başlangıçtaki D 0 parça çapının, d 0 zımba çapına oranıdır. Çekme Oranı Sınırı (limit) : Maksimum çekilebilecek D 0 parça çapının, d 0 zımba çapına oranıdır.Bu değer, malzemelerin derin çekilebilirliğinin bir ifadesidir.Malzemelerin çatlak başlangıcından az önce maksimum hangi çapa kadar çekilebildiğini açıklarİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 2 KENAR PROFİLLERİ Sacın anizotropisi (kristallografik yapısı), dairesel parçaların derin çekilmesi esnasında eşit olmayan düzensiz kab kenarlarının oluşmasına neden olur. DERİN ÇEKME ORAN SINIRINI ETKİLİYEN PARAMATRELER ? 0 max sınır çekme oranı,flanş ile pot çemberi arasındaki ( ?)’ye bağlıdır.Bu etki,büyük çaplı zımbalar için daha da fazladır. ? 0 max aynı zamanda malzemenin de fonksiyonudur.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 3 ŞEKİLVERME BÖLGESİNDE OLUŞAN GERİLMELER Silindirik kapların derin çekilmesinde pot çemberi altındaki parça, “radyal çeki gerilme”sine ve “teğetsel bası gerilme”sine maruz kalır.Aynı zamanda flanş’taki buruşma( wrinkling)’ yı önlemek için pot çemberi kuvveti, min.değerde ve dik şekilde bası gerilmesi uygulanmalıdır. Aşağıdaki ve bundan sonraki sayfadaki diyagramlar,pot çemberli derin çekme esnasında şekil değiştiren bölgede hareket eden gerilmeleri göstermektedir.Zımba (eğme bölgesinde)’dan verilen bir mesafedeki gerilmelerin relatif büyüklükleri görmek için “kayıcı” yı hareket ettirerek izleyiniz. DERİN ÇEKMEDE OLUŞAN GERİLME BÖLGELERİ Derin çekme esnasında birbirinden farklı 4 bölge oluşur. 1)- Şekil verme bölgesi: Burası pot çemberinin parçaya bastığı kısımdır. Pot çemberi kuvveti ilk oluşacak “buruşma” yı önler. 2)- Eğme bölgesi : Parça, çekme ring radyüsü üzerinden eğmeye zorlanır. 3)- Kuvvet taşıma bölgesi :Bu bölgede parçanın cidarları şekil alır. 4)-Kuvvet uygulama bölgesi :Şekil vermeye basma kuvveti ile bu bölgede başlanır. STABİL ŞART : Triboloji sistemlerinde sürtünme ; * saç / yağ / pot çemberi * saç / yağ / çekme ringi * saç /yağ / çekme ring radyüsü aralarında mümkün olduğunca az olmalıdır. Zımba ve sacın cidar kalınlığı arasındaki sürtünme çok yüksek zımba kuvvetleri oluşsun diye mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 4 Aşağıdaki STABİL ŞARTI olmalıdır. F P ? F T = (a).R m .U. T Burada ; (a) : Yırtılma faktörü Rm : sacın çekme mukavemeti U : Zımba çevresi t : Saç kalınlığı F T : Yırtma kuvveti a) › parça kalınlığı / yağ / zımba arasındaki sürtünmeden etkilenir. Yırtılma faktörü ( ?) büyük olursa, daha büyük yırtılma kuvveti oluşur.O zaman da parça cidarında yırtılma meydana gelir. DERİN ÇEKME ESNASINDA OLUŞAN KUVVETLER Derin çekme kuvveti (F P ) , işlem esnasında artar, kritik bir max.değere ulaşır.İlk önce parçanın alt kısmı şekil alır.Sonra derin çekmenin diğer kısımları cidarlar ve derinlik şekillenir.