KAYNAK Kaynak, malzemelerin kaynak bölgesinde ısı ve/veya basınç yardımıyla ilave malzeme kullanarak veya kullanmadan birleştirilmesidir. Kaynak tekniği, gerçekte bir grup birleştirme yönteminin genel adıdır. Tablo 1. Ergitme Kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması Kaynak, uygulandığı malzeme türüne göre metal kaynağı veya plastik malzeme kaynağı olarak gruplandırılabilir. Ancak genel olarak kaynak, işlemin fiziksel prensibine göre Eritme kaynağı ve Basınç kaynağı olarak sınıflandırılır. Tablo 1 ve 2'de bu şekilde sınıflandırılan kaynak yöntemleri toplu halde gösterilmiştir. Tablo 2. Basınç kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması 1.1. KAYNAK KABİLİYETİ Kaynaklı yapı elemanlarının imalat amacı, mümkün olan en düşük maliyette imal edilmesi, fonksiyonunu tam olarak yerine getirmesi ve işletmede uzun süreli kullanılmasıdır.Metalsel malzemeden bir yapı elemanın kaynak prosesinde, belirli bir kaynak yönteminin kullanıldığı uygun bir imalat sürecinde, maddelerin kaynakla birleştirilmesi sözkonusudur. Burada kaynak bölgesinin yerel özelliklerinin ve birleştirilen parçaların tüm konstrüksiyona etkilerinin, önceden belirlenmiş koşullan sağlamam gerekir. Kaynak kabiliyeti, üç temel faktöre, Malzeme, Konstrüksiyon ve imalata aynı ağırlıkla bağlıdır. Kaynak kabiliyeti ile bu temel faktörler arasında, aşağıdaki üç özellik yeralır: - Malzemelerin kaynağa uygunluğu - Konstrüksiyonun kaynak emniyeti, ve - İmalatın kaynak yapılabilirliği. Bir kaynaklı imalat, belirli malzemelerden oluşturulmuş bir konstrüksiyon halinde, önceden tesbit edilmiş imalat şartlan altında, kolayca imal edilebiliyorsa, kaynak yapılabilirliğe sahip demektir. Tablo 3’de yukarıda sayılan faktörler birarada verilmiştir. Tablo3. Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler. Bu özelliklerin herbiri, kendi içinde malzemeye, konstrüksiyona ve imalata bağlı olmasına rağmen ağırlıkları birbirinden farklıdır Bir malzeme, eğer belirli bir konstrüksiyon ve imalat şeklindeki özellikleri, kendisinden beklenen her talebe uygun bir kaynak kalitesine ulaşabiliyorsa, o malzeme kaynağa uygun demektir. Bir konstrüksiyon, eğer belirli malzeme ve imalat yöntemleri ile oluşturulduktan sonra, önceden tesbit edilmiş işletme şartlan altında kendisinden beklenene fonksiyonları yerine getirebiliyorsa, kaynak emniyetine sahip demektir. Kaynak işleminde tatminkar bir kalitenin sağlanması, özellikle aşağıdaki nedenlerle güçtür: - Kaynak işlemi, üretim sürecinde optimize edilmiş malzeme yapısına, sürekli olarak müdahale edilmesi demektir; çünkü termik olarak sinirli içyapı -dönüşümü, atmosferden .gaz kapma, birleştirme yüzeyindeki katışkılar nedeniyle, malzemenin mekanik teknolojik özellikleri değişir
1
- Kaynak işlemleri, günümüzde hâlâ çoğunlukla elle veya ancak kısmen mekanize şekilde uygulanmaktadır. Bu nedenle mamullerin .kalitesi, diğer bir imalat yönteminde olmadığı kadar insana ve tekrarlanabilir performans açısından insanın yeteneklerine bağlıdır. - Kaynaklı birleştirmelerin kalitesinin değerlendirilme olanakları sınırlıdır. Özellikle eritme kaynağıyla birleştirilmiş kalın levhalarda, ayrıca içköşe ve bindirme dikişlerde mevcut muayene yöntemleri, güvenilir kalite değerlendirmesi açısından tatminkâr bilgi vermez. 1.2 GAZ KAYNAĞI Gaz kaynağı, gaz basınç kaynağı ve gaz eritme kaynağı alt gruplarına ayrılır Gaz basınç kaynağı, bir basınç kaynak yöntemidir. Gaz alevi, bu yöntemde, beton çeliklerinde olduğu gibi yalnızca birleşme yüzeylerini ısıtmakta kullanılır. Kaynak, sonradan basınç uygulaması altında tamamlanır. Bu bolümde sadece gaz eritme kaynağı ele alınmıştır. Gaz eritme kaynağı, en eski eritme kaynak yöntemlerinden biridir; ancak, TIĞ kaynağı gibi modern kaynak yöntemleri için öncülük etmiştir. 1.2.1. Gaz Eritme Kaynağının Prensibi Oksi-asetilen kaynağı olarak da bilinen gaz kaynağında ısı menbaı olarak bir alev kullanılır. Alevin oluşturulması ve sürdürülmesi için oksijen gibi bir yakıcı gaz gerekir. Alev, hem esas metali hem de kaynak bölgesine sevkedilen çubuk şeklindeki ilave metali eritir Gaz eritme kaynağı düşük yatırım maliyetiyle üniversal bir uygulama kabiliyetine sahiptir 1.2.2. Gazların Özellikleri 1.2.3. Oksijen Gaz eritme kaynağında Oksijen gibi bir yakıcı gaza ek olarak, yanmayı sürdürmek ve alev gücünü yükseltmek amacıyla bir yanıcı gaza gerek vardır. Kaynak için gerekli olan oksijen havanın ayrıştırılmasıyla elde edilir. Genel saflık derecesi % 99,5'tir. Gaz formunda veya sıvılaştırılmış olarak taşınır. Düşük miktarda tüketileceği zaman çelik tüplere gaz formunda depolanır. Tüplerin basıncı 150 ila 200 bar arasındadır ve hacimleri ise 40 ila 50 litredir. Çok sayıda tüketim noktasının bulunması gereken işletmelerde ise, tek tek tüplerden tüp bataryaları oluşturulabilir. Daha büyük tüketim durumunda, sınır 300 ila 1000 m3/ay arasındadır ve kullanım yerinde bulunan sabit tanklarda düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılmış halde depolanır. 1.2.4. Yanıcı Gazlar Gaz eritme kaynağında yanıcı gaz olarak çoğunlukla asetilen (C2H2) kullanılır. Prensip olarak Propan (CaHe) ve Doğalgaz (Metan (CH4)) gibi hidrokarbon bileşikleri de yanıcı gaz olarak kullanılabilir.Asetilen, oksijenle yakıldığında, diğer gazlara oranla en yüksek alev gücünü verir. Bunun nedeni, sadece yüksek ısıl değeri değil, aynı zamanda asetilenin tutuşma hızının da en yüksek olmasıdır. Asetilen, öteden beri asetilen üretim cihazlarında üretilir Günümüzde ise üretildikten sonra tüplere doldurulmaktadır. Şekil 1. çekmeceli tipte bir asetilen üretim cihazının kesitini şematik olarak vermektedir. Kireç taşı ile karbonun ark ocağında reaksiyona, girmesiyle elde edilen kalsiyumkarbür (CaC2), asetilen üretim cihazının çekmecesine yerleştirilir Burada üzerine dökülen su ile aşağıdaki denklem uyarınca reaksiyona girer:
2
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH ) 2 + Isı Oluşan gaz, cihazın üst kısımlarına çıkar. Günümüzde artık asetilen, çelik tüplerde depolanmış olarak kullanım yerine ulaştırılmaktadır. Asetilenin basıncı 2,5 bar'ın üzerine çıktığında, patlayarak kendisini oluşturan hidrojen ve karbona ayrıştığından tüplerin iç basıncı 1,5 barı aşmaz. Şekil 2. bir asetilen tüpünün kesitini göstermektedir. Tüp içinde bulunan gözenekli maddeye aseton emdirilmiş ve asetilen de bu aseton içinde eritilmiştir. Üst kısmında bulunan boşlukta, erimiş asetilen gaz haline geçer.
Şekil 1.Çekmeceli bir asetilen üretim cihazının şematik gösterimi (karpit kazanı)
Şekil 2. Bir asetilen tüpünün yapısı
1.2.5. Oksi-Asetilen Alevi Yanıcı gaz, oksijen etkisi altında, iki kademeli bir yanma ile yanar. 1.2.6. Üfleç ve Aksesuarları Gaz eritme kaynağında günümüzde büyük çoğunlukla enjektör tipi üfleçler kullanılmaktadır (Şekil 3). Yüksek basınca ayarlanan oksijen (2,5 bar) düşük basınçlı asetileni (O,5 bar) tüpten emer Her iki gaz da üfleç içinde karışır ve yanma reaksiyonu, üfleç dışında meydana gelir.
Şekil 3. Gaz eritme kaynağında kullanılan üfleç (şalümo). En yüksek sıcaklık, alevin koyu renkli konik kısmının yaklaşık 2 ila 5 mm önünde oluşur (Şekil 4). Asetilen oksijenle yandığında, 3200°C’lik bir sıcaklık elde edilir En yüksek sıcaklığın oluştuğu bu nokta, kaynağın yapılması gereken yerdir. Şekil 4. Asetilen-oksijen alevi 1.2.7. Alev Ayarı Alev, yanıcı gaz / oksijen oranına göre oksitleyici (oksijeni fazla), nötr veya redükleyici (asetileni fazla) ayarlanabilir Birleştirme kaynağında, yumuşak çelikler ve CrNi çeliklerinin tamir kaynağında alev nötr ayarlanır Oksijeni fazla alevle pirinç kaynak edilirken, redükleyici alevle dökme demirin, alüminyumun kaynağında ve sert dolgu kaynağında kullanılır 1.2.8. Gaz Eritme Kaynağında Çalışma Teknikleri
3
Gaz eritme kaynağında, sağdan sola (sola kaynak) ve soldan sağa (sağa kaynak) olmak üzere iki teknik kullanılabilir. Sola kaynak yönteminde kaynak çubuğu alevin önünde giderken sağa kaynak tekniğinde alevin arkasından gelir (Şekil 5). Sola kaynak, 3 mm'ye kadar ince saçların birleştirme kaynağında kullanılır. Burada üfleç eğik tutulur ve alev daha çok eriyen esas metale doğru yönlendirilir. Böylece esas metalin ince bölgesinde erimiş bir nokta oluşturulur; bu şekilde sığ bir nüfuziyet (esas metalde erimenin oluştuğu derinlik) ve dolayısıyla düşük bir karışım (kaynak metali içinde esas metalin erime miktarı) elde edilir. Sağa kaynak tekniğinde ise, daha derin bir nüfuziyet elde edildiğinden ve daha emniyetli bir kaynak oluşturulabildiğinden daha kalın parçalar kaynak yapılabilir Kaplama kaynağında, zırhlanmanın aksine sağa kaynak tekniği kullanılır Gaz eritme kaynağı, birleştirme kaynağı olarak daha çok, alaşımsız ve düşük alaşımlı çelik boruların kıvrık alın, I ve V ağızların kaynağında kullanılır. Düşük eritme gücü nedeniyle ekonomik uygulama alanı yaklaşık 4,5 mm cidar kalınlığına kadar ve 150 mm çapa kadar boruların kaynağıyla sınırlıdır.
Şekil 5. Gaz eritme kaynağında çalışma teknikleri
Gaz eritme kaynağının diğer bir uygulama alanı, dökme demirlerin sıcak kaynağıdır. Bu uygulamada parça kızıl renge kadar tavlanır ve aynı tür ilave malzemeyle kaynak yapılır. Kaynaktan sonra yavaş soğuma sağlanır. 1.2.9. Gaz Eritme Kaynağında Görülen Kaynak Hataları Kaynak dikiş hataları (süreksizlikler) gaz kaynağında en çok, uygun olmayan ağız hazırlığı veya kaynakçının yanlış çalışma tekniğinden doğar. En çok rastlanan kaynak hataları, yetersiz nüfuziyet, yanma oluğu, birleşme azlığı ve gözenektir Ayrıca oksit kalıntıları ve çatlaklar da oluşabilir. Yetersiz nüfuziyet, genellikle kök aralığının çok dar olmasından doğar Bu durum, kaynak sırasında puntalama yerlerinin dayanamamasına yolaçan büzülmeden de ileri gelebilir. Yanma olukları, kaynak ilave çubuğunun kaynak ağzının her iki yanına eşit derecede yığılmamasından doğar. Çoğunlukla üflecin hatalı tutuluşu da bu hatanın oluşumunda etkilidir Birleşme hataları, birleşme bölgesindeki veya iki kaynak pasosu arasındaki soğuk yerlerdir ve seçilen üfleç büyüklüğünün kaynak edilecek malzeme kalınlığına uygun olmaması veya kaynağın çok hızlı yapılması durumunda ortaya çıkar. Yavaş kaynak hızında dahi, öne akan kaynak banyosu nedeniyle birleşme hataları oluşabilir. Gaz eritme kaynağında gözenekler, kaynak metalinde karbonmonooksit oluşumu nedeniyle ortaya çıkar. Kaynak metalinde yüksek oranda karton içeriği bulunması halinde, alevin yanlış ayarlanmış olması sonucu karbonmonooksit oluşabilir. 1.3. ARK KAYNAĞININ ESASLARI
4
Ark, bir tür gaz deşarjıdır. Kaynak sırasında hareketli İletken çubuk (elektrod), akım devresini kapatır (tamamlar). Arkın tutuşturulması ve sürdürülmesi için bir akım üreteci gereklidir. Akım üreteci, gerekli yüksek akım şiddetini ve düşük gerilimi sağlar. 1.3.1. Ark Hava, normal şartlar altında kötü bir elektrik iletkenidir. Arkın tutuşturulması ve sürdürülmesi için ilk olarak elektrik iletkenliğinin sağlanması gerekir. Bu durum iyonizasyon olarak adlandırılır. Bu durumda elektrod ile parça arasındaki boşlukta bulunan havanın molekülleri ve diğer gazlar, ilk olarak dissosiye olur ve daha sonra da elektronlar ve iyonlar açığa çıkar Ark içindeki elektronlar ve iyonlar, yük taşıyıcı olarak görev yaparlar. Pozitif ve negatif yük taşıyıcılar, ark içinde kendilerine uygun kutba doğru hareket ederler; diğer bir deyişle elektronlar anoda (pozitif kutba) doğru giderken iyonlar katoda (negatif kutba) doğru hareket eder. Bu nedenle ark içinde her iki yönde cin kutuplu bir akım akışı mevcuttur (Şekil 6). Şekil 6. Ark akım akışı Arkta akımın ve gerilimin değişimi, arkın karakteristik eğrisi ile gösterilir. Düşük akım bölgesinde (Ayrton Bölgesi) artan akımla gerilim çok fazla düşerken, kaynağa uygun Ohmik bölgede ark geriliminin artmasıyla akım da artar (Şekil 7). Uzun bir ark, kısa arka göre aynı akım şiddetinde ancak daha yüksek gerilimde yanar. Şekil 7. Ark karakteristiği 1.3.2. Manyetik Ark Üflemesi Akım taşıyan her iletkenin çevresinde olduğu gibi arkın çevresinde de bir manyetik alan oluşur Burada akım, elektroddan ark yoluyla parçaya geçer ve parça kutuplama klemensine doğru ilerler Manyetik alan. ark bölgesinde bükülür ve başka bir yöne doğru genişler (Şekil 8). Azalan manyetik kuvvet hatları yoğunluğunun bulunduğu bu alanda ark, bir saptırma etkisiyle karşılaşır. Bu olaya ark üflemesi denir. Şekil 8. Çevresindeki manyetik alan nedeniyle arkın sapması Diğer bir manyetik sapma nedeni, demirin manyetik iletkenliğinin havanınkinden daha fazla olmasıdır Büyük ferromanyetik demir kütleleri, bu nedenle arkı kendisine çeker (Şekil 8-b). Aynı durum, ferromanyetik bir saçın kenarının kaynağı sırasında da gerçekleşir (Şekil 8-c). Bu durumda ark içeriye doğru sapar. Arkın sapması nedeniyle birleşme hataları oluşabilir Bu nedenle kaynakçının elektroda uygun bir eğim vererek ark sapmasını doğrultması gerekir. Parça kutup klemensinin ark üzerindeki etkisi de aşağıdaki durumlarda olduğu gibi pozitif yönde kullanılabilir: a) Cürufun yeteri kadar kalın olmadığı yüksek kaynak hızlarında, parça kutup klemensi uzaklaştırılmalıdır. b) Kaynak banyosu ve cürufun birlikte akma tehlikesinin olduğu düşük kaynak hızlarında parça kutup klemensine doğru kaynak yapılmalıdır.
5
c) Büyük demir kütlelerin çekme etkisi, kütlelerin uygun şekilde yerleştirilmesiyle giderilebilir. Alternatif akımla kaynakta üfleme etkisi, doğru akımla kaynağa göre oldukça düşüktür Ağır üfleme koşullan altında alternatif akımın kullanılması tavsiye edilir örneğin çok telli tozaltı kaynağı gibi uygulamalarda, tellerin tümü doğru akımla kaynak yapıyorsa, arkın üfleme etkisi, her bir arkın kendi etkisi nedeniyle şiddetlenebilir Böyle durumlarda iki telli tozattı kaynağında, öndeki telin doğru akımla arkadaki telin alternatif akımla yüklenmesi uygun olacaktır. Üç telli uygulamalarda ise, öndeki tel doğru akımla ortadaki ve arkadaki tellerin alternatif akımla yüklenmesi üfleme etkisinin şiddetini oldukça azaltır. 1.3.3. Ark Kaynağında Malzeme Geçişi Ark içinde kaynak ilave malzemelerinin geçişi damlalar şeklinde gerçekleşir Damlanın elektrod ucundan erimesi ve kopması, değişik kuvvetlerin etkisi altında meydana gelmektedir. 1.3.4. Malzeme Geçiş Türleri Malzeme geçişi, her kaynak yönteminde ve bir yöntem içinde örtü, toz veya koruyucu gaz türüne göre farklılıklar gösterir. Asit veya rutil örtülü çubuk elektrodlar halinde damlalar, elektrod örtüsünün iç kraterindeki elektrodun sıvı ucunda yapışık gaz patlamaları şeklinde gerçekleşir (Şekil 9). Bazik örtülü elektrodlarda malzeme geçişi iri damlalıdır ve belirli zaman aralıklarında, elektrod ucu ile erimiş kaynak banyosu arasında kısa devre oluşur (Şekil 10), Kısa devrenin çözülmesi, damlanın elektrodun ucundan emilmesini sağlayan erimiş banyonun yüzey gerilimi tarafından gerçekleştirilir. Şekil 9. İçten patlamalı damlalar.
Şekil 10. Kısa devrede damla geçişi
Benzer bir malzeme geçişi MAG-kısa ark kaynağında görülür. Şekil 11'de gösterilen kısa devre sırası, düzenli aralıklarla tekrarlanır. Damla büyüklüğü ve damla frekansı, malzeme ve koruyucu gaz türüne bağlıdır.
Şekil 11. Kısa arkta devre çevrimindeki aşamalar. a) elektrod ucunda bir damla oluşur. b) kısa devrenin parça tarafındaki erimiş banyoda başlaması c) sıvı elektrod malzemesi akar d) sıvı köprü incelir e) ark tekrar tutuşur. MIG/MAG kaynağında üst güç bölgesi, her bir koruyucu gaz türüne göre uzun ark veya sprey ark şeklinde gerçekleşebilir. Sprey arkta malzeme geçişi, esas olarak Pinch etkisi altında meydana gelir. Pinch etkisi, elektromanyetik bir kuvvettir Şekil 12'de gösterildiği gibi, çevredeki manyetik alanın radyal bileşeni, damlayı büzer ve kopmaya zorlar Yeteri kadar
6
şiddetli Pinch etkisi, fiziksel olarak sadece inert gazlar veya argonca zengin karışım gazlar halinde oluşur. Karbondioksit veya CO2 ’ce zengin karışım gazlar halinde, bu yüzden iri küresel taneli, bazen kısa devreli de olabilen malzeme geçişli uzun ark oluşur.
Şekil 12. Pinch etkisinin şeması 1.4. ELEKTRİK ARK KAYNAĞI Elektrik ark kaynağı gönümüzde MIG/MAG kaynağından sonra en yaygın uygulamaya sahip kaynak yöntemidir. Bu yöntemde arkı eriyen bir çubuk elektrod ile iş parçası arasında yanar, Ark ve kaynak banyosu, havanın zararlı etkilerinden, elektrod tarafından sağlanan gazlar ve/veya cüruf ile korunur.
1.4.1. Yöntemin Prensibi Şekil 13'de elektrik ark kaynağının prensip şeması verilmiştir Hem ark taşıyıcı hem de kaynak ilave malzemesi olarak görev yapan çubuk elektrod, etektrod pensesi ile kaynak kablosu aracılığıyla akım üretecinin bir kutbuna bağlanır. Diğer kutup, parça kablosu ve parça klemensi aracılığıyla iş parçasına tutturulur. Elektrik ark kaynağında hem doğru hem de alternatif akım kullanılabilir. Ancak elektrodların bazı türleri alternatif akımla kaynak yapılabilir. Akım üreteci, düşen tip statik karakteristiğe sahiptir. Şekil 13. Elektrik ark kaynağının çalışma prensibi 1.4.2. Çubuk Elektrodlar Günümüzde örtülü çubuk elektrodlar kullanılmakta olup, çıplak örtüsüz elektrodlar terkedilmiştir. Elektrodlar mekanik veya hidrolik tahrikli ekstrüzyon preslerinde üretilir Bağlayıcı olarak camsuyu kullanılır. Presten çıkan elektrodlar bir kurutma fırınında kurutulur. Elektrodların örtüleri ince, orta kalın veya kalın olabilir. 1.4.3. Örtünün Amacı ve Etkileri Elektrod örtüsünün görevleri Tablo 4'de verilmiştir. En önemli görevleri, arkın tutuşmasını ve sürdürülmesini sağlamak, cüruf ve koruyucu gaz oluşturarak kaynak banyosunu çevre atmosferden korumak ve metalurjik olarak etkilemektir. Şekil 14 ve 15'de ise elektrod örtüsünün görev ve fonksiyonlarıyla ilgili şematik bilgiler verilmiştir. Arkın iletkenliğini iyileştirmek için : - daha kolay tutuşma sağlar; - daha iyi kaynak özellikleri oluşturur. Bir cüruf oluşturarak; - damla büyüklüğünü etkiler; - ark içindeki damlaları ve kaynak banyosunu zararlı 7
etkilerden korur; - katılaşan banyoya form verir; - hızlı katılaşmayı önler. Bir koruyucu gaz örtüsü oluşturur: - organik maddelerden; - karbonatlardan (örneğin CaCQ3) - Deoksidasyon ve bazen alaşımlama etkisi yapar. Tablo 4. Elektrod örtüsünün görevleri Şekil 14. Elektrod örtüsünün görevleri
Şekil 15. Elektrod örtüsünün kalınlığı
1.4.4. Örtü Türleri TS EN 499'a göre dört temel örtü türü vardır. Bunlar selülozik, asit, rutil ve bazik'tir Şekil 16, bu örtülerin bileşimlerini ve damla geçiş türlerini vermektedir. Şekil 16. Önemli örtü türlerinin analizleri ve damla geçişleri Esas örtü türleri yanında TS EN 499'da bazı karışım örtü türleri de tanımlanmaktadır: A B C R RR RC RA RC
Asit örtülü Bazik örtülü Selülozik örtülü Rutil örtülü Kalın rutil örtülü Rutil selülozik örtülü Rutil asit örtülü Rutil bazik örtülü
1.4.5. Kaynak Tekniği Elektrod, kaynakçı tarafından tam izole edilmiş kaynak pensesine takılır.Seçilen elektrod pensesinin, uygulanacak akım şiddeti büyüklüğüne uygun olması gerekir. Akım şiddeti (amperaj), akım üretecinde uygun karakteristik eğrisi seçilerek ayarlanır. Ark gerilimi, kaynakçı tarafından ark boyu tesbit edilerek ayarlanır Burada ark boyu arttıkça ark gerilimi artar. Arkın tutuşturulması, elektrod ile iş parçası arasında kısa devre oluşturularak sağlanır. Daha sonra elektrod hemen yukarıya uygun ark boyuna kaldırılır ve ark tutuşturulmuş olur. Bu tutuşturma işlemi, hiçbir zaman kaynak ağzı dışında yapılmamalı ve kaynağa devam edildiğinde hemen üzerinden geçilecek bir noktada yapılmalıdır. Bazik elektrodlar gibi başlangıç gözeneği eğilimli elektrodlar halinde tutuşturma işlemi, bir önceki pasonun bittiği yerin birkaç milimetre önünde yapılmalı ve ark hemen başlangıç noktasına getirilmelidir
8
Böylelikle ilk damlaların düştüğü tutuşturma yeri tekrar eritilmiş olur ve başlangıç gözeneklerinin bertaraf edilmesi sağlanır. iş parçaları, bir pozisyoner veya fikstür düzeneğinde kaynak yapılacakları pozisyona getirilmiyorsa, kaynaktan önce çoğunlukla puntalanmaları gerekir. Puntalamada tekrar tutuşma özelliği iyi olan elektrodlar kullanılmalıdır. Bu tür elektrodlar öncelikle R, RR ve RC türündedir. Punta dikişleri, esas kaynak sırasında kırılmayacak derecede kalın olmalıdır. ince saçlarda distorsiyondan (çarpılma, kasılma, büzülme vs. şeklindeki şekil bozuklukları) kaçınmak için sadece nokta şeklinde puntalama yapılmalıdır Şekil 17’de elektrod hareketleri, parçaların pozisyonlarına göre verilmiştir. Şekil 17.Elektrik ark kaynağında parça pozisyonuna göre elektrod hareketleri 1.4.6. Elektrik Ark Kaynağında Kaynak Hataları Elektrik ark kaynağında görülen en önemli kaynak hataları, yanma oluğu, cüruf kalıntıları, gözenek ve uç krater lunkeridir.Yetersiz nüfuziyet veya kökte erime azlığı gibi hatalar, yönteme özgü olmayıp kaynakçının becerisiyle ilgilidir. Benzer şekilde çatlak oluşumu da malzemeyle yakından ilgilidir.Şekil 18’de bazı temel hataların nedenleri açıklanmaktadır . Şekil 18. Kaynak dikiş hataları ve muhtemel nedenleri 1.5. GAZALTI ARK KAYNAĞI Gazaltı kaynağı, kaynak bölgesinin bir koruyucu gaz yardımıyla korunduğu kaynak yöntemler grubudur. Kullanılan koruyucu gaz türüne göre ve elektrodun ark taşıyıcı olup olmadığına göre alt gruplara ayrılmaktadır. Günümüzde en çok uygulanan kaynak yöntemidir. Tablo 1.9, gazaltı kaynak yöntemlerinin sınıflandırılmasını vermektedir. 1.5.1. Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı TIG kaynağının prensibi Şekil 19'da gösterilmiştir. Ark, tungstenden mamul erimeyen bir elektrod ile iş parçası arasında yanar Tungsten elektrodla eşeksenli olarak beslenen koruyucu soy (Argon, Helyum) hem erimiş kaynak banyosunu hem de elektrodu korur. Kaynak ilave malzemesi olarak kaynak bölgesine elle beslenen çubuk formundaki teller kullanılır. 1.5.2. TIG Kaynak Donanımı TIG kaynağı için kullanılan donanımın temel elemanları, akım üreteci, kontrol ünitesi ve ucunda torç olan hortum paketidir (Şekil 20). Hortum paketinin içinde elektrik kabloları, soğutma suyu hortumları, koruyucu gaz hortumu ve kontrol ünitesinin kabloları bulunur. TIG kaynağı için kullanılan akım üreteçleri, düşen tip statik karakteristiğe sahiptir. Kural olarak doğru akımla kaynak yapılır. Soğuk negatif kutup elektroda ve pozitif kutup da iş parçasına bağlanır. Şekil 19. TIG kaynağının prensibi Şekil 20. Su ile soğutulan TIG kaynak donanımı Alüminyum gibi bazı malzemeler, alternatif akım kullanımını gerektirir. Doğru akım üreteci olarak hemen hemen sadece redresörter ve inverterler kullanılır. Transformatörler alternatif akım verir. Birleşik cihazlarla Nem alternatif hem de doğru akımla kaynak yapılabilir Tungsten elektrodfar, yüksek erime sıcaklığına (3450°C) sahiptir ve toz metalürjisi ile üretilir. Saf tungsten elektrodlar yanında toryumoksrt (ThO2), zirkonyumoksrt (ZrO2) ve lantanoksit
9
(LaO2) ile alaşımlandırılmış elektrodlar da vardır Tungsten elektrodlar EN 26848'de standartlaştırılmıştır. TIĞ kaynağında kullanılan kaynak çubuk ve telleri, kural olarak esas metal ile aynı kimyasal bileşimdedir Sıcak haddelenmiş tellerden soğuk çekme yöntemiyle üretilirler. Koruyucu gazlar EN 439'da standartlaştırılmıştır. TIG kaynağında sadece inert (soy) gazlar kullanılır. Koruyucu gaz olarak çoğunlukta Argon kullanılmaktadır Helyum'a oranla arkın tutuşması daha kolaydır ve düz bir dikiş yüzeyi ve parmak şeklinde bir nüfuziyet ortaya çıkar Argona Helyum karıştırıldığında daha derin bir nüfuziyet elde edilir. 1.5.3. Kaynak Tekniği Alaşımsız ve düşük alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler, nikel esaslı alaşımlar ve bakır esaslı alaşımlar gibi çoğu malzeme, doğru akımla (negatif kutup) kaynak edilir. Bazen darbeli akım da kullanılır. Alüminyum, magnezyum ve alaşımlarında alternatif akım gerekir Bu malzemeler yoğun ve yüksek sıcaklıkta eriyen oksit tabakalarına sahiptir. Bu tabakalar kaynak banyosuna erişmeyi ve ilave malzemenin kaynak metaline katılmasını kolaylaştırır. Bu nedenle oksit tabakalarının uzaklaştırılması gerekir. Bu işlem, ark içindeki elektrik yüklü parçacıklar tarafından yapılır. Şekil 21'de alternatif akımda arkın oksit tabakasını temizleme etkisi gösterilmiştir. Şekil 21. Alüminyumun TIG kaynağında alternatif akım pozitif yarı dalgasında oksit tabakasının uzaklaşması.
Akım şiddeti, akım üretecinde belirli bir karakteristik eğrisinin seçilmesiyle ayarlanır Ark gerilimi ise, ayarlanan ark boyuyla ve kullanılan koruyucu gazla belirtenin Artan akım şiddetiyle nüfuziyet derinliği de artar ancak eriyen kütlenin formu, elektrod ucunun şekline bağlıdır (Şekil 22). Sivri uçlu bir elektrod, dar ve derin bir nüfuziyet verirken küt uçlu bir elektrod, alternatif akımda akım yüklenebilirliğini arttırırken sığ ve geniş bir nüfuziyet verir.
Şekil 22. Doğru akımla TIG kaynağında elektrod ucunun nüfuziyet şekline etkisi
Ark, elektrod iş parçasına temas ettirilmeden tutuşturulun Bu amaçla darbe şeklindeki birkaç bin Voltluk yüksek gerilim, elektrod ucu ile parça arasındaki mesafe birkaç milimetre iken tutuşmayı sağlamaktadır, TIG kaynağında genel olarak sola doğru kaynak yapılır Diğer kaynak yöntemlerine göre kaynak hızı daha düşük olduğundan, alüminyum ve paslanmaz çelikten mamul parçaların TIG kaynağında kök tarafında da bir yanma görülür Bu nedenle kök tarafının da koruyucu gazla korunması gerekir. 1.5.4. Darbeli Akımla Kaynak
10
Modern TIG kaynak tesisleri, özellikle de tam otomatik TIG kaynağı uygulamaları, darbeli bir doğru akım kullanmaktadır Darbeli TIG kaynağında birkaç Hz'Hk bir frekansta bir düşük "temel akım" ve yüksek bir darbe üstüste bindirilir (Şekil 23). Gerilim de akım darbesi ile aynı ritme sahiptir Temel akım, ark sönmeyecek dereceye ayarlanır. Nüfuziyet için darbe akımı gerekir. MIG/MAG darbeli ark kaynağının aksine TIĞ darbeli ark kaynağında çok daha düşük darbe frekansı ayarlanır.
