. Alper ISIL ISLEM .
Dövme, darbe veya basınç altında kontrollü bir plastik deformasyon sağlayarak, metale istenilen şekli verme, tane boyutunu küçültme ve mekanik özellikleri iyileştirme amacıyla yapılan bir plastik şekil verme yöntemidir.
Yalnızca basma kuvvetlerinin etkisi altında genellikle sıcak, yarı sıcak veya soğuk olarak parçaya plastik şekil verme işlemine dövme (forging) denir.Birçok parça yüksek mukavemet istendiğinde dövme yoluyla şekillendirilir. Dövme işleminin avantajları: Malzemenin değerlendirilmesi Yüksek üretim oranları İşlem stabilitesi yüksek Ürünlerin geri dönüştürülebilir olması Dövme parçaların avantajları: Gelişmiş tane yapısı Yüksek yorulma mukavemeti ve süneklik Döküme göre daha iyi yüzey kalitesi Faydalı/yararlı tane akışı (fiber)
Sıcak dövme : ( T > Tyenidenkristalleşme veya T > 0.5 Tergime ) Yüksek sıcaklıklarda malzemenin şekil değiştirme kabiliyeti yüksektir. Metalin plastik deformasyon direncinin düşük olması nedeniyle işi yapmak için uygulanan kuvvet daha düşüktür. Daha az kuvvete ihtiyaç duyar, fakat parça ölçüleri yeteri hassaslıkta elde edilemez . Büyük ebatlı parçalar bu yolla daha kolay dövülür. Yüzey pürüzlülüğü de iyi değildir. Çünkü yüzeyde oksit içerirler.
Soğuk dövme : ( T < Tyk veya T < 0.3 Tm ) Hafif metallerin ve küçük parçaların üretiminde kullanılan bir yöntemdir. Daha büyük kuvvete ihtiyaç duyar, sünek malzeme ister. Parça boyutları çok iyi çıkar. Orta ve küçük ebatlı parçalar soğuk olarak dövülür. Yüzey pürüzlülüğü iyidir.
Sıcak Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
• • • • •
Hava çekiçleri (Şahmerdan) Düşme çekiçler Vidalı (friksiyon) presler Eksantrik presler Hidrolik presler
Hava Çekiçleri (Şahmerdan) Basınçlı hava etkisiyle (pnomatik) çalışan, hareketli bir tabla (çekiç veya koç) ile hareketsiz (sabit ya da örs) bir tabla arasına yerleştirilen iş parçasının doğrudan dövülmesine yarayan makinelerdir
Bu çekiçlerle çekme, şişirme, yayma, sıcak ve soğuk kesme, ocak kaynağı, bükme ve açık kalıplama ile ön biçimlendirme işçilikleri yapılır. Bu çekiçler, kapalı kalıpla döverek şekillendirmede kullanılmamalıdır. Aksi hâlde dövme anında çekiç pistonu, örs altlığı veya çekiç silindiri hasar görebilir.
Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
Hava çekici (Şahmerdan)
Düşme Çekiçler Çalışma şekillerine göre bu çekiçler, iki kolon arasında belirli bir yüksekliğe çıkarılan çekicin örs üzerine düşürülmesi ile dövme yapan makinelerdir. Çekicin düşürülmesi, makinenin çalışma sistemine göre tahtalı, kayışlı, buharlı, pnomatik ve hidrolik sistemlerle gerçekleştirilir. Çekiçlerin normal düşme yüksekliği iki metre kadardır. Özel kaldırma ünitesi ile zorlandığı zaman, dört metreye kadar kaldırılabilmektedir. Bu yükseklik, şekillenecek parçaların kütlesinin büyüklüğü ve küçüklüğü ile orantılıdır. Ancak düşme yüksekliğinin artması karşılığında vuruş sayısı azalır. Normal olarak düşme çekiçlerinin vuruş sayıları dakikada 50-60 arasında değişir. Bu çekiçlerin örs (taban) kısımları çelik döküm veya blok çelikten yapılır. Tabanların oturma yüzeyleri, temelleri çok sağlam betonarme şekilde yapılmış altlıklar üzerine oturtulmuştur
Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
Düşme çekici