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 5 Stabil şart, zımba kuvveti (F P ) ‘yi mümkün olduğunca düşük olacak şekilde tutmaktan etkilenebilir. Bu durumda aşağıdaki denklem göz önüne alınmalıdır. F P = F İDE + F EĞM + F SAC/YAĞ/POT + F SAC/YAĞ/RİNG + F SAC/YAĞ/RİNG RAD. Derin çekme esnasında F İDE ve F EĞM kuvvetleri saç malzemesi ve saç kalınlığı verilmişse etkilenmezler. Fakat , yağlanmaya rağmen saç/kalıp yüzeylerindeki yukarıdaki üç sürtünme kuvvetini min. indirmek mümkündür. KIRŞIKLIK-BURUŞULUKLAR –I- Flanş’ta tg basma gerilmesi altında parça bukle şeklinde oluşmaya meyleder.Sonuçta oluşan kıvrımlara “ilk oluşan kırışıklıklar” adı verilir.Bu durum YETERLİ POT ÇEMBERİ KUVVETİ (F P ) uygu lamakla önlenebilir. Kabın çekilmesi esnasında parça kalınlığı, flanş’ın dış kenarına doğru ARTAR.Kalıp radyüsüne yakın orta kısım ise daha İNCE olur. Kalıp ile pot çemberi arasındaki mesafe , en büyük flanş kalınlı ğı olarak belirlenir.Böylece da ha küçük alanlar için pot çemberi ve saç arasında küçük bir aralık olacaktır.Bu da ikinci kez oluşan kırışıklıkların başlamasına izin verecektir KIRIŞIKLIK-BURUŞUKLUK-II- Konik,parabolik veya küresel parçaların derin çekilmesi silindirik parçaların derin çekilmesinden oldukça daha zordur. * Çekme kuvveti,yalnızca sacın küçük kesitlerinden taşınması na izin verildiğinden,küçük çekme oranlarında bile lokal çatlama tehlikesi yüksektir. * Deformasyon yalnızca flanş’ta meydana gelmez, aynı zaman da zımba ve kalıp arasındaki bölgede de meydana gelir.Burada iş parçası dayanamaz, ilk kırışıklığın meydana gelmesine sebep olan tg bası gerilmelerine maruz kalır. Böyle durumlarda “hidromekanik derin çekme” uygun bir alternatiftir. k = ( d 0max – d 0min ) / 2 tg ? w İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 6 DERİN ÇEKİLEN SAÇ’TA YIRTILMA Derin çekme işleminde büyük çekme oranı seçersek ; ? 0 = D 0 / d 0 Daha büyük max. çekme yükü,çekilen parçanın cidarından taşınmasına müsaade edilir.Çekme oranı max. Değeri aştığı zaman kabın alt tarafında çatlamalar olur. Bu çatlaklar ; * Kabın alt tarafının def. esnasında, alt radyus bölgesinde zamanından önce çatlak doğabilir. * Kabın alt tarafının oluşmasından sonra, kabın alt tarafındaki radyüste ve kabın cidar kısmına geçişte doğal çatlak oluşabilir. POT ÇEMBERİ KUVVETİNİN ETKİSİ İşlem ; a)- Saç malzeme özelliklerine, b)- Yağlama durumuna, c)- Takım geometrisine, d)- Şekil verme parametrelerine bağlı olarak “sınırlama” getirebilir. * ÜST SINIR : Çatlak oluşumu ve kırılma * ALT SINIR : Kırışıklık-buruşukluğa meyil Bu iki hata kriteri prosesi sınırlar. Hatasız parçalar için çalışma alanı, bu limitler arasında uzanır.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 7 DERİN ÇEKME PROSESLERİ DERİN ÇEKME İŞLEMİNE GENEL BAKIŞ Kuvvetin uygulanış biçimine göre 3 kategoride derin çekme işlemini irdeleyebiliriz. * Derin çekme takımları ile ; - Silindirik kapların d.ç. - Direkt tekrar d.ç - Tersine tekrar d.ç - Komplex parçaların d.ç * Aktif ortamda d.ç - Hidromekanik d.ç * Aktif enerji ile d.