Şekil 23. Darbeli akımda temel akım ve darbe akım
1.5.5. TIG Kaynağında Kaynak Hataları TIG kaynağı, hata oluşturmaya eğilimli değildir. Yönteme özgü hatalar (süreksizlikler), gözenek, tungsten kalıntısı ve oksit kalıntılarıdır. Alüminyumun kaynağında gözeneğin nedeni hidrojendir. Esas metalin ve kaynak çubuğunun üzerindeki oksit tabakası higroskopiktir Bu nedenle kaynak metaline hidrojen girme eğilimi çok kuvvetlidir. Kaynaktan önce fırçalama veya taşlama ile oksit tabakalarının uzaklaştırılmaları gerekir. Tungstenin yüksek erime sıcaklığı nedeniyle kaynak sırasında nadiren tungsten kalıntısı oluşabilir Bu kalıntılar, röntgen filmlerinde aydınlık lekeler halinde görülür: Tungsten kalıntılarının nedenleri, aşın akım yüklemesi sonucu elektrod ucunun erimesi veya kaynak sırasında ya da tekrar tutuşma sırasında elektrodun ucunun kaynak banyosuna temas etmesidir. Oksit kalıntıları genellikle ilave telin ucundaki damlaların oksitlenmesi nedeniyle kaynak banyosuna karışabilir. Bu nedenle ilave telin kızgın ucu, koruyucu gaz örtüsünün dışına çıkarılmamalıdır. 1.5.6. Plazma Kaynağı Plazma kaynak yöntemi, TIG kaynağında olduğu gibi erimeyen bir tungsten elektrod ve soy bir koruyucu gaz yardımıyla yapılır Ancak TIĞ kaynağına göre ark, özel bir torç yapısı tarafından sınırlanmış ve büzülmüştür Arkın sınırlanması, özel torç konstrüksiyonu sayesinde gerçekleşir Bu mekanik sınırlamaya ek olarak, ark, meme dışından akan soğuk koruyucu gaz tarafından da termik olarak büzülür. Şekil 24'de plazma kaynağının prensip seması verilmiştir.
Şekil 23. Plazma kaynağının prensibi
Plazma kaynak donanımı, TIG kaynak donanımına benzer. Akım üreteci olarak redresör veya düşen statik karakteristikti inverter kullanılır. Yüksek ısıl yükleme nedeniyle elektrod, akım üretecinin negatif kutbuna bağlanır. Alüminyumun kaynağında transformatör de kullanılabilir. Bakır kaynağında ise elektrod akım üretecinin pozitif kutbuna bağlanır. Koruyucu gaz olarak Ar/He karışımı kullanılır.
11
1.5.7. Plazma Kaynağının Sınıflandırılması Plazma kaynağı birkaç bakımdan sınıflandırılabilir. Ark Türüne Göre Sınıflandırma Ark türüne göre sınıflandırma, taşıyıcı ark ve taşıyıcı olmayan ark şeklinde yapılır (Şekil 25). İlk durumda taşıyıcı arkla kaynak durumunda) akım üreteci, tungsten elektrodla parça arasında, taşıyıcı olmayan arkla kaynak sırasında ise, tungsten elektrod ile su soğutmalı bakır meme arasında bulunur. Bu durumda ark, torç içinde yanar ve sadece huzme formundaki sıcak gaz halinde akar. Plazma kaynağının bu türüne plazma huzme kaynağı adı verilir. Ancak bu tip plazma, kaynağa uygun değildir. Taşıyıcı olmayan ark daha çok plazma ile püskürtme işleminde kullanılır. Taşıyıcı arkta kaynak, genellikle plazma ark kaynağı olarak adlandırılmaktadır Plazma gazı olarak meme içinde bu nedenle merkezleme gazı olarak da bilinen kolayca iyonize olabilen Argon kullanılır. Bunun dışında kaynak bölgesini koruyucu etkide yapar. Şekil 25. (A) TIG kaynağında serbest ark, (B) plazma kaynağında sınırlanmış taşıyıcı ark ve (C) sınırlanmış taşıyıcı olmayan ark.
Kaynağın Amacına Göre Sınıflandırma Kaynağın amacına göre plazma kaynağı, plazma birleştirme kaynağı ve plazma doldurma kaynağı olarak sınıflandırılır. Plazma birleştirme kaynağı, diğer eritme kaynak yöntemleri gibi uygulama alanına sahiptir. Ancak yüksek eritme gücü nedeniyle özellikle yüksek sıcaklıkta eriyen ve oksitlenmeye duyarlı malzemelerin kaynağında kullanılır, örneğin ostenitik CrNi ve CrNiMo çelikleri, ayrıca nikel esaslı metaller, titanyum ve zirkonyum alaşımları plazma kaynağı ile kaynak yapılabilir Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, tıpkı TIG kaynağında olduğu gibi alternatif akım kullanılmalıdır. Plazma doldurma kaynağı ise, plazma toz ve plazma sıcak tel kaynağı olarak iki alt gruba ayrılır. Her iki yöntem de aşınma ve korozyona dayanıklı tabakaların elde edilmesi işlemlerinde kullanılır. Şekil 26'da prensip şemaları verilmiştir.
Şekil 26. Plazma toz doldurma kaynağı (solda) ve plazma sıcak tel doldurma kaynağı (sağda) 1.5.8. Plazma Kaynağı ile TIG Kaynağının Karşılaştırılması Şekil 27'de her iki yöntem değişik açılardan karşılaştırmıştır. Şekil 27. TIG ve Plazma kaynak yöntemlerinin çeşitli yönlerden karşılaştırılması. 1.5.9. Plazma Kaynağında Kaynak Hataları
12
Plazma kaynağında, TIG kaynağının aksine Tungsten kalıntısına -rastlanmaz. Plazmanın basıncı nedeniyle kök dikişlerinde sarkma oluşması mümkündür. Burada plazma gazının debisinin düşürülmesiyle sorun çözülebilir. Kalın saçların anahtar deliği tekniğiyle plazma kaynağında, dikiş sonunda akım düşürülerek ye plazma gaz basına azaltılarak anahtar deliğinin kapatılması gerekir. Aksi halde uç krater tunken veya gözenekli bölgeler oluşabilir. 1.5.10. MIG / MAG Kaynağı (Eriyen Elektrodla Gazaltı Kaynağı) MIG/MAG kaynağı, koruyucu gaz kullanılarak yapılan (gazaltı) ark kaynak yöntemleri arasında yeralır. Koruyucu gaz türüne göre Metal inert Gaz (MIG) veya Metal Aktif Gaz (MAG) kaynağı olarak ayrılır. MAG kaynağı da kendi içinde ayrıca kullanılan koruyucu gaz türüne göre MAOC (CO2) kaynağı ve MAGM (Karışım gaz) kaynağı olarak ikiye ayrılır. Şekil 28, MIG/MAG kaynağının prensibini vermektedir. Bu yöntemde ark, eriyen bir tel elektrod ile iş parçası arasında yanar; koruyucu gaz inert (soy) ve aktif olabilir. Bir tel makarasından gelen tel, torca iletilir. Telin bu dış ucunda akım kontak borusu yeralır. Kontak borusu, gaz memesinin içinde eşeksenli olarak bulunur. Kontak borusunun alt ucundan ark'a kadar olan tel boyu olarak tarif edilen serbest tel boyunun uzunluğu, mm cinsinden tel çapının 10 ila 12 katı olmalıdır Kontak borusu mesafesi, serbest tel boyu ile ark boyunun toplamıdır. Ark ve kaynak bölgesi, gaz memesinden çıkan koruyucu gaz tarafından örtülür. Koruyucu gazın akış debisi, l/dak cinsinden olmak üzere tel çapının 10 ila 12 katı arasındadır.
Şekil 28. MIG/MAG kaynağının şematik görünümü
1.5.11. MIG/MAG Kaynak Donanımı MIG/MAG kaynağında kullanılan kaynak donanımı, Şekil 29'da gösterildiği gibi, akım üretecinden tel ilerletme ünitesinden ve ucunda torç bulunan hortum paketinden oluşur.
Şekil 29. MIG/MAG Kaynak donanımının ve hortum paketinin elemanları MIG/MAG kaynağında esas olarak doğru akım kullanılır. Elektrod, akım üretecinin pozitif kutbuna bağlanır. Akım üreteci olarak redresör veya sabit gerilim karakteristikli inverter kullanılır. Karakteristik eğrisinin yataylığı çok önemlidir; bu şekilde iç ayar sağlanabilir. MIG/MAG kaynağında değişik tel besleme (ilerletme) düzenekleri mevcuttur. Şekil 30’da beş temel tür gösterilmiştir. Şekil 30. MIG/MAG kaynak donanımlarının temel türleri
13
1.5.12. MIG/MAG Kaynağında Kaynak Tekniği MIG/MAG kaynağında belirli bir karakteristik ayan seçildikten sonra tel ilerletme hızının ayarlanması için kaba ve hassas ayarlar mevcuttur. Bu ayar anahtarları akım üretecinin ön panelinde yeralır. Ark boyunun her değişiminde arkın direnci de değiştiğinden, dolaylı olarak akım şiddeti değiştirilmiş olur. Ark gerilimi, akım üreteci üzerinde, karakteristik eğrisi değiştirilerek ayarlanır. Optimum bir ark boyu elde etmek için, akım şiddeti ve ark geriliminin belirli bir orana sahip olması gerekir. Sadece tel ilerleme hızı değiştirilir ve akım şiddeti değiştirilmiş olur Ancak ark boyu da buna bağlı olarak bir miktar kısalır. Bu durumda aynı anda daha yüksek bir karakteristik seçilmelidir Bu şekilde optimum ark boyu ayarlanabilir. Gerçekte tek bir ideal çalışma karakteristiği mevcut olmayıp kullanılabilecek bir çalışma bölgesi vardır. 1.5.13. MIG/MAG Kaynağının Uygulama Alanları MIG/MAG kaynağının uygulanma oranı, diğer eritme kaynak yöntemleri arasında günümüzde % 70'in üzerine çıkmıştır. Kısmi mekanize, tam mekanize veya otomatik olarak uygulanabilir. Robotla yapılacak kaynak işlemlerine çok uygun bir kaynak yöntemi olduğundan, günümüzde kaynak robotlarının en çok uyguladığı yöntemler arasındadır. Bir kaynak robotu, 3'ten fazla eksene sahip olmalı ve hassas şekilde programlanabilmedir, Genellikle 5 veya 6 eksenli mafsal kollu robotlar kullanılmaktadır. 1.5.14. MIG/MAG Kaynağında Görülen Kaynak Hataları MIG/MAG kaynağında yönteme özgü kaynak hataları, birleşme hatası (yetersiz erime) ve gözenektir. Birleşme hatası, gerekenden düşük veya yüksek ark gücü ayarlanması durumunda ortaya çıkar Gerekenden düşük ark gücü, esas metalin erimesine yeterli gelmez. Gerekenden yüksek ark gücünün yolaçtığı aşırı erime veya çok yavaş kaynak hızı nedeniyle kaynak banyosunun öne akması da birleşme hatalarına neden olmaktadır. Gözenekler, kaynak metalinin katılaşması sırasında metal içinde sıkışan gaz kabarcıklarıdır Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynağında gözenek oluşumunun en önemli nedeni azot'tur. Azot, çevredeki atmosferden gelir. Gaz akış debisine ve torç ile parça arasındaki mesafeye dikkat edildiğinde bu tip gözeneklerin oluşumu önlenebilir. Ayrıca su soğutmalı torçlardaki contaların su sızdırması, torcun gerekenden fazla eğik tutulması, aşın rüzgarlı havalarda veya ortamlarda kaynak yapılması, torç ağzının sıçramalarla tıkanmış olması da gözeneğe neden olur. 1.6. TOZALTI KAYNAĞI Tozaltı kaynağı, yüksek eritme gücü ve yüksek kaliteli kaynaklı bağlantılar sağladığından, kaynaklı imalat yapan işletmelerde sabit bir konumda uygulanır. Günümüzde eritme kaynak yöntemleri arasındaki uygulama oranı % 5-6 arasındadır.
1.6.1. Yöntemin Prensibi
14
Tozaltı kaynağında ark, eriyen bir elektrod ile parça arasında gözle görülmeyecek şekilde yanar. Ark ve kaynak bölgesi, bir toz yığını altında bulunur Kaynak banyosu, atmosferin etkilerinden, tozun oluşturduğu cüruf tarafından korunur. Şekil 31, tozaltı kaynağının prensip şemasını vermektedir Bir tef makarasından sağılan tel elektrod, toz yığınının içine girer Ark, ya esas metale temas yoluyla ya da yüksek gerilim darbeleriyle tutuşturulur ve aynı anda hem esas metali, hem ilave teli hem de çevresindeki kaynak tozunu eritir. Eriyen kaynak tozundan oluşan kaynak gazlan, basınçları nedeniyle arkın çevresinde bir boşluk oluşturur. Tel bu boşlukta erir ve damlalar halinde kaynak metaline geçer. Tozun eriyen kısmı, ark ilerledikçe kaynak banyosunun hemen arkasında katılaşarak cüruf oluşturur Erimeyen toz kütlesi, belirli bir mesafe geriden kaynak kafasını takip eden bir emici hortum tarafından emilerek toz haznesine geri doldurulur. Şekil 32'de ise bir tozaltı kaynak donanımı gösterilmiştir.
Şekil 31. Tek telli tozaltı kaynağının prensibi
Şekil 32. Tozaltı kaynak donanımı.
1.6.2. Tozaltı Kaynağının Uygulama Türleri Tozaltı kaynağı genellikle tam mekanize şekilde uygulanır. Tam mekanize kaynakta kaynak kafasının veya parçanın hareket düzeneği çok önemlidir Tozaltı kaynağında erime gücünü arttırmak için genellikle iki ilave tel aynı anda kaynak bölgesine sevkedilir. Şekil 33'de tozaltı kaynağının uygulama türleri verilmiştir.
Şekil 33. Tozaltı kaynağının uygulama türleri 1.6.3. Kaynak Telleri Alaşımsız çeliklerin ve ince taneli çeliklerin kaynağında kullanılan dolu teller EN 756'da standartlaştırılmıştır. Tozaltı kaynak telleri esas olarak Mn içeriklerine göre gruplandırılır. Ancak başka alaşım elemanları da içerebilirler. Çapları 1.2 mm'den 8 mrrYye kadardır. En yaygın kullanılanları 2.5, 3, 4 ve 5 mm’dir. Tozaltı kaynağında özlü teller ve band elektrodlar da kullanılmaktadır. Özlü teller genellikle düşük alaşımlı metal tozları içerir. Band elektrodlar ise kaplama amacıyla kullanılır. Dolu band elektrodların en yaygın genişlikleri 10 ila 5 mm arasındadır.
15
1.6.4. Kaynak Tozları Tezattı kaynağında kullanılan kaynak tozlan, eritme, sinterleme veya aglomerasyon yöntemiyle üretilen mineral karışımlarıdır. Ancak günümüzde özellikle Avrupa'da sinterleme yöntemi terkedilmiştir. Aglomere tozlar, her bir bileşeninin cam suyu ile birbirine homojen şekilde karıştırılmasından sonra izafi olarak düşük sıcaklıklarda (600 ila 900°C) pişirilir; gerektiğinde ferroalaşımlar da eklenebilir. Aglomere tozlar küçük çaplı küresel tanecikler şeklindedir. Erimiş tozlarda, her bir bileşen karıştırıldıktan sonra ark ocağında veya kupol ocağında birlikte eritilir. Katılaştıktan sonra kırılır ve istenen tane büyüklüğüne elenir. Bileşimi ve soğuma hızı, erimiş tozların amorf veya kristalin olmasını etkiler. Üretimi sırasında yüksek sıcaklığa maruz kaldıklarından, erimiş tozlarda metal bileşen bulunmaz. Kaynak tozlan EN 760'da standartlaştırılmıştır. Bu standarda göre tozlar türlerine göre 5, mineral yapılarına göre 10 gruba ayrılmıştır Tablo 5'de kaynak tozlarının görevleri verilmiştir. Arkın iletkenliğinin iyileştirilmesi ve bu sayede - daha iyi tutuşma - daha karartı ark Curuf oluşturarak - ark haznesi oluşturma - damlaların ve kaynak banyosunun atmosferden korunması - kaynak metalini metalurjik olarak etkileme - banyoya form verme -dikişin hızlı soğumasını engelleme Deoksidasyon ve alaşımlama etkileri için - cüruf oksitleri içerme (metal-curuf reaksiyonları) - ferroatesımlar içerme (sadece aglomere tozlarda) Tablo 5. Kaynak tozlarının görevleri 1.6.5. Yöntemin Uygulanışı Tozattı kaynağı donanımının ayarlanmasında iki ayar düzeneği gerekir Bunlar kullanılan akım üretecinin karakteristik formuna göre belirlenir. Sabit gerilimli kaynak akım üreteçlerinde akım şiddeti, tel ilerleme hızı tarafından ayarlanır, ark gerilimi ise seçilen karakteristik eğrisine bağlıdır. Düşen tip karakteristikti üreteçlerde ise, akım şiddetinin değiştirilmesi için başka bir karakteristik eğrisinin seçilmesi gerekir. Gerilim ise belirli bir tel besleme hızının ayarlanmasıyla ayarlanmış olur. Nüfuziyet derinliği herşeyden önce ayarlanan akım şiddetine bağlıdır. Akım şiddetinin ayan, parça kalınlığına ve kaynak ağzı şekline göre seçilir. Tozaltı kaynağında kaynak banyosunun emniyeti için çeşitli altlıklar kullanılır Şekil 33'de en çok kullanılan altlıklar gösterilmiştir.
16
1.6.6. Tozaltı Kaynağında Karşılaşılan Kaynak Hataları Tozaltı kaynağında kaynak banyosu hacmi büyük ve katılaşma hızı yavaş olduğundan, diğer kaynak yöntemlerine göre gaz ve cüruf kalıntısı olasılığı daha düşüktür. Yüksek karbonlu çeliklerin kaynağında CO gözeneği olasılığı vardır (Şekil 34). Katılaşma çatlakları (lunker ve sıcak çatlak), özellikle dar ve derin kaynak dikişlerinde ortaya çıkar. Bu tip hatalar, uygun kaynak ağız formu ve doğru kaynak parametreleriyle önlenebilir Bunun için dikişin form faktörü (dikişin genişliğinin dikiş derinliğine oran) 1'i geçmemelidir.
Şekil 33. Tozaltı kaynağında kullanılan altlık düzenleri Şekil 34. Tozaltı kaynak dikişlerinde görülen tipik hatalar. 1.7. DİRENÇ KAYNAĞI 1.7.1. Direnç Kaynağının Tanımı Direnç kaynağında kaynak için gerekli ısı, elektrik akımının kaynak bölgesinden geçişi sırasında malzemenin akıma karşı gösterdiği elektriksel direnç nedeniyle ortaya çıkan ısıdır. (Direnç ısısı; Joule etkisi). Kaynak işlemi, basınç uygulanarak veya uygulanmadan ve ilave metal kullanarak veya kullanmadan oluşturulur. 1.7.2. Direnç Kaynak Yöntemlerinin Sınıflandırılması Direnç kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması, Şekil 36'da verilmiştir, ilk büyük sınıflandırma, Direnç basınç ve direnç eritme kaynak yöntemleri olarak yapılır. Bu bölümde direnç basınç kaynak yöntemleri ele alınmıştır Direnç basınç kaynak yöntemleri ise, iletken akım taşımalı yöntemler ve endüktif akım taşımalı yöntemler olmak üzere alt gruplara ayrılır. Endüktif akım taşımalı yöntemler, çoğunlukla boylamasına dikişli boru üretiminde kullanılır. Kaynaklı imalatta en yaygın uygulama alanı bulan direnç basınç kaynak yöntemleri, iletken direnç kaynaklandır. Bunlar arasında nokta kaynağı, dikiş kaynağı, kabartılı nokta kaynağı, yakma alın kaynağı ve basınçlı alın kaynağı yeralır. Bunların etki prensibi Şekil 36'de verilmiştir. 1.7.3. Direnç Basınç Kaynağının Temelleri Burada örnek olarak nokta kaynağı ele alınmıştır. Kaynak için gerekli ısı, kaynak akım devresindeki dirençlerden elde edilir. Bu yöntemlerde kaynak akım devresinde bulunan dirençler, şematik olarak Şekil 35'de gösterilmiştir. Toplam direnç, dört malzeme direncinden ve üç geçiş (temas) direncinden oluşur. Şekil 35. Nokta kaynağında kaynak akım devresindeki dirençler. Elektrik akımını kaynak bölgesine ileten ve basıncı sağlayan içten su soğutmalı elektrodlar takır esaslı olduğundan, bu dirençler arasında en büyüğü Rü 2 ile gösterilen geçiş direncidir. Aşağıdaki formül uyarınca ısı oluşur
17
Q = V.I = I.I.R = I2.R (Joule kanunu) En büyük ısı iki malzemenin temas yerinde olacağından kaynak çekirdeği de burada oluşur. Bu denklemde I (akım) karesi cinsinden yeraldığından, oluşan kaynak ısısı üzerinden en büyük etkiyi yapar R, malzemeler arasındaki geçiş direncidir ve malzemeler arasındaki yüzey şartlarına ve uygulanan basınca bağlıdır.
Şekil 36. Direnç kaynak yöntemlerinin şematik gösterimi.
1.7.4. Direnç Basınç Kaynağı Akım Üreteçleri Direnç basınç kaynağında alternatif akım kullanılır. Direnç kaynak transformatörünün sekonder sargısında çok az sarım olduğundan, kaynak bölgesindeki gerilim çoğunlukla 10 V’un altındadır. Ancak yüksek akım şiddetlerinde transformatör sargılarının uygun enkesite olması gerekir. Kaynak akım üreteçlerinde akımın ayarlanması çok önemlidir Şekil 37'de direnç basınç kaynağında akım ayarı için bir düzenek, üretecin kesiti ile birlikte verilmiştir.
Şekil 37. Primer taraftaki sarım sayısının değiştirilmesiyle akım ayarının yapıldığı bir kaynak akım ayarı. 1.7.5. Nokta Kaynağı Nokta kaynağında parçalar elektrodlar tarafından basınç altında bir arada tutulur ve nokta şeklinde bir kaynak dikişiyle birleştirilir. Akım ve basınç, nokta kaynak elektrodları tarafından sağlanır. Aynı anda bir veya birden fazla nokta kaynağı oluşturulabilir. 1.7.6. Yöntemin Uygulanışı Şekil 38, nokta kaynağında işlemin akışını göstermektedir. Şekil 38.Bir nokta kaynağında işlemin akış şeması. 1.7.5.2. Elektrodlar Nokta, dikiş ve kabartılı nokta kaynağında kullanılan elektrodlar, kaynak akımını ve elektrod kuvvetini parçaya taşıma görevi yaparlar Bakır esaslı olup farklı malzemeler için değişik alaşımları da kullanılır. Örneğin kaplı çeliklerin kaynağında CuCrZr, paslanmaz çeliklerin kaynağında CuCoBe alaşımları yaygın şekilde kullanılmaktadır. En sık kullanılan elektrod formları Şekil 39’da verilmiştir.
18
Şekil 39. Sık kullanılan elektrod şekilleri. 1.7.5.3. Kaynak Bağlantılarının Muayenesi Bilinen tahribatsız muayene yöntemleri, nokta kaynaklarının kalitesi hakkında tatminkar bilgi vermemektedir. Kaynak noktalarının yük taşıma kabiliyetleri, genellikle çekme-makaslama ve yorulma dayanımı testleriyle tesbit edilmektedir Şekil 40'da atölye şartlarında yapılabilecek sıyırma testi gösterilmiştir. Şekil 40. Nokta kaynaklarının kalitesinin muayenesinde kullanılan atölye deneyi. 1.8. ÖZEL KAYNAK YÖNTEMLERİ 1.8.1. Elektrocuruf Kaynağı Elektrocuruf kaynağı, kalın metallerde çeşitli kaynaklar oluşturmakta kullanılır. Kaynak dikey olarak aşağıdan yukarıya yapılır. Kaynağa başlamadan önce, iki esas metal arasına ve alt kısma, birkaç cm kalınlığında curuf yapıcı madde yerleştirilir. Curuf, elektrik iletkenliğine sahiptir. Şekil 41, elektrocuarf kaynağıyla yapılan bir alın birleştirmenin tipik donanımını göstermektedir. Kaynağa başlamak için bir veya birkaç elektrod ile esas metal arasında bir ark oluşturulur. Elektrodlar bir besleme düzeneği yardımıyla sürekli olarak beslenir. Çok kalın parçaların kaynağında elektrodlar yardımcı bir düzenekle ileri-geri hareketi yapar. Curuf, ark ısısı tarafından eritilir Curuf sıvı hale geldiğinde ark söner ancak elektrik akımı akmayı sürdürür. Curuf, işlem boyunca sıvı halde kalır. Erimiş curuf, esas metali ve sürekli iletilen elektroda eriterek bir kaynak metali oluşturur. Bağlantının her iki tarafında, hareketli ve su soğutmalı iki bakır pabuç, kaynak dikişiyle aynı hızda yukarı doğru hareket eder. Isı miktarı, atomla ve curufun fiziksel karakteristikleriyle kontrol edilir. Şekil 41. Elektrocuruf kaynağının prensip şeması. 1.8.2. Sürtünme Kaynağı Sürtünme kaynağı, iki metal parçasını birleştirmek için sürtünme tarafından üretilen ısıyı kullanır. Bu işlem esas olarak geniş, büyük çubukların ve boruların atın kaynağı için kullanılır. Şekil 42, işlemin prensip şemasını göstermektedir, işlem sırasında dış bir ısı menbaı kullanılmaz. Birleştirilecek parçaların uçları düşük bir basınçla bira raya getirilir. Hareketli ve sabit parçalar arasındaki sürtünme, kaynak oluşumu için gerekli ısıyı üretir. Metal yüzeyleri plastik hale geldiğinde döndürme hareketi .durdurulur ve büyük bir basınçla birbirlerine bastırılır. Kaynak ekipmanı, gerekli sıkıştırma aygıtlarından, parçalardan birini döndürme mekanizmasından ve sürtünen yüzeyleri birbirine bastırmak için bir bastırma düzeneğinden oluşur. Sürtünme kaynağı sırasında büyük oranda kıvılcım üretilir. Bu nedenle çalışan personelin bu kıvılcımlarında korunması gerekir.
19
Şekil 42. Sürtünme kaynağının prensip şeması. 1.8.3. Soğuk Basınç Kaynağı Bu işlemde dış bir ısı menbaı kullanılmaz. Soğuk basınç kaynağı, metalleri birleştirmek için büyük basınçlar kullanır. Sadece yüzey molekülleri ısıtılır ve bir kaynak oluşturmak üzere birleştirilir Bu yöntem genellikle alüminyum-alüminyum, bakır-bakır ve alQminyum-bakır gibi yumuşak metalleri birleştirmek için kullanılır. Güvenilir kaynak dikişleri elde edilir. Alın ve bindirme tipi birleştirmeler yapılabilir. Birleştirilecek metal yüzeyleri çok temiz olmalıdır. Kaynağı oluşturan enerji, genellikle hidrolik preslerle sağlanan yüksek seviyeli basınçtır. Şekil 43, yöntemin prensip şemasını vermektedir. Kaynak, metalle temas halindeki kalıp yüzeyleri ve hidrolik basınç tarafından kontrol edilir.
Şekil 43. Soğuk basınç kaynağının prensip şeması 1.8.4. Difüzyon Kaynağı Difüzyon kaynağı, aynı veya farklı, çoğunlukla metal malzemelerin birleştirilmesinde kullanılır, özellikle uçak-uzay ve nükleer teknoloji için geliştirilmiştir Bu yöntemde en önemli kaynak parametreleri, kaynak sıcaklığı, basınç süresi, şekil değiştirme oranı, yüzey kalitesi ve koruyucu atmosferdir Kaynak sıcaklığı 0,7.Te (K)'dir. Bu sıcaklık, atomların hareketini (difüzyon) ve birleştirilecek yüzeylerin temizlenmesini kolaylaştırır. Gerektiğinden yüksek sıcaklıklar, tane irileşmesine ve dayanımın düşmesine yolaçar. Isıtma genellikle elektriksel indüksiyon, direnç ve yüksek frekans teknikleriyle gerçekleştirilir. Kaynak basıncı 1-30 N/mm2'dir. Yüksek sıcaklıkta etkiyen bu basınç, yüzeylerdeki pürüzlülük tepelerinin plastik şekil değişimini sağlar (birleşme yüzeylerinin plastik olarak birbirine uyumu). Bu şekilde arttırılan temas yüzeyi, madde bağlarının oluşumuna yolaçar Kaynak basıncı, hidrolik, pnömatik veya elektrik olarak uygulanır Kaynak süresi 10 dakika ile birkaç saat arasında değişebilir. Şekil 44, işlemin prensip şemasını vermektedir.
Şekil 44. Difüzyon kaynağının prensip şeması 1.8.5. Ark Saplama Kaynağı
20
Ark saplama kaynağı yanotomatik bir kaynak yöntemidir. Genelikie metal tesbit elemanlarının, delik veya tapa açmadan metal levhalara, kirişlere birleştirilmesini sağlar. Civatalar, vidalar, perçinler ve saplamalar bu yolla birleştirilebilir. Şekil 45 ark saplama kaynağında işlem sırasını vermektedir. Isı menbaı bir arktır. Enerji menbaı, bir elektrik kaynak transformatörüdür. Kaynak makinasındaki kontrol, elektrik arkındaki akımı belirler Akım ayarlan, malzeme türüne ve saplama boyutlarına göre değişir. Kontrol ünitesi ark süresini kontrol eden bir zamanlayıcı içerir, Kaynakçı bir saplamayı tabancaya yerleştirir. Tabancı esas metal üzerine konumlandırılır. Tabanca üzerindeki bir anahtar, kaynak çevrimini başlatır.
Şekil 45. Ark saplama kaynağında işlem sırası
1.8.6. Plastik Malzemelerin Kaynağı Plastik malzemeler, molekül zincirlerinden oluşan yapay malzemelerdir Yapılarına göre termoplastik veya termoset plastik olarak ayrılır. Yapılarından ötürü sadece, ısıtıldıklarında yumuşayan termoplastik malzemeler kaynak yapılabilir. Aşağıda termoplastik malzemelere uygulanan kaynak yöntemleri verilmiştir.Şekil 46, Şekil 47 ve Şekil 48.
Şekil 46.
Şekil 47.
Şekil 48.