Vidalı (Friksiyon) Presler Bu preslerde hareketini bir elektrik motorundan alan üst başlık, kare dişli çok büyük adımlı bir vida ile aşağı yukarı hareket eder ve iş parçasını şekillendirmek için gerekli olan darbeyi, hızlı bir şekilde aşağı inişi esnasında sağlar. Sıcak dövme işlerinde 25 ila 2500 tona kadar kuvvet elde edilebilmektedir. Koçun aşağı doğru hareketinde volanın enerjisi ve koçun hızı, koç iş parçasına temas edene kadar artar. Volan enerjisinin tümü iş parçasını şekillendirmek ve presi elastik olarak zorlamak için harcandıktan sonra volan, vida ve koç durur. Bundan sonra volan, diğer disk tarafından döndürülerek koç yukarı çıkarılır. Vidalı presler, enerjisi sınırlı makinelerdir. Yani, şekillendirme işlemi koç enerjisi tarafından yapılmaktadır. Koç hızları 0.6 ila 1.2 m/s arasındadır. Bu preslerle cıvata başları, otomobil dişlileri, demir yolu bağlantı parçaları, perçin gibi malzemelerin dövme ile şekillendirme işlemleri yapılır. Sıcak dövme kalıpçılığında vidalı presler kapalı kalıplarla döverek şekillendirme için elverişlidir
Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
Vidalı pres
Eksantrik Presler Sıcak şekillendirme için gerekli olan ani ve etkili darbeleri eksantrik mili aracılığıyla üreten makinelerdir. Eksantrik pres tezgâhlarında hareket, bir mil üzerinde monte edilmiş dişli ve eksantrik yardımıyla sağlanır. Pres adını bu eksantrikten almaktadır. Dişliler, bir yağ karteri içine yerleştirilmiştir. Eksantrik dişli ve vurucu başlık beraber hareket eder. Pres gövdesi üst başlığı içine iyi yataklanmış olan eksantrik dişli, kalıplama sırasında bağlantı millerini de desteklemiş olur. Ancak hareketli kurs boyunun sınırlı olması nedeniyle büyük kurslar için krank milli pres tezgâhları tercih edilir. Koç hızları 0.06 ila 1.5 m/s arasındadır. Bu preslerde elde edilen maksimum kuvvet, 12000 tondur. Sıcak şekillendirme atölyelerinde daha çok kalıpla döverek şekillendirilmiş parçaların çapaklarının kesilmesinde veya kalıplara konulacak sıcak metale ön biçim verme işçiliğinde ve soğuk sac şekillendirme (kesme, zımbalama, kalıplarda çekerek sıvama vb.) işlemlerinde kullanılır.
Sıcak Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
Eksantrik pres
Hidrolik Presler
Bu presler, hidrolik pistonun bir silindir içinde hareket etmesi esasına dayanır. Dövme başlığı hidrolik kumandalı olduğundan hızı ve baskı kuvveti ayarlanabilir. Ayrıca vurucu başlığı hareket ettiren pistonun istenilen noktada durdurulabilmesi ve kolay hareket ettirilebilmesi özelliğinden dolayı, kurs boyunun ayarlanması ve kalıbın bağlanması çok kolaydır. Kalıp üst yarımı dövme başlığına, kalıp alt yarımı da pres tablasına bağlanır. Hidrolik dövme preslerinin kapasitesi 300 ila 50.000 ton arasındadır.
Dövmede Kullanılan Pres ve Çekiçler
Hidrolik pres
Sıcak Dövme İçin Kalıp ve Kalıp Malzemeleri Sıcak dövme için kullanılan kalıp malzemeleri arasında AISI H serisi takım çelikleri ve AISI 4300 veya 4100 serisi gibi bazı alaşım çelikleri bulunmaktadır. Sıcak iş takım çelikleri bileşimlerine göre sınıflandırılabilirler (Tablo 1). Sıcak dövme için kullanılacak kalıp malzemeleri; aşınmaya, plastik deformasyona, termal ve makanik yorulmaya karşı dirençli olduğu kadar iyi sertleşebilirlik sahibi olmalıdır. Yeterli kalıp ömrü açısından kalıp dizaynı da önemlidir, kötü bir kalıp dizaynı erken aşınma veya kırılmaya sebep olur.
Açık Kalıplar Çoğu açık kalıp dövmeleri bir çift düz kalıp ile üretilirler, bunlardan birisi çekice veya pres pistonuna diğeri de örse bağlı durumdadır. Madeni eşya kalıpları (yarı-dairesel) ve V-kalıpları da sıkça kullanılır. Bu farklı kalıp takımları Şekil 1'de gösterilmiştir. Bazı uygulamalarda dövme işlemi, düz bir kalıp ve yarı dairesel bir kalıbın kombinasyonuyla yapılır.
Basma Kalıpları / Kapalı Kalıplar Preslerdeki kapalı kalıp dövme işlemi kalıpları parçayı tek darbede dövmek için tasarlanmışlardır. Kalıplar birkaç parça için baskı içerebilir. Çekiçle dövmeler başarılı kalıp baskılarında genellikle birkaç darbede yapılır. Çekiçle dövmede kullanılan bir kalıp Şekil 2’de gösterilmiştir. Böyle kalıplar genellikle birkaç farklı baskı çeşidi içerirler herbiri belirli bir işleve hizmet eder. Bunlar aşağıda anlatılmıştır.