ç En çok ilk iki metot kullanılır. SİLİNDİRİK KABLARIN DERİN ÇEKİLMESİ Derin çekme işlemi esnasında dairesel zımba kuvvetleri, önce zımba/ parça ikilisinin alt kısmına sonra kabın cidarını oluşturacak kısma aktarılır.Pot çemberi kuvveti, şekillendirme bölgesinde “tg bası strain”’inden dolayı oluşacak kırışma-buruşma problemini önler. Zımba aşağı doğru giderken saç,pot çemberi altında,çekme ring radyüsü boyunca akar ve boşluğa doğru çekilir.Proses esnasında “saç kalınlığı” hemen hemen sabit kalır. DİREKT TEKRAR DERİN ÇEKME PROSESİ-I- Daha büyük çekme oranları elde etmek için, direkt tekrar çekme işlemi uygulanır.Birinci çekmenin tersine,çekme ringinin konik şekli,saca dik olarak etkir,çekme ringine karşı basmaya ve daha ileri şekil vermeye zorlar.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 8 TERSİNE TEKRAR DERİN ÇEKME-II- Tersine derin çekmede saç başlangıçta bir kab gibi şekillendirilir. Bunu zıt yönde çalışan bir zımba üzerine malzemeyi sürme izler.Tersine çekme,büyük flanşlı silindirik olmayan parçaların derin çekme işlemine katkıda bulunmak için yapılır, belli bölgelerde malzeme yığılması da yapabilir. İlk işlem ve sonraki tersine çekme işlemi sığ bir zımba kullanarak tek bir işlemde yapılır. KOMPLEX PARÇALARIN DERİN ÇEKİLMESİ-I- Otomobil gövde paneli gibi,dönel olmayan simetrik parçaların derin çekme işlemi ; derin çekme ile mekanik uzatma işlemlerinin karışımından oluşur. Nisbeten büyük saç metal parçaları ; azıcık derin çekme, önemli miktarda uzatarak şekil vermenin karışımı ile yapılmaktadır.Bunun tersine otomobil iç kapı panelleri gibi derin çekilerek şekillendirilen parçalar, önemli ölçüde derin çekme, azıcık ta uzatarak şekil verme ile şekillendirilir. KOMPLEX PARÇALARIN DERİN ÇEKİLMESİ-II- Eksenel simetrik parçaların derin çekilmesinde pot çember kuvvetle ri buruşukluk meydana getirmesin diye kontrol edilebilmelidir.Simet rik olmayan parçalar için de malzeme akışı kontrol edilebilinmelidir. Malzeme akışı BEAD’ lerde eğme-sürtünme kuvvetlerince, PARÇA ŞEKLİ’nde çekme ve sürtünme kuvvetlerince SÜRTÜNME parça ve şeritler arasındaki sürtünme, kullanılan yağ’lar ve pot çemberi kuvvetlerince engellenmektedir. İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 9 KOMPLEX PARÇALARIN DERİN ÇEKİLMESİ-III- Aşağıda bir araba kapı panelinde malzeme akışının nasıl önlendiği,engellendiği görülmektedir. * PARÇA ŞEKLİ : Büyük parçalar malzeme akışını engeller,zira şekle bakılırsa,saç ile alt kuşak arasındaki sürtünmenin üstesinden gelmek için daha fazla kuvvet gerekecektir. * DRAW BEADS : Sürtünme ve eğme kuvvetleri sebebiyle, * LOCK BEADS : İki şerit arasındaki metal akışını lock beads’ler kendileri, SÜRTÜNME KUVVETLERİ Yağlama ve pot çemberi kuvvetleri etkilidir.Özellikle ; Saç / üst kuşak ile Saç / alt kuşak arasındaki yağlama ve pot çemberi kuvvetleri malzeme akışını önleyecektir. DERİN ÇEKME PARÇALARDA CİDAR KALINLIĞI (Cidar kalınlığının ütülenmesi) Aşağıda maksimum kalınlığı 0,3 mm olan Al saç’tan kesilmiş dairesel bir parçanın derin çekilmesi ile üretilen Al kabının üç üretim aşaması görülmektedir. Derin çekme esnasında önemli bir “kulak çıkıntısı” hatasından sakınmak için Al saç metal min. Anizotropi’de olmalıdır. Çünkü derin çekme, sonra gelen tekrar çekme ve saç ütüleme aşamalarında”clip- off” hatasına sebep olabilir. GEREREK ŞEKİLLENDİRME UZATARAK-GEREREK ÇEKME İŞLEMİ Bu proses çok rijit bir zımba ile sacın şekillenmesi olayıdır. Zımba sacın kenarlarından kuvvetlice tutar.Nispeten düz fakat boyutça büyük olan parçalar istenilen şekilde kıvrılıp, şekillendirilirler.