21
DÖKÜM 2.1. DÖKÜMÜN TARİFİ VE AVANTAJLARI Metal dökümü, arzu edilen katı şekilleri elde etmek amacıyla metalleri ergitme ve kalıp adı verilen boşluklara dökerek katılaştırma işlemidir. Parçanın şekli, kalıbın şekli ile tayin edilir. Döküm metallerin kullanılabilir hale dönüştürülmesinin çeşitli kademelerinde yer alabilir. Cevherden elde edilen metal ve alaşımların ingot adı verilen bloklar halinde dökülmesi, çok girintili çıkıntılı parçaların tek işlemle kullanılabilir hale getirilmesi gibi çeşitli formlar elde etmek için dökümden faydalanılabilir. Döküm sahasındaki çalışmalar en az 4000 yıl öncesinden başlamaktadır, ilk döküm merkezi (M.Ö. 1766 - 112) Çin'de Shang sülâlesi zamanında kurulmuştur. Zamanla büyük bir hızla gelişen döküm sayesinde çok karışık şekilli, büyük kütleli parçaların kısa sürelerde imâlatı mümkün olmuştur. Yarı mamul ve mamul parçaların üretiminde bazı hallerde yalnızca dökümden faydalanmak yeterli olmasına rağmen, bazı hallerde kaynak, dövme, plâstik şekil verme ve talaşlı imâlat gibi usullerden de faydalanmak gerekmektedir. İmâlatta her usulün yeri ayrıdır. Her usulün üstün olduğu ve tercih edildiği üretim kademeleri mevcuttur. Döküm yoluyla imâlatın tercih edilmesini gerektiren hususlar ve dökümün avantajları aşağıdaki şekilde sıralanabilir: a) içten ve dıştan çok karışık şekilli parçalar dökülebilir. Böylece, bazı imal usulleri azaltılabilir veya tamamen kaldırılabilir. b) Bazı metaller metalurjik tabiatlarından dolayı sıcak işleme tabi tutulamayıp, yalnızca dökülebilir. c) Yapı basitleştirilebilir. Parçalar tek bir dökümle imal edilebildiği halde, diğer usullerde bazı parçaların birleştirilmesi gerekir. d) Çok sayıda ve hızlı üretim yapılabilir. e) Diğer usullerle yapımı zor ve ekonomik bakımdan uygun olmayan büyük ve ağır parçalar dökülebilir. f) Dökme metallerde bazı mühendislik özellikler daha iyi elde edilebilir. Bazıları şunlardır: f-1. Dökme demirde işlenebilme ve titreşime karşı koyma kabiliyeti yüksektir. f-2. Dökümde özellikler her yönde aynıdır. f-3. Bazı hafif metal alaşımlarında mukavemet ve hafiflik ancak dökümle sağlanır. f-4. Aşınmaya daha iyi özellikler dökümle elde edilebilir. g) Döküm ekonomik avantaj sağlar. Bazı şartlar altında da diğer imâl usulleri döküme tercih edilir. Mesela; talaşlı imâlatta elde edilen çok düzgün yüzey ve ölçüye uygunluk, döküm dahil diğer hiçbir usulde sağlanamaz. 22
Dövme ile yüksek mukavemet ve sertlik elde edilir; kaynakla komple parçalar yapılabilir; perçinle hafif ince malzemeler birleştirilebilir. Bundan dolayı, mühendis imâl usullerinden en uygun birini veya birkaçını birleştirerek yapacağı iş için seçer. 2.2. DÖKÜMDE KATILAŞMA Döküm tekniği ile elde edilen malzemelerin özelliklerine tesir eden en önemli metalurjik olay eritme ve dökümdür. Katılaşma olayı sıvı halden katı hale geçiştir ve metalik malzemenin gelecekteki kullanımı bakımından çok önemlidir. Katılaşma süresi içinde yüksek sıcaklıkta bulunan sıvı metal, soğuk bir kalıba dökülecektir. Katılaşma işlemi sona erinceye kadar metali özgül ısısı ve ergime ısısı çeşitli ısıl dirençlerle karşılaşarak kalıp çeperlerine geçecektir. Döküm içyapısına yani sıvı metalden katı hale geçişe Birincil kristalleşme içyapıya ise Birincil içyapı adı verilmektedir. Malzemeye daha sonra da çeşitli özelliklerin kazandırılması amacıyla bir takım ısıl ve termomekanik işlemler sırasında da ısı verilmekte böylece katı durumda tane yapısı yeniden düzenlenmektedir. Bu işlemler sonucunda ortaya çıkan içyapıya da ikincil içyapı adı verilir. Metalin saf veya alaşım halde oluşu katılaşma olayının sabit sıcaklıkta meydana gelmesi yerine belirli bir sıcaklık aralığında gerçekleşmesine neden olacaktır. Katılaşma sırasında metalik kristaller, pozitif iyon halindeki bir çekirdeğin etrafında, negatif bulut halinde dolaşan elektronlardan meydana gelmiştir Bu durum metalik kristallere, iyi ısı ve elektrik iletkenliği, ışığı yansıtma gibi birtakım özellikler kazandırmaktadır. 2.3. DÖKÜM USULLERİ Döküm, kalıp için kullanılan malzeme ve ergimiş metalin kalıp içerisinde sevkedilme şekline göre sınıflandırılabilir. Buna göre döküm usulleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir: I. Kum kalıba döküm II. Kokil (Kalıcı veya metal) kalıba döküm III. Basınçlı (Püskürtme) döküm IV. Hassas (Kuyumcu) döküm V. Santrifüj (Savurma, Merkezkaç) döküm VI. Alçı kalıba döküm VII. Seramik kalıba döküm VIII. Dolu kalıba döküm IX. Diğer kalıplama usulleri Daha sonraki kısımlarda bu usuller ayrı ayrı ele alınacaktır. Bütün döküm işlemlerinin esas kademeleri; a) Model yapımı, b) Maça yapımı, c) Kalıplama, d) Ergitme ve dökme ve e) Temizleme işlemlerinden meydana gelir.
23
2.3.1. Model Yapımı Model dökülecek şeklin tahtadan, metalden veya uygun bir malzemeden hazırlanmış kopyasıdır. Ayrıca alçı, plastik ve balmumu da model malzemesi olarak kullanılmaktadır. Model malzemesi olarak kullanılacak tahtanın kuru sert ve kumun nemin, çekip deforme olmaması, için az gözenekli olması gerekir. Kalıplamada düzgün bir yüzey elde edilebilmesi için tahtanın sert olması, istenir. Tahta malzeme olarak genellikle gürgen ve çam kullanılır. Karışık sekili, parçaların modelleri, ayrı ayrı imal edilen parçanın birbirine vida veya geçme yoluyla tesbit edilmesiyle yapılır. Basit modeller ise, tek parçalı, olarak gerçekleştirilir. Mümkün olduğu kadar çok parçalı model yapımından kaçınılmalıdır. Çok ince kısımlar, mevcut olan veya seri imalatta kullanılacak ve uzun müddet aşınmadan kalıplamaya dayanması istenen modellerin metalden yapılması gerekir. Metalik model malzemesi olarak; dökme demir, pirinç, bronz, kurşun, kalay alaşımları veya alüminyum kullanılır. Metalik model olarak kullanılacak malzemenin kolay işlenebilmesi ve uçaklık değişimlerinde büzülmesi az ol-malıdır. Kolaylıkla kesilip şekillendirilebilmesi veya bir kalıba dökülerek doğrudan şekil alabilmeleri sebebiyle alçı modeller büyük üstünlüğe sahiptirler. Mukavemetlerini artırmak üzere içlerine teller konulabilir. Model yap.m. için çok kullanılan diğer bir malzemede Plastiklerdir. Plastik malzeme metalik bir kalıp içerisine enjekte edilerek veya bir bloktan kesilerek model yapımı gerçekleştirilebilir. 2.3.2. Model Çeşitleri Modeller; serbest modeller, levhalı modeller ve altlıklı modeller olmak üzere üç tiptir. Serbest modeller yalnızca dökülecek parçan,n şekline sahip olup, genellikle ağaçtan imâl edilirler. Bu tip modeller yolluklu veya yolluksuz olabilirler. Levhalı modeller küçük parçaların seri dökümünde kullanılır. Modelin üst dereceye gelen parçası bir levhaya, alt dereceye gelen parçası ise diğer bir levhaya tesbit edilmiştir. Bu levhalar model ağaç ise ağaçtan, metal ise metalden yapılır ve model ile birlikte dökülür (Şekil 49). Modellerin ayırma yüzeyleri düzgün olmadığı takdirde, modele düz bir altlık ilave edilerek altlıklı tip modeller yapılır. 2.3.3. Model imâlatında gözönüne alınacak konular: Döküm yoluyla imâl edilen parçaların boyutlarının dökümden sonra istediğimiz değerde olabilmesi için modeller, bazı metallurjik ve mekanik nedenlerle hiç bir zaman parçanın esas boyutlarında yapılmazlar. Bu sebepten dolayı aşağıdaki tolerans ve kaidelerin gözönüne alınması gerekir: a) İşleme payı: dökümden sonra elde edilen yüzeylerin istenen yüzey düzgünlüğünde olmaması sebebiyle, parçaların yüzeyine talaş kaldırma işlemi uygulanır. Bu nedenle, bu işlem için yetecek kadar pay bırakılması gerekir. İşleme payı, modelin alt dereceye gelen kısımlarında daha az, üst dereceye gelen kısımlarında ise daha fazla bırakılır. Çünkü üst kısımlarda cüruf toplanabilir ve ortadan kaldırılması gerekir. Ayrıca işleme payı, dökülecek malzeme cinsi ve parça boyutuna göre de değişmektedir. Örneğin; çelikte dökme demire göre
24
daha fazla, büyük parçalarda da küçük parçalara göre daha büyük işleme payı bırakılır (Tablo6 ). b) Çekme payı: Metalik malzemelerin kendilerini çekmeleri sebebiyle modelin ölçüleri dökülecek parçanın ölçülerinden bir miktar fazla olması gerekir. Aksi takdirde, elde edilen parça boyutları istenenden daha düşük olur. Bu nedenle modeller işleme payı da gözönüne alınarak bir miktar büyük yapılır. Çekme paylarının hesaplanmasında özel cetveller kullanılır. Örneğin; kır dökme demir için 101 cm'lik sarı cetvel hazırlanıp 100'e bölünür. Çekme miktarları malzemenin cinsine göre değişmektedir. Bazı malzemeler için çekme payları aşağıdaki gibidir:
Şekil 49. Serbest, çift taraflı modeller.
Kır dökme demir.... %1 Dökme çelik............%2 Saf alüminyum.....%1,8
Pirinç .... %1,1 -1, 7 Bronz…..% 1,4
Ayrıca, model boyutları ve kesit kalınlıkları arttıkça çekme miktarları azalmaktadır. Tablo 6. Bazı malzemelerde parça boyutlarına göre seçilmesi gereken işleme payları
c) Modellerin kalıptan sıyrılması: Bilhassa kum kalıpların yapımında, modelin kalıptan sıyrılması çok dikkatli şekilde yapılmalıdır. Çünkü, bu sırada kalıp bozulmamalıdır. Kenarları dik modelin sıkışmış kalıptan sıyırılması zordur. Bu sebepten, dik yüzeylere 1/40 ila 1/60 oranında vaya 1° ila 2° lik eğiklik verilmelidir. Fakat bazı hallerde parçaya koniklik vermek modelin kalıptan kolay sıyrılması için çözüm olmayabilir. Böyle durumlarda, modelin parçalı olarak yapılması gerekmektedir. Şekil 50'de her İki durum örneklerle gösterilmiştir.
Şekil 50. Konik ve parçalı modellerin sıyrılması. Çarpılma payı: Geniş ve yassı levhalar, kubbeler gibi dökümlerde düzgün bir model kullanılması halinde, parçalar çarpılabilmektedir. Bu sebepten böyle hallerde modellerin uygun bir çarpıklıkta yapılması arzu edilen doğru döküm şeklinin elde edilmesini sağlamaktadır.
25
2.3.4. Maça Yapımı Maçalar, kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları kısımların dökümden sonra boşluk olarak çıkmasını temin eden şekillerdir. Döküm sırasında ergimiş metal ile direkt temas halinde olmaları sebebiyle, aşınmaya, kırılmaya, ani sıcaklık değişimlerine ve metal sızmalarına dayanıklı olmalıdır. Şekil 51'de bazı maça örnekleri verilmiştir. Maçalar metal, seramik veya kum esaslı olabilir.
Şekil 51. Çeşitli maça örnekleri.
Kum esaslı maçalar kuru veya yaş olarak kullanılabilirler. Yaş maçalar, genel olarak kuru maçalardan daha çok sıkıştırılırlar. Bu nedenle gaz geçirme kabiliyetlerinin azalmaması için kumun zayıf olması gerekir. Kum maçalarda bağlama ve gaz geçirme kabiliyetini artırmak gayesiyle içerilerine kuru ot, saman, ağaç talaşı, kok, gübre gibi katkılar ilave edilir. 2.3.5. Maçaların özellikleri: Bütün maçalardan beklenen ortak özellik, dökümden sonra parçadan kolayca ayrılabilmelidir. Bunun dışında bilhassa kum esaslı maçalardan aşağıdaki özellikler beklenir: 1) Hazırlanma ve döküm kademelerinde şekillerini koruyabilmelidirler. Pişirme esnasında çatlamamalı, dağılmamalı, ergimiş metalin dökümü sırasında parçalanmamalıdır. 2) Sıvı metal ile teması esnasında mümkün olduğu kadar az gaz çıkarmalıdır. 3) Döküm esnasında meydana gelen gazların kolayca uzaklaşmasını temin için yeterli gaz geçirgenliğine sahip olmalıdır. 4) Döküm sırasında aşınmayacak ve içerisine gaz sızmasını önleyecek özelliklere sahip olmalıdır. 5) Ani sıcaklık değişmelerine dayanıklı olmalıdırlar. Maçalardan beklenen yukarıda sayılan özelliklere; pişirme sıcaklığı ve süresi, içerisindeki elemanlar etki etmektedir. Pişirme süresinin az olması mukavemeti düşürürken, çok fazla olması da maçaların gevrek ve kırılgan olmasına sebep olmaktadır. Bağlayıcı olarak hububat kullanılması halinde düşük mukavemet, hububat-yağ karışımı kullanılması halinde ise en yüksek mukavemet elde edilir. 2.3.6. Maça imali Maçaların imali ya maça sandığı ile yada çevirme şablon ile olmaktadır.
26
Maça sandığı ile maça yapımında, içerisinde maçanın dış şekline sahip bir boşluk bulunan sandıklardan faydalanılır. Şekil 120'de bir örneği verilen maça sandığı iki veya daha çok parçalı olup, bu parçalar birbirine pimlerle geçirilir ve yay veya diğer bir yolla tesbit edilirler. Sandık düz bir yüzey üzerine konur ve içerisine maça malzemesi konarak herhangi bir vasıta ile sıkıştırılır. Mukavemeti artırmak üzere maça içerisinde tel parçalan konur. Sıkıştırma sırasında şişleme ve tekrar sıkıştırma yapılır. Dönel şekilli büyük maçalar, genellikle çevirme şablonla imal edilirler. Bunun için maça tornaları ve maça demiri olarak üzeri delikli bir gaz borusundan faydalanılır (Şekil 52), Bu boru şablon mili vazifesi görür ve aynı zamanda gazların dışarı çıkmasını sağlar. Borunun üzerine maçaya elastiklik vermek gayesiyle saman veya ağaç talaşından yapılmış halat sarılır. Bunun üzerine de balçık sıvanarak şablonlanır. Sandıkta maça imalinde çeşitli makinalardan faydalanılır. Böylece maçalar daha çabuk ve sıhhatli olarak yapılmış olur. Bunlar; doldurma, sürme, pres, sarsma ve üfleme makinalandır.
Şekil 52. Şablonla maça imali. Doldurma makinaları: küçük ve orta çapta maçaların imalinde kullanılır (Şekil 53). Huniden konulan maça kumu gövde içerisine düşer. Burada dönel vidayla sıkıştırılarak, değiştirilebilen kovandan dışarıya çıkarılır. Vida ucunda . bulunan pim maça içerisinde bir gaz deliği meydana getirir. Sıkıştırma vidası bir el çarkı vasıtasıyla hareket ettirilir. Büyük doldurma makinalarmda bu hareket bir elektrik motoru ve transmisyon ile sağlanır. Sürme makinaları: Silindirik, altıköşe, dört köşe veya oval maçaların imalinde kullanılır (Şekil 54). Maça kumu kovana doldurulur ve kılavuzlu piston vasıtasıyla sıkıştırılır. Üst yüzeyi kapak yardımıyla sıyrılarak düzlenir, şişlenir ve içerisine maça demiri konur. Daha sonra sürgü kolunun hareketiyle maça dışarıya alınır. Maçanın boyu, sürgü üzerindeki taksimat vasıtasıyla ayarlanır. Şekil 53. Doldurma makinası
Şekil 54. Sürme makinası
Pres makinaları: Maçanın dış şekline sahip dikine konmuş sandıklara üstten basınçlı hava ile maça kumu doldurulur (Şekil 55). Diğer taraftan presle yanlardan sıkıştırılır. Bu tür makinalar küçük maçaların imalinde kullanılır. Sarsma makinaları: Şekil 56'da şematik olarak verilmiş olan bu tür makinalar; yüksek maça sandıklarını bağlamaya yarayan, vidalı, basınçlı, hava pistonlu bir bağlama tertibatı ve maçanın sandıkta gevşemesini temin eden bir sarsıcıdan meydana gelir.
27
Şekil 55. Pres makinesı
Şekil 56. Sarsma makinası
Üfleme makinaları: Maça kumu, basınçlı bir hava ile karıştırılarak bir enjektör memesinin ağzından maça sandığına üflenir (Şekil 57). Küçük ve orta büyüklükte maçaların imaline elverişlidir Büyük maçalar için uygun değildir, çünkü sınırlı değerdeki basınç sıkıştırma için yeterli değildir.
Şekil 57.Üfleme makinası 2.3.7. Maçaların pişirilmesi: Organik bağlayıcıların maçalara mukavemet kazandırması ancak, maçaların pişirilmesiyle gerçekleşir. Pişirmeden önce maçalar 110°C civarında bir müddet ısıtılarak suyunun giderilmesi sağlanır. Daha sonra 150° - 250°C arasında 2 ila 6 saat pişirilir. Pişirme sırasında organik bağlayıcılar oksitlenerek katılaşırlar. Maçaların pişirme sıcaklık ve süreleri çok önemlidir. Az pişirilirse, döküm sırasında fazla miktarda gaz kaçırırlar ve dökümün hatalı çıkmasına sebep olurlar. Fazla pişirme halinde ise; çabuk dağılır ve döküm parçası tam katılaşmadan parçalanırlar. Maçaların pişirilmesi ya alevli fırınlarda yada elektrik fırınlarında gerçekleştirilir. Alevli fırınlar doğal veya suni gaz, sıvı yakıt ile çalışırlar. Maçalar çekmeceler içerisine konularak pişirilir. Fırının her tarafında aynı sıcaklığı gerçekleştirmek üzere cebri hava dolaştırılır. Kontinü fırınlarda çekmeceler veya çekmece-siz maçalar bantlar üzerinde hareket ederler. Bantların hareket hızları pişirme sürelerine göre ayarlanır. Elektrik fırınlarında pişirme sırasında maçalar iki yassı plaka arasından geçirilir. Plakalar, biri çelik diğeri alüminyumdur. Plâkalara yüksek frekans ve voltajda akım tatbik edilir. Pişirme süresi 2 dakika civarındadır. 2.3.8. Maçaların yerleştirilmesi ve dökümden sonra çıkarılması: Pişirme fırınından çıkarılan maçanın üzerindeki gevşek kumlar sert fırçalarla temizlenir. Yüzeydeki ufak boşluklar doldurularak koruyucu bir malzeme ile sıvanır. Temizleme sırasında gaz kanallarının tıkanmamasına dikkat edilmelidir. Maçalar kalıp boşluğuna, sıvı metalin etkisi ile yüzmeyecek biçimde yerleştirilmelidir. Bunun için oturma yerlerinde metalsel parçacıklarla destekleme yapılır. Maçaların dökümden sonra çıkarılmasında, kalıp kumuna karışmamasına dikkat edilmelidir. Çünkü kalıp kumuna karışan maça kumu, bu kumun tane büyüklüğünü değiştirir. Ayrıca yanmış maça kumu kil ile iyi bir şekilde bağlanamaz. 2.3.9. Kalıplama: Modeller ve maçalar vasıtasıyla, çeşitli ortamlarda (kum, metal) kalıp adı verilen ve içerisine döküm yapılan boşlukların oluşturulmasına “kalıplama” denir. Kalıplamada model ve maçadan başka yolluk, çıkıcı ve besleyicilerden de faydalanılır. Kalıplamanın ayrıntıları her
28
bir döküm usûlünde ayrı ayrı ele alınacaktır. Burada yalnız yolluk, çıkıcı ve besleyicilerden söz edilecektir. 2.3.10. Yolluklar: Döküm sırasında ergimiş metalin kalıp boşluğuna akışını kontrol ederek, kalıp boşluğunun tamamen doldurulmasını sağlamak üzere açılan yatay ve dik kanallara "yolluk" adı verilir» Şekil 58’de şematik olarak bir yolluk sistemi görülmektedir. Düşey yolluklar; yatay düzleme dik olarak yerleştirilirler, direkt olarak kalıp boşluğuyla temas etmezler. Yatay yolluklar; yatay düzlemde bulunur ve kalıp ile direkt temas halindedirler. Ergimiş metalin kalıbı bozmadan sakin bir biçimde kalıbı doldurmasını, bazı pislik ye cürufun kalıp boşluğuna girmemesini sağlarlar.
Şekil 58. Bir yolluk sistemi. Yolluklar testere (Şekil 59), merdiven (Şekil 60) biçimlerinde olabilir. Testere yolluklar küçük parçaların aynı anda dökülebilmesi maksadıyla kullanılır. Merdiven yolluklar, kalıbın çabuk doldurulması istenen hallerde kullanılır.
Şekil 59. Testere yolluk.
Şekil 60. Merdiven yolluk.
2.3.11. Çıkıcılar ve besleyiciler: Metaller katılaşırken; sıvı, sıvı-katı ve katı hallerinde büzülürler ve hacimleri ufalır. Bu durum ise; dökülen parçalarda iç ve dış büzülme boşluklarına sebep olur. Bu tür hatanın önlenebilmesi için, besleyici ve çıkıcı adı verilen boşluklardan faydalanılır. Böylece, şekil 61’de görüldüğü gibi büzülme boşluklarının çıkıcı ve besleyiciler içerisinde meydana gelmesi sağlanarak, sağlam bir döküm elde edilmiş olur. Döküm parçanın katılaşmasından sonra çıkıcı ve besleyiciler kesilir. Uzun katılaşma aralığı olan malzemelerden parça dökümlerinde büzülmeleri önlemek çok zordur.
29
Şekil 61. Çıkıcı ve besleyiciler. Genel olarak çıkıcı ve besleyicilerin görevleri aynıdır. Atmosfere açık olanlara çıkıcı, kapalı olanlara besleyici adı verilmektedir. Çıkıcılar kendi aralarında üst ve yan çıkıcı olarak ikiye ayrılmaktadır. Çıkıcı ve besleyicilerin görevlerini tam olarak yapabilmeleri için, atmosfer basıncı altında olmaları gerekir. Bunun sağlanabilmesi için, besleyicilerde kalem maçalar kullanılmaktadır. Ayrıca atmosfere açık olan çıkıcıların üst yüzeylerinde oluşacak bir kabuk tabakaya engel olabilmek için, yalıtkan veya egzotermik örtülerden faydalanılır (Şekil 62 ve 63).
Şekil 62. Çıkıcıda kabuk oluşması ve bunu engellemek amacıyla kullanılan örtüler.
Şekil 63. Maça kalemlerinin kullanılışı.
2.3.12. Soğutucu levhalar ve iç soğutucular Katıp içindeki katılaşmanın, istenilen bir yönde oluşmasını sağlayabilmek ve böylece çekme boşluğu meydana gelmesini önlemek için, çelik, dökme demir gibi malzemelerden hazırlanan soğutucu levhalar kullanılır. Soğutucu levhaların kullanım zorluğu gösterdiği yerlerde, iç soğutuculardan faydalanılacağı gibi, aynı etki, çabuk soğuyan bölgelerin yalıtılması yoluyla da elde edilebilir (Şekil 64). Çekme boşluklarının soğutma plakaları yardımıyla önlenmesi
Şekil 64. Soğutucu plakalar ve yalıtkanların kullanılması.
30
2.4. KUM DÖKÜMÜ Kum dökümü, kum kalıplara yapılan ve en çok kullanılan döküm usulüdür Kalıplama işleminin ekonomik olması ve farklı ağırlıktaki parçaların dökülebilmesi sebebiyle tercih edilmektedir. Kum kalıp metodunun esası, üretilecek parçanın şeklinde olan model vasıtasıyla kum sıkıştırılarak oluşturulan kalıp boşluğu içerisine ergitilmiş metalin yolluklardan doldurulmasından ibarettir. Kalıplamada kullanılacak model, daha önce de belirtildiği gibi tek parçalı, çok parçalı, yolluklu veya levhalı tipte olabilir. Tek parçalı modellerle kalıplamada yolluk ve çıkıcılar model üzerinde bulunmaz, elle veya mala ile kalıp üzerinde yapılırlar. Ayrıca, tek parçalı modeller makina ile kalıplamaya elverişli değildir. Yolluklu modeller, tek ve çok parçalı modellere göre kalıplama yönünden daha pratiktir. Modellerin imâlatında çekme ve işleme paylan, boyut toleransları, koniktik düzenlemeleri gözönüne alınmalıdır. Dökme demir parçalar için aşağıdaki işleme payları alınabilir: Küçük ve orta boy parça için : 2 - 3 mm Büyük boy parça için : 5 - 7 mm Dökülecek malzeme çelik ise, işleme payı olarak yukarıda verilen değerlerden daha büyük, demir dışı metal ise, daha küçük değerler seçilmelidir. Modele verilmesi gereken koniktik payı mümkün olduğu kadar sonradan işlenecek yüzeylere verilmelidir. Koniklik eğimi el ile hazırlanan kalıplarda % 0,5 ve makina ile hazırlananlarda ise % 1 olmalıdır. Kum dökümde kullanılan modeller genel olarak ağaç malzemeden yapılır. En çok kullanılan ağaç malzemeler, çam, akçaağaç, ceviz ve ıhlamurdur. Ağaç malzemelerin seçiminde parça sayısı ve büyüklüğü gözönüne alınır. Çam bünyesinde reçine ihtiva ettiğinden az nem alır, şeklini değiştirmez ve ucuzdur. Fakat yumuşak ve mukavemetsiz olması sebebiyle, çok az sayıda parçaların dökümünde kullanılır. Akağaç; çamdan biraz daha serttir, kolayca işlenebilir ve orta büyüklükte modellerin yapımında faydalanılır. Ceviz ve ıhlamur; kolayca işlenebilen, şeklini muhafaza eden pahalı ağaçlardır. Bunlar, boyutları tam olması istenen ve çok sayıda dökülecek küçük modellerin imalinde kullanılır. Modeller rutubetten korumak, kalıptan kolay çıkarmak ve birbirlerinden kolayca ayırt edebilmek için boyanır. Örnek olarak; dökme demir modelleri kırmızı, dökme çelik modelleri mavi, demir dışı metal modelleri renksiz, işlenecek yüzeyler sarı ve maça başları siyah renkte olur. Seri imalatta döküm parça modelinin uzun müddet devam edecek kalıplama işlemine dayanması icab eder. Bu sebepten, böyle hallerde modeller metalden yapılır. Metalsel malzemeden yapılan modeller, ağaç modellere göre daha pahalıdır, fakat herhangi bir tamirata gerek olmadan uzun zaman kullanılırlar. Malzeme olarak genel olarak alüminyum kullanılır. Ayrıca dökme demir, bronz, pirinç de kullanılır Model yapımında kullanılan metalin kolay işlenebilir olması gerekir. Büyük, fakat az sayıda dökülecek iş parçaları için ağaç malzemeden daha ucuz olan seramik malzemeler kullanılır. Mühendislik özellikleri aranmayan heykel ve süs eşyası gibi parçaların dökümünde, genel olarak alçı modeller tercih edilir. Modelin mukavemetini artırmak üzere alçı içerisine teller konabilir. Seramik modeller kilden hazırlanır ve daha sonra mukavemetini artırmak üzere pişirilir.,
31
2.4.1. Kum Dökümde Kalıp Hazırlama Kalıp hazırlamak, kumda istenilen şekilde bir iz bırakmak demektir. Kalıp hazırlayabilmek için, model, kalıp malzemesi ve kalıplama takımı (veya maktaları) gereklidir. Kum dökümde kalıp malzemesi olarak kum kullanılır ve kalıp, kumun ihtiva ettiği nem miktarına göre yaş, kuru veya cidarları kurutulmuş kalıp ismini alır. Kalıplar; a) Kalıbın ateşe dayanıklılığını artırmak, b) Parça yüzeyine kumun yapışmasını önlemek, c) Parça yüzeyinin temiz çıkmasını sağlamak gayesiyle tozlanır, boyanır ve kurutulur. Kalıplama işleminde kullanılan kumlar ve tabii yada sentetiktir. Döküm işleminin emniyetli bir şekilde yapılabilmesi ve elde edilecek iş parçasının arzu edilen nitelikte olması için kalıplama kumunun şu özellikleri yerine getirmesi istenir: a) Mukavemet: Kalıp kumunun yaş, kuru ve sıcak mukavemete sahip olması arzu edilir. Kuma su karıştırıldığı zaman kalıbın yapılabilmesi için kumun yeterli mukavemete sahip olması, yaş mukavemeti ifade eder. Sıvı metal hazırlanan kalıba döküldüğünde, sıvı metal ile temasta olan kum suyunu buhar olarak kaybeder. Bu durumdaki kumun metalin aşındırma ve basıncına karşı dayanıklı olması gerekir. Kumun bu özelliği kuru mukavemet ile belirtilir. Suyu buharlaşan kalıp kumunun bazı özelliklere sahip olması gerekir. Kalıp kumunun 150°C’nin üzerinde metal basıncı ile büyümemesi, sıcaklığın etkisi ile çatlayıp kırılmaması gerekir. İşte bu Özellikler kumun sıcak mukavemeti ile belirlenir. b) Plastiktik: Şekil alma ve aldığı şekli koruma kabiliyetidir. Kalıp kumunun plâstikliği, bünyesinde mevcut kil ve su miktarına göre değişir. c) Gaz geçirme kabiliyeti: Döküm sırasında meydana gelen gazların kolayca kalıbı terketmeleri gerekir. Aksi takdirde dökülen parçanın içinde ve yüzeyinde boşluklar meydana gelir. d) Ateşe dayanıklılık: Kalıbın sıcak metalle teması sırasında çatlamaması (aksi halde sıcak metal kalıp dışına akabilir) ve ergiyip parçaya yapışmaması (ilave temizleme masraflarına yol açar) lazımdır. e) Dökümden sonra tekrar kullanılabilme : Kumun dökümden sonra tekrar kalıplama işleminde kullanılabilmesi için, kolay bir şekilde ergiyip topraklanmaya yol açmamalı ve çatlayıp ufalanmamalıdır. f) Ucuz olma : Kalıp hazırlama masraflarının yüksek olmaması için, kumun kolay ve ucuz şekilde temin edilebilmesi gerekir. Kalıplamada kullanılan tabii kum, tabiatta bulunduğu (kum yataklarında) şekilde kullanılan kumdur. Kimyasal olarak silisyum dioksit (SiO2) olarak bilinen tabii kum, kuvars tanelerinin kil, kireç ve diğer maden oksitleri (Fe2 03, K2O, Na2O) tarafından çevrilmesiyle oluşur. Tabii
32
kumun ateşe dayanıklılığı azdır. Zira, sistemde mevcut maden oksitleri (bilhassa Fe2O3) düşük sıcaklıkta ergir ve kumun parçaya yapışmasına sebebiyet verirler. Tabii kum, dökme demir ve demir dışı metallerin dökümünde kullanılır. Kuvarsın ergime sıcaklığı 1770 °C olmasına rağmen, kumda mevcut diğer metal oksitleri kalıbın ateşe dayanıklılığını düşürürler. Bu sebepten, kalıp kumu içerisindeki Fe2 O3 ve CaO elementleri zararlı etkileri sebebiyle toplam olarak %8'in üzerinde olmamalıdırlar. Kalıplamada kullanılan sentetik kum, bir yıkama sonucu elde edilmiş saf kuvars kumuna arzu edilen miktar ve özellikte kil ve diğer yardımcı maddelerin ilâvesi ile elde edilen bir karışımdır. Yardımcı madde olarak bentonit, silis tozu, öğütülmüş zahire artıkları, pülverize kömür, dekstrin, odun talaşı gibi maddeler kullanılır. Yıkanmış kuvars kumu tane büyüklüğüne göre sınıflandırıldıktan sonra, % 3 - 5 nisbetinde bentonit ile karıştırılır. Bentonit çok iyi özellikte olan bir kildir ve ergime sıcaklığı yüksektir. Fakat bentonit, bünyesine girmiş olan rutubeti kolaylıkla atamaz. Bu bakımdan, sentetik kum ile hazırlanmış kalıbın cidarlarını kurutmak çok güçtür. Bu sebepten sentetik kum içerisine öğütülmüş zahire artıkları katılır. Kurutma sırasında zahire artıklarının bırakmış oldukları boşluklardan rutubet kaçabilir. Kalıp kumunun tabii ve sentetik olarak sınıflandırılması dışında içindeki kil miktarına, kullanma yeri ve menşeine göre de gruplandırılması mümkündür. Döküm işlerinde kullanılan kum, denizden elde edilen kum değildir. Dökümde kullanılan kum, atmosferin kayalar üzerindeki kimyasal ve mekanik etkisinden meydana gelmiştir. Kalıp kumu, içerisinde mevcut kil miktarına göre üç cinstir: 1) Zayıf kum : içerisinde % 5 - 8 oranında kil bulunan kumdur. Yaş kalıp zayıf kumdan yapılır, ince cidarlı döküm parçalarının kalıplarının yapımında kullanılır. 2) Orta yağlı kum : içerisinde % 8 - 20 kil bulunur ve bu kum ile yapılan kalıp kurutulur. Böylece, mukavemet artışı sağlanmış olur. Orta yağlı kum, büyük ve kalın cidarlı döküm parçalarının kalıplanmasında kullanılır. 3) Yağlı kum : Fazla miktarlarda (% 20 - 35) kil ihtiva eden kumdur. Bu kumdan yapılan kalıpların mutlaka kurutulması gerekir. Kullanma yeri ve menşeine göre de kalıp kumlan üç grupta toplanır: 1) Taze (yeni) kum : Ocaktan gelen veya yeni hazırlanmış ve hiç kullanılmamış kumdur. 2) Eski kum : Döküm işlemi sonunda bozulan kalıptan çıkan kumdur. Bu kumda bulunan kilin büyük bir bölümü yanmış ve dolayısiyle, bağlayıcı özelliğini kaybetmiştir. Kuvars taneleri, ani sıcaklık değişimleri sebebiyle ufalanmışlardır. Bu nedenle, eski kumun gaz geçirme kabiliyeti azdır. 3) Kullanma kumu : Eski kuma % 20 - 50 yeni kum, % 5 -15 taş kömürü tozu ve % 5 -12 oranında su ilâve edilerek elde edilir. Taş kömürü tozunun yanmasıyla açığa çıkan gazlar, kalıbın sıvı metal ile temasını önler. Böylece, dökülen parçanın yüzeyi temiz olarak çıkar. Kullanma kumu, model kumu veya doldurma kumu olabilir. Model kumu ince taneli, gayet iyi hazırlanmış ve kalıbın modele temas eden kısımlarına konan kumdur. Doldurma kumu ise, iri taneli, yüksek gaz geçirme kabiliyetlidir. Model kumu konduktan sonra, kalıbın geri kalan
33
kısmı doldurma kumu ile beslenir. Bazı hallerde doldurma kumu olarak eski kum da kullanılır. 2.4.2. Maça Kumu ve Maça İmali Dökmek istediğimiz parçanın iç şeklini veren maçalar kum, metal ve seramikten yapılabilir. Fakat maçalar genel olarak, kumdan imal edilirler. Kullanılmaya hazır bir şekilde imal edilmiş maça, iki ucundan kalıba oturtulur. Maça imalinde kullanılan kumun mukavemeti ve gazları geçirme kabiliyeti yüksek olmalı, döküm işlemi sonunda döküm parçadan kolayca temizlenebilmelidir. Maça yapımında, yüksek kille kum (yağlı kum) kullanılırsa dökümden sonra çok sertleşen maçanın sistemden uzaklaştırılması zorlaşır. Maça imalinde %8'den az kil içeren kuma, mukavemet sağlamak üzere organik ve inorganik bağlayıcılar katılır. Organik bağlayıcı olarak çeşitli yağlar, reçineler, dekstrin, inorganik bağlayıcı olarak da ateş kili, bentonit ve silis tozu kullanılmaktadır. Kullanılan yağlar, bitkisel, mineral ve hayvansal esaslı olabilir. Beşir keten, kenevir, haşhaş ve pamuk yağı bitkisel esaslı yağlardır. Katran yağları, mineral yağ türü olup ekonomiktir. Balık ve balina yağı da ucuz olan hayvansal yağlardandır. Buğday, çavdar ve patates gibi tahıl unları, sıcak su ile hamur haline getirilip bağlayıcı olarak kullanılır. Maça hazırlandıktan sonra 100 - 200 °C pişirilir. Maça bünyesinde mevcut yağ oksitlenerek kum tanelerini birbirine bağlar. Fakat döküm sıcaklığında bağlayıcı olarak kullanılan yağ yanacağından, bağlayıcılık özelliğini kaybeder ve bu nedenle dökümden sonra maça kolaylıkla çıkarılabilir. Bağlayıcı olarak tahıl unu ilave edilmiş maçalar 175-195 °C'de pişirilir. Reçineler arasında en fazla kullanılan bağlayıcı kolofonyumdur. Kolofonyum ilave edilmiş maçalar 140 -175°C'de pişirilir. Maça bünyesinde var olan reçine, maçanın nem almasına engel olur. 2.4.3. Kalıp Kumu İçindeki Temel Maddeler a) Kalıplama kumları; içindeki temel maddeler olan kum, kil ve sudan başka bazı katkılarla beraber hazırlanan bir karışımdır. Kalıplama kumunu oluşturan maddelerin özellikleri aşağıdaki gibidir b) Kum : Kalıplama kumunun % 50 - 95'ini meydana getirir. Demir oksit, alkali oksitler ve kireçten ibarettir. Bu katkı maddeleri kumun ergime sıcaklığını düşürür. Şekli ise yuvarlak, köşeli veya yarı köşeli olabilir. Dökümhanelerde kullanılan kumlar; yeni kum, eski kum ve ufalanmış maça kumuna su ve kil katılarak elde edilir. c) Kil: Kalıplama kumlan % 2 - 50 arasında kil içerir. Kil, su ile birlikte kum tanelerini birbirine bağlayarak mukavemet ve plastiklik özelliği sağlar Şekil 65'de kil ve suyun kum taneciklerini birbirine nasıl bağlandığı görülmektedir. Şekil 65. Kalıplama kumunda kum taneciklerinin birbirine bağlanışı.