Fullers: Fuller, dövme parçasının kesit alanını azaltmak için veya bir parçasını uzatmak için kullanılan kalıp baskısıdır. En ideal metal akışını elde edebilmek için uzunlamasına olan kesit alanında fuller genellikle elips yahut ovaldir. Fuller genelde kenarlıklar veya haddeler ile birlikte kullanılır yahut blocker veya finisher öncesi tek başına kullanılır. Fullering dövme işleminde ilk adımdır ve genellikle dövme enerjisinin en az miktarını kullanır. Şekil 2a’da gösterildiği gibi fuller kalıbın en uç köşesinde yerleştirilmiştir. Kenarlıklar: Daha sonra blocker veya finisher baskılarında şekillenecek olan ağır kesitlerin tekrar dağıtılması ve oranlanmasında kullanılırlar. Yani kenarlığın işi fuller’ınkine terstir. Bir bağlantı çubuğu, kütüğün ilk olarak fuller ile daraltıldığı ardından kenarlıkta uçlarının oranlandığı bir dövme işlemi ile üretilir. Kenarlık baskıları kalıbın kenarlarında açık olabilir (Şekil 2a) veya kapatılmış olabilir (Şekil 2b). Bir kenarlık bazen bir bender’la birlikte bir dövme üretimi için gereli dövme darbelerinin sayısını azalatmak için tek bir kalıp baskısında kullanılabilir.
Haddeler: haddeler kütüğü yuvarlatmak için kullanılır ve sıklıkla sonraki baskılar için kütlenin tekrar dağılımına sebep olur. Kütük genellikle döndürülür ve kütüğü haddelemek için iki veya daha fazla darbeye gereksinim vardır. Bir hadde baskısının çalışması kenarlığınkine benzer fakat üst ve alt kalıplardaki sığ çukurlara benzeyen şekiller ile metal her tarafından kısmen hapsedilmiştir. Düzleyiciler: metal parçayı genişletmek için kullanılırlar. Düzleyici kalıp yüzeyinde düz bir bölge olabileceği gibi gerekli olan tam ölçüyü verebilmek için kalıpta bir baskı olabilir. Bükücüler: Kalıbın bir bölümü kütüğü bükmek için kullanılabilir, bu bölüm genellikle uzunlamasına olan eksen boyunca bir veya iki düzlem üzerindedir. İki çeşit bükücü baskısı dizaynı vardır, bunlar; serbest akma ve kıstırılmış kütük. Serbest akma bükücüsü kullanılırken dövmenin bir ucu veya her iki ucu da bükücü içinde hareket etmekte serbesttir. Genellikle tek bir bükme yapılır.Bu tür bir bükme katlanmalara veya küçük kırışıklıklara sebep olabilir. Kıstırılmış kütük bükücüsü genelde birden fazla bükme yapmak için kullanılır. Bu teknikle kütük her iki ucundan tutulur ve darbe vurulur,arada kalan ktük bükülmüş olur. Metal her iki ucundan tutulduğu için bükme sırasında gerilir. Kesit alanında hafif bir azalma görülür ve çalışma metali serbest akmadakine nazaran daha az katlanır veya kırışır. Bükülecek olan kütük fuller, kenarlık veya hadde ile bir ön şekillendirmeye gereksinim duyabilir.
Açık kalıpta dövme: parça, iki düz kalıp arasında bastırılır. Hiçbir kısıtlama olmaksızın yanlamasına malzeme akışına izin verir.
Kapalı kalıpta dövme: Kalıpta, iş parçasında çıkması istenen bir boşluk yahut baskı vardır, metal akışı sınırlanır. Çapak oluşur.
Çapaksız dövme: Parça tamamen kalıp içinde kısıtlanmıştır ve çapak oluşmaz.
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. Kalıpla dövmede malzemenin kalıbı iyice doldurabilmesi ve parçanın boşluklu olmaması için, daima fazla malzeme konur ve meydana gelen çapak sonradan ikinci bir 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 malzemesinin hızla yanlara akmasını önlemek için, çapak yüzeyi üzerine yığılma kanalları açılması gerekir.
Çapak kesme işlemi iş parçası hala sıcakken yapılır. Bu yüzden dövme istasyonuna ayriyeten bir de kesme presi ilave edilir. Çapak temizleme işlemi farklı yöntemlerle de gerçekleştirilebilir, örneğin: taşlama
Karışık şekilli iş parçalarının dövülmesinde veya zor akan malzeme kullanılması halinde, kalıbın ömrünü uzatmak veya 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 yapılabilir. Kademeli kalıplarda her kademe için bir kalıp gereklidir.