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 10 Proses 4 aşamalıdır. 1. Yükleme 2. Ön germe 3. Uzatma 4. Gevşetme Saç, ? ak’ nın %2-4 üzerinde plastik şekil değişimine uğrar. Gererek şekillendirmede BOYUN VERME olayı sınırlandırıcı faktördür. * Tek eksenli çekmede boyun verme kriteri max.çekmeye karşılık ge len (? çek ) olurken, * İki eksenli çekme’de şekil değiştirme sınırı BİÇİMLENDİRME SINIR DİYAGRAMLAR ile belirlenir. - Bu yöntemde “GERİ YAYLANMA” olayı gerilmelerin homojen dağılması sebebiyle önlenmiş durumdadır. - Malzeme bu yöntemle şekil vermede yeterince SÜNEK olmalıdır. - GEREREK ŞEKİL VERME ORANI (GŞVO) = h / l ile belirlenir. * Kalınlık artarsa , GŞVO artar. * İnce taneli mlz,tek fazlı mlz olursa, GŞVO artar. - (n) pekleşme oranı artarsa, boyun verme güçleşir. - (n) pekleşme oranı düşerse, boyun verme kolaylaşır. -(m) şekil verme hız hassasiyet katsayısı artarsa, boyun verme etrafa yayılır,homojen kalınlık azalması görülür,çatlak oluşumu gecikir.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 11 EĞME-KATLAMA İLE ŞEKİLVERME EĞME-KENET YAPMA : Kenet ; hazır saç’ların kenarları birbiri üzerine uzatılıp,araları sokulup, eğilmesi ile yapılan bir birleştirme prosesi’dir. Nokta temaslı ve çizgide maslı kenet işlemleri vardır. Yanğıda üç aşamalı bir eğme prosesi ile kenet yapımı görülmektedir. * Kenarın 90 0 eğilmesi, * Ön kenet için 135 0 ye erişilmesi, * Son kapama keneti 180 0 ye tamamlama Down-flanging – Aşağı bükme : Standart eğme , r i eğme radyüsü üzerine sacın bükülmesi ,zımbanın aşağı doğru hareket ettirilmesiyle olur. Daha ileri yöntem ise , dış basınçlı karşı tutucu ile yapılan eğme’dir.Buna “down-flanging” yöntemi denir.Bu yöntemde kıvrımlardan kurtulunur, mekanik geri yaylanma azalır,yırtılma ihtimali azalır.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 12 GERİ YAYLANMA : Bu terim, saca şekil verme operasyonun elastik bir parçasıdır.(? 2 ) açısını yapmak için kullanılan eğme momenti bırakılınca,saç (??) açısı kadar geri-yaylanır.Geri yaylanma sacın (? ak ) pekleşme üsteli (n) ve ön uzatma (E) nın bir fonksiyonu dur.Teknoloji ve malzemenin özel kullanımı sayesinde geri-yaylanma azaltılabilinir veya dengelenebilir. Etkili Parametreler : E , ? ak (n) – geometrik oran = (r i / s) (s) saç kalınlığı- iç radyüs (r i ) KENET YAPIM AŞAMALARI : * Yan yatırma aşaması * Geri yaylanma -I- * Son kenet prosesi * Kenet geometrisinde değişim * Geri yaylanma-II- * Son kenet geometrisiİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 13 SON KENET GEOMETRİSİ TANIMLARI DİĞER SAÇ ŞEKİLLENDİRME PROSESLERİ TÜP HİDROFORMİNG PROSESİ TÜP HİDROFORMİNG : Aktif ortamlarda avantajlı olan bir şekil verme prosesidir.Dairesel tüpler,extrüzyon parçaları gibi sığ ve yarı-mamul ürünler,tam bitmiş ürün haline bu yöntemle getirilirler. Komplex yüzey geometrisine sahip parçalar basınçlı sıvılar vasıtasıyla aynı anda eksenel kuvvetlerin de yardımıyla şekillenirler.Su baz’lı sıvılar genel olarak kullanılmasına karşılık yağ ve elastomer bazlı maddeler de basınç ortamı için uygun maddelerdir. Etkili kuvvetler : F s =Fx 1 =Fx 2 = (? . D 2 p / 4). P i Fx 1,2 › Eksenel kuvvetlerİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 14 TÜP HYDROFORMİNG’ DE HATA TİPLERİ –I- Bu tip şekil verme işleminde çeşitli hatalar oluşabilir. Bunlar ; * Eğilme-belverme (buckling) * Kırışma-buruşma (wrinkling) * Arkaya katlanma (folding back) * Patlama (bursting) * Boğum yapma (necking) Şekillendirme kabiliyeti, malzemeye,onun sıcaklığı na,deformasyon hızına(? ’ ) ve gerilme (?) durumuna bağlıdır. TÜP HYDROFORMİNG’ DE HATA TİPLERİ-II- Kırışma-buruşma genellikle şekil verilen radyüs’ün iç kısmında ve dış yüzeylerdeki patlayan kısımlarda görülür.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 15 TÜP HYDROFORMİNG’E ÖRNEK Aşağıda araba amortisörü üzerine konan Al ‘dan yapılmış köprü vazifesi gören tüp hydroforming’e örnek bir parça görülmektedir. HİDROMEKANİK DERİN ÇEKME-I- Bu yöntemde,simetrik yuvarlak saç metal parçasının derin çekilmesi esnasında zıt taraftan hidrolik basınç uygulanması söz konusudur.Ters basınç saç metal cidarı ile zımba arasındaki sürtünmeyi artırır,böylece YIRTILMA FAKTÖRÜ katsayı olarak büyür,bunun anlamı ise daha derin saç çekilebilme kabiliyetini artırmaktır. Ayrıca, tek bir operasyonla kırışma olmadan daha da ince cidarlı olmasını istediğimiz parçaları üretmek olasıdır. HİDROMEKANİK DERİN ÇEKME-II- Hidromekanik derin çekme, sadece mekanik derin çekme işlemine göre * Daha yüksek yırtılma faktörü sağlar bu ise daha fazla derinlikte saç şekillendirme yapmamıza olanak verir. * Gittikçe incelmesini istediğimiz ince cidarlı parçayı kolayca elde ederiz. İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 16 SÜPERPLASTİK ŞEKİLVERME PROSESLERİ Üç tip süperplastik şekil verme yöntemi uygulanır. * Boşluk tipi şekil verme * Kabartılı şekil verme * Diyaframlı şekil verme Boşluk tipi ş.v Başlangıçta parça ısıtılarak gaz basıncı ile kalıpla temas edecek şekle getirilir.Birden fazla çıkıntılı olabilir.Dış hatları düzgün parçalar daha iyi üretilirler.Bu proses düz ve konvex yüzeylerin üretimine daha uygundur. Kabartılı şekil verme : Boşluk tipi şekil vermeye benzer.Parça iki taraftan sıkıca tutulur.Gaz basıncı ile çıkıntı oluşturulur.çıkıntı istenen yüksekliğe erişince kalıp hareket ettirilir. Prosesin ikinci kısmı,önceki şekil verme yönüne ters bir basınç uygulanarak kalıp şekillenir.Daha iyi malzeme kullanarak daha küçük cidar kalınlığa sahip malzemeler şekillendirilir.Bu teknoloji özellikle yüksek derinliğe sahip parçalar için çok uygundur. Diyaframlı şekil verme: Super plastik olan ve olmayan parçalar için kullanılır.Kompozit malzemeler de uygundur.