34
d) Su : Kuma % 1, 5 - 8 oranında katılır. Kilin kalıplama kumuna mukavemet ve plastiklik özelliği vermesini sağlar. Fazla olarak ilave edilecek su; yağ etkisi yaparak kumun plastiklik ve kalıp yapılabilirlik özelliğini artırmasına rağmen kumun mukavemetini azaltır. Diğer katkı maddeleri : e) Mısır unu : Yaş ve kuru mukavemeti artırmak üzere % 0,25 - 2 arasında katılabilir. f) Öğütülmüş zift: Demir dökümlerde sıcak mukavemeti artırmak ve düzgün yüzey eldesi için % 2 oranında katılır. g) Yumuşak kömür tozu : Kolay temizleme ve temiz yüzey elde edebilmek için kır dökme demir kalıplama kumuna % 2 - 8 oranında katılır. Büyüklüğü kum taneciklerinden daha büyük olmalıdır. h) Talaş : Kumun sıcaklık dayanımını artırmak için % 0,5 - 2 oranlarında katılır. i) Silis tozu : Sıcak mukavemeti artırabilmek için % 35 oranına kadar katılır. j) Demir oksit: Sıcak mukavemet artırımı için % 0.25 -1 oranında katılabilir. Dökümhanelerde kumlan sürekli olarak kullanırken, kullanıldığı sürece yanan, eksilen katkı maddelerinin ilavesi gerekir ancak bu şekilde eski kumlar yeni kumlara karıştırılarak kullanılabilir. Dökümhanelerde kum hazırlanması sırasında yapılan işlemler Şekil 66'da şematik olarak gösterilmiştir.
Şekil 66. Dökümhanelerde kum hazırlama akış şeması.
2.4.4. Kumun sıkıştırılmasına yarayan makinelar Makina ile kalıp yapımı denince, kalıbın sıkıştırılmasının, modelin kalıptan çıkarılmasının ve maça yapımının çeşitli makinalarla gerçekleştirilmesi anlaşılmaktadır. 1) Basit sıkıştırıcılar: Bunlarda kumun dövülmesi ve sıkıştırılması için basınç kullanılır. El ile veya pnömatik olarak tatbik edilen basınç kumu, sıkıştırıcı başlık vasıtasiyla model üzerine iterek sıkıştırır (Şekil 67). En çok kullanılan kalıplama basıncı 1, 4 ila 3, 5 kg/cm2 arasında değişir. Kalıplama kumu katı parçacıkların plastik bir topluluğu olduğundan, en üste tatbik edilen basınç sürtünmeden dolayı homojen olarak dağılamaz ve modelin hemen etrafındaki kuma ancak bir kısmı gelir. Kumların birbirine kenetlenmeleri, kalıplama basıncının model üzerine kadar iletilmesini önler Bundan dolayıdır kit yalnız basınçla yapılan kalıplama iyi bir netice vermez. Modelin etrafında daha homojen bir sıkıştırma için, sıkıştırmayla yapılan kalıplamanın sarsıntıyla kombine edilmesi lazımdır.
35
Şekil 67. Basit sıkıştırıcı. 2) Basit sarsıntı makinaları: Hava basıncı ile çalışırlar. Kumların sıkıştırılmasında sarsıntıdan da faydalanılabilir. Sarsıntı makinasmın masasına derece içerisinde model yerleştirilmiş vaziyette kumla konur ve sarsıntı sağlanır. Her kum koyuşta sarsıntı tekrar edilir. Böylece, kumun homojen bir şekilde sıkışması sağlanmış olur (Şekil 68). Makinanın pistonu hava ile yukarı çıkarılır ve yerçekimi etkisi ile bırakılır. Böylece sarsıntı meydana getirilmiş olur. Bu tip kum sı kıstırmada tatbik edilen en büyük kalıplama kuvveti, model üzerindedir. Bundan dolayı da, model etrafındaki kumlar çok sert olur. Fakat, kumların birbirine kenetlenmelerinden dolayı homojen olmayan bir akış meydana gelir ve modelden uzak olan kumlar daha az sıkışır. Bu sebepten, en son olarak üstteki kumların sıkıştırılması basınçla itmeyi ve sıkıştırmayı gerektirir. Şekil 68. Sarsıntı makinası 3) Sarsıntılı sıkıştırıcılar: Bu tip makinalarda kumun sıkıştırılması için, hem sarsıntıdan hem de basınçlı sıkıştırmadan faydalanılır. Önce alt derece sarsıntıyla kalıplanır, daha sonra üst derece kalıplanır. Son olarak, alt ve üst dereceler aynı anda basınçla üstten sıkıştırılır. Üst derece sıkıştırılırken, sıkıştırma tahtasına ilave edilen bir kalıpla sıvı metalin ilk döküleceği delik de açılmış olur. Daha sonra yolluk ve çıkıcılar hazırlanıp kalıp döküme hazır vaziyete getirilir. Küçük dökümler için yapılan kalıplama, bu makina ile daha çok hızlandırılır. 4) Sıyırıcılı sarsıntılı sıkıştırıcılar: Sarsıntılı sıkıştırıcı makinalarına model sıyırma tertibatı ilave edilmiştir. Bu tip makinalar ayrı alt ve üst derece için kullanılır. Bir adam ve bir makina alt derece kalıplaması ve bir adam ve bir makinada üst derece kalıplaması için kullanılır. Üçüncü adam ise, maça yerleştirici ve yardımcıdır. 5) Kum atıcılar: Hızla hareket eden kumun çarpmasıyla, kumun sıkıştırılmasını sağlayan kalıplama aletleridir. Kalıplama kumu, kum atıcısına bir bandla getirilir ve buradan atıcı kumu kalıp üzerine süratle atar (Şekil 69). Kuma kazandırılan hız, 3000 m/dak civarındadır. Modelin tahrip olmaması için kumun başlangıçtaki hızı düşük tutulur, (5 m/sn) ve daha sonra artırılır (50 m/sn).
Şekil 69. Basit bir kum atıcı 2.4.5. Modelin Kalıptan Çıkarılmasında Kullanılan Makinalar Makina ile kalıplamada modellerin kalıptan çıkarılmasında dört usül kullanılır. Kaldırma Usulü: Sıkıştırılmış olan kalıba uygulanan P kuvvetiyle kalıp derece ile beraber dört ayak vasıtasıyla sallanmadan kaldırılır (Şekil 70-1). Bu usûl, alçak modeller için uygulanır.
36
İndirme usulü: Sıkıştırılmış kalıptan model, bir P kuvvetiyle (modele bağlı model levhasının hareketiyle) aşağıya çekilir (Şekil 70-2). Bu usûl, büyük kalıplar için uygulanır. Çünkü, derece ve kalıbı kaldırmak için daha büyük enerji harcamak gerekir. Bu sebepten derece sabit kalır, model aşağı iner. Çekme usulü: Bu usulde; modelin dış hatlarına göre ortası oyulmuş bir çekme levhası pimlerine takılır, model bunun ortasına konur, derece oturtulur, kum sıkıştırılır ve sonra model kumdan çekme yoluyla çıkarılır. Çekme levhası model çıkarken, kalıbın köşelerinin bozulmasını önler (Şekil 70-3). Çevirme usulü: Şekil 70-4’de görüldüğü gibi derece model levhasına, model levhası da makina levhasına bağlıdır. Kalıp sıkıştırıldıktan sonra, C-D ekseni etrafında çevrilerek A-B yüzeyi alttaki arabaya konur ve daha sonra model kalıpta
Şekil 70. Modellerin kalıptan çıkarılmasında uygulanan usüller.
2.5. KUM DÖKÜMÜNDE KALIPLAMA YÖNTEMLERİ Kum dökümündeki başlıca kalıplama yöntemleri şunlardır: A - Yaş kum kalıplama B - Kuru kum kalıplama C - Toprak (Balçık) kalıplama D - Çukur kalıplama E - CO2 yöntemiyle kalıplama F - Kabuk kalıplama G - Çimentolu kalıplama H - Maça kalıplama l - Atmosferde kendiliğinden sertleşen kalıplama J - Vakumlu kalıplama Bu yöntemler, aşağıda ayrıntılarıyla ele alınmıştır. 2.5.1. Yaş Kum Kalıplama Bu tür kalıba kurutulmuş kalıp da denir ve % 5-10 mertebesinde rutubet ihtiva eder. Yaş kalıp ile yapılan döküme, "yaş döküm" adı verilir. Yaş kalıpların tozlanmasında; odun kömürü tozu, grafit tozu, is, silis veya kuvars unu kullanılır. Saf silis yüksek sıcaklığa dayanır ve kalıbın erimesine mani olur. Diğer tozlar ise; kalıp ile sıvı metal arasında bir gaz tabakası teşkil ederler. Bu gaz metal katılaşıncaya kadar cidarları korur ve bilahare kalıbı terkeder. Tozlama işlemi, toz torbası yardımı ile yapılır. Kalıplama küçük parçalar için tezgah üzerinde, iri parçalar için yerde kum havuzlarında yapılır. Yaş kum kalıp üstünlükleri:
37
— Kalıp malzemesi ucuz ve tazelenerek, defalarca en ekonomik şekilde kullanılabilir. — Basittir ve gerektiğinde mekanizasyon da uygulanabilir. — Değişik metallerin dökümüne elverişlidir. Yaş kum kalıbın sınırları: — Karmaşık biçimli ve iri parçaların dökümünde kalıp malzemesinin dayanımı yetersiz kalır. — Kalıp taşıma sırasında bozulabilir. — Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi iyi değildir. 2.5.2. Kuru Kum Kalıplama Hazırlanan yaş kalıp kurutma sobalarında (veya kurutma odalarında) 150 -350° C sıcaklıkları arasında veya sıcak hava göndermek suretiyle kurutulursa, kuru kalıp elde edilir. Kuru kalıpta yapılan döküme kuru döküm adı verilir. Kuru kalıp da boyanır. Bu işlem için grafit, odun kömürü tozu, kil ve sudan meydana gelen bir bulamaç kullanılır. Bu maddelerden grafit ateşe dayanıklılık, kömür tozları gaz geçirme kabiliyeti ve kil mukavemet kazandırır. Boya bulamacının kalıp yüzeyine sürülmesi, fırça veya püskürtme yoluyla yapılır. Kurutma işlemi boyamadan önce veya sonra yapılabilir. Kalıp yüzeyine püskürtülen su, refrakter malzeme, bentonit, tahıl veya melas gibi bağlayıcı karışımları kalıp boşluğundaki kumun kalkmasını önlemenin yanı sıra yüzey kalitesini de arttıracaktır. Cidarları kurutulmuş kalıp : Kum yüzeyinin (5 - 20 mm arasında bir kum kalınlığı) bir üfleç yardımı ile kurutulması ile elde edilir. Kalıp içerisinde mevcut rutubetin yüzeye çıkmasına olanak vermeden döküm işleminin bitirilmesi istenen durumlarda kullanılır. 2.5.3. Toprak (balçık) Kalıplama Bu tür kalıplama yönteminde kalıba şekil verme amaca uygun şablonlarla hazırlanmaktadır. Örnek olarak büyük silindirler, kağıt makinaları merdaneleri gibi dönel simetriye sahip ağır parçaların kalıplanması verilebilir Böyle büyük parçalarda, tuğla, tahta veya değişik malzemelerle hazırlanan yapı özerine kum, kil, su ve bazı katkı maddelerinden hazırlanmış harç, sıvanıp şablonla şekil verilir; daha sonra kalıp sıcak hava veya üfleç yardımıyla kurutulur. 2. 5.4. Çukur Kalıplama Çukur kalıplar, derecelere boyutları nedeniyle sığamayacak malzemelerin dökülebilmeleri için kullanılır (1 ... 100 t). Örneğin türbin gövdesi, gemi uskuru gibi. Model bir çukurda kalıplanır. Üst derece zemine bağlanır. Büyük kütlenin soğuma hızını azaltabilmek için soğutma işlemi günlerce sürebilir. Boyut hassasiyeti ise fazla iyi değildir (± 6mm). (Şekil 71) Şekil 71.Çukur kalıplama 2.5.5. CO2 Yöntemi İle Kalıplama Bu yöntemde kalıp ve maça kumlarına % 1.5 - 6 cam suyu (sodyum silikat) karıştırılır ve kalıba şekil verildikten sonra kısa bir süre CO2 gazı geçirilir. Kimyasal reaksiyon gereği cam suyu, silikajele dönüşerek kalıbı sertleştirir.
38
Bu işlem yapıldıktan sonra dökümün en geç 24 saat içinde tamamlanması gerekir. Bu yöntemle hazırlanan döküm parçalarının yüzey hassasiyetleri iyi olup, ekonomiklik için sayı önemli değildir; ayrıca kalıbın kurutulması gibi bir başka işlem de yoktur. Her tip dökümhanede kolayca uygulanabilir. Yukarıdaki avantajlarının yanında, yeniden ortamdan nem kapabilmesi tehlikesinden dolayı, bekleme süresi az olup kalıp ve maçaların, döküm işlemi bittikten sonra dağılma özelliği tatmin edici değildir. (Şekil 72)
Şekil 72. CO2 yöntemi ile kalıplama 2.5.6. Kabuk Kalıplama İnce taneli kum ile yüksek sıcaklıkta sertleşen termoset reçine karışımı kalıplama malzemesidir. Kullanılan modeller, metal ve levhalı olup kalıplama işleminden önce yüzeylerine özel bir sıvı püskürtülür. Böylece modelin kalıptan çıkarılması kolaylaşır. Modeller 230 °C civarında pişirilir ve döndürme tertibatı yardımıyla, üzerlerine kum reçine karışımından oluşan 5-10 mm’lik bir kabuk meydana getirilir. Kabuk modelden sıyrılmadan önce 315°C’de birkaç dakika pişirilir ve modelden ayrılır. Bu yöntemle karışık bîr şekle ait kalıp hazırlamada, iki veya daha çok parçalı kabuk hazırlanır; daha sonra yapıştırılarak pişirilir. Sıvı metalin dökülmesi sırasında kabuk kalıbın deformasyonunu önlemek için, kabuk kalıptan hazırlanarak son şeklini alan kalıp, iri taneli kum, çakıl veya metal bilya içine yerleştirildikten sonra döküm işlemine geçilir. Bu yöntemle + % 0,2 mm1 ye varan hassas toleranslar elde edilebilir. Kalıplar hafif olup, daha önce hazırlanarak depolanabilir ve yüzey kaliteleri çok iyidir. Buna karşılık metal malzemeden hazırlanan modeller pahalı olup çok sayıda döküm için ekonomik olur; parça boyutları sınırlı olup altyapı yatırımı fazladır. (Şekil 73) 2.5.7. Çimentolu Kalıplama Kalıplama yönteminin kum kalıplamaya göre farkı yoktur. Ancak kalıp kumunun içinde % 8 -12 çimento ve % 4 - 6 su bulunması gerekir. Model kalıptan çıkarılmadan önce çimento sertleşmelidir. Tam bir sertlik için yaklaşık 3 gün gereklidir. Büyük parçaların dökümünde, mukavemeti, yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti yüksek kalıplar elde edilebilir. 2.5.8. Maça Kalıplama 39
Maçaların biraraya getirilmesiyle de kalıplar elde edilebilir. Bu yöntem, şekilleri itibariyle karmaşık parçalara uygulanabilmektedir. Kum ve organik bağlayıcının 125. .. 350°C arasında sıcaklıklarda pişirilmesiyle elde edilen maça, bu yöntemi pahalı hale getirmektedir.
Şekil 73. Kabuk kalıplama yönteminin aşamaları 2.5.9. Atmosferde Kendiliğinden Sertleşen (Air- Set) Kalıplama Kalıp malzemesi kum, reçine ve katalizör karışımıdır. Modelin şeklini alan kalıp malzemesi, organik bağlayıcı ve katalizörünün kimyasal reaksiyonu sonucu 20 dakikadan itibaren sertleşmeye başlar ve döküm yapılabilir hale gelir. 2.5.10. Vakumlu Kalıplama Kalıp malzemesi, hiçbir katkı içermeyen kuru kumdur. Bu yöntemde vakum düzeneği üzerine yerleştirilen levhalı model ısıtılarak üzerine ince bir plastik fol-ye kaplanır. Bu sırada vakum tatbik edilerek tam modelin şeklini alması sağlanır. Bunların üzerine, içinde vakum borusu bulunan derece yerleştirilir ve kuru kum konur. Vakum tatbik edilerek derecenin en üst yüzeyi de plastik folye ile tam olarak kaplanır. Bu arada alt kutudaki vakum kaldırılır; derece modelden ayrılır. Böylece hazırlanan iki derece biraraya getirilir, ikisine de vakum tatbik edilirken döküm yapılır. Katılaşma süreci sona erdiğinde vakum kaldırılır ve kum tanecikleri dağılır. {Şekil 74) Şekil 74. Vakumda kalıplama 1. Model; 2. Model levhası; 3. Vakum bölmesi; 4. Hava kanalı; 5. Vakum şekil kafesi; 6. Emme borusu; 7. Folye; 8, Kum 2.6. KUM DÖKÜMDE ERGİTME VE DÖKÜM 2.6.1. Kum Dökümde Ergitme Ergitme, döküm için sıvı metalin hazırlanmasıdır. Ergitme işlemi dökümhane içerisindeki bir fırında yapılabilir ve pota adı verilen kaplarla kalıp yolluklarına dökülür. Ergitme kullanılacak fırının tip ve büyüklüğü, ergitilecek malzeme cinsi ve dökülecek parça büyüklüğü, sayısına bağlıdır. Örneğin; 10-200 tonluk ergimiş metal ihtiyacı için elektrik ark fırınları, 100 -1000 kg için ise endüksiyon fırınlan kullanılmalıdır. Demir dökümü ile uğraşan küçük dökümhaneler ile, kupol ocaktan kullanırlar. Ergitme fırınları daha sonraki kısımlarda ele alınacaktır. Hazırlanmış kalıplar dökümhane zemini üzerine tek tek veya üst üste yerleştirilir. Kalıpların üst üste yerleştirilmeleri, dereceler üzerine ağırlık koyma ihtiyacını ortadan kaldırır (Şekil 75). Büyük parçaların dökümünde, doğrudan doğruya ergitme fırınından döküm yapılabilir. Bazı hallerde ise; ergitilmiş metalde homojenliği sağlamak için, birkaç ton ergimiş metal alabilen ve brülörlerle ısıtılan toplama potalarından faydalanılır. Bu potalarda bir veya birkaç fırından gelen ergimiş metal toplanır. Döküm el potaları bir (30 kg) veya iki (90 kg) kişilik olur. Döküm yapılmadan evvel pota üzerindeki cüruf ve pislik alınmalıdır. Bazen temizlemenin
40
kolay olması için özel potalar kullanılır. Bunlara örnek olarak, çaydanlık tipi veya dipten boşaltmalı potalar verilebilir.
Şekil 75. Kalıpların yerleştirilmesi
2.6.2. Kum dökümde temizleme : Döküm işlemi sonunda elde edilen iş parçasının ihtivanın ettiği yolluk, çıkıcı, beslenme kafası, çapak, maça, soğutma kokili ve yüzeye yapışmış kumun giderilmesi işlemine "temizleme" denir. Temizleme işleminin nihai iş parçasının maliyeti üzerinde olan etkisi, çok büyüktür. Bu bakımdan elde edilecek parçanın dizaynı, temizleme işlemini mümkün olduğu kadar azaltacak biçimde olmalıdır. Tatbik edilen temizleme işlemi iki grupta ele alınır: 1) Kuru temizleme. 2) Yaş temizleme. 2.6.3. Kuru temizleme : Dökme parçalarının yolluk ve çıkıcıları darbe yardımıyla veya testere, oksijenle kesme ve yolluk kesme presi ile koparılır. Dökme demirler kırılgan olduklarından, darbe yolu ile bu işlem kolaylıkla yapılabilir. Bu işlem sırasında döküm parçayı zedelememek için, kırılacak parça civarında çevresel çentikler açılır. Orta büyüklükteki parçalar için testere kullanılmasına rağmen, büyük boy parçaların yolluk ve çıkıcılarının kesilmesinde oksijenle kesme kullanılır. Oksijenin kullanılması bazı hallerde yapı değişikliklerine sebep olur, bu da tavlamayı gerektirir. Böylece masraf artar. Büyük parçaların temizlenmesi daha çok el ile yapılır. Yüzeydeki kum parçaları ve maçalar keski veya havalı çekiç yardımıyla temizlenir. Çapaklar, çıkıcı yerleri, yolluk yerleri ve arızalı çıkmış yerler taşlama makinaları ile düzeltilir. Taşlama işlemi alüminyum oksit ve silisyum karbürden imâl edilmiş taşlarla yapılır. Dökme demirlerin taşlanmasında genellikle, silisyum karbür taşlar kullanılır. Döküm sonunda parça yüzeylerinde bulunan kum darbe ile, kum püskürtme suretiyle veya temizleme tamburlarıyla temizlenebilir. Temizleme tamburlarında daha çok, küçük ve büyüklükleri üniform olan parçalar temizlenir Böyle bir cihazın ilk yatırım masraflarının az olması, birçok dökümhane tarafından kullanılmasına imkan vermiştir. Seri halde radyatör imâl eden dökümhanelerde yüzey kumu ve maçaların temizlenmesi, sarsmalı ve darbeli makinalarla yapılır. Keskin köşeli kum tanecikleri 2 - 4 atmosfer basınç altındaki hava İle parça yüzeyine sevkedilir. Bu işlem sonunda yüzeyde mevcut kumlar temizlendiği gibi, parça parlaklık ve mukavemet kazanır. Kum püskürtme yoluyla temizleme işlemi özel odalarda yapılmalı ve işçiler maske kullanmalıdır. 2.6.4. Yaş Temizleme : Bu usulde tazyikli su veya asit kullanılır. Karışık şekilli dökme parçaların maçalarını çıkarmak çok zordur ve fazla miktarda toz açığa çıkar. Bu sebepten böyle parçaların temizlenmesinde 50-100 atmosfer basınç altındaki su, 5 - 8 mm çaplı bir huzme halinde temizlenecek parça üzerine püskürtülür. Su ile temizlemede toz giderme
41
tesisatına ihtiyaç olmaz. Döküm parça üzerine yapışmış kum, kurşun, tahta ve çimento parçacıkları asitle eritilir. Asit olarak H 2 SO4 veya HCI kullanılabilir. HCI kullanılması halinde sağlığa zararlı olan CI 2 gazı açığa çıkar. Bu sebepten bu asitle temizleme yaparken dikkatli olmak gerekir. 2.7. KOKİL DÖKÜMÜ Kalıp malzemesi olarak çelik veya dökme demirin kullanıldığı döküm usûlüne kokil döküm adı verilir. Bu bakımdan kokil döküm, "metalsel kalıba döküm" olarak da bilinir. Kum kalıplarda bir defa döküm yapıldıktan sonra kalıp bozulmakta veya kumun kalıplama özelliği kaybolmaktadır. Metal kalıplarda ise, binlerce döküm yapılabilmektedir. Kokil döküm için hazırlanacak kayıp maliyeti, kum kalıba göre çok yüksektir. Fakat kokil döküm kalıpları çok sayıda döküm için kullanıldığından ekonomik olmaktadır. Metalsel kalıbın ısı iletkenliği kum kalıba göre yüksek olduğundan, dökülen metal hemen soğur ve kendini çekme sebebiyle kalıba yapışmaz. Metalin kalıba yapışma ihtimalini azaltmak için, grafit veya kil ihtiva eden bir sıvı kalıp cidarlarına püskürtülür veya sürülür. Bu malzeme sıcak metal ile temas ettiği zaman, gaz haline geçerek yapışmayı önler. Kokil ve kum döküm ile elde edilen döküm parçalan mukayese ettiğimizde, kokil döküm parçaların aşağıdaki üstünlüklere sahip olduklarını görürüz: a) İş parçasının yüzeyi daha düzgün olup, talaş kaldırmayı dahi gerektirmez. b) Mekanik özellikler daha yüksektir. c) referanslar daha dar tutulabilir ve boyutları daha hassas parçalar elde edilebilir. d) Temizleme masrafı daha azdır. e) Karmaşık şekilli parçalar kolaylıkla dökülebilirler Yukarıda sayılan avantajlara rağmen kokil dökümün tatbikini sınırlayan bazı haller mevcuttur. Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir: a) Bir boyut sınırlaması olmamasına rağmen, kokil döküm genellikle çok ufak boyutlu parçalara tatbik edilir. b) Bütün alaşımlar metal kalıpta döküme elverişli değildir. Metal kalıpta alüminyum, bakır, magnezyum, çinko esaslı alaşımlar ve ötektoid üstü gri dökme demir dökülebilir. c) Az sayıda parça için çok pahalı hale gelir. d) Kalıptan çıkarma zorlukları sebebiyle bazı parçaların dökümü imkansızdır. Metal kalıp yüksek ergime sıcaklıkları sebebiyle, çelik malzemeden yapılacak parçaların dökümü için uygun olmamaktadır. Ayrıca dökülecek malzeme cinsine göre metal kalıp ömrü değişmektedir. Bunun sebebi malzemelerin ergime sıcaklıklarının farklı olmasıdır. Bundan dolayı metal kalıp ömrü malzeme cinsine göre aşağıdaki şekilde değişmektedir (Tablo 7) :
Tablo 7. Dökülebilecek parça büyüklüğü de malzeme cinsine göre değişir. Malzeme cinsine göre parça büyüklüğü aşağıdaki şekildedir (Tablo 8) :
42
Tablo.8 Metal kalıba dökümde kalıpların açılıp kapatılması el ile veya hidrolik mekanizmalarla olabilir. Hidrolik tertibat çok sayıda parça üretiminde kullanılır. Şekil 76’da el ile çalışan bir kalıp düzeni görülmektedir. Küçük ve düşük ağırlıklı döküm parçalarının imâlatı için sıvı metalin kalıba doldurulması ve katılaşan dökümün kalıptan çıkarılması el ile yapılabilir. Fakat döküm sıcaklığı yükseldikçe ve parça ağırlığı arttıkça el ile çalışmak zorlaşır. Bu durumda bu işlemlerin mekanik tertibatlarla yapılması gerekir.
Şekil 76. El ile çalışan kokil döküm sistemi. 2.8. PÜSKÜRTME (BASINÇLI) DÖKÜM Sıvı metalin basınç altında metal kalıba doldurulmasıyla elde edilen dökme işlemidir. Bu döküm usûlünün kökü dökümden farkı, sıvı metalin kalıba basınçla sevkedilmesidir. Her iki usûlde de metalik kalıp kullanılmaktadır. Püskürtme dökümde basınç kullanılması sebebiyle, yüksek hızda sıvı metalin kalıba çok hızlı bir şekilde doldurulması sağlanmış olur. Böylece çok karışık şekilli parçaların dökümü mümkün olur. Genellikle dökülecek malzemenin ergime sıcaklığı, 1000°C’nin altındadır. Püskürtme döküm ile çok küçük ve hassas hepsi aynı özellikte ve seri halde parça dökülebilir. Kullanılan basınç 10-80 atmosfer arasındadır. Elde edilen parçalara genellikle talaşlı işleme uygulamaya lüzum kalmaz. Ayrıca parçaların yüzeyleri hızlı soğuma sebebiyle ince yapılı ve yüksek mukavemetlidir. Dökülecek malzemenin cinsine göre 5.000-100.000 adet döküm yapılabilir. Kalıplar karışık şekilli olduğundan pahalıdır. Bu sebepten dökümün ekonomik olabilmesi için, dökülecek parça sayısının 5.000’den az olmaması lazımdır. Püskürtme dökümde, dökülecek malzeme kalıp malzemesine zarar vermemelidir. Kurşun, kalay, çinko, alüminyum ve magnezyum alaşımlarının bu usul ile dökümü yapılabilir. Püskürtme dökümde kalıp malzemesi olarak dökme demir, karbonlu çelik, alaşımlı çelik ve bazen de demir dışı malzemeler kullanılabilir. Döküm sıcaklığı düşük alaşımlar için karbonlu çelik, yüksek alaşımlar için ise alaşımlı çelik kalıplar kullanılır. Ergimiş metalin kalıba sevkedilmesi, pistonlu püskürtme makinaları (sıcak hazneli) veya basınçlı hava püskürtme (soğuk hazneli) makinalarıyla gerçekleştirilir. Kalay, kurşun ve çinko gibi düşük sıcaklıkta ergiyen alaşımlar için pistonlu püskürtme makinaları kullanılır. Çoğunlukla mazotla ergitilen alaşım, piston ve kanallar vasıtasıyla kalıba gönderilir. Basınçlı hava püskürtme döküm makinaları, alüminyum ve bakır alaşımları gibi oldukça yüksek ergime sıcaklığına sahip malzemeler için kullanılır. Bu makinalarda pistonun vazifesini, hava yapmaktadır. Piston kullanılırsa, yüksek sıcaklığın tesiri ile piston silindire kaynar ve demirden yapılan piston alüminyumun kimyasal etkisi altında kalır. (Şekil 77 ve 78) Şekil 77. Sıcak püskürtme döküm yöntemi
43
Şekil 78. Pirinç, alüminyum veya magnezyumun yatay pistonlu soğuk makinada dökümü 2.8.1. Düşük Basınçlı Döküm Bu yöntemde, küçük parçalar için endüksiyon fırınında eritilen metale, basınç altında soygaz uygulanmasıyla kalıp boşluğunun sıvı metal tarafından dolması sağlanır. (Şekil 79)
Şekil 79. Düşük basınçlı döküm 2.9. SAVURMA (MERKEZKAÇ) DÖKÜM Merkezkaç döküm de denilen bu usulde, ergimiş malzeme dönel bir hareket ile şekillendirilir. Genel olarak diğer döküm usûllerinde ergimiş metal yerçekiminin etkisi altında iken, savurma dökümde merkezkaç kuvvetinin etkisi altında da kalmaktadır. Döküm sırasında kalıp dönel bir hareket yapmaktadır Kalıp ekseni düşey veya yatay olabilir. Buna göre, yatay eksenli ve düşey eksenli döküm
Şekil 80. Savurma dökümde yatay ve düşey eksenli döndürme sistemleri. adını alır. (şekil 80). Savurma döküm sayesinde boru, halka gibi dönel şekilli parçalar maçasız olarak dökülebilirler. Döküm kalıplan, metalden veya kalıp kumundan yapılabilir Döküm esnasında merkezkaç kuvvetin tesiri ile gazlar sıvı haldeki malzemeden kolayca atılır ve hatasız, yüksek mukavemetli bir döküm elde edilir. Merkezkaç kuvvetin gaz giderici ve temizleyici tesiri, devir sayısı artıkça büyür. Gazlar ve özgül ağırlıkları ergitilen malzemeden küçük olan yabancı maddeler, eksene doğru hareket ederler. Dökme demir ve çelikte savurma löküm sırasında hafif olan mangan sülfür ayrılır. Savurma dökümde maçaya gerek olmaması, son zamanlarda bu usulle boru imalini yaygınlaştırmıştır. Şekil 81' de, savurma döküm yöntemiyle boru mâliyle ilgili bir tesis görülmektedir. Burada madeni ve dönebilen kalıp dıştan soğutulmaktadır. Dönel kalıp aynı zamanda ileri geri hareket edebilmektedir. Böylece döküm sırasında kalıp yavaş yavaş ve sabit bir hızla ilerler. Pota taşıyışı sistem sabit olup, yalnızca potanın eğilmesi hidrolik bir tertibat sayesinde gerçekleştirilmektedir. Kalıp ısıya dayanıklı molibden çeliğinden yapılmış olup, içerisi ateşe dayanıklı bir malzeme ile astarlanmıştır.
Şekil 81. Savurma dökümle boru imali. 2.10. ALÇI DÖKÜMÜ
44
Ana kalıplama malzemesinin alçı olduğu bir döküm usûlüdür. Altın, gümüş, alüminyum, magnezyum, bakır gibi demir dışı metallerin dökülmesinde kullanılır. Boyut hassasiyetinin çok iyi, yüzeylerin düzgün olması ve çok detaylı parçaların dökülebilmesi bu usûlün üstünlükleridir. Fakat kum kalıba göre pahalıdır. Ağır metal alaşımlarından 30 kg’a, alüminyumdan ise iki tona kadar ağırlıktaki parçalar bu usûl ile dökülebilir. Kalıplama malzemesi olan alçı CaSO4 olup, çeşitli oranlarda su ihtiva eder. 2.11. KUYUMCU DÖKÜMÜ (Hassas döküm) Bu usule, hassas ve prezisyon döküm de denir. Başlangıçta kuyumcu ve dişçiler tarafından kullanılmakta iken, daha sonraları küçük endüstriyel parçalatın dökümünde de kullanılmıştır. Bu usûlde evvela dökülecek parçanın mumdan bir modeli yapılır. Bu model üzerine yolluk ve çıkıcılar yerleştirilir Daha sonra bu model sıvı haldeki seramik malzeme içerisine yerleştirilir ve seramik malzeme kalıp etrafında bir kabuk teşkil edecek şekilde katılaşması sağlanır. Bundan sonra içerisinde mum model bulunan seramik kabuk ısıtılır. Böylece mum eriyerek dışarı akar ve seramik içerisinde dökülmesi istenen parçanın şeklinde bir boşluk elde edilmiş olur. Ergitilmiş metal bu boşluğa dökülür ve katılaşmadan sonra seramik kalıp kırılarak parça çıkarılır. {Şekil 82) Son derece karışık parçalar temiz ve tam bir şekilde bu usulün tatbikiyle elde edilebilir. Bilhassa talaş kaldırılarak işlenmesi veya dövülebilmesi mümkün olmayan alaşımlardan yapılacak hassas parçalar bu usûlle imâl edilir. Ayrıca son derece karışık şekilli parçaların dökümü kolayca yapılabilir. Çünkü bu usûlde koniklik verme mecburiyeti yoktur Kuyumcu dökümde dikkat edilmesi gereken en önemli husus, dökülecek metalin karakterine uygun seramik malzemenin ve bağlayıcının seçimidir.
Şekil 82. Kuyumcu dökümde işlem sırası
2.12. SÜREKLİ DÖKÜM Sürekli döküm usulü, ergimiş metalin su ile soğutulan, iki ucu açık bir kalıptan geçirilerek katı hale dönüştürülmesi metodudur Genellikle, şekilsiz veya az şekilli uzun parçaların dökümü yapılmaktadır. Daha çok düşük ergime sıcaklıktı malzemeler ve bakır alaşımlarına tatbik edilir. Şekil 83'de düşey bir kalıp ile, sürekli döküm vasıtasıyla çubuk mamul imâli görülmektedir. Kalıbın üst ucundan ergimiş metal dökülür, alt ucundan çeşitli çap ve profillerde çubuk elde edilir. Sürekli döküm sayesinde aşağıdaki üstünlükler sağlanmaktadır: a) Düzgün olmayan teşekküller ve bozulmalar önlenmektedir. b) Randıman %100'dür. c) İngotlara göre daha düzgün bir yüzey elde edilmektedir. d) Segregasyonların azalması sebebiyle, yüksek kalitede malzeme elde edilmektedir. e) Soğutma hızı kontrol edilerek, tane büyüklüğü ve yapının ayarlanma imkanı vardır. f) işlem ekonomiktir.
45
Şekil 83. Sürekli döküm sistemi
2.13.BİTİRME İŞLEMLERİ Sıvı metalin kalıba doldurulduğu andan başlayarak parçanın mamul haline gelinceye kadar geçirmiş olduğu tüm işlemler Bitirme işlemleri olarak tanımlanır. İmal edilen parçaların özelliklerine ağlı olarak bitirme işlemleri; kalıbı soğutma, bozma, yolluk ve çıkıcıların ayrılması, temizleme, çapak kesme, onarım, ısıl işlemler ve yüzey işlemleri önemli kademelerdir. 2.13.1 Kalıp Bozma Sıvı metal kalıba doldurulduktan sonra parçaların ve kalıbın malzemesine, parça boyutlarına ve şekline bağlı olarak bir süre kalıpta soğutulması gerekir.
Tablo 9. Kum kalıp içindeki çelik ve kır dökme demir parçaların kalıp açma sıcaklıkları Parçaların Özellikleri
Kalıp açma sıcaklığı [C]
- 200 Kg'a kadar basit şekilli parçalar.
800
- Cidar kalınlıkları farklı, düğüm noktalan ve kütleli yerleri soğutucularla soğutulan parçalar. - Kütle yığılmaları olan yerlere soğutucu konulamayan yukarıdakilere benzer parçalar - Soğuma sırasında serbest büzülemeyen, yırtılma ve deformasyon olasılığı olan parçalar.
600 400 200
Parçaların kalıptan çıkarıldığı sıcaklığa kalıp bozma {kalıp açma) sıcaklığı denir (Tablo 9). Soğutma süresince kalıplar, döküm yapılan yerde bekletilebildiği gibi, soğutma bantları üzerinde bir yandan belirli bir hızla kalıp bozma bölgesine yanaşırken de soğutulabilir. Kalıp açma sıcaklığı; parçanın dayanımı, iç yapı değişimleri, kalıcı iç gerilmeler gibi faktörlere bağlıdır. Kalıp bozmada; döküm parçalan, kalıp kumu ve dereceler birbirinden ayrılır Bozma işlemi; elle, havalı çekiçlerle, itme presleri ile sarsma ve vibrasyon masaları üzerinde bazen de derecesiz kalıp blokları döner tamburlar içinde veya granül püskürtme odalarında yapılabilir (Tablo 10).
46
Dereceli veya derecesiz kalıplar bozularak döküm parçalan kalıptan çıkarılırken, parçalar içindeki maçalar da bir ölçüde dağılırlar. Kalıp bozma işleminde parçaların dış bölgelerinde bulunan maçalar, iç bölgelerdeki delik ve kanal maçalarına göre daha kolay dağılırlar. 2.13.2. Yolluk ve Çıkıcıların Ayrılması Parçaların üzerindeki yolluk, çıkıcı ve besleyicilerin parça üzerindeki yerinin kolay ayırmaya uygun biçimde düzenlenmesi gerekli olup rahat uzaklaştırılabilmeleri için en azından ayırma bölgelerindeki yapışmış sert kum tabakalarının da temizlenmesi gerekir (Tablo 11). Bu nedenle kalıp bozma işlemini genellikle granül püskürtme (basınçlı hava veya savurma çarkları ile parça üzerine hızla püskürtülen belirli tane büyüklüğünde sert malzeme) işlemi takip eder. Yolluk, çıkıcı ve besleyiciler parçadan; el ve havalı çekiçler, keskiler, testereler, kesme presleri, özel ayırma makinaları gibi mekanik ayırma vasıtaları ile ayrılırlar. Bunlara alevle yakarak, elektrik arkı ile eriterek kesme donanımlarını da ilave etmek gerekir. 2.13.3. Temizleme Kesilen yolluk, çıkıcı ve besleyicilerin parçalar üzerindeki izleri ve çapaklar taşlanır. Gerekirse bir kere daha granül püskürtme işlemi yapılabilir (Tablo 12). Çapak temizlemede Mekanik yöntemler (Keski, taşlama, pres, freze, eğeleme, fırçalama, ince taşlama, granül püskürtme), Elektrokimyasal yöntemler ve termik yöntemler kullanılmaktadır. Taşla kesme işleminde ayırma yeri normal olarak temizdir. Diğer ayırma yöntemleriyle (kırma, mekanik kesme, yakarak kesme gibi) yolluk ve besleyicilerin ayrılması daima ilave bir temizleme işlemini gerektirir. Tablo 10. Başlıca kalıp bozma yöntemleri ve uygulama sınırları
Tablo 11. Yolluk ve besleyicilerin parça üzerindeki yerinin kolay ayırmaya uygun biçimde düzenlenmesi.
47
Tablo 12. Parçada temizleme konuları ve giderilmesi
2.14. DÖKÜM HATALARI VE KONTROLÜ Döküm yöntemi ile üretilen parçaların kalitesini etkileyen faktörlerin sayısı çok fazladır. Parçada ortaya çıkan hata çok sayıda faktörün bir veya birkaçının sonucu olabilir. 2.14.1. Döküm Hataları Genel olarak hatalar; dökümde kullanılan malzeme ve ekipmanın yanlış seçiminden, imalat sırasında sıcaklık, kalıp kumu bileşenleri ve nem gibi fiziksel kontrollerin yeterli tamlıkta yapılmamış veya hiç yapılmamış olmasından kaynaklanır. Döküm parçalarda rastlanan hatalar çok çeşitli sebeplerden kaynaklanmaktadır: — Döküm malzemesine, — Kalıp ve maça özellikleri ile kalitesine, — Yolluk ve çıkıcı sistemine, — Döküm metoduna, — Kalıp bozma f aktörlerine, — Parça temizleme ve uygulanan ilave işlemlere Döküm parçalarındaki hataları; dış ve iç olarak iki ana gruba ayırmak mümkündür (Tablo 13 ve 14) İmal edilecek parçanın döküme uygun dizayn edilmemiş olması da çok çeşitli hatalara neden olmaktadır (Tablo 15). Tablo 13. Döküm parçalarında; dış hataların gruplandırılması Tablo 14. Döküm parçalarında; iç hataların gruplandırılması.
48
Tablo 15. Parça dizaynına bağlı döküm hataları.
2.14.2. Dökülmüş parçaların kontrolü Döküm parçalarında kontrol edilen başlıca özellikler şunlardır: — Kimyasal bileşim, — Mekanik mukavemet, — Yapı sürekliliği (Boşluksuz, çatlaksız, segregasyonsuz), — Biçim, boyut ve yüzey tamlığı, — Fiziksel özellikler. Bu özelliklerin geniş gruplandırılmaları Tablo 16' da verilmektedir. Döküm parçalarının yukarıda belirtilen kontrolleri yalnızca parçaların malzemeleri ve ısıl işlemleri hakkında bir değerlendirme olanağı sağlar Döküm parçası içindeki makro ve mikro boşluklar, kum, cüruf gibi yabancı maddeler, parça dışı ve içi çatlaklar, döküm parçanın çıkartılması için de çeşitli tahribatsız muayene usulleri kullanılır. Kullanılan Tahribatsız usullerin belli başlıları şunlardır: — Gözle kontrol, — Ses ve vurma ile kontrol, — Penetrasyon kontrolü, — Manyetik toz ile kontrol, — Dağlama ile kontrol [Ayıraç: % 2 Amonyum asetat + % 15 Kalsiyumbikromat + % 83 Su], — Ultrasonik kontrol, — Röntgen ışınları ile kontrol, — Gama ışınları ile kontrol, — Basınçlı su ile kontrol. Tablo 16. Dökümde kontrol çeşitleri 2.14.3. Döküm Uygun Parça Tasarımı Bir parçanın döküm yöntemiyle imali kararlaştırıldıktan sonra, parçanın geometrik şeklinin, malzemesinin ve taşıyacağı zorlama seviyesinin, hangi döküm yöntemine uygun olduğunun belirlenmesi gerekir. Her parça, her döküm yöntemiyle imal edilemez. Çok karışık bir şekle sahip parça ile basit bir şekle sahip parçanın aynı döküm yöntemiyle imal edilmesi, hem imalat tekniği açısından ve hem de ekonomiklik açısından uygun değildir. Bir parçanın belirli bir döküm yöntemine uygun olup olmadığına karar verilebilmesi için, parçanın aşağıdaki kriterler bakımından incelenmesi gerekir. a) Zorlamalar b) Malzeme c) Enerji d) Süre e) Maliyet Döküm parçalarının tasarımı, genel imalat tekniği prensipleri yanında, özel döküm tekniği prensiplerinin de gözönünde tutulmasını gerektirir. Bu özel döküm tekniği prensipleri
49
arasında, sıvı haldeki döküm malzemesinin döküm kalıbını doldurmaya yeterli miktarda olması ve soğuma esnasında özellikle katılaşma sıcaklık alanında oluşacak büzülmeye müsaade etmesi gerekir. Döküm parçalarının tasarımında, muhtemel problemleri en aza indirmeye yönelik beş tasarım kural aşağıda verilmiştir: 1. Kural: Doldurma işleminin, türbülans oluşturmayacak şekilde yapılması ve döküm sırasında oluşan gazların ve havanın kalıptan tam olarak çıkması sağlanmalıdır (Tablo 17 Şekil 1 ila 2). 2. Kural: Parçanın her tarafının mümkün olduğunca aynı hızla soğuması ve katılaşması sağlanmalıdır (Şekil 3 ila 7). 3. Kural: Büzülmeyi sınırlayıcı nedenler en aza indirilmelidir (Şekil 8 ila 12). 4. Kural: Döküm kalıbının şekli, mümkün olduğu kadar basit olmalıdır (Şekil ila 16) 5. Kural: Sonradan kesilerek uzaklaştırılmaları gereken yolluk, çıkıcı ve besleyici gibi döküm çapakları, kolayca ulaşılabilecek şekilde yerleştirilmelidir (Şekil 17).
Tablo 17. Dökümde uygun şekillendirme kurallarına örnekler.
Tablo 17’nin devamı
50
Tablo 17’nin devamı
PLASTİK ŞEKİL VERME 3.1. PLASTİK ŞEKİL DEĞİŞİMİNİN ESASLARI Şekil değişimi, bir malzemenin kuvvet etkisi altında başlangıçtaki biçimini değiştirmesi demektir. Şekil değişimi elastik veya plastik şekilde olabilir. Elastik şekil değişimi, kalıcı olmayan şekil değişimi; plastik şekil değişimi, kalıcı şekil değişimi demektir. Bir malzemeye kuvvet etki ettiği zaman; bu kuvvetin etkisi ile malzeme yapısına bağlı olarak ya kalıcı bir şekil değişiminden sonra kırdır veya önemli bir kalıcı şekil değişimi olmadan kırılır. Birinci davranışı gösteren malzeme sünek, ikinci davranışı gösteren malzeme gevrek olarak adlandırılır. Malzemelere etki eden kuvvetler, şekil 84' de görüldüğü gibi malzeme üzerinde basma, çekme ve kayma biçiminde şekil değişimine sebep olurlar. Başlangıçtaki boyutu , kesiti A0 olan bir çubuk (plastik şekil değiştirebilen), bir P kuvveti ile çekmeye maruz kalırsa; boyu l ve kesiti A olur. Bunun sonucu olarak elastik alanda malzeme aşağıda tarif edilecek a çekme gerilmesi altında e yüzde şekil değişimine uğrar.
σ=
P , A
ε=
I − I0 I0 Şekil 84. Şekil değişiminde temel haller.
51
Bu bağıntılar elastik şekil değişimi alanında geçerlidir. Malzeme kopacak şekilde kuvvetin artırılmasına devam edilirse, plastik şekil değişimi başlar ve nihayet parça kopar. Bu kademeler yumuşak bir çelik için şekil 85' de görülmektedir. Burada σ A ile gösterilen noktadan sonra malzemede plastik şekil değişimi başlamaktadır. Şekil 85. Yumuşak çeliğin çekme diyagramı Yukarıda verilen bilgilerin ışığı altında, malzemelere plastik şekil değişimi olacak biçimde kuvvet uygulayarak şekil vermeye, "plastik şekil verme" adı verilmektedir. Malzemelerin bu özelliklerinden faydalanılarak, onları arzu edilen faydalı şekil haline getirme mümkün olmaktadır. 3.1.1. Plastik Şekil Değiştirme Mekanizması Metaller esas olarak, atomların belirli düzenlerde bir araya gelmesiyle oluşan kristal kafeslerinden meydana gelir. Atomların kafes içerisindeki diziliş biçimlerine göre hacim merkezli, yüzey merkezli, sıkı düzen heksagonal gibi kafes tipleri mevcuttur (Şekil 86).
Şekil 86. Temel kafes türleri Kristal kafesleri biraraya gelerek taneleri, taneler de biraraya gelerek malzemeyi meydana getirirler. Şekil değişimi, bu kristal kafeslerinin birbirine göre hareket etmesi ile oluşmaktadır. Kafeslerin hareketleri kayma, ikiz teşekkülü ve ikisinin birlikte olmasıyla meydana gelebilir. Şekil 87’de bu hareketler şematik , olarak verilmiştir. Kuvvet etkisi olmayan kübik kafeste düzlemler arasındaki açı dik açıdır. Kaymada; kuvvet etkisi ile kristal kafesler birbiri özerinde kayar ve kafes düzlemleri arasındaki açı 90° dir. ikiz teşekkülünde ise; kafes düzlemleri birbiri üzerinde kaymaz, fakat aralarındaki açı değişir. Makro seviyede bu hareketler şekil 88' de görüldüğü gibidir. Şekil 87. Şekil değişiminde kafes hareketleri
Kayma düzlemleri arasında birçok, kayma olmayan düzlem de bulunur. Kaymalar ilerledikçe; kafeslerin şekil değiştirme kabiliyeti azalır, sonunda düzlemler arasında ayrılma meydana gelir ve parça kopar, ikiz teşekkülü, birbirine dikey olan düzlemler arasında meydana gelemez. Yüzey merkezli kübik, hekzagonal ve rombik kristal kafeslerde meydana gelir.
Şekil 88. Şekil değişiminde makro hareketler. Kaymayı açıklayan şekil incelenirse; iki düzlem birbirine göre kayma düzleminde atomlar arası mesafe kadar ilerleyebilmesi için, o düzlemde var olan bütün atomların bağlarının kopması gerekmektedir Bu işi sağlamak için gerekli kuvvet hesaplandığında, bunun deneyle bulunandan çok daha büyük (100 ila 1000 defa) olduğu görülmektedir. Bu fark, dislokasyon 52
adı verilen kafes hatalarına bağlanmıştır. İlk zamanlarda teorik olan bu düşünce, bugün artık elektron mikroskobuyla görülmüş ve kanunları ortaya konmuştur. Dislokasyona haiz bir kafes sisteminde bütün düzlemde kaymayı sağlamak İçin, gerekli kuvvetin sadece birkaç atomun bağını koparabilecek mertebede olması kafi gelmektedir. Parça özerinde görülebilir bir deformasyonun olabilmesi için çok büyük sayıda dislokasyonun olması gerekir. Son araştırmalar göstermiştir ki normalize edilmiş bir malzemede dislokasyon yoğunluğu 106 - 108 cm / cm3 mertebesindedir. Kaymalar, kafeslerin atom yoğunluğunun en yüksek olan düzlemlerinde meydana gelir. Bunun sebebi; bu düzlemlerde atomlararası mesafe kısaldığı için, dislokasyon adımı da kısalmakta ve daha az bir kuvvet dislokasyonu hareket ettirebilmektedir. 3.1.2. Plastik Şekil Değişimine Etki Eden Faktörler Malzemelerin plastik şekil değişimi karşısındaki davranışları; malzemenin kimyasal bileşim ve iç yapısı, şekil verme sıcaklığı, şekil verme hızına bağlıdır. Malzemenin kimyasal bileşim ve iç yapısına göre; malzeme ya kolayca şekil değiştirir ve istenen biçimi alır veya zor şekil değiştirir, istenen biçimi almadan kırılır. Şekil değişimi sırasında malzemenin sıcaklığına bağlı olarak plastik şekil değişimi, “soğuk şekil değiştirme” ve “sıcak şekil değiştirme” olarak ikiye ayrılır. 3.1. 2.1. Plastik Şekil Değiştirmeye Sıcaklığın Etkisi: Sıcak şekil değiştirmede; şekil değişiminin ortaya çıkardığı iç yapı ve mekanik özelliklerdeki değişmeler şekil değişimi sırasında ortadan kalkar ve malzeme şekil değişiminden önceki özelliklerine sahip olur. Soğuk şekil değiştirmede ise; şekil değişimi sonundaki özellikler, başlangıçtaki özelliklerden farklıdır ve herhangi bir işlem yapmadan malzeme eski özelliklerini kazanamaz. 3.1.2.2. Soğuk Şekil Değiştirme Soğuk şekil değiştirmede, kuvvetin etkisi altında malzemenin kristal kafeslerinde kayma, ikiz teşekkülü veya her ikisi birden meydana gelir. Bunun sonunda taneler uzar. Şekil değişiminin ilerlemesiyle; malzemenin şekil değişimine karşı mukavemeti artar. Eğer şekil değişimine devam edilirse, malzemede çatlama ve yırtılmalar meydana gelebilir. Soğuk şekil değişimi sonunda malzemenin mukavemeti ve sertliği artar, sünekliği azalır. Soğuk şekil değiştirme sonunda sertliğin artması, "şekil değiştirme sertleşmesi" (Pekleşme) olarak adlandırılır.Sertleşme miktarı malzemenin cinsine de bağlıdır. Alaşım elemanı ilavesi malzemenin akma sınırını yükselttiğinden, alaşımlı malzeme alaşımsız malzemeye göre daha fazla sertleşir. Soğuk şekil değişimi sonunda metallerin sertleşme ve mukavemetlerinin artmasını izah eden çeşitli teoriler mevcuttur. Bunlardan en eskilerinde kafesin bozulması, iç gerilmelerin teşekkülü ve kayma düzlemleri civarında parçalanan kafeslerin meydana getirdiği amorf metalin şekil değiştirmenin devamını güçleştirmesi bu sertleşmenin sebepleri olarak belirtilmektedir. Bugünkü teoride ise, sertleşmeye birbiri ite karşılaşan ve birbirinin hareketini engelleyen dislokasyonların sebep olduğu ifade edilmektedir. Plastik şekil değişimi sonunda malzemenin çekme ve yorulma mukavemeti, sertliği, elektriksel direnci ve kimyasal çözünmesi artar; fakat uzama, alan küçülmesi ve sürünme kabiliyetleri azalır. Soğuk şekil değişimi sonunda malzeme yüksek bir iç enerjiye sahip olur
53
ve atomları daha dengeli mevkilere yayılmak isterler. Bu yayılma oda sıcaklığında çok yavaş meydana gelir. Sıcaklık yükseltilirce, atomların yayınması (difüzyonu) hızlanır ve bunun sonucu olarak malzeme tekrar eski sünekliğini kazanır. Böylece, soğuk şekil değişimine uğramış malzeme ısıl işlem yoluyla yumuşatılabilir. Isıl işlem yapılınca, sertleşmiş malzemenin tekrar eski özelliklerini kazanmasını sağlar. Düşük sıcaklıklarda malzemenin iç yapısı değişmemesine rağmen; elektriksel iletkenlik ve mukavemet biraz artar, iç gerilmeler azalır. Bu durum "malzemenin eski halini alması" olarak adlandırılır. Kazanılan mukavemeti kaybetmeden, iç gerilmelerin azaltılması, istenen bir durum olmaktadır.Yeniden kristalleşmenin başlangıcında, plastik şekil değişimi sonunda uzamış taneler arasında yeni taneler teşekkül etmeye başlar. Bu tanelerin teşekkül etmeye başladığı sıcaklık "yeniden kristalleşme sıcaklığı" olarak adlandırılır ve metalden metale göre değişir. Tekrar kristalleşmiş taneler, şekil bakımından düzgün, kayma çizgileri ihtiva etmez ve genellikle küçüktürler. Tekrar billurlaşma; mekaniksel özelliklerdeki ani değişiklik, uzamış tanelerin kaybolması, kayma çizgilerinin görülmemesi ve tane büyümesi ile tanınır. Tekrar kristalleşen taneler aynı kafes yapılarını korurlar ve bu sebepten tekrar kristalleşme, faz değişikliğini içine alan ısıl işlemlerden farklıdır. Metalin tekrar kristalleşme sıcaklığından ani soğutulmasıyla, sertleşme eğilimi yoktur. Örneğin; soğuk plastik şekil değiştirmiş demir ve yumuşak çelikler yaklaşık 500-700 °C arasında tekrar kristalleşir. Bu sıcaklık değerleri kritik bölgenin altındadır. Pirinç için soğuk plastik şekil değiştirme oda sıcaklığında olur, molibden ve tungsten malzemelerde 800 °C de yapılan şekil değişimi hala soğuk plastik şekil değişimidir. Tarif olarak soğuk plastik şekil değişimi, tekrar kristalleşme sıcaklığının altında yapılan şekil değişimidir. Tekrar kristalleşme sıcaklığına etki eden faktörler aşağıdaki şekilde sıralanabilir: a) Tekrar kristalleşmenin olabilmesi için, belirli bir soğuk şekil değiştirmeye ve sıcaklığa ihtiyaç vardır. b) Plastik soğuk şekil değiştirme ne kadar az ise, tekrar kristalleşme sıcaklığı o kadar yüksek olur. c) Uzun tavlama süresi, gerekli kristalleşme sıcaklığını düşürür. 3.1.2.3. Sıcak Şekil Değiştirme Plastik şekil değiştirme tekrar kristalleşme sıcaklığının üstünde bir sıcaklıkta yapılırsa, işleme "sıcak plastik şekil değiştirme" adı verilir. İşlem sırasında şekil değiştirme hızı, derecesi ve sıcaklığı uygun seçilmişse; malzemenin şekil değişimi sonunda sertliği değişmez, ufak taneli ve yüksek mukavemetli bir yapı elde edilir. Yukarıda sayılan şartların uygun seçilmesiyle; şekil değişimi sonunda meydana gelen yapı değişikliği, tekrar kristalleşme ile düzeltilmiş, olur. Sıcak şekil değiştirmede, şekil değişimi için harcanan enerji soğuk şekil değiştirmeden daha azdır. Ayrıca sıcak plastik şekil değişimi çatlama olmadan şekil değîşebîlme kabiliyetini yükseltir ve yüksek sıcaklıktaki hızlı difüzyon ile de döküm ingot yapıdaki kimyasal homojensizliklerin ortadan kalkmasını sağlar. Hava kabarcıkları ve gözenekler, bu boşlukların birbirine kaynaması ile ortadan kaldırılır ve dökümün uzun, kalın taneleri kırılarak aynı
54
büyüklükte tekrar kristal-leşmiş taneler meydana gelir. Sıcak şekil değiştirme sonunda ortaya çıkan değişmeler, döküm yapıya nazaran süneklik ve tokluğu artıracak yöndedir. Yukarıda sayılan avantajların yanında sıcak plastik şekil değişiminin de bazı dezavantajları vardır. Yüksek sıcaklığa kadar ısıtıldığından, metal ile fırın atmosferi arasındaki reaksiyonlar istenmeyen sonuçlar verir. Genellikle sıcak şekillendirme havada yapılır ve meydana gelen oksidasyondan dolayı, önemli oranda metal kaybı olur. Molibden gibi bazı reaktif metaller oksijenle gevrekleşir, bu sebepten soy atmosfer altında şekil verilmelidir. Çeliklerin sıcak şekillen-dirilmelerinde yüzeyde karbon kaybı olur. Bütün bunların yanında, gerekli ısıyı sağlamak için ilave masraf yapılır. Sıcak plastik şekil verme için en düşük sıcaklık; tekrar kristalleşme zamanında şekil değiştirme sertleşmesini önleyerek hızdaki şekillendirmedeki en düşük sıcaklıktır. En yüksek sıcaklık ise, ergime noktası veya aşırı oksitlenmenin olduğu sıcaklıktır. Genellikle en yüksek sıcaklık olarak, ergime noktasının 100 °C altındaki değer alınır. Pahalı bir usül olan sıcak plastik şekil değiştirmenin avantajları aşağıdaki şekilde özetlenebilir: a) Şekil değiştirme sıcaklığı yükseldikçe, metale istenen şekli vermek için gerekli enerji miktarı süratle azalır. b) Metalsel malzemelerin çatlamadan ve kopmadan şekil değiştirme kabiliyetleri, sıcaklıkla orantılı bir şekilde artar. c) Metalin içindeki heterojenlikler, yüksek sıcaklıkta yapılan dövme ile kolaylıkla giderilebilir. Yukarıdaki son madde, dökme ve dövme parçalar arasındaki en önemli farkı izah etmektedir. Genel olarak dökme ve dövme parçaların çekme mukavemetleri arasında çok bariz bir fark yoktur. Yalnız döküm yapısı, tane sınırlan ve tane içleri arasındaki heterojenlikler dolayısıyla düşük bir çentik darbe mukavemetine sahiptir. Sıcak dövme esnasında, şekil değiştirme ve tekrar kristalleşme ile meydana gelen tanelerden müteşekkil yapının çentik darbe mukavemeti çok daha fazladır. 3.1.3. Plastik Şekil Değiştirmeye Şekillendirme Hızının Etkisi Malzemenin şekillendirmeye karşı davranışı şekillendirme hızına göre değişir. Sünek halden gevrek hale geçme, hızlı şekillendirmelerde, daha fazla görülür. Bu davranış malzemenin içinde bulunduğu sıcaklığa da bağlıdır. Örneğin; demir ve çelik oda sıcaklığının altında çekiçlenirse çatlar. Fakat aynı sıcaklıkta yavaş bir şekil değişiminde çatlama görülmez. Şekil değiştirme hızı arttıkça, malzemenin şekil değiştirme kabiliyeti azalır. 3.2. PLASTİK ŞEKİL VERME USULLERİ Önceki bölümlerde plâstik şekil vermenin esaslarını ele aldıktan sonra, uygulama biçimlerine göre plâstik şekil verme usulleri aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: a) Dövme b) Haddeleme
55
c) Ekstrüzyon d) Çubuk ve tel çekme, boru imâli e) Plâstik saç işleme usulleri Aşağıda bu usuller teker teker incelenecektir. 3.2.1. Dövme Dövme, metalleri faydalı bir şekle sokmak için çekiç veya pres ile şekil verme işlemidir, işlemin yapılması sırasında faydalanılan gereçlere göre dövmeyi serbest dövme ve basma, kalıpla dövme ve basma olarak ikiye ayırmak mümkündür. Dövme plâstik şekil verme usullerinin en eskisidir. 3.2.2. Serbest Dövme ve Basma İş parçasına örs, çekiç, pres veya şahmerdan ile uygulanan kuvvetle dövme, yığma tesiri altında şekil vermeye "serbest dövme ve basma" adı verilir. Serbest dövme ve basma pahalı bir usuldür. Bununla beraber bu işlem esnasında malzemelerin özellikleri iyileştiğinden, bazı hallerde diğer şekil verme usullerine tercih edilir. Bu usulle imâl edilecek olan parçaların mümkün olduğu kadar basit ve sayıları az olmalıdır. Karışık şekilli parçaların bu nedenle imali güç ve bazı hallerde de imkansızdır. Sert malzemelerin dövme ve basma ile şekillendirilmeleri, talaş kaldırarak işlemeyi zorlaştırır. Bu sebepten bu usulde mümkün olduğu kadar yumuşak malzemeler tercih edilmelidir. Serbest dövme ve basma ile imâl edilmiş parçalarda yüzey düzgünlüğü iyi değildir. Parçaların birbiri üzerinde çalışan kısımlarının talaş kaldırarak işlenmesi gerekir Bu bakımdan serbest dövme ve basma ile işlenecek parçalarda, işleme payı bırakılır. Bu işleme payları genellikle aşağıdaki mertebelerdedir: Küçük parçalar Orta büyüklükteki parçalar Büyük parçalar
3 mm 5-10 mm 25 - 30 mm
Serbest dövme ve basmada, iş parçalarının boyutları tam olarak tesbit edilemez, iş parçasının kendini çekmesi {tavlama sıcaklığına göre % 1 -1, 3), dövmede kullanılan aletlerin duyarlılığı da bu hususa geniş oranda etki eder. Aynı zamanda iş parçasının soğumaması için süratli çalışmak icap ettiğinden, sıcaklığın ve ısınmanın tesiri ile de sıhhatli bir ölçme yapılamadığından, serbest dövmede ölçü farklarının tesbiti çok güçtür ve büyük tecrübe ister. Meydana gelebilecek ölçü farkları genel olarak aşağıdaki mertebededir: Küçük parçalar Orta büyüklükteki parçalara Büyük parçalar
% 5 - 20 %3-5 % 2, 5
Serbest dövme ve basma ile iş parçası imâli büyük bir ustalık ve tecrübeyi gerektirir. İşçi ücretlerinin büyük artışlar gösterdiği gözönünde bulundurulursa, yalnız serbest dövme ve basma ile parça imâli çok pahalı olur. Bu sebepten, serbest dövme ve basma üretimde yardımcı olarak kullanılır. Örneğin; kalıpla dövülecek parçalara ön şekil vermede ve millerin
56
yapılarının düzeltilmesi ve malzemenin tokluğunun artırılması için büyük ölçüde tatbik edilmektedir. Serbest dövme işlemi ile örs, çekiç ve diğer yardımcı aletleri kullanarak parçalar üzerinde; uzatma, genişletme, yığma, delme, kesme, yarma, basamak yapma, bükme, kıvırma ve demirci kaynağı işlemleri yapılabilir. a) Uzatma: İş parçasının uzunluğunu artırmak ve aynı zamanda kesitini küçültmek maksadıyla uygulanan bir işlemdir. Uzatmada, ağzı sapına dikey bir çekiç veya balyoz kullanılır (şekil 89). Çekiç iş parçasına, uzatma doğrultusuna dikey olarak vurulur. Takım ağzı ne kadar dar olursa birim yüzeye isabet eden basınç da o kadar büyük dolayısıyla o kadar tesirli olur. Şekil 89.Uzatma balyozu Büyük parçaların uzatılmasında, şahmerdan veya preslere çeneli uzatma başlıkları takılır (şekil 180). Bu durumda tesir iki taraflı olduğundan, uzatma hızı büyür. Yuvarlak millerin uzatılmasında özel altlıklar kullanılır (şekil 90). Şekil 90. Uzatma cidarlı borular malafalar üzerinde kalın cidarlı borular, malafalar üzerinde dövülürler. b) Genişletme: iş parçasının genişliğini artırmak için uygulanan bir işlemdir. Bunun için iş parçası önce uzatılır. Daha sonra çekiç 90° çevrilir ve tekrar dövülür. c) Yığma: Küçük ve kısa parçalara eksenleri yönünde kuvvet uygulayarak, boylarının kısalması ve genişliklerinin artması işlemidir. Bazı hallerde parçanın bir bölgesinin yığılması da sağlanabilir (şekil 91), Uzun parçalarda yığılması istenen yer tavlanır ve ekseni doğrultusunda kuvvet uygulanır. Çok uzun ve ağır parçalarda yığma işlemi; parçanın bir levha üzerine düşürülmesi ile gerçekleşir.
Şekil 91. Yığma işlem türleri d) Delme: Küçük çaplı deliklerin delinmesinde, çekiç şeklinde saplı zımbalar kullanılır. Delik önce bir tarafından yarısına kadar, sonra diğer taraftan tamamen delinir. Büyük delikler ise; zımbalar ve şahmerdanlar vasıtasıyla delinir. e) Kesme : İnce levhaların kesilmesinde, şekil 92'de görülen ağaç saplı keskiler kullanılır ve bu keskilere balyozla vurularak, kesme işlemi gerçekleştirilir. Sıcak kesmede 20° soğuk kesmede 60othk kesme açısı kullanılır Büyük ve kalın parçalar şahmerdan altında kesilir. Kesme altlıklarının kullanılmasıyla, kesme daha kolaylıkla yapılabilir (şekil 93). f) Yarma : İş parçaları üzerinde çeşitli maksatlarla çentiklerin açılması gerekebilir. Bu işlem, yarma keskileri vasıtasıyla çekiç veya şahmerdanlarla gerçekleştirilebilir. Şekil 92. Kesmede kullanılan keskiler.
57
Şekil 93. Kesmede kullanılan keski altlıkları g) Basamak Yapma: Basamak yapma, iş parçası üzerinde çeşitli kalınlıkta kısımlar meydana getirme demektir. Çekiçle veya şahmerdan ile yapılabilir. Her vuruştan sonra parça iki tarafa doğru uzar. Basamak tek taraflı veya iki taraflı olarak yapılabilir (şekil 94).
Şekil 94. Basamak yapma işlemi h) Bükme: Üzeri çeşitli yollarla şekillendirilmiş parçalarda, bu şekillerin tertiplenmesi için bükme yapılabilir. Bükmede parçanın iki ucu tesbit edilir ve tek taraftan veya iki taraftan bükme yapılır. Parçanın üzerinde bağlamaya elverişli köşeli kısımlar yoksa, dövme ile meydana getirilir. Çubuk yüzeylerinde çatlama olmaması için, tavlama yapılması gerekir, iş parçasının kesiti büyüdükçe ve boyu kısaldıkça, bükme için gerekli moment artar. Krank milleri ve matkaplar burma yoluyla şekillendirilir. i) Demirci Kaynağı: Parçaların basınç altında birleştirilmesi işlemidir. Şekil 95'de görüldüğü gibi parçaların uçlarına ağız açıldıktan sonra tavlanır ve iki taraftan kuvvet uygulanır Parçaların birleştirilmesinde tatbik edilen en eski usuldür.
Şekil 94. Demirci kaynağı
3.2.3. Kalıplama Dövme ve Basma Dövme yoluyla imalatı gereken parça sayısı belirli bir sınırı aştıktan sonra, serbest dövme ekonomik olmaz. Bu sebepten kalıpla dövme uygulanır. Aynı zamanda kalıpta dövmede iş parçalarının boyutlarının birbirine eşit olması, yüzeylerinin düzgünlüğü sebebiyle işleme paylarının azalması hem gereksiz malzeme sarfiyatımı önler hem de talaş kaldırmak için gerekli işçilik ve süreyi kısaltır. Şekil 95. Kalıpla dövme ve basma Serbest dövmede malzeme yalnızca uzayarak veya yığılarak şekil değiştirmektedir. Fakat kalıpla dövme ve basmada şekil 95'de görüldüğü gibi malzeme ayrıca yükselme hareketi de yapmaktadır. Malzeme bloğunun üzerine malafa bastırılırca, malzeme yukarıya doğru yükselmeye başlar. Bu olaya, "yükselme" adı verilir. Malafa kalıbı tamamıyla kapatırsa, malzeme bir sıvı gibi hareket ederek kalıp boşluğunu tamamen doldurur. Kalıpta özel olarak bir boşluk bırakılmış ise, malzeme buradan fışkırır. Bir kalıbın tamamen dolması, malzemenin cinsi ve akma tarzından başka bir de şekil değiştirme hızına bağlıdır Örneğin, şahmerdanla yapılan dövmede şekil değiştirme hızı yüksektir. Malzeme mukavemetin az olduğu tarafa, yani yukarı doğru akar ve kalıbın üst kısmını daha iyi doldurur. Her iki tablası da hareketli
58
şahmerdanlarda teorik olarak kalıbın her iki kısmının da eşit olarak dolması gerekir. Fakat malzeme alt kısımda kalıpla daha fazla temas ettiğinden, daha çabuk soğur ve dolayısıyla gene kalıbın üst kısmı daha iyi dolar. Presle şekil değiştirmede, şekil değiştirme hızı küçük olduğundan malzeme daha fazla alt kalıba doğru akar. Fakat burada yukarıda söz ettiğimiz gibi; alt kısım daha çabuk soğur ve bir çarpma tesiri de olmadığından, kalıbın girinti ve çıkıntılarını şahmerdanda şekil vermedeki kadar iyi dolduramaz. Genel olarak fazla girintili ve çıkıntılı parçalar şahmerdanda, yüzeyi düz ve simetrik parçalar ise preslerde şekillendirilir. Girinti ve çıkıntıların çok olduğu yüzey dövme hâlinde üstte, yavaş hareketli basma halinde ise altta olmalıdır. Kalıpla dövmede kullanılan takımlar, altlık veya kalıp tarzındadır. Altlıklar uzatma veya genişletme işlemlerinde şahmerdan örsü üzerine konur. Kalıplar ise iki veya daha çok parçalıdırlar. Kalıplar şekil 96’da görüldüğü gibi açık, yarı açık veya kapalı tipte olabilirler. Açık kalıplarda bir çubuğun orta kısmı, yarı açık kalıplarda ise uç kısmı şekillendirilebilir. Kapalı kalıplarda ise, parça halindeki malzemeler şekillendirilir.
Şekil 96. Dövmede kalıp türleri. Kalıplar yuvarlak, dörtköşe veya dikdörtgen kesitli olabilirler. Genellikle ufak kalıplar yuvarlak kesitlidirler. Kalıpla dövmede dikey kuvvetlerin yanında, parçanın şekline bağlı olarak yatay reaksiyon kuvvetleri de mevcuttur. Yatay kuvvetler, klavuzlar vasıtasıyla karşılanır. Klavuzların bu kuvvetleri kaldıramaması halinde şahmerdan ve preslerde, ilâve pim ve delikler kullanılır. Parçalı dövme kalıplarında kalıp parçalarının birbirleri ile temas yüzeyleri, iş parçasının şekline göre doğru veya kırık düzlemler şeklindedir. Bir simetriye haiz parçaların simetri ekseninin bu ara düzlemden geçmesi, tavsiye edilen bir husustur. Buna rağmen dövme kalıbı imal edilirken, evvela parçanın kalıptan kolayca çıkarılabilmesi gözönünde bulundurulmalıdır. Malzemenin kalıp içerisindeki akışını ve iş parçasının kalıptan çıkarılmasını kolaylaştırmak için, kalıpların dövme doğrultusundaki kenarlarına bir eğim verilir. İş parçasının soğuma sonucu kendini çekmesi gözönünde bulundurularak; kalıbın girintili ve çıkıntılı kısımlarında parçanın kolayca çıkmasını sağlamak için, bu kısımlarda eğimin daha fazla olması gerekir. Buna göre aşağıdaki eğim değerleri seçilebilir: Dış yüzeyler İç yüzeyler Yuvarlak yüzeyler
%8-10 % 15-20 % 5-7
Eğim bilhassa girintili ve çıkıntılı, ince kısımlarda fazla alınmalıdır. Çünkü bu kısımlar çabuk soğuduğundan, malzemenin akışı güçleşir. Kalıplardaki keskin köşeler de, malzeme akışını güçleştirir. Dolayısıyla katmerler meydana gelir ve istenen şekli elde etmek için gerekli kuvvet süratle artar. Aynı zamanda köşe ve kenarlarda sürtünme fazla olacağından; bu kısımlar aşınır, çatlar veya yığılır. Bu mahzurları ortadan kaldırmak gayesi ile, kalıpların köşe ve kenarları yuvarlatılır (2-8 mm yarı çapında).
59
Derin kalıplarda kalıp içerisindeki havanın dışarıya çıkarılabilmesi için, hava kanalları yapılması gerekir. Bu kanalların kavla dolup tıkanmaması için de, iş parçasının boyuna göre 5-10 mm çapında yapılmaları lazımdır. Kalıpta dövülen iş parçalarının boyutları soğudukları zaman küçüleceğinden, kalıplar çekme payları gözönüne alınarak yapılmalıdır. Çekme payları verilirken kalıbın da bir miktar ısınarak genleşeceği de gözönüne alınmalıdır. Pratikte kullanılan çekme paylan aşağıdaki mertebelerdedir: Karbonlu çelik (büyük parça) Karbonlu çelik (küçük parça) Manganlı sert çelik Monel alaşımı Alüminyum
% 1,2-1,5 % 0,75-1,2 %1 %-1 % 1,5-1,7
Kalıp içerisine konan malzeme miktarının hacmi kalıbın hacmine eşitse; dövme veya basma neticesinde, malzeme kalıbı tam olarak doldurur. Malzeme hacmi büyükse, fazla kısım yanlara taşar. Bu taşan kısımlara "çapak" adı verilir (Şekil 97). Kalıpla dövmede malzemenin kalıbı iyice doldurabilmesi ve parçanın boşluklu çıkmaması için, daima fazla malzeme konur ve meydana gelen çapak sonradan ikinci bîr işlemle, çapak temizleme işlemi ile, temizlenir. Çapak kalınlığı iş parçasının büyüklük ve şekline göre değişir. İş parçası üzerinde, bilhassa köşelerde, her iki taraftan yığılan çapağın akmasını kolaylaştırmak lazımdır. Bu gibi kısımlarda çapağın birikebilmesi için, "çapak çukurları" yapılır. Yüksekliği fazla parçaların dövülmesi sırasında malzemenin hızla yanlara akmasını önlemek için, çapak yüzeyi üzerine yığılma kanalları açılması gerekir. Şekil 97. Kapalı kalıpta dövme.
Kalıp imalatında kullanılacak malzemenin aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir: a) Kalıbın şekîl değiştirmemesi için yeterli sertlik. b) Kalıbın dinamik kuvvetlere dayanabilmesi için yeterli tokluk. c) imalat sırasında ölçülerini kaybetmemesi için yeterli aşınmaya dayanıklılık. d) Kesme kabiliyetinin yüksek olması. e) Kolayca işlenebilme. f) Isıl değişmelere dayanıklılık. Kalıp malzemesinin seçiminde yukarıda sayılanların yanında iş parçasının malzemesi, dövme usûlü, parça sayısı, kalıbın şekli ve büyüklüğü ve malzeme fiyatı gibi faktörlerin de gözönüne alınması gerekir. Dökme malzemeler dinamik zorlamalara elverişli değildir. Dökme demir ve çelik, dinamik ve ani zorlaması olmayan pres kalıpları yapımında kullanılır. Şahmerdan kalıpları ise, dövme çelikten yapılır. Bu çelikler sade karbonlu olabileceği gibi; mangan, silisyum, krom, nikel, molibden ve wolfram da ihtiva edebilir. Kalıplar döküm, talaş kaldırma, dövme ve basma yoluyla imal edilir. Dökme kalıpların yüzeyleri dökümden sonra mutlaka talaş kaldırarak işlenir. Bu kalıpların işlenmesinde planya, freze, matkap, pantograflar ve el takımları kutlanılır. Kalıplar imalat sırasında kompaslarla ve
60
şablonlarla kontrol edilir, imalatı biten kalıplar içerisine alçı veya kurşun dökülerek gerekli son kontrol yapılır. Dövme veya basma ile kalıp imalinde, iş parçasının şeklinde olan bir ıstampa soğuk veya tavlanmış kalıp bloğuna bastırılır. Bıçak, makas ve anahtar gibi parçaların kalıbının yapımında blok sıcak; para, rozet ve süs eşyası gibi parçaların kalıbının yapımında blok soğuktur. Karışık şekilli iş parçalarının dövülmesinde veya zor akan malzeme kullanılması halinde, kalıbın ömrünü uzatmak ve basma için gerekli kuvvet ihtiyacını azaltmak için parçaya bir ilk şekil vermek gerekir. Bazı hallerde ise, dövme birkaç kademede yapılabilir. İlk şekil verme genellikle, serbest dövme ile altlık veya zımba kullanılarak yapılır. Kademeli kalıplarda her kademe için bir kalıp gereklidir. Ufak çaplı perçin, vida ve civata başlan gibi küçük iş parçaları özel preslerde soğuk olarak dövülürler. Şekil verme bir veya birkaç kademede ve büyük bir hızla yapılır. Bazı hallerde kademeler arasında yumuşatma tavlamaları gerekebilir. Soğuk dövme ile imal edilen iş parçalarının yüzeyleri çok düzgün ve ölçüleri tamdır. Sıcak dövme ile şekil verilebilen demir dışı alaşımlar ve şekillendirme sıcaklıkları aşağıda verilmiştir: Bakır Çinko Pirinçler Alüminyum Bakır-mağnezyum alüminyum alaşımı
900°C 225°C 750-850°C 400°C 400-480°C
3.2.4. Yığma Makinası İle Şekil Verme: Yığma makinası esas itibariyle, yatay çalışan bir prestir. Bu tip makinalarda çubuk şeklinde parçalar şekillendirilir. Şekil 98'de görüldüğü gibi; bir ucundan tavlanmış çubuk, kalıp şeklinde olan sıkıştırma çeneleri arasına sürülür, iş parçasının tavlı ucu, çenelerden bir miktar dışarı çıkar. Çeneler kapanır ve tavlı uca bir ıstampa basarak, malzemenin kalıp içerisinde yığılması sağlanır. Bir cıvata başının yığma ile şekillendirilmesi, şekil 99'da görülmektedir. Şekil 98. Yığma makinası ile şekil verme.
Şekil 99. Cıvata başının yığılması
Yığma bir veya birkaç kademede yapılabilir. Gerekli kademe sayısı, çubuğun kesiti île iç parçasının en büyük kesitli arasındaki orana göre değişir. Yığmanın bir kademede yapılabilmesi için, iş parçası ve çubuğun aşağıdaki kaidelere uyması gerekir: a) Çubuğun çenelerin dışında kalan ucu, çubuk çapının üç katını aşmamalıdır. b) Çubuğun serbest ucunun boyu çubuk çapının üç katını aştığı hallerde, iş parçasının çapı, çubuk çapının 1,5 katından fazla olmamalıdır.
61
İş parçasının çapı çubuk çapının 1,5 katından ufak ve yığılması gerekli parça boyu çubuk çapının 3 katını aştığı hallerde; kalıbın yüzünden dışarı taşan çubuk boyu, çubuk çapını aşmamalıdır. Bu üç hal için gerekli kuralar, şematik olarak şekil 100' de görülmektedir.
Şekil 100. Tek kademeli yığma şartları. Genellikle yığmanın ıstampa içerisinde yapılması tercih edilir. Çünkü bu şekilde, ıstampa daha dayanıklı olur. Yığılacak çubuğun serbest ucunun hacmi, yığılması gerekli hacme eşit olmalıdır. Böyle bir durumda çapak meydana gelmez. Son olarak dövme ile parça imalinin yapılacağı durumlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir: a) Büyük bir parçadan karışık bir şeklin yapılması, dövme ile daha çabuk ve kolaydır. b) Mukavemeti yüksek parçaların yapımı mümkündür. c) Az talaş kaldırma istenen hallerde. d) Çok sayıda parçada maliyetin düşük olması istenen durumlarda. 3.2.5. Dövmede Kullanılan Şahmerdan ve Presler Şahmerdanlar: Bu makinalarda, örs üzerinde bulunan iş parçası üzerine çekiç adı verilen kütleler indirilir. Çekiç iş parçası üzerine ya serbest olarak veya ayrıca düşey bir kuvvetin (örneğin; bir yay, buhar veya hava basıncı kuvveti) tesiri ile iner. Çekicin hareketi ya düşey kılavuzlarla veya ekseni etrafında dönebilen bir sap vasıtasıyla sağlanır (Şekil 101). Çekicin yerçekimi kuvveti ile düştüğü şahmerdanlara, düşüm şahmerdanları adı verilir. Kapalı kalıpla çalışan bir düşüm şahmerdanı şekil 102'de görülmektedir. Bu tür şahmerdanlar küçük parçaların dövülmesinde kullanılır Çekiç ağırlıkları 200-5000 kg; düşme yükseklikleri ise, çekiç ağırlıklarına bağlı olarak 1-2 m arasındadır. Şekil 101. Şahmerdanların çalışma prensibi Yerçekimi kuvvetinden başka, çekice buhar veya hava basıncının {6-9 kg/cm2) da etki ettiği şahmerdan türü görülmektedir. Bunlardan çekiç ağırlıkları 250-25.000 kg arasındadır. Dövme kuvveti tamamen operatörün kontrolü altındadır. Presler: Presler basma makinalarıdır. Düşey olarak hareket eden pres başı tarafından uygulanan basınçla, iş parçası şekil değiştirir. Şekit verme sırasında, sarsıntı ve gürültü meydana gelmez. Bu sebepten enerji kaybı olmaz. Presler güç kaynağına göre, mekanik ve hidrolik presler olarak ikiye ayrılırlar. Şekil 103’de bir mekanik pres görülmektedir. Bu tür preslerde strok; şahmerdan ve hidrolik preslere göre daha kısa olup, maksimum güç 300-8000 ton arasındadır. Şekil 102. Kapalı kalıpla çalışan bir düşüm şahmerdanı Mekanik preslerin şahmerdanlara göre şu üstünlükleri vardır;
62
a) İmalat hızı preslerde daha yüksektir. b) Preslerde vuruş şiddeti daha az olduğundan, kalıplar daha küçüktür. Pres kalıpları dökümden de olabilir. c) Pres işçiliği daha kolaydır ve daha az işçilik ister. Yukarıda sayılan avantajların yanında preslerin daha pahalı olması, simetrik parçalar için uygun olmaması gibi dezavantajları da vardır. Presin vuruş kapasitesi arttıkça, konstrüksiyonunda da bu özellik gözönünde tutularak, mukavemet ve rijitliğini arttırıcı yönde değişiklikler yapmak gerekir (Şekil 104). Hidrolik preslerde pres başı, hidrolik veya hidropnömatik bir sistem tarafından hareket ettirilir. Kapasiteleri 300-50.000 ton arasındadır. Hidrolik preslerde işlem sırasında hız ve basınç kontrolü mümkündür. Böylece yüksek şekil değiştirme hızlarında hasara uğrayan malzemelerin, düşük hızlarda şekillendirilmesi mümkün olur (Şekil 105).
Şekil 103. Bir mekanik pres
Şekil 104. Çeşitli pres konstrüksiyonları. 3.3. Haddeleme Metalik malzemelerin, merdane adı verilen ve eksenleri etrafında dönen silindirler arasından geçirilerek plastik olarak şekillendirilmesine "haddeleme" denir. Şekil 106' da şematik olarak verilen bu sistemde iş parçasının kesiti küçülürken, aynı zamanda da uzama ve genişleme meydana gelir. Haddeleme en fazla kullanılan şekillendirme usûllerinden birisidir. Çünkü kapasite yüksektir ve ölçüler daha iyi kontrol edilebilir. Malzeme merdaneler arasında şekil değiştirirken, merdanelerin sıkışmasından dolayı basma gerilmesine ve malzeme ile merdane arasındaki sürtünmeden dolayı da yüzey, kesme gerilmesine maruz kalır. Sürtünme kuvveti, malzemenin merdaneler arasından çekilmesini sağlar. İngot ve kütüklerin haddelenmesinde olduğu gibi; iş parçasının haddelemeden önceki ve sonraki kesitleri arasındaki fark büyükse, şekil değişimi yüksek sıcaklıkta sağlanır (sıcak haddeleme). Bu sıcaklık çelik için, tekrar kristalleşme sıcaklığının üzerindedir. İngot ve kütüklerin sıcak haddelenmesinden elde edilen mamuller daha sonra yine sıcak olarak haddelenerek levha, çubuk, tel veya profil haline getirilir. Şekil 105. Hidrolik pres
63
Şekil 106. Haddelemenin prensibi
Genellikle son haddeleme oda sıcaklığında yapılır. Soğuk haddeleme adı verilen bu haddeleme ile düzgün yüzey, hatasız ölçü ve yüksek mekanik özellikler elde edilir. Fakat gerekli haddeleme kuvvetleri ve dolayısıyla, harcanan güç fazladır. Demir-çelik sanayisindeki haddelenen mamullerin isimlendirilmesinde kesin bir ölçü verilemez, Blum, ingotun ilk haddelenmiş şeklidir. Genel olarak blumun genişliği derinliğine eşittir Blumun sıcak haddelenmiş şekli de, kütük olarak bilinir. İngotun haddelenmesi sonunda elde edilen mamulün genişliği kalınlığının iki katı otursa, bu mamul Slab adını alır. Blum, slab ve kütükler yarı mamuller olup, istenilen şekiller için tekrar haddelenirler. 3.3.1. Haddeleme Teçhizatı Bir haddeleme teçhizatı merdaneler, yataklar, bunları taşıyan kısımlar, merdanelere göç tatbik eden ve hız kontrol eden kısımlardan meydana gelir. Haddelemede kuvvet çok yüksek olduğu için, çok rijid bir sistem ve yeterli gücü temin edecek motorlara ihtiyaç vardır. Haddeleme sisteminde merdanelerin tertip şekline göre, çeşitli tertipler ortaya çıkmaktadır. En basit ve en geneli, ikili tertiptir (Şekil 107-a). Burada, eşit büyüklükteki merdaneler tek yönde dönerler. Haddelenen malzeme tekrar haddelenebilir. Şekil 107' da görülen tersinir haddede; merdanelerin dönme yönleri değiştirilerek, malzeme ileri geri her iki yönde de haddelenir. Diğer bir tertip, üçlü tertiptir. Burada alt ve üst merdaneler motorla çevrilir, ortadaki sürtünmeyle döner. Haddeleme için istenen güç, küçük çaplı merdaneler kullanılarak azaltılabilir. Fakat bu küçük çaplı merdaneler, arkadan daha büyük merdanelerle desteklenmesi gerekin Bunların en basiti, şekil 199-b’de görülen dörtlü tertiptir. Küçük çaplı merdaneler ile, çok ince saclar en ince toleranslara kadar kolayca haddelenebilir. Şekil 107.c’ de bir üçlü tertip görülmektedir. Şekil 107. Haddelemede merdane tertipleri Şekil 108’de ise, çift ikili tertip bir hadde sistemi verilmiştir. Burada devamlı haddeleme mümkündür. Fakat hor defasında, merdaneler arasındaki aralıkların ayarlanması gerekir. Yüksek kapasite için, haddeleri seri halinde arka arkaya birbirinin devamı olarak kurmak lazımdır. Bu tür haddelere, "devamlı hadde grupları" adı verilir. Şekil 109’da görüldüğü gibi, her hadde grubunda kesit küçülmesi farklı olacağından, malzeme haddedeki her grupta değişik hızda olacaktır. Merdanelerin hızlan, bîr önceki hadde grubundan malzemenin çıktığı hıza eşit olacak şekilde ayarlanır, Malzemenin ve merdanelerin hızları, son hadde gruplarında maksimuma ulaşır. Şekil 108. Birleştirilmiş ikili medane tertibi
Şekil 109. Devamlı hadde grupları
64
Malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan merdaneler çeşitli demir dökümlerden veya çelik dökümlerden yapılır. Dış kısımları düz veya malzemeye verilecek şekle göre kalibrelenmiş şekildedir. Buna göre üzeri düz olanlara "düz merdane", kalibreli olanlara "kalibreli merdane" adı verilir (Şekil 110). Merdaneler malzemeyi şekillendiren gövde, yataklanmaya yarayan muylu ve güç aktarılmasına yarayan kavrama kısımlarından meydana gelir.
Şekil 110. Merdane tipleri. Düz merdaneler, sac imalinde kullanılır. Kalibreli merdaneler ise, çeşitli şekillere sahip profillerin yapımında kullanılır. Kalibreli merdanelerde birbirinin karşısına gelen girinti ve çıkıntılar, buradan geçen malzemenin şeklini tayin eder. Merdaneler muylularından yataklanır ve kavrama manşonları vasıtasıyla hareket ederler. Bu manşonlar bir oynak kavrama gibi hareket ederler ve bu suretle, merdaneler arasındaki aralık kolayca ayarlanabilir. Merdaneler sıcak haddelemede, sıcak malzeme aralarından geçerken aldıkları ısı sebebiyle yüksek sıcaklıklara ısınırlar. Yüksek sıcaklıkta mukavemetlerini kaybetmemeleri için, soğuk su ile devamlı soğutulurlar. Malzemenin üçlü tertiplerde merdanelerin arasına girmesi için yukarı kaldırılması veya aşağıya indirilmesi, kaldırma masaları vasıtasıyla olur. İşlenen parçanın geçişler arasında yanlara doğru kaydırılarak çeşitli kalibrelerin hizasına getirilmesi ve gerektiğinde de 90° döndürülmesi, kaldırma-döndürme tertibatları vasıtasıyla sağlanır. Malzemenin merdaneler arasına girmeden veya çıktıktan sonraki ileri - geri hareketi, dönen rulolarla temin edilir. 3.3.2. Sıcak Haddeleme Haddeleme, malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapıldığında, "sıcak haddeleme" adını alır. ilk sıcak işleme, blum haddesi adı verilen haddelerde yapılır. Blum haddeleri genellikle, ikili tersinir gruptur. Blumlaştırma, ingot yapısının değiştirildiği ilk basamaktır. Blumdan kütük yapımı, daha küçük kütük haddelerinde yapılır. Kütük daha sonra yuvarlak çubuk (inşaat demiri), özel şekiller ve profiller yapılmak üzere haddelenir (Şekil 111). Üniversal haddelerde yatay eksende dönen merdanelerin yanında, kenar haddelemesinin yapılabilmesi için dikey hadde grupları da vardır. Belirli bir profilin elde edilmesinde, ham bloğun veya yarı mamulün kesiti ancak birkaç kademede istenilen profile getirilebilir. Malzemeye şekil veren kalibreler, açık veya kapalı kalibre olmak üzere iki tip olabilir. Açık kalibrelerde merdaneler birbirlerine değmezler ve aralarında bir boşluk vardır. Kapalı kalibrelerde ise, merdanelerden birisindeki oyuğa diğerindeki çıkıntının geçmesiyle meydana gelir (Şekil 112). İstenecek parçanın genişliği, merdanelerin genişliğinden az olmalıdır. Böylece medaneler arasından her geçişte genişliği artan iş parçasının genişlemesi karşılanmış olur. Fakat genişlikteki bu fazlalık, malzemenin haddelenirken doldurabileceği kadar olmalıdır. Bu
65
takdirde, düzgün yan yüzeylerin elde edilmesi sağlanmış olur. Genişleyen bir kesitin tekrar daraltılması istenirse, malzeme 90° çevrilerek yığma kalibresinden geçirilir. Böylece bir kesitin iki boyutu da küçültülürken, boyu uzar. O halde burada da malzeme, serbest dövmedeki uzatmada olduğu gibi şekil değiştirir. Şekil 111. Haddeleme pasoları sonucunda kesitin küçülmesi ve şekil değişimi
Şekil 112. Kalibre tipleri
Bir hadde sisteminde birlikte çalışan iki merdanenin çaplarını tamamı) aynı yapmak ve böyle kalmasını sağlamak zordur. Alttaki merdanenin çapı biraz küçük yapılır ve yukarıdakinin çevre hızı daha büyük olacağından, merdaneler arasından çıkan parçanın ucunun aşağıya doğru kıvrılması sağlanır. 3.3.3. Soğuk Haddeleme Soğuk haddeleme, çok düzgün yüzeyli ve dar toleranslı, sac ve rulo hali deki ince malzemelerin imalinde kullanılır. Ayrıca mamullerin mukavemeti, plastik şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı artar Çeliğe nazaran demir dışı malzemelerin soğuk haddeleme ile son şekillendirilmeleri yüzdesi çok yüksektir. Derin çekme veya şekillendirmede akma noktasındaki uzamadan dolayı, saclarda homojen olmayan şekil değişimi ortaya çıkar. Akma noktasındaki bu uzamayı ortadan kaldırmak için saclar, çok ince olarak soğuk haddelenir. Bur "temper haddeleme" denir. Temper haddeleme aynı zamanda, pürüzsüz \ düzgün bir yüzey sağlar. 3.3.4. Çubuk, Profil ve Sacların Haddelenmesi Yuvarlak ve çokgen kesitli çubuklar; I, H ve U profilleri, köşebent ve demiryolu malzemeleri sıcak olarak kalibreli merdanelerde haddelenir. Çubuk ve profillerin haddelenmesi kesitin her iki yönde de küçülmesinden dolayı, yassı hac delemeden farklıdır. Fakat burada da, her geçişte malzeme tek yönde basmaya maruz katır. Diğer geçişte 90° çevrilir. Malzeme haddelenirken genişleme yapacağından, çubuk ve profillerin haddelenmesinde genişleme için uygun bir payı bırakılması önemlidir. Tipik bir kare kesitli kütüğün çubuk haline getirilmesinde malzeme oval ve kare şekillerden geçer. Malzemenin en son şekli alıncaya kadar geçireceği safhaları tesbit etmek büyük bir tecrübeyi gerektirir. Çubuk v profillerin haddelenmesinde sürekli veya süreksiz, ikili veya üçlü tertipler kullanılır. Malzeme en son şeklini aldıktan sonra istenilen boyda kesilir ve soğumaya bırakılır. Profiller soğuduktan sonra, soğuk olarak doğrultma tezgahlarında doğrultulur (Şekil 113). Saclar kullanıldıkları yerlere ve kalınlıklarına göre sınıflandırılır. Örneğin yapı sacları, kazan ve boru sacları gibi. Kalınlığı 5 mm’den fazla olan saclara kalın, 3-2 rnm kalınlıkta olanlara
66
da orta kalınlıkta sac adı verilir. Kalın ve orta kalınlıktaki sacların imaline, slabdan haddelenmiş platinalardan başlanır. Haddeleme esnasında malzeme esas itibariyle uzar ve genişleme az olur.İstenilen kalınlık elde edildikten sonra, kenarlar arzu edilen ölçülerde kesilir. İnce sacların imalinde merdaneler muylularından ısı kaybettiklerinden, sac orta kısımlarında kenarlarına nazaran daha sıcak ve dolayısıyla ince olurlar. Bum önlemek için, merdaneler ya soğutulur veya ortaları biraz çukur yapılın Birine haddelemeye soğuk usul, ikincisine de sıcak haddeli usul denir. 0,4 mm' der ince saclar çabuk soğumayı önlemek için, sıcak haddeli usul ile haddelenir. Burada merdane en fazla 400 °C’ de tutulur. Haddeleme sırasında malzemeler inceldikçe çabuk soğuduklarından, bunu önlemek gayesiyle üst üste konarak haddelenir. Sacların birbirine yapışmasını önlemek için, aralarına kömür tozu serpilir. Sıcak haddeleme ile elde edilen sacların üzeri ince bir kav tabakası ile kaplanır Üzeri kav ile kaplı saca, kara sac denir. Kav tabakasının temizlenmesiyle elde edilen saca, dekape sac adı verilir. Yüzeylerinin çok düzgün olması istenen sacların dekapajdan (temizleme) sonra, özel olarak soğuk haddelenir. Soğuk olarak haddelenen saclar hem gerilme giderme ve hemde soğuk şekil değiştirmenin etkilerini ortadan kaldırmak için, yeniden kristalleşme tavlamasına tabi tutulurlar.
Şekil 113. Çeşitli profil tipleri
3.4. Ekstrüzyon Bir metal blokun kovanlara yerleştirilerek, bir ıstampa yardımıyla basınç altında, belirli profillere sahip matrisler içerisinden geçirilerek şekîllendirilmesine "ekstrüzyon" adı verilir. Borular ve çeşitli profiller, hafif ve ağır metallerden ekstrüzyon yolu ile elde edilebilir. Metalsel malzemelerin ekstrüzyonu genel olarak sıcak şekilde yapılır. Bununla beraber, kurşun ve kalay gibi yumuşak malzemelere soğuk ekstrüzyonla şekil verilebilir. Genel olarak ekstrüzyon, silîndirik çubuk veya tüplerin imalinde kullanılır. Fakat alüminyum gibi kolayca şekil değiştirebilen malzemeler kullanılarak, düzgün kesitli olmayan parçaların imali de mümkün olmaktadır. Ekstrüzyonda büyük kuvvetlere ihtiyaç olduğu için, birçok metal sıcak olarak şekillendirilir.
67
Şekillenen malzemenin çıkış yerine göre ekstrüzyon ikiye ayrılır: a) Direkt ekstrüzyon b) Endirekt ekstrüzyon Şekil 114’de direkt ekstrüzyonun prensibi şematik olarak verilmiştir. Burada metal kütük bir kalıp içerisine konur; ıstampa ile bir ucundan "itilerek, diğer uçtaki kalıptan malzeme şekillenmiş olarak elde edilir. Istampayı korumak gayesiyle, kütük ile aralarına bir ön levha konur. Endirekt ekstrüzyonda ise, malzemenin alacağı şekildeki kalıp ıstampa üzerindedir. (Şekil 114-b). Malzemenin konduğu kabinin diğer tarafı bir plaka ile kapatılmıştır endirekt ekstrüzyonda kütük ile malzemenin konduğu kabin arasında sürtünme olmadığından, şekil verme için direkt ekstrüzyondan daha az basınca ihtiyaç vardır. Istampanın arkasına bir mandrel yerleştirilerek, ekstrüzyonla tüp imal edilebilir, Mandrel ile kalıp duvarı arasındaki açıklık, tüpün kalınlığını tayin eder. Tüpler ya ortası delik bir kütükle başlanarak veya önce kütük delinerek iki kademe yapılır Darbe ekstrüzyonu ile ilâç ve macun tüpleri gibi kısa boylu delik şekillerin yapılması mümkündür (şekil 115-116-117). Tüp için yeterli olacak miktardaki malzeme tüpün dış çapına eşit bir kalıba konur ve tam tüpün iç çapındaki ıstampa malzemeye hızla çarptırılır. Istampa malzemeyi kalıp içerisinde sıkıştırır ve kaçacak bir yer bulamayan malzeme, ıstampanın etrafını sararak tüpün şeklini alır. Istampa tekrar yukarı kalktığında, bir sıyırıcı tüpü ıstampadan sıyırır. Bu usul ile yuvarlak veya köşeli tüp, kutu gibi içi boş parçalar kurşun, kalay, alüminyum gibi yumuşak alaşımlardan imal edilir.
Şekil 114. Ekstrüzyon tipleri Sertliği artırmak için kalaya %0,4 - 0,5 bakır, kurşuna % 0,6 antimon katılır. Yiyecek maddeleri için kurşun tüplerin kullanılması pahalı olacağından, bu tür tüpler kalay kaplı kurşundan imal edilir. Alüminyum malzemenin darbe ekstrüyonu genellikle soğuk olarak yapılır. Cidar kalınlıkları 0,04 mm’ye kadar incelikte olabilir. Darbe ekstrüzyonla çinko kaplar imalinde çinko, 150 - 180°C arasında ısıtılır Çinkodan tüp imalatında cidar kalınlığı en az 0,08 mm olabilir. Şekil 118'de görüldüğü gibi kablolar üzerine ekstrüzyonla kurşun kaplanarak kullanılır. Bir taraftan çıplak olarak giren kablo üzerine basınçla kurşun malzeme sevkedilir. Böylece diğer taraftan kablo üzeri kurşunla kaplı olarak çıkar.
Şekil 115. Geri ekstrüzyon Şekil 116. İleri ekstrüzyon Şekil 117. İleri ve geri ekstrüzyonun kombinasyonu
Şekil 118. Ekstrüzyonla kabloların kaplanması
68
Modern tesislerde soğuk çekmedeki toleranslara yakın toleranslarda ekstrüzyonla boru imal edilebilir. Ekstrüzyonla boru imalinde ıstampanın itilmesinden başka, ayrı bir hidrolik sistemle bir mandrel itilir. Mandrel ile kalıp arasında ki aralık borunun kalınlığını meydana getirir (şekil 119). Şekil 119. Ekstrüzyonla boru imali 3.4.1. Ekstrüzyon Değişkenleri: Ekstrüzyonla parça imâlinde gerekli olan kuvvete etki eden faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir : a) Ekstrüzyon tipi b) Ekstrüzyon oranı c) Çalışılan sıcaklık d) Şekil değişimi hızı e) Sürtünme Ekstrüzyon kuvvetinin kütük kesitine oranına "ekstrüzyon basıncı" adı verilir. Şekil 120'de direkt ve endirekt ekstrüzyonda ekstrüzyon basıncının ıstampa hareketine göre değişimi verilmiştir. Bu diyagramdaki ilk artış, ani ve çok yüksektir (A). Bunun sebebi, kütüğün ekstrüzyon kabını doldururken meydana gelen kuvvetli basmadır. Direkt ekstrüzyonda kütüğün kaptaki kısmı gittikçe azaldığında, kütük ile kap arasındaki sürtünme azalacağından, ekstrüzyon basıncı düşer (B) endirekt ekstrüzyonda kütük ile kap arasında bir sürtünme olmadığından, ıstampanın hareketiyle basınç değişmez, sabit kalır (B) Kapta malzeme azalınca, basınç direkt ve endirekt ekstrüzyonda aynı şekilde artar (C ve D).
Şekil 120. Ekstrüzyon basıncının, ıstampa hareketine göre değişimi Ekstrüzyondan önceki kesit alanının ekstrüzyondan sonraki alana oranına, "ekstrüzyon oranı" adı verilir ( A0 / A f ). Ekstrüzyon basıncı yaklaşık olarak, ekstrüzyon oranrnm tabi logaritmasının doğasal bir fonksiyonudur. Bundan dolayı ekstrüzyon kuvveti (P) aşağıdaki şekilde hesaplanır: A0 P = k . A0 . ln Af Burada; k : Ekstrüzyon sabiti olup, Malzeme akış gerilmesi, sürtünme ve homojen olmayan şekil değişimi içeren değerlerin ortalamasıdır. Şekil değişimi kuvvetini azaltmak için birçok metal sıcak olarak ekstrüzyona tabi tutulur. Istampa hızı arttıkça, ekstrüzyon basıncı da artar, Hızdaki 10 kat artma basıncı % 50 artırır. Kalıptaki ve kaptaki sürtünme, ekstrüzyon basıncını artırır. 3.4.2. Çubuk ve Tel Çekme, Boru İmali
69
3.4.3. Çubuk ve Tel Çekme : Çekme; metalin bir kalıptan geçirilmesi için, diğer taraftan bir çekme kuvveti tatbik edilmesi işlemidir. Çubuk ve tel çekmede değişik büyüklükler için farklı teçhizat kullanılmasına rağmen, kullanılan esas prensip aynıdır. Kangal olmayacak çubuklar, şekil 121’de görülen prensiple çekilir Şekil 121. Tel ve çubuk çekmenin prensibi Çubuk ya zincirli veya hidrolikti bir mekanizma ile çekilir. Önceden çekilmiş veya haddelenmiş mamul, bir çekme matrisi deliğinden geçirilerek çapının küçülmesi sağlanır. Kalibreli sıcak haddeleme ile 3,5 mm çapa kadar teller imâl edilebilir. Daha ince tellerde yüzey - hacim oranının büyümesi dolayısıyla çabuk soğuma olduğundan, haddeleme sonunda elde edilen hassasiyet kifayetsiz kalmaktadır. Hassas ölçüler ancak soğuk çekme ile elde edilir. Tel çekmede çekme hızlan 9-90 m/dak arasında olup, 50 m uzunluğunda tezgahlar mevcuttur. Tel çekmeye sıcak haddelenmiş çubuklardan başlanır Haddeleme ile elde edilmiş filmaşinler çekilmeye tâbi tutulmadan evvel, üzerlerindeki hadde kavı tabakalarının giderilmesi lâzımdır. Bu bir dekabaj banyosu (sülfirik ve hidroklorik asit banyosu) içinde gerçekleştirilir. Filmaşinler banyoya daldırılır ve üzerindeki kav tabakasının kalınlığına ve kullanılan banyonun asitlik derecesine göre, belirli bir süre banyoda tutulur. Bazı hallerde banyolar 60°C' ye kadar ısıtılır. Yalnız bu gibi hallerde banyodan yükselen tehlikeli asit buharlarından personel korunmalıdır. Filmaşinler banyoda fazla kalırsa, asit serbest kalan çeliğe de tesir eder ve yanı zamanda asidin hidrojeni çeliğin İçerisine difüzyonla yayınarak, çeliği kırılgan yapar. Bunu önlemek için banyoya stabilizatör katılır. Banyodan çıkarılan malzeme su ile durulanır ve üzerinde esmer bir oksit tabakası teşekkül edinceye kadar açık havada bırakılır. Bundan sonra malzeme bir baz banyosuna daldırılarak, artık oksitler nötralize edilir. Tekrar kurulanarak, 100°C’de kurutulur. Bu kurutma sırasında daha önce malzemeye yayınmış olan hidrojen tasfiye edilmiş olur ve malzemenin sünekliği artan Bu şekilde hazırlanmış filmaşinler tel çekme tezgahlarında gitgide azalan kapılardan geçirilerek arzu edilen çapa kadar inceltilir ve tekrar kangal yapılır. Böyle bir tel çekme sistemi şematik olarak şekil 122’de görülmektedir. Şekil 122. Tel çekme tezgahının şeması. Tel çekme esnasında sürtünmeyi azaltmak için, yağlama yapılması gerekir. Bu işlem genellikle kireç ve iç yağın karışımından yapılmış gresle veya kuru sabunla yapılır. Bazı hallerde çekmeyi kolaylaştırmak için filmaşin kısa bir süre bakır sülfat eriyiği içinde tutularak, üzerinin ince bir tabaka bakırla kaplanması sağlanır. Bu bakır tabaka, telin çekilmesini kolaylaştırır. Tel çekmede kullanılan metal ve kesit küçültme oranına göre, orta derecede bir tavlamaya ihtiyaç duyulabilir. Karbon oranı % 0,25'ten fazla olan teller, özel patentli ısıl işleme tâbi tutulurlar. Isıl işlem üst kritik sıcaklığın üzerine ısıtma ve kontrollü bir şekilde soğutmayı veya ince perlit yapının teşekkülü için 400°C'deki kurşun banyoda faz dönüşümünü içine alır. Yüksek karbonlu müzik ve yay tellerinin patentli çekimine, yüksek mukavemet ve süneklik iyi bir şekilde birleştirilir.
70
3.5. Boru İmali: Borular ya sac şeritlerin kıvrılıp kaynatılmasıyla veya blok malzemeden çeşitli usûllerle çekilerek imal edilirler. Saçtan kıvrılarak yapılmış borulara "dikişli boru" denir ve bunlar ancak alçak basınçlara maruz şebekelerde kullanılırlar. Bloktan imal edilmiş borular "dikişsiz borular olarak adlandırılır ve kazan, buhar ve hidrolik develer gibi yüksek basınçlı yerlerde kullanılır. 3.5.1. Dikişli Boru İmali : Sac şeritlerin kıvrılıp boru haline getirilmesinde takip edilen usule göre, çeşitli dikişli boru imâl metodu vardır. Bunlar aşağıda ayrı ayrı ele alınmıştır. Kaynak dikişli ince boruların imali: Küçük çaplı ve cidar kalınlığı ince boruların imalinde şekil 123'de görülen sistem uygulanır. Burada sac şeritler çan biçiminde bir huniden özel çekme tezgahlarında çekilerek kıvrılır ve kenarları alın kaynağı ile kaynatılır. Bu usulde sac şeridin genişliği, boru çevresinden bir miktar geniş tutulur. Kaynak sıcaklığına kadar ısıtılan sac şerit özel boru çekme kıskacı ile tutulur, ve kıskaç huniden geçirilerek, tezgahın çekme arabasına bağlanır. Çekme sonunda sac şerit hem boru şeklinde kıvrılır, hemde kenarları birbirine kaynar. Elde edilen boru daha sonra özel kalibreleme ve yüzey düzeltme haddelerinden geçirilerek, hem çapı kalibrelenir hemde üzerlerindeki kav tabakası giderilir.
Şekil 123. İnce dikişli boru imalatının prensibi Kalibreli hadde ile boru imali: Bu usulde sac şeritler kesilmeden kullanılır ve imâlden sonra borular istenen boylarda kesilir. Rulodan açılan sac şerit bir fırından geçer ve bu esnada kenarlarına tatbik edilen alevle kaynak sıcaklığına erişir. Sac şerit bundan sonra bir seri kalibreli haddeden geçerek ve her kademede bir miktar kıvrılarak boru şeklini alır. Son olarak özel bir çift hadde ve malafa arasından geçirilerek, kaynatılır (şekil 124). Kalibreli hadde ile imâl edilmiş borular basınca dayanıklıdır Eskiden basınçlı şebekelerde kullanılan kalın boruların imâlinde tatbik edilen bu usûl, dikişsiz boru imal usûllerinin gelişmesiyle terkedilmeye yüz tutmuştur. Şekil 124. Kalibreli hadde ile dikişli boru imali Elektrik direnç kaynağı ile boru imali: Bugün dikişli boru sanayiinde 30 cm çapına kadar boruların imalinde hemen hemen tatbik edilen tek usûldür. Sac şerit aynen haddeleme ile boru imâlinde olduğu gibi, yuvarlak kalibreli maddelerden geçerek ve her hadde çiftinde bir miktar daha kıvrılarak boru şeklini alır. Bu hadde grubunun nihayetine yerleştirilmiş olan üç merkezlerne ve iki elektrod merdanesinden müteşekkil kaynak ünitesinden geçerek kaynatılır. Boru kaynak ünitesinden geçer geçmez, dikişinin alt ve üst kısmındaki fazlalıklar alınır. Elde edilen boru diğer usullerde olduğu gibi, doğrultma ve kalibrelemeye tabi tutulur.
71
Büyük çaplı dikişli boruların imali : Sac şeritler kıvırma tezgahlarında spiral halinde kıvrılarak boru şeklini alması sağlanır ve birleşme yerleri tozaltı kaynağıyla içten ve dıştan kaynatılır. Bugün kullanılan büyük çaplı boruların çoğu, bu usûlle imâl edilmiş spiral borulardır. Bu boruların imâli süreklidir ve diğer usullere nazaran daha süratlidir. Elde edilecek borunun boyu, bükme tezgahının boyuna tabi değildir. 3.5.2. Dikişsiz Boru İmali: Blok malzemenin boru haline getirilmesi çeşitli sistemlerle mümkün olmaktadır. Bu sistemler boru kalınlığı, boyu gibi etkenler gözönüne alınarak geliştirilmiştir. Aşağıda dikişsiz boru imâli usullerinden bazıları anlatılacaktır. Mannesman usulü: Bu usûlde blok eğik, eksenleri birbirine göre az eğik ve aynı yönde dönen iki merdane ve bir malafa vasıtasıyla boru şeklini alır (şekil 125). Bu şekilde yapılan haddeleme esnasında bloğun haddelerle temas eden kısımlarında basma, orta kısımlarda ise yan doğrultuda kayma ve uzama istikametinde de çekme gerilmeleri hasıl olur.
Şekil 125. Mannesman usulü boru imali Stiefel usulü : Bu usûlde de aynı yönde dönen iki merdane kullanılmakla beraber, merdanelerin arasında 60°'lik bir açı bulunur. Bu halde de yine boruya şekil veren bir malafa vardır. Dışarıdaki merdaneler ve malafa başı, üçlü hadde teşkil eder. Merdanelerin bloğa değen kısımları arasındaki çap farkı büyük olduğundan, blokta sürtünmeden dolayı şiddetli zorlamalar meydana gelir. Bundan dolayı kalıcı cidarlı boruların imâlinde daha çok, Mannesman usulü kullanılır. Erhardt usulü : Bu usûlde kare kesitli bloklar tavlandıktan sonra, çapı kesitin köşegenine eşit bir silindirik kabın içine konur ve kesiti blokla kalıp arasında kalmış daire kesmelerine eşit olan bir malafa presle bastırılarak parça delinir. (şekil 126). Elde edilen bir tarafı kapalı boru parçası, özel olarak geliştirilmiş itme tezgahlarında normal cidarlı boru haline getirilir.
Şekil 126. Erhardt usulüyle dikişiz boru imali Röckner usulü : Bu usül ile imal edilen borular yüksek basınçlı buhar kazanlarında ve kimya sanayinde kullanılır. Ortalama çapı imal edilecek borunun ortalama çapına eşit fakat cidarı daha kalın çelik boru dökülür ve sor dört çift merdane arasından geçirilerek haddelenir, Röckner metoduyla 601 ağırlığına kadar; 800-1800 mm çapında, 20-70 mm cidar kalınlığında ve 6 m uzunluğunda dikişsiz borular imal edilmektedir. Çeşitli usullerle imal edilmiş olan borular genellikle tam yuvarlak ve istenen çapta olmazlar. Borular henüz sıcak iken hassas ölçü haddelerinden geçirilerek, son ölçülerini alırlar, imal edilmiş olan boruların doğrultulması için, özel olarak yapılmış eğik haddeleme tertibatı veya doğrultma presleri kullanılır.
72
3.6. Plastik Sac İşleme Usulleri Seri imalatta yassı saclara çeşitli şekilleri verebilmek, 20. asrın gerçekte teknolojik ilerlemelerinden birisidir. Elle şekillendirmeden, süratli ve devamlı imalata geçiş, yaşam standardını yükseltmede en büyük etkendir. Boru, kutu, kap, karoseri, tank, kazan ve gemi teknesi gibi mamuller, saclara plâstik şekil verilerek elde edilir. Sacları bükmek, kıvırmak, sıvamak, damgalamak ve çekerek kap şekline getirmek gibi işlemlerin hepsi birer plâstik şekil verme usulüdür. Saclar malzemenin cinsine ve kalınlığına göre, sıcak veya soğuk olarak işlenirler. Tavlamayla malzemenin şekil değiştirme kabiliyeti artar. Fakat belirli sınırdan sonra yüzey - hacim oranı büyüdüğünden, çabuk soğumadan dolayı sıcak işlenemezler. Saclara plâstik şekil verme ile beraber, çok defa kesme de tatbik edilir. Bazı hallerde kesme ayrı bir işlem halinde, bazen de plastik şekil verme esnasın da yapılır. Sacların kesilmesi prensip olarak plâstik şekil vermeden tamamıyla ayrı bir usuldür.
3.6.1. Kesme : Kesme yada diğer bir deyimle makaslama, hareket eden iki kesme ağzı t; rafından metalin ayrılmasıdır, (şekil 127). Bir zımba ve buna uyan matris arasına konan bir sacın zımba ve matris arasında zorlanarak kesilmesine, "zımbalama" adı verilir. Kesmede bıçaklar birbirine doğru hareket etmeye başlayınca, sacın her iki yüzünde de tatbik edilen kuvvet dolayısıyla bir plâstik şekil değiş mi başlar ve kopma mukavemeti değerine erişilince kopma meydana gelir. Makaslamada kesme ağızları arasındaki aralık önemli bir değişkendir. Uygun aralıkta kesme ağızlarında meydana gelen çatlamalar, metal kalınlığınca uzayıp tam ortada birleşerek, düzgün bir kesme ağzı meydana gelir. Fazla aralıkta kesme ağzı düzgün olmaz ve fazla kısım plâstik şekil değişimine uğradığı için de daha büyük kuvvete ihtiyaç olur. Sert ve gevrek malzemeler az plastik şekil değişimine uğrayabileceklerinden, aralık dar olmalıdır. Şekil 127. Kesme işleminin prensibi Kesme sisteminde hareketli ağız ıstampa, sabit ağız matris üzerindedir Yukarıda da belirtildiği gibi, matris ve ıstampa arasındaki aralık sac kalınlığı ve sac malzemesinin fonksiyonudur. Sacların kesilmesinde kullanılan makaslar düz bıçaklı ve rulo bıçaklı olmak üzere iki grupta toplanabilir. Düz bıçaklı makaslara giyotin makaslar da denir.Bu makaslarda alt bıçak tablaya tesbit edilmiştir ve sabittir. Üst bıçak el veya ayak ile mekanik olarak tahrik edilir. Rulolu makaslarda alt ve üst bıçak daire şeklindedir. Her iki bıçakta da eğim olduğundan, kesme kuvveti küçüktür. E tip makaslarda parçalar bir eğri boyunca kesilir. Istampalar (zımbalar) açık ve kapalı tipte olabilirler. Açık zımbaların kullanılabilmesi için pres kafasının hareketi düzgün ve hassas olmalıdır. Klavuz veya kapalı zımbalarda, ıstampa kesme kalıbı içerisinde klavuzlanmıştır. Bu sebepten zımbanın hareketi presin hassasiyetine bağlı değildir. Kesme dalı hassastır, fakat bu tür zımbaların imâli daha pahalıdır. Şu halde büyük toleranslı parçaların kesilmesi açık, hassas parçaların kesilmesi ise kapalı (klavuzlu) zımbalar kullanılmalıdır. Şekil 128'de bir kapalı zımba örneği görülmektedir. Şekil 128. Kapalı (klavuzlu) zımba
73
3.6.2. Bükme ve kıvırma : Bir sac parçasının bir kısmının bulunduğu düzlemle verilmiş bir açı yapan başka bir düzleme gelmesini sağlamak için yapılan işleme "bükme" denir. Bükmede düzlemler arasında bir açı oluşturulabileceği gibi, belirli çaplarda eğri şeklinde bükmelerde yapılabilir. Kıvırma ise, sonsuz sayıda bükmelerin kapalı veya açık eğri meydana getirmeleri olarak tarif edilebilir. Şekil 129’da çeşitli bükme işlemleri görülmektedir.
Şekil 129. Çeşitli bükme işlemleri Bükmede kullanılan tertibatlar özel ve genel olarak iki grupta toplanır. Özel bükme tertibatları belirli bir iş parçasının formunu elde etmek için yapılmıştır ve yalnız o iş için kullanılabilir. Bunların maliyetleri yüksektir, fakat hassas ve süratli olarak çalışırlar. Ancak çok sayıda parça imali için elverişli ve ekonomi olurlar. Genel bükme tertibatları ise, birbirlerine çok yakın şekilde bükmelerde kullanılır Bu tertibatla süratli çalışmak çoğunlukla mümkün değildir. Bunlar genellikle büyük parçaların veya az sayıda yapılan küçük parçaların bükülmeleri için elverişlidirler. Bükme işlemi bir bükme makinası veya herhangi bir prese takılan bükme zımbalarıyla yapılır. Preslere takılan bükme zımbalarıyla yapılır. Preslere takılan bükme zımbalan ve kalıpları, özel bükme tertibatları sınıfına girer. Cakalar bir tabla ve ona düşey durumda hareket eden ve tablaya sacı tesbit eden bir üst çene ile, bükme ekseni etrafında hareket eden bir alt çeneden ibarettir. Çenelerin ağızları değiştirilerek, çeşitli yarı çaplarda bükmeler yapılabilir. Alt çene el ile veya mekanik olarak hareket eder. Cakalar da ha çok ince sacların bükülmesinde kullanılır. Abkant presler ise, üst tabakası ince ve uzun olan preslerdir. Bu şekilde üst tabakaya uzun zımbalar bağlanarak, büyük boyutlu sacların bükülmesi sağlanabilir. Bu presler sadece bükme işlemi için geliştirilmişlerdir. Yine bunlarda da zımba altlıkları ve zımbalar değiştirilerek, değişik açılarda bükme yapılabilir. Kıvırma işlemi özel kıvırma tezgahlarında veya kıvırma zımbaları ile yapılır. Bu tezgahlarda sac altta iki ve üstte bir olmak üzere üç merdaneden müteşekkil bir haddeden geçirilerek kıvrılır. Arzu edilen kıvırma yarıçapı, merdanelerin birbirlerine nazaran konumları değiştirilerek elde edilir. Kıvırma zımbaları, seri işlerde ve ufak parçaların kıvrılmasında kullanılır. Bu takımlarda bir parça ancak belirli bir şekilde kıvrılabilir. Genel kıvırma işlerinde kullanılan merdaneli tezgahlar mevcuttur. 3.6.3. Sıvama : Kenarları içeriye doğru dönük, dönel şekilli kaplar sıvama ile imâl edilirler. Düz sac rondela veya önceden preste bir ön şekil verilmiş iş parçası sıvama tezgahlarının miline takılmış olan kalıbın alnına dayanır ve bir baskı ile desteklenir iş parçasının ortası delik olduğu takdirde, rondela bir vida ile kalıba tesbit edilir. Tezgah çalışmaya başladıktan sonra, sıvama kalemiyle rondelanın ortasından çevresine doğru bastırılarak parçan kalıbın şeklini alması sağlanır. Sıvama kalemlerinin uç kısımları küreseldir ı iyice parlatılmıştır. Çalışma esnasında kalemin uç kısmına sabunlu su ve; yağ sürülür. Kalem parçaya bastırılırken, bir destek üzerine bağlanmış bas ruloları kullanılır. Sıvama tezgahlan çok basit bir tornayı andırırlar. Herhangi bir torna tezgahı da bu iş için kullanılabilir.
74
Sıvama kalıpları genellikle sert ağaçtan yapılır. Çok sayıda yapılması gereken parçaların kalıpları ise, demirden yapılır. Kalıplar tezgah miline vidalanan takılırlar. Kenarı içeri dönük kaplar imâl edildikten sonra kalıbın içerisinden ç karılabilmesi için, bu tip parçaların kalıpları parçalı yapılır ve iş parçasının içerisinden kalıp parçalar halinde çıkarılır. Az sayıda imâli gereken saçtan mamul kap şeklindeki parçalar da sıvama ile imâl edilirler. Çünkü sayılarının azlığı, preste şekillendirilmeleri için gerekli kalıbın maliyetini karşılayamaz. 3.6.4. Damgalama : Sac parçasının iki parçalı bir kalıp içerisinde yığılarak, yükseltilerek ve akarak şekil değiştirmesine "damgalama" adı verilir. Bu işlem, kalıpta soğuk dövmenin bir tatbikatıdır. Bu usûl madeni para, madalyon ve süs eşyası imalinde tatbik edilir. Dolu ve boş damgalama olmak üzere iki türü mevcuttur. Dolu damgalama da malzemenin kalınlığı değişir. Boş damgalamada ise, bir yüzün girintisi diğer yüzün çıkıntısına tekabül eder ve malzemenin kalınlığı değişmez. Derin damgalamalar birkaç kademede yapılır ve kademeler arasında parçanın tekrar kristalleşme sıcaklığına kadar tavlanması gerekir. Damgalamada uygulanacak basınçlar malzeme cinsine göre değişir. Aşağıda bazı malzemeler için bu değerler görülmektedir: Yumuşak çelik Altın para Gümüş para Nikel Alpaka (yemek takımları) Paslanmaz çelik Pirinç (ince saclar - 0,7 mm) Pirinç (kalın saclar - 2 mm)
100 -120 kg/mm2 120 - 150 kg/mm2 150-180 kg/mm2 160-180 kg/mm2 160 - 200 kg/mm2 250 - 300 kg/mm2 10 kg/mm2 80 - 90 kg/mm2
3.6.5. Derin çekme : Sac levhalardan kap şeklinde cisimler elde etmek için kullanılan en önemli usûllerden birisi derin çekmedir. İmâl edilecek olan parçanın açılmış şekline uygun bir sac parçası çekme matrisi üzerine konur. Pot çember adı verilen bir bastırıcı sac levhayı tutar ve bir ıstampa sac parçasını matris deliğinden geçirerek, iş parçasının elde edilmesini sağlar. Derin çekme işlemi, malzemelerin plâstik olarak akışı sayesinde gerçekleştirilir. En basit çekme takımları, pot çembersiz olanlarıdır. Bunlar sadece çekme matrisi ve ıstampadan meydana gelir. Bu tip çekme tezgahları sadece derinliği az olan parçaların imâlatında kullanılır. Çekme matrisinin ve ıstampanın kenarları, sacın uzatılması için yuvarlatılır. Istampanın kenarlarının yuvarlatılma çapları, küçük olmamalıdır. Çekme matrisinin yuvarlatılmış kenarlarının yarıçapı 5-10 mm arasında olmalıdır. Böylece iş parçasının kenarlarının kıvrılması ve akması kolaylaşır. Derinliği az olan iş parçalarının çapı çekmeden sonra malzemenin elastikliği dolayısıyla biraz büyür ve ıstampa yukarı çıkarken, matrisin kenarı iş parçasını sıyırır. Derinliği fazla olan ve ince saçtan imâl edilen iş parçalarının ıstampanın üzerine iyice oturması sebebiyle, bunları ıstampadan sıyırmak için kalıpta özel sıyırıcı tertibatların bulunması gereklidir. Derin
75
parçalan elde etmek için, birbirini takip eden birkaç çekme işlemi yapmak gereklidir. Bununla beraber, rondela çapı/mamul kap çapı oranı belirli bir değeri aşamaz. Aksi ha de parçada katlanmalar ve yırtılmalar meydana getir.
TALAŞLI İMALAT 4.1. TARİFİ VE KULLANILDIĞI YERLER Takım tezgahlan vasıtasıyla, bir veya birkaç takım kullanarak metal, ağaç veya taş gibi maddelerin talaş kaldırma yoluyla önceden bilinen şekil ve ölçülerde işlenmesine "talaşlı imâlat" adı verilin işlemin esası, malzemelerin birbirinden farklı sertlikte olmaları ve birbirlerini aşındırabilmeleridir. Buna örnek olarak; çelik malzeme ile alüminyum malzemenin çizilebilmesi, bıçakla ağaç malzemenin yontulabilmesi verilebilir. Takım tezgahı; talaşlı imâlat sırasında gerekli olan güç ve hareket sağlayan bir araçtır. Talaşlı imâlat esnasında ya iş parçası hareketli, kesme takımı sabittir (tornalama) veya iş parçası sabit, kesme takımı hareketlidir.(şekil 130). Talaşlı imalatta iş parçası üzerinden parçacıklar (talaş) kaldırmaya yarayan ve sert malzemelerden yapılmış gereçlere, "takım" adı verilir. Talaşlı imâlat yardımıyla malzemeler üzerinden parçacıklar kaldırarak istenen şekil ve ölçülerde parça imali; parçalar üzerinde delik, vida, diş ve kanalların açılması mümkün olmaktadır. 4.2. TALAŞ KALDIRMANIN ESASLARI Daha önce de belirtildiği gibi talaş, malzemeden kaldırılan parçacıklara verilen addır, işlenen malzemenin cinsi ve kesme şartlarına bağlı olarak, üç tip talaş meydana gelmektedir: a) Akma talaş: Malzeme üzerinden çatlaksız ve devamlı olarak ortaya çıkan talaş türüdür. Bu tip talaş dövme demir, yumuşak çelik, bakır ve alüminyum gibi yumuşak malzemelerin yüksek hızla işlenmesinde görülür. İşlenen yüzeyin düzgünlüğü, güç tüketimi ve takım ömrü bakımından en uygun talaş tipidir. Şekil 131’de şematik olarak akma talaş tipi verilmiştir. Şekil 130. Parçaların istenen boyutlara getirmekte kullanılan geleneksel yöntemler. Şekil 131. Akma talaşın teşekkülü 76
b) Kesintili talaş: Gevrek malzemelerin işlenmesinde şiddetli gerilmeye maruz kalan malzemeden oluşan talaşlar parça parça olarak ortaya çıkar.Böylece parçalı talaşlara "kesintili talaş" adı verilir, Kesintili talaş dökme demir, dökme bronz gibi; sünek malzemelerin düşük kesme hızlarıyla işlenmesinde de ortaya çıkar. Gevrek malzemelerin işlenmesinde yüzey durumu iyi, kesme kuvvetleri düşük ve takım ömrü iyidir. Fakat yumuşak malzemelerin işlenmesinde yüzey durumu kötü ve takım ömrü kısadır. Kesintili talaşın meydana gelmesi şematik olarak şekil 132-a’da verilmiştir. c) Yapışık kenarlı talaş: Akma talaş tipinde olduğu gibi sürekli biçimde ortaya çıkar. Yalınız bu tipte talaş ile takım arasında bir yapışma vardır ve bu sebepten talaş-takım sürtünmesi çok yüksektir. Talaş kaleme kat kat yapışır. (Şekil 132-b). Talaş kaldırılırken yapışma devam eder ve talaş bir süre sonra kırılır, Bu tip talaş genellikle sünek malzemelerin orta hızda işlenmesinde ortaya çıkar. a)
b)
Şekil 132. Kesintili ve yapışık kenarlı talaş Talaş kaldırmada kullanılan takımlar, talaş kaldırmayı kolaylaştıracak biçimde şekillendirilmişlerdir. Bu sebepten kesmeyi yapan kenarlar, keskin şekillere sahiptirler. Şekil 133'de kesme işlemi sırasında bir takımın yapmış olduğu açılar ve takımın biçimi görülmektedir, Talaş kaldırmada ortaya çıkan açılar, hareket yönü ve referans düzlemi esas alınarak tarif edilmişlerdir.Bu açıların kesme şartları üzerinde önemli etkileri vardır. Taban açısı (a), takımın taban yüzü ile iş parçasının sürtünmesini önler. Takımın kama açısı ( β ) ve talaş açısı ( γ ), kalem ağzının kesiciliğini temin ederler. Bu iki açının değişimi birbirine bağlıdır; yani birisi artarken diğeri azalır. Eğer kama açısı çok küçük olursa (bu takdirde talaş Şekil 133. Kesme açıları ve kesme takımı açısı çok büyük olur), takımın kesme ağzı çok zayıf olur. Bu sebepten, takım ağzı çabuk körlenir. Takım kama açısı çok büyük olursa (talaş açısı çok küçük); kesme ağzı küt olur ve kesmede fazla direnç göstererek, aşırı ısınır. Taban açısının takım ile iş parçası arasındaki sürtünmeyi önleyecek kadar küçük olması yeterli olmaktadır. Bu açının lüzumundan fazla yapılması halinde, takım kes ağzı zayıflayacaktır. Genel olarak taban açısı 5 − 8 0 arasındadır. Talaş açısı b hallerde negatif olarak seçilmektedir. Takım hareket yönü ile talaş kayma düzlemi arasındaki açıya ( φ ) "kayma açısı" adı verilmektedir. Bu açıya bağlı olarak, oluşan talaş kalınlığı değişmektedir. Takım kesme kenarının iş parçasına göre izafi hareketinde, hareket yönü ile yaptığı açıya göre iki türlü kesme sözkonusudur. Bu açının 90 0 olması halinde "dik kesme", 90 0 ’den farklı olması halinde "eğik kesme" adı verilmektedir. Bu iki hal şekil 134'de şematik olarak görülmektedir. Eğik kesmedeki kesme açıları şekil 135'de verilmiştir. Takım hareket yönüne dik olan ve "referans düzlen adı verilen düzlemle, takım kesme ağzının yapmış olduğu açıya eğim açısı ( λ ) denir. Şekil 134. Dik ve eğik kesme halleri Şekil 135. Eğik kesmede kesme açıları 77
4.3. TAKIMLAR Talaşlı imâlatta malzeme üzerinden parça kaldırmaya yarayan araçlara takım adı verilmekte idi. Takımların kimyasal bileşim, konstrüktif yapı, ömür, kullanma şartı ve gayeye göre sınıflandırmak mümkündür. Fakat en uygunu malzemelerine göre yapılacak sınıflandırmadır. Buna göre takımları beş grup allında toplayabiliriz: - Takım çelikleri (alaşımlı ve alaşımsız) - Sert metaller (stellitler) - Elmas takımlar - Seramik takımlar -Taşlama takımları Yukarıdaki takım türlerinin her biri ayrı ayrı aşağıda incelenecektir. 4.3.1 Takım Çelikleri Takım çelikleri alaşımsız ve alaşımlı takım çelikleri olarak iki türdür. Karbonlu takım çelikleri % 0,5-1,7 arasında karton ihtiva ederler ve karbon oranına göre özellikleri değişir. Suda su verilebilir ve bu esnada çatlama tehlikesi vardır Bu sebepten karışık şekilli takımlar alaşımsız takım çeliği olarak yapılmaz. Ayrıca düşük sıcaklıkta sularını kaybederler ve yumuşarlar. Aşınmaya dayanıklıkları, alaşımlı takım çeliklerine göre daha düşüktür.Dövme işlemi ile toklukları arttırılır. Yüksek kesme hızlarında kullanılamazlar Çünkü çok çabuk sertliklerini kaybederler. Alaşımsız takım çeliklerinin içerisine tungsten, krom, nikel, molibden, kobalt katılarak yüksek mukavemette ve yüksek sıcaklıklara dayanabilen alaşımlı takım çelikleri elde edilir. Tungsten karbürler oluşturarak aşınmaya dayanıklılık ve yüksek su alma kabiliyeti verir. Ayrıca diğer alaşım elemanları çeşitli özellikler kazandırır. Su alma özelliğinin artmasıyla, havada bile su vermek mümkün olur. Böylece hızlı su vermede ortaya çıkan çatlama ve çarpılmaların önüne geçilmiş olur. Ayrıca özelliklerin kaybedildiği sıcaklık, alaşımlı takım çeliklerinde yükseltilmiş olur. Alaşımlı takım çeliklerinden yüksek oranda Cr W ihtiva edenler "hız çeliği" olarak adlandırılırlar. Hız çelikleri sertliklerini 600 0 C 'ye kadar muhafaza ederler ve bu sebepten yüksek kesme hızlarında kullanılabilirler. Hız çelikleri pahalı olduklarından takımın tamamı hız çeliğinden yapılmaz, küçük parçalar halinde alaşımsız saplara tesbit edilirler. 4.3.2. Sert Metaller Sert metaller W, Ti, Mo ve V karbürlerin döküm veya sinterleme ile biraraya getirilmesiyle elde edilirler. Sinterleme metal ve metalsel alaşımların tozlarının ergitilmeden, basınç ve sıcaklık yardımıyla sert cisimler haline getirilmesidir. Bu işlem, kullanılan tozun ergime noktasının altındaki bir sıcaklıkta yapılır. Eğer çeşitli malzemelerin karışımı halinde bir toz kullanılırsa, sinterleme bu tozlardan en yüksek ergime sıcaklığına sahip olan tozun ergime sıcaklığının altında yapılır. Sert metaller yüksek tokluğa sahiptirler. 1000 0 C ’de sertliklerinin ancak % 5'ini kaybederler. Bu takımlar sayesinde, yüksek mukavemetli ve sert malzemelerin ekonomik olarak işlenmesi mümkün olur.
78
Sert metaller çelik olmamakla birlikte, bir miktar karbon ihtiva ederler. Isıt işlem gerektirmezler, çok kırılgan olup kolayca çatlarlar, Sert metal takımlarda da ekonomik sebeplerden takımın tamamı sert metalden yapılmaz. Çelikten bir sapın ucuna sert metal parçası lehimleme veya mekanik olarak tesbit edilir. Şekil 136’da tesbit işlemi şematik olarak görülmektedir.
Şekil 136. Sert takım uçlarının saplara tesbiti İnce ve düzgün talaşlı imalat işlerinde elmas kalemler kullanılır. Çok yüksek kesme hızlan ve sıcaklıklarda bozulmadan çalışılabilir. Elmas takımlarla genellikle son işlemeler yapılır, kaba işlemeler diğer cins takımlarla yapılmalıdır. Yüksek karbonlu ve alaşımlı çelikler, soy metaller, bakır, bronz, pirinç ve çinko gibi metal ve alaşımlar elmas kalemlerle işlenirler. Yine ekonomik sebeplerden dolayı takımın yalnızca uç kısmı elmastan yapılır. Elmas ucun sapa tesbiti lehimleme veya mekanik olarak yapılabilir. Elmas takımlarda kesme hızlan mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. 4.3.4. Seramik Takımlar Seramik takımlar alüminyum oksit, silisyum oksit ve benzeri malzemelerin sinterleme yoluyla biraraya getirilmesiyle elde edilir. Daha öncede belirtildiği gibi; toz haldeki malzemeler sıcaklık ve basıncın etkisiyle, ergime olmadan biraraya getirilip bir bütün halini almasına sinterleme adı verilmekte idi Seramik takımların elde edilmesinde 1-10 mikron büyüklükteki pudra halindeki tozlar kalıplarda presleme veya dövme ile şekillendirilir. Presleme sonucu elde edilen parçalar daha sonra uygun sıcaklıklarda fırınlarda pişirilir. Seramik takımların eğilme mukavemetleri çok düşüktür ve kolayca kırılabilirler. Aynı ömür için seramik takımların kesme hızları, karbür takımlara göre 3-4 kat daha fazladır. Takım malzemelerinin dayanıklıkları ve dolayısıyla kullanılma sınırları, sıcaklığa bağlı olarak sertlik değişimleriyle belirtilir. Aşağıda bununla ilgili bir tablo verilmiştir {Sertlik: Rc) (Tablo18). Tablo18. Çeşitli takım malzemelerinin sertliklerinin sıcaklıkla değişimi. 4.3.5. Taşlama takımları: Taşlama takımlarına, taş adı verilir. Taşlar kemirici ve kesici takımlar olup, sayısız ve düzensiz kesici ağıza sahiptirler. Bir taş sert tanecikler ve bunları birbirine bağlayan bağlayıcı çimentodan meydana gelir. Sert tanecikler kesici kenarlara sahip kristallerdir. Bu kristaller tabii ve suni olabilir. Tabii kristaller, tabiattan elde edilen kuvars parçacıklarıdır (SiO2). Kuvars parçacıkları kalem haline getirilerek veya kağıtlar üzerine yapıştırılarak kullanılırlar. Fakat saf olmadıklarından, kullanılmalarında mahzurlar vardır. Tabii sert malzeme olarak yağ taşı ve alüminyum oksit de kullanılmaktadır Suni sert parçacık olarak tabii korendon, suni korendon, elmas, bor karbür ve silisyum karbür kullanılır. Taşlama taşlarının imâlinde bağlayıcı olarak seramik, madeni ve nebati bağlayıcılar kullanılır. Seramik bağlayıcılar esas olarak kilden meydana gelir. Sert tanecikler kil ile iyice karıştırılıp, pres ile şekillendirilir ve sonra 1100°C’de 100 saat pişirilir. Böylece porselen sertliğinde,
79
gözenekli bir yapı elde edilir Seramik bağlayıcı ile yapılan taşlar su, yağ ve sıcaklıktan etkilenmezler, fakat darbeli çalışmaya dayanıklı değildirler. Madeni bağlayıcılar, su camından teşekkül eder. Sudan etkilenmemeleri için içerilerine çinko oksit ilâve edilir. Madeni bağlayıcılarla yapılan taşların mukavemetleri az olup, hafif işlerde kullanılırlar, Organik bağlayıcılar şellak, bezir yağı, kauçuk ve bakalit gibi bağlayıcılardır. Taşa elâstik bir yapı kazandırırlar, fakat sıcağa dayanıksızdırlar. Taslamada kullanılan takımlar genellikle sertliklerine göre değerlendirilirler. Bir taşın sertliği denilince, bağlayıcının sertliği sözkonusu olur. Bu sebepten taşın sertliği, bağlayıcının cins ve miktarına bağlıdır. Eğer aşındırıcı taneciklerin aşınması bağlayıcının ufalanmasından hızlı ise, bu taş "serttir". Eğer bağlayıcı kesici taneciklerden hızlı olarak ufalanıyorsa, bu taş "yumuşaktır". Kullanılan taş taşlanan malzeme için sert ise, tanecikler körlendikleri ve bağlayıcı ile aynı seviyeye kadar aşındırdıkları halde dökülmezler. Bu durum, taşın çevresinin "camlaşması" olarak adlandırılır. Bazen de taşın boşlukları ve sert taneciklerinin arası işlenen malzemenin talaşı ile dolarak körlenir. Buna taşın "tıkanması" denir. Taşlama takımlarının şekilleri, kullanılacak işe göre değişir. Şekil 137’de taşların şekilleriyle ilgili bazı örnekler görülmektedir Taşların tezgaha bağlanmasında çok dikkatli hareket edilmelidir. Kırılgan bir yapıya sahip olduklarından, yanlış teshillerde kolayca kırılırlar Titreşimlerin yutulması için, taşların ortası kurşun ile doldurulur. Ayrıca taşın dengeli bir şekilde bağlanması gerekir. Dengeyi sağlamak üzere gerekirse, flanş üzerine ağırlıklar konur. Şekil 138’da taşın tesbitiyle ilgili bir örnek görülmektedir. Taşlama takımlarının cinslerini belirten çeşitli standart mevcuttur. Bu standarttasın tanecik ve bağlayıcısının cinsini, sertliğini belirtir.
Şekil 137. Taşlama takım tipleri Şekil 138 .Taşlama takımlarının tesbiti 4.4. TALAŞLI İMALAT USULLERİ Talaşlı imalat birbirinden farklı işlemler yapan tornalama, planyalama, frezeleme, delme, boşaltma, raybalama, testere ile kesme ve taşlama gibi usulleri ihtiva eder. Bu usuller aşağıda ayrı ayrı ele alınacaktır, (şekil 139) Şekil 139. Başlıca talaşlı imalat usullerinin gösterilişi
4.4.1. Tornalama: Tornalama işlemi; dairesel hareket yapan bir iş parçası üzerinden talaş kaldırarak, parçaya silindirik veya dönel bir şekil verme olarak tarif edilebilir (Şekil 140).
80
Şekil 140. Çeşitli tornalama şekilleri Tornalama işleminde, torna tezgahlarından faydalanılır. Torna tezgahları paralel, revolver ve otomatik tipte olabilir. Paralel tornalarda işleme takımı eksenine dik ve paralel hareket yapar. Dolayısıyla parça, eksenine dik ve paralel yönlerde işlenmiş olur. iş parçası bir taraftan aynaya, diğer taraftan puntaya bağlanır. Aynaların bağlanma yerleri sabit olup, yalnızca kendileri değiştirilebilir. Farklı uzunlukta parçaların bağlanabilmesi için, puntalar kızaklar üzerinde hareket edebilir. Kesme kaleminin işleme sırasındaki hareketi el ile veya otomatik olarak yapılabilir, iş parçasının dönme hareketinin hızı, bir dişli veya kayış-kasnak sistemiyle değiştirilebilir. Şekil 141'de bir paralel torna görülmektedir. Paralel tornada tek kalemle çalışılır. Şekil 141. Paralel torna Rovelver tornalarda dönebilir birtakım taşıyıcı vardır. Takım taşıyıcı üzerinde genellikle attı ayrı iş yapabilen takım mevcuttur. Böylece takım değiştirmeye gerek kalmadan işlem yapılır, dolayısıyla parça imalat zamanı ve maliyeti düşer Şekil 142'de bununla ilgili bir örnek verilmiştir. Otomatik tornalar çubuk halindeki malzemeden seri imâlatta küçük parçaların yapılmasında kullanılır. Bu tezgahlarda parçanın tesbiti, takımın değiştirilmesi gibi işlemlere ayrılan zaman çok kısalmıştır. Otomatik çalışma sebebiyle, bir işçi birden fazla tezgahı çalıştırılabilir. Böylece de işçilik maliyeti düşer.
Şekil 142. Rovelver tornada bir parçanın işlenmesi Tornalamada işlemin verimine birçok faktör etki etmektedir. Bunlar şöyle sıralanabilir: - Takım ömrü T (dakika) - Kesme hızı V (m/dak) - Devir başıma ilerleme S (mm/devir) - Paso derinliği a (mm) - Kesme açıları - Takım ağzının şekli ve burun radyusu - Titreşim durumu - Soğutma ve yağlama şartları - Malzeme çifti (takım ve iş parçası malzemesi) Yukarıdaki faktörlerin etkilerinin birlikte ele alınması, çok karışık bir bağıntı ortaya çıkarır. Bu sebepten bunlardan takım ömrü ve kesme hızı ele alınarak, diğerleri sabit tutulur. Buna göre takımın iki bilenmesi arasında geçen zaman olan takım ömrü ile kesme hızı arasında aşağıdaki bağıntı vardır; V. T1/n = sabit Yukarıdaki bağıntıda geçen (n) değeri, malzeme çiftine (tamı - iş parçası malzemeleri) bağlıdır. Aşağıda bazı malzemeler için bu değerler verilmiştir:
81
Malzeme çifti
S = 0,5 mm için (n)
Karbon çeliği - çelik Karbon çeliği - dökme demir Hız çeliği - çelik Hız çeliği - dökme demir Stellit - çelik
5 13 ,8 -10 5,5
Takım ömrü ile kesme hızı arasındaki bağıntıdan, aşağıdaki diyagram ortaya çıkmaktadır (şekil 143). Şekil 143. Takım ömrünün kesme hızı ile değişimi Aşağıda da görüldüğü gibi, kesme hızının artması takım ömrünü azaltmaktadır. Bununla beraber, takım ömrü ve kesme hızı arasındaki ilişkiyi etkileyen talaş kesiti (q = a. s) faktörü vardır. Takım ömrü, kesme hızı ve talaş kesiti arasındaki ilişki, belirli takım ömürlerinde kesme hızı ile talaş kesiti arasındaki ilişki bulunarak tesbit edilmiştir. 60 dakikalık birtakım ömrü için bu ilişki aşağıdaki biçimde olup, şekil 144'de diyagram halinde görülmektedir. V60 =
Cv
εv. q
Burada; V60 :60 dakikalık kalem ömrüne tekabül eden kesme hızı (m/dak) Cv : Malzeme çifti ve soğuma şartlarına bağlı bir katsayı q : mm2 cinsinden talaş kesiti (q - a. s) ev : Malzeme çiftine bağlı bir üstür. Şekil 144. Talaş kesitine göre kesme hızının değişimi Talaş açısının artmasıyla kalem ömrü önce artar, bir maksimumdan geçtikten sonra azalır. Kalem burnunun radyusu arttıkça, kalem ömrü artar Kalem ve iş parçası arasındaki titreşim; parça yüzeyinin düzgünlüğünü bozar, takım ömrünü azaltır. Takımda meydana gelen titreşim, kesme hızının artmasıyla, kesme kuvvetinin azalmasıyla ortaya çıkar. Düşük kesme hızlarında ve yeni bilenmiş kalemlerde, titreşim azdır, ayrıca iş parçası ve takımın rijid olarak tesbit edilmemiş olması, tezgahın kızak ve yataklarındaki boşluklar da titreşime sebep olur. Talaşlı imâlatta takım kesine ağzı kenarındaki sıcaklığı ve ısıl gerilmeleri azaltmak için, çeşitli sıvılardan faydalanılır. Diğer şartlar sabit kalmak üzere, kesme sıvısının debisi arttıkça takım ömrü de artar. Tornalamada malzemenin etkisi, "işlenebilme kabiliyeti" ile tesbit edilmektedir.İşlenebilme kabiliyeti, talaş kaldırma faktörlerine göre değişmektedir. Bu sebepten sabit şartlarda değerlendirme yapılır. Malzemelerin işlenebilme kabiliyetleri hakkında aşağıdakiler söylenebilir: a) Belirli kesme şartlan altında kalem ömrünün veya kesme hızının büyüklüğü, işlenebilme kabiliyetinin büyüklüğünü ifade eder. b) Kesme kuvvetlerinin veya güç sarfiyatının azlığı, İşlenebilme kabiliyetinin iyi olduğunu gösterir. c) işleme sonunda yüzey düzgünlüğü ne kadar iyi ise, işlenebilme kabiliyeti o kadar yüksektir. 82
Tornalamada talaş kaldırma işlemi, iş parçasından istenen özelliklere göre;
Şekil 145. Tornalama işleminde oluşan kuvvetler. "kaba talaş kaldırma" ve "son paso" işlemleri tatbik edilmektedir. Kaba talaş kaldırmada maksat, birim zamanda mümkün olduğu kadar çok talaş kaldırmaktır. Bu yüzden paso derinliği (a) 1-25 mm, devir başına ilerleme (s) 0,05-3 mm arasındadır. Son paso ise, düzgün yüzey elde etmek için yapılır. Kesme hızı arttıkça» yüzey düzgünlesin Son pasoda paso derinliği 0,1-0,5 mm, devir başına ilerleme 0,05-1,5 mm arasındadır. Tornalamada talaşın kesilmesi, talaşın şekil değiştirmesi ve talaş ile takım arasındaki sürtünmeden dolayı çeşitli kuvvetler ortaya çıkar. Bunlardan en önemlisi "asıl kesme kuvveti" (Fz) adı verilen düşey kuvvettir (şekil 245). Ayrıca radyal "kalem kuvveti" (Fy) ve eksenel "ilerleme kuvveti" (Fx) vardır. Kesme kuvvetleri üzerinde kesme hızı ve kesme sıvısının etkisi çok azdır. Fakat talaş açısı ve talaş kesitinin etkisi çoktur. Talaş açısı ve talaş kesiti arttıkça, kesme kuvvetleri artmaktadır. Takımların ömürlerinin bitmesi, yüzlerinin aşınması veya belirli miktarda parçanın kopması ile meydana gelir. Aşınmanın meydana geldiği bölgeler şekil 146’da görülmektedir. Şekil 146. Tornalamada takımın aşınması Aşınmalar taban yüzü ve talaş yüzünde ortaya çıkar, talaş yüzendeki aşınma, talaşın takım yüzü boyunca hareketinin sonucu ortaya çıkar. 4.4.2. Planyalama : Planyalama, tornalamaya çok benzer bir işlemdir. Yalnız burada iş parçası sabit, takım hareketlidir. Bunun tersi de olabilir. Takım ile iş parçası arasındaki hareket, doğrusaldır. Takımın veya iş parçasının hareketi, ileri - geri olmaktadır.(şekil 147)Bu hareketlerin biri kesmeye, diğeri ise takım veya parçayı eski durumuna getirmeye yarar. Şekil 147. Planyalamanın prensibi 4.4.3. Frezeleme : Çok sayıda kesme ağzına sahip takımlarla yapılan bir talaşlı imalat türüdür Şekil 148. Frezelemede kesme işlemi Frezelemede, bıçak adı verilen takımın üzerinde bulunan çok sayıda dişten sırayla her biri kısa bir süre parçayı keser ve sonra boş döner, (şekil 148). Her bir dişin kesmesi sırasında talaş kesiti devamlı değişir. Frezelemeye tezgahın cinsi ve gücü, takımın çapı, diş sayısı, diş eğimi; iş parçasının şekli, ölçü hassasiyeti, yüzey durumu, kesme şartlarından kesme hızı, paso derinliği, paso genişliği, soğutma ve yağlama şartları etki etmektedir.
83
Frezelemede talaş kesiti, virgül şeklindedir. Bıçak ve iş parçasının hareketlerine göre iki çeşit frezeleme vardır (şekil 149). Bıçağın dönme yönü ile parça ilerleme yönü aynı ise, "eş yönlü frezeleme, bıçak dönme yönü parça hareketiyle ters yönde ise, "zıt yönlü frezeleme" sözkonusudur. Şekil 149. Frezeleme çeşitleri Eş yönlü frezelemede talaş işlenmiş yüzeye yığılır ve böylece işlenecek yüzey kontrol edilebilir. Zıt yönlü frezelemede kesici ağız daima işlenmiş yüzeyle temas eder ve bıçak ömrü uzun olur. Frezeleme sayesinde birçok işlem yapılabilmektedir. Bunlar arasında diş açma, kanal açma, havsa açma gibi işlemler sayılabilir (şekil 150). a) Yatay freze tezgahı b) Düşey freze tezgahı Şekil 150. Yatay ve düşey freze tezgahları Bütün bu işlemler bıçakların değiştirilmesiyle gerçekleştirilmektedir.Vals-alın bıçaklarda aynı anda aralarında 90°Tık açı bulunan iki yüzeyin işlenmesi, kanal bıçaklarıyla kanal açılması, profil bıçaklarla çeşitli profillerin işlenmesi, modül-vals bıçaklarla dişli çarkların imali mümkündür. Bıçaklar üzerindeki kesme kenarları düz veya helisel olabilir. 4.4.4. Delme (matkaplama): Genellikle delmede parça sabit durur, takım kesme ve ilerleme hareketi yapar Çok derin deliklerde ise parça döner, takım ilerleme hareketi yapar. Delme takımlarına matkap adı verilir. (Şekil 151) Şekil 151. Delme tipleri Delmede önemli etkenlerden birisi, matkabın uç açısıdır. Şekil 256fda görülen uç açısı, delinecek malzemeye göre değişir. Bu açı çelikte 150°. alüminyumda 90° ve çinkoda 60°’dir. Delmede önemli olan diğer bir açıda, helis açısıdır. Helis açısı 0° -45° arasında olup, sert malzemelerde küçük, yumuşak malzemelerde büyük değerler seçilir.Delmede kullanılan matkapların ömürleri, mm cinsinden delme uzunluğuyla ifade edilir. Matkap ömrüne iş parçası ve matkap malzemesinin cinsi, kesme sıvısı, kesme hızı gibi faktörler etki etmektedir. 4.4.5. Boşaltma (Broşlama) Boşaltma işleminde bir eksen boyunca hareket eden bir veya daha çok ağızlı kesme takımı yardımıyla iş parçalarının iç veya dış yüzeylerinde düz veya çeşitli profillerde işleme yapılabilir (Şekil 152) Şekil 152. Boşaltma( broşlama) işleminin prensibi 153’de bir dişlinin içinin boşaltılması görülmektedir. Broşlama adı da verilen boşaltma takımları üzerinde dişler bulunan çubuklardan ibarettir. Broşlama vasıtasıyla, iç ve dış boşaltma işlemleri mümkün olmaktadır. Çubuk üzerindeki dişler önden arkaya doğru gittikçe yükselir. Şekil 153. Boşaltma takımı
84
Boşaltma işlemi ile yüksek çalışma verimi elde edilir, takımın bir hareketiyle çok işlem yapılır, iki bileme arasında takım dayanma zamanı çok yüksektir. Fakat boşaltma işleminin uygulanabilmesi için parça üzerinde takımın doğrusal hareketini önleyecek kısımlar bulunmamalı, işlem sırasında esnememelidir. Boşaltma yoluyla elde edilen tipik dış yüzeyler Şekil 154'de görülmektedir. 4.4.6. Raybalama : Açılmış deliklerin yüzeylerini daha temiz ve hassas hale getirmek için yapılan bir işlemdir. Bu sebepten kaldırılan talaş miktarı çok azdır. El veya makina ile yapılabilir. Şekil 154. Boşaltma yoluyla elde edilen tipik dış yüzeyler. 4.4.7. Testere ile kesme : Çok ağızlı takımlar (testereler) yardımıyla kütlelerin parçalara ayrılması işlemidir. Kesme işlemi sırasında testereler ya ileri-geri hareket ederler (şerit testereler) veya dairesel hareket yaparlar (dairesel testereler), ileri-geri hareket eden kollu testerelerde kolun hareketi, bir krank mekanizması ile; dairesel testerelerde dairesel testerenin hareketi bir mil ile sağlanır (Şekil 155).
a) Dairesel testere
b) Band testere
Şekil 155. Çeşitli testere tipleri
85
86