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar
Keskin Köşe
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar
Keskin Köşe İlk tasarım
modifiye tasarım
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar Fazla hammadde - dar kalıp alanı
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar
Gereğinden fazla malzeme ( ΔV)
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar
İkincil çekme gerilmeleri sebebiyle çatlak oluşumu
Kalıp Tasarımından Gelen Hatalar
Katmer İlk tasarım
modifiye tasarım
DÖVME HATALARININ GİDERİLMESİ
Dövme hataları şu şekillerde giderilebilir: (i) Yüzey çatlakları ve dekabürize bölgeler dövülmüş parça yüzeyinden taşlanarak giderilebilirler. Parçanın az ısıtılması, dekarbürize olması, aşırı ısıtılması ve yanmasına karşı da dikkatli olunmalıdır. (ii) Shallow cracks and cavities can be removed by chipping out of the cold forging with pneumatic chisel or with hot sets. (iii) Uyuşmazlıktan sakınmak için dövmenin ayırma hattı tek düzlem üzerinde olmalıdır. (iv) Eğer mümkünse, hasarlı dövmeler preslerle düzeltilebilir. (v) Kalıp tasarımı dövme hatalarına sebep olabilecek tüm etkenler göz önünde bulundurularak düzgün bir şekilde yapılmalıdır. (vi) Metalin mekanik özellikleri dövme ile geliştirilebilir. Isıtma ve soğutmaya bağlı olarak gelişen iç gerilmeler tavlama veya normalizasyon işlemi ile giderilebilir.
**\Introduction to Basic Manufacturing Processes and Workshop Technology
DÖVME HATALARININ GİDERİLMESİ Kalıp Malzemesi İstenen Özellikler: • Termal şok dayanımı • Termal yorulma dayanımı • Yüksek sıcaklık mukavemeti • Yüksek aşınma direnci • Yüksek tokluk ve süneklik • İyi sertleşebilirlik • İyi işlenebilirlik • Sertleştirme esnasında boyutsal kararlılık
Not: 1) Karbon çelikleri (% 0.7 - 0.85 C) küçük takımlar ve düz baskılar için uygundur 2) Orta alaşımlı takım çelikleri şahmerdan kalıpları için 3) Yüksek alaşımlı takım çelikleri ise presler ve yatay dövme makinelerinde kullanılan yüksek sıcaklık dayanımı olan kalıplar için
DÖVME HATALARININ GİDERİLMESİ
Kalıp imalatında kullanılacak malzemenin aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:
•Kalıbın şekil değiştirmemesi için yeterli sertlik •Kalıbın dinamik kuvvetlere dayanabilmesi için yeterli tokluk •İmalat sırasında ölçülerini kaybetmemesi için yeterli aşınmaya dayanıklılık •Kesme kabiliyetinin yüksek olması
•Kolayca işlenebilme •Isıl değişimlere dayanıklılık
KALIP MALZEMELERİ
1.2826
1.2567
1.2567
1.2311
1.2343
1.2343
1.2365 1.2713 1.2714
1.2343 1.2365
1.2606
Dövme Kalıplarında Hasar
Önemli faktörler: dövmenin şekli, kalıp malzemesi, iş parçasının ısıtılması, kalıp yüzeyindeki kaplama, işlem sıcaklığı (tavlama sıcaklığını geçmemeli)
DÖVME KALIBI
DÖVME KALIBI
DÖVME KALIBI
Genel olarak kullanılan dört çapak çukuru tasarımı (a) Paralel (b) Klasik (c) Gittikçe açılan (d) Gittikçe incelen
Kapalı Kalıpta Dövme Mekaniği
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Kütlesel Şekil Değiştirme Kabiliyeti Kütlesel şekil değiştirme kabiliyeti, bir kütlesel şekil verme işleminde malzemede kırılma olmadan yapılabilen en fazla şekil değiştirme miktarı olarak tanımlanır. Kütlesel şekil değiştirme kabiliyeti, malzemeye, işlem değişkenlerine ve ürünün şekline bağlıdır. Kütlesel şekil verme işlemlerinde malzemelere genellikle basma gerilmeleri uygulanmaktadır Kütlesel şekil verme işlemini sınırlayan olay sünek kırılmadır.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Kütlesel şekil verme işlemleri sırasında üç tip kırılma oluşmaktadır. a- Serbest yüzey çatlakları : Kütlesel şekil verme işlemlerinde en çok görülen çatlak tipidir. Bu tip çatlaklara örnek olarak silindirik malzemelerin sürtünmeli koşullarda dövülmesi veya kalın yassı malzemelerin haddelenmesi sırasında oluşan çatlaklar verilebilir.
Yığılma işleminde serbest yüzey çatlağı
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ b- Kalıp temas yüzeyi çatlakları : Bun tür hatalara örnek olarak sürtünme kuvvetlerinin aşırı olduğu ekstrüzyon işlemleri verilebilir. Gerek çubuk ekstrüzyonun da, gerek geriye püskürtme işlemi ile kap veya tüp üretiminde, kalıp temas yüzeyinde sürtünmeler fazla ise ürünün yüzeyinde birbirine paralel olan çevresel çatlaklar oluşur. Benzer çatlaklara köşeleri keskin veya çok küçük eğrilik yarı çapına sahip kalıplarla dövme işleminde de rastlanır.
Ekstrüzyon işleminde aşırı sürtünmenin yol açtığı yüzey çatlağı
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ
c- İç çatlaklar : Bu tür çatlaklara örnek olarak ekstrüzyon veya tel çekme işlemlerinde ürünün ortasında rastlanılan “ ok ucu “ şekline benzer çatlaklar verilebilir. Bu tür çatlaklara bazen dövme işlemlerinde de rastlanabilir.
Tel çekme veya ekstrüzyon işlemlerinde değiştirmenin yol açtığı iç çatlaklar
homojen
olmayan
şekil
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Şekil değiştirme kabiliyeti sadece malzemenin sünekliğine bağlı değildir. Bölgesel gerilme, şekil değiştirme hızı, sıcaklık ve malzemeye ait özellikler şekil değiştirme kabiliyetini birlikte etkileyen faktörlerdir. Plastik şekil değiştiren malzemelerde gerilme ve birim şekil değiştirme her noktada eşit değildir. Kalıp tasarımı, iş parçası geometrisi, yağlama durumu, işlem parametreleri ile birlikte malzemedeki bölgesel gerilmeyi ve birim şekil değiştirmeyi belirler. Plastik şekillendirmenin başarıyla parametrelerin kontrolü gerekir.
sürdürülebilmesi
için
bu
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Bunun için plastik şekil verme işleminde sünek kırılma anındaki gerilme ve birim şekil değiştirme durumunu belirleyen bir kırılma kriterine ihtiyaç vardır.
Kütlesel şekil değiştirme kabiliyetini incelemede kullanılan en yaygın kriter Cockcroft kriteridir. Bu kritere göre çekme birim şekil değiştirme enerjisinin kritik bir değere ulaşması halinde malzemede sünek kırılma meydana gelir. f
* d = C * = Maksimum bölgesel çekme gerilmesi d = Etkin birim şekil değiştirme f = Kırılma anındaki birim şekil değiştirme C = Sıcaklık ve birim şekil değiştirme hızına bağlı malzeme sabiti o
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Değişik sünek kırılma kriterlerinin kullanıldığı çalışmalarda, her malzemenin plastik şekil değiştirme işlemlerindeki sünek kırılma için, çekme birim şekil değiştirme ile basma birim şekil değiştirme arasında sürekli geçerli olan bir bağıntının bulunduğu görülmüştür. Bu bağıntıyı ifade eden eğriler “ Şekillendirme Limit Diyagramları “ olarak adlandırılmıştır. Şekillendirme limit diyagramlarının elde edilebilmesi için farklı gerilme ve birim şekil değiştirme koşullarının sağlanabileceği birkaç deney türüne gerek vardır.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Silindirik bir numunenin yığılma işlemi bu amaç için uygulanan en yaygın deney türüdür. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yığılma sırasında silindir boyu kısalırken, serbest olan yan yüzeyi genişleyerek fıçı şeklini alır. Belirli bir şekil değiştirme oranında yüzeyde çatlama görülür.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ
Şekilde yüzeyde sünek kırılmanın oluşabileceği haddeleme, eğme gibi diğer deney türleri şematik olarak gösterilmektedir. Parça yüzeylerine hassas olarak çizilen kare veya dairenin, işlem öncesi ve sonrası boyutları ölçülerek, birbirine dik iki yöndeki birim şekil değiştirme oranları hesaplanır
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Bu deneylerde yüzeydeki birim şekil değiştirmeler aşağıdaki şekilden görülebileceği gibi çekme - basma bölgesindedir.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Aynı malzeme için farklı deney tür ve koşulları kullanılarak, değişik plastik şekil değiştirme yolu izlenir ve yüzeyde sünek kırılma elde edilinceye kadar işlem sürdürülür. Sünek kırılmaya ait noktalar birleştirildiğinde şekillendirme limit diyagramları elde edilir.
farklı
malzemelere
ait
Soğuk çekilmiş 1045 karbon çeliğine ait oda sıcaklığındaki şekillendirme limit diyagramı
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Elde edilen doğruların eğimi tümünde 1 / 2 değerinde olup sabittir. Ancak doğrunun ordinatı kestiği nokta, malzemeden malzemeye değişir.
1020 karbon çeliği ile 302 paslanmaz çeliğinin oda sıcaklığındaki şekillendirme limit diyagramı
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Karmaşık plastik şekil verme işlemlerinde, izlenen plastik şekil verme yolu, şekillendirme limit diyagramı üzerine taşınarak durum değerlendirmesi yapılabilir. Plastik şekil değiştirme yolu, parça son şekline varmadan, şekillendirme limit diyagramını kesiyorsa, parçada sünek çatlama beklenmelidir. Çatlamayı önlemek için ya daha kaliteli bir malzeme kullanılmalı veya işlem parametreleri değiştirilerek, plastik şekil değiştirme yolunun şekillendirme limit diyagramını kesmesi önlenmelidir.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Şekilden görülebileceği gibi d çapında bir çubuktan, başlık çapı D olan bir cıvata dövülecektir. Çevresel çekme birim şekil değiştirme ( ε Q ) değeri ln ( D / d ) ‘dir
Bu iş için A malzemesi kullanılacak ve plastik şekil değiştirme yolu olarak a eğrisi izlenecek olursa, parçada çatlama beklenebilir. Aynı plastik şekil değiştirme yolu izleyerek, çatlama önlenmek istenirse, plastik şekil değiştirme kabiliyeti daha yüksek olan bir B malzemesine gerek vardır.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Malzemeyi değiştirmek mümkün değilse, işlem parametreleri değiştirilerek, plastik şekil değiştirme yolu olarak b ‘ye benzer yol izlenir ve A malzemesine ait diyagramla kesişmesi önlenir.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Kapalı
Kalıpta
Dövmede Kalıp Doldurma Etkileyen Faktörler
Kabiliyetini
a- Dövme sıcaklığı b- Metal özellikleri İzafi dövülebilirlik sınırları : En İyi Al, Mg, Cu, C ve alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler, Ni alaşımları, Ti, yüksek alaşımlı çelikler, Mo alaşımları, Ni esaslı süper alaşımlar En kötü c- Sürtünme ve yağlama d- Kalıp sıcaklığı ve yüzeyi e- Şekil ve boyut faktörleri
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Metallerde izafi dövülebilirlik aşağıdaki gibi sıralanabilir. _____________________________________________________________ Metal / Alaşım Yaklaşık sıcak dövme aralıklar( °C) _____________________________________________________________ D Ö V Ü L E B İ L İ R L İ K
Alüminyum alaşımları Magnezyum alaşımları Bakır alaşımları Karbon ve düşük alaşımlı çelikler Martenzitik paslanmaz çelikler Ostenitik paslanmaz çelikler Titanyum alaşımları Demir esaslı süper alaşımlar Kobalt esaslı süper alaşımlar Tantalyum alaşımları Molibden alaşımları Nikel esaslı süper alaşımlar Tungsten alaşımları
400-550 250-350 600-900 850-1150 1100-1250 1100-1250 700-900 1050-1180 1180-1250 1050-1350 1150-1350 1050-1200 1200-1300
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ NO
METAL VEYA ALAŞIM
DÖVME SICAKLIĞI (°C)
1
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI
400…500
2
MAGNEZYUM ALAŞIMLARI
250…350
3
BAKIR ALAŞIMLARI
600…900
4
KARBONLU VE AZ ALAŞIMLI ÇELİKLER
850…1150
5
MARTENZİTİK PASLANMAZ ÇELİKLER
1100…1250
6
MARAGİNG ÇELİKLER
1100…1250
7
OSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLER
1100…1250
8
NİKEL ALAŞIMLARI
1000…1150
9
TİTANYUM ALAŞIMLARI
700…950
10
DEMİR ESASLI SÜPERALAŞIMLAR
1050…1180
11
KOBALT ESASLI SÜOER ALAŞIMLAR
1180…1250
12
NİOBİUM ALAŞIUMLARI
950…1150
13
TANTALUM ALAŞIMLARI
1050…1350
14
MOLİBDEN ALAŞIMLARI
1150…1350
15
NİKEL ESASLI SÜPERALAŞIMLAR
1050…1200
16
TUNGSTER ALAŞIMLARI(EN ZOR)
1200…1300
Metallerin dövülebilirlik sırasına göre sınıflandırılması
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ
Kalıp Doldurma Kabiliyetini Etkileyen Faktörler a- Dövme Sıcaklığı : Dövme sıcaklığı arttıkça şekil değiştirme kabiliyeti artar, plastik gerilme azalır ve böylece metalin kalıbı doldurma özelliği artar, b- Metal Özellikleri : Sağlam parça elde edilebilmesi için metalin sünekliğinin fazla, plastik gerilmesinin küçük olması gerekir. Sünekliğin zayıf olması, kalıp dolmadan metalde çatlak oluşumuna neden olur. Plastik gerilmenin yüksek olması, cihazın maksimum yüküne rağmen, kalıptaki ayrıntıların dolmamasına yol açar.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ
c- Sürtünme ve yağlama : Yağlama, prensip olarak sürtünmeyi azaltma, kalıp aşınmasını azaltma ve metal akışını iyileştirme amacıyla yapılır. Yağlayıcı maddeler : • Yüksek alevlenme sıcaklığına sahip olmalı • Isı izole edici olmalı • Düşük sürtünme katsayısını sağlamalı • Kolay temizlenebilmeli • Korozyon eya zehirleyici etkisi olmamalıdır.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ d- Kalıp sıcaklığı ve yüzeyi : Kalıpların ısıtılması kalıp doldurma özelliğini arttırır, dövme basınçlarını azaltır. e- Şekil ve boyut faktörü : Küresel ve blok tipi şekiller kapalı kalıpta daha kolay dövülür. İnce ve uzun veya uzantılı parçalar birim hacim başına daha fazla yüzeye sahip olduğundan daha zor dövülürler. Ayrıca sürtünme kuvveti ve sıcaklık kaybı da fazla olduğundan dövme basıncı artar.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Aşağıdaki şekilden görülebileceği gibi parça şekli karmaşık oldukça dövülebilme zorlaşmaktadır.
DÖVÜLEBİLME KABİLİYETİ Kapalı kalıplarda dövme işleminde, yükteki artış şekilde şematik olarak görülmektedir.
Kalıp ayrıntıları kısmen doluncaya ve metal çapak eşiğine gelinceye kadar kuvvet nispeten düşüktür ( P1). Başarılı dövme işlemi için P1 noktasında iki koşul sağlanmış olmalıdır:
a- Geri kalan boşlukları dolduracak yeterli miktarda metal olmalıdır. b- Dar çapak eşiğinden metalin çıkması için gereken ekstrüzyon kuvveti, kalıpta en zor dolan ayrıntının doldurulması için gereken kuvvetten fazla olmalıdır. P2 noktasına doğru kuvvet hızla artar. Bu noktada kalıp tamamen dolmuştur. Kuvvetin P2 ‘den P3 ‘e çıkması çapağın ilerlemesi için harcanır ve P3 ‘te kalıp tamamen kapanır.
DÖVME HATALARI
• Küçük parçaların şahmerdanla dövülmesi sırasında plastik şekil değiştirme yüzeyde kalıyorsa, iç kısımlarda dendritik yapı kırılamayacaktır. Mukavemet açısından parça zayıf olacaktır. Bunu önlemek için şahmerdanlar yerine pres kullanılmalıdır. • Yüzey çatlakları, genellikle nispeten soğuk yüzeylerin çok fazla plastik şekil değiştirmesinden ileri gelir veya sıcak yırtılma oluşur. Fırın atmosferinde aşırı kükürt konsantrasyonu çeliklerde ve nikel alaşımlarında sıcak yırtılmaya sebep olurlar.
DÖVME HATALARI
• Eğer çapak, ana parçanın kalınlığına oranla çok ince ise, çapakta çatlak oluşur. Çapak kesme esnasında bu çatlak parça içine uzayabilir. Çapak kalınlığını arttırarak veya çapağı parçanın önemsiz kısmına rastlatarak bu tip hatalar önlenebilir.
• Diğer bir hata türü, katmerleşmedir. Bir işlemde oluşan ince bir parça, ikinci işlemde kendi üstüne katlanabilir ve ara yüzeyde kaynama olmadığından katmerleşme gerçekleşir. Keskin köşeler, bölgesel aşırı soğuma ve aşırı sürtünme olayı katmerleşmeye neden olabilir.
DÖVME HATALARI • Dairesel kesitli parçalar açık kalıpta yığıldığı zaman, çevresel çekme gerilmelerinden ötürü çatlaklar oluşabilir.
Bunu önlemek için kalıpların tasarımı değiştirilebilir, genellikle iç bükey kalıplar kullanılır. Kapalı kalıplarla dövmede bu olay daha azdır, zira kalıbın yan yüzeyleri çevresel çekme gerilmelerini önler.
DÖVME HATALARI • Dövme esnasında taneler ve segragasyonlar, metalin akış yönünde uzarlar ve lifli bir görünüm verirler. Bu bir hata değildir, ancak anizotropik özelliklere neden olur. Değişik yönlerdeki özellikleri dengeli bir şekilde elde edebilmek için, plastik şekil değiştirme % 50 -70 arasında tutulmaya çalışılmalıdır. • Kalın kesitli parçalar, hızlı soğutulmamalıdır. Aksi halde iç kısımlarda çatlaklar oluşabilir. Çatlaklara, hem sıcaklık değişimlerinden ötürü oluşan kalıcı iç gerilmeler, hem de çeliklerdeki hidrojen basıncı neden olabilir. Çelikteki homojensizlikler, gaz boşlukları, inklüzyonlar çatlak oluşumunu teşvik ederler.
DÖVME HATALARI
• Kalıp aşınmasından dolayı, parçanın boyut toleranslarının dışına çıkılabilir. Belirli sayıda dövmeden sonra iş parçası veya kalıp boyutları kontrol edilmelidir.
• Kalıp yüzeyinin temiz olmaması iş parçası yüzeyinde karıncalanmaya neden olur. Tufal parçacıkları basınçlı hava ile kalıp yüzeyinden giderilmelidir.
DÖVME HATALARI
• Kapalı kalıpla dövmede alt ve üst kalıplar birbirini iyi karşılamazsa iş parçasında ayırım düzlemi içinde karışıklık görülür.
• Kalıpların iyi dolmaması ve parçanın eksik çıkması, kalıp tasarımında yapılan hatalardan doğacağı gibi, işlem koşullarındaki aksaklıklardan da ileri gelebilir.
DÖVME HATALARI Fırın arızasından, malzemenin aşırı tavdan kabuklaşmasından, dövmede malzeme ve kalıbın iyi temizlenmemesinden TUFAL olur.
Kalıbın derin işlenmesi parçanın KALIN, kalıp derinliğinin az işlenmesi parçanın yüksekliğinin DÜŞÜK çıkmasına neden olur.
Aşırı yağlamadan, kalıp dizaynının iyi yapılmamasından, malzemenin uyumsuzluğundan KATMER olur.
Kalıbın sertliğininin düşüklüğü, kalıp açılarının dik, radyüslerin küçüklüğü, soğuk malzeme dövülmesi ÇÖKME ' lere neden olur.
Kalıbın kaçık bağlanmasından, tezgah kayıt boşluğundan ve pimsiz düz kalıpların hareket serbestliğinden dövülen parça KAÇIK olur. Malzemeden, dövme sıcaklığının düşük olmasından, ani soğumalardan ve parçanın suya sokulmasından ötürü parçada ÇATLAK'Iar oluşur.
Kalıp yüzeyine çapak malzemesinin yürümesi, malzemenin soğuk olması, tezgah gücünün yetmemesi parçanın KALIN çıkmasına neden olur. Malzemenin küçük olması, tezgah gücünün yetmemesi, yağ ve gaz oluşumu DOLDURMAMA'ya neden olur.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
Mekanik bir parçanın tasarımı, hedeflenen şekil ve arzu edilen özellikleri sağlayacak üretim yöntemlerini en ekonomik şekilde belirlemek diye tanımlanabilir. Dövme kalıbı tasarımında ayırım yüzeyi , kalıp eğimleri, kemer ve kaburga, köşe yarıçapları, ön delme işlemi, malzeme akış yönü, şekil değiştirme oranı, boyut toleransları ve çapak boyutları gibi çeşitli işlem ve faktörler göz önüne alınmalıdır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
a- Ayırım Yüzeyi Ayırım yüzeyi metal akışını engellemeyecek, kalıp imalatını basitleştirecek, çapak kesme işlemlerini kolaylaştıracak, sonraki işlemlere zarar vermeyecek şekilde seçilmelidir. Ayırım çizgisi düz veya girintili olabilir, ancak zorunlu olmadıkça tek bir düzlem içinde kalması tercih edilir.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ b- Kalıp Eğimleri Dövülen parçanın kalıptan kolay ayrılabilmesi için yan yüzeylere yeterli eğim verilmelidir. Eğim miktarı dövme yöntemine göre değişir. Değişik dövme işlemleri için uygun yan yüzey eğimleri aşağıda verilmektedir : • Alüminyum ve magnezyum gibi metallerin genel dövme işlemlerinde 3 o, ekstrüzyon tipi dövme işlemlerinde ise 1 o den küçük eğimler kullanılır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ • Karbon çeliği, alaşımlı çelik ve paslanmaz çelikten dövülen küçük ve orta boy parçalar ile titanyum ve nikel esaslı malzemelerden dövülen basit parçalarda 5 o - 7 o ‘ lik eğim seçilir. • Refrakter metaller, Ni esaslı süper alaşımlar, ostenitik paslanmaz çelikten dövülen parçalarda 7 o ‘den büyük eğimler uygulanır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ c- Kemer ve Kaburga İş parçasında dövme düzlemi içinde olan veya ona paralel kalan ince kısımlara kemer, buna dik bulunan kısımlara kaburga adı verilir. Dövme kuvvetlerinin azaltılması için ince ve geniş kemer ile ince ve derin kaburgadan kaçınmak gerekir. Çünkü bu tür kısımlar parçanın hızlı soğumasına, dolayısıyla malzemenin plastik gerilmesinin artmasına neden olurlar. Yüzeyin artması, sürtünme kuvvetlerinin de artmasına neden olur.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
Yukarıdaki örnekte orta bölgede yer alan kaburga, ana parçadan, ekstrüzyon tipi şekil değişimi ile oluşur. Genel kaide olarak dövme hatalarını önleyebilmek için kenar kalınlığı ( t ) kabuğa kalınlığından ( W ) büyük olmalıdır. Metalin plastik gerilme oranı arttıkça t / w oranının da büyük tutulması gereklidir.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ İkinci örnekte ayırım yüzeyi üstte olup, kaburga parçanın yan tarafındadır. Burada kaburga ters ekstrüzyon işlemine benzer şekilde oluşur. Bu tür tasarımda metalin sünek olması halinde diğer örneklere göre daha ince kaburga elde edilebilir.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
Ayırım çizgisi aşağıda , kaburga yine parçanın yan tarafındadır. Kaburganın oluşumu birinci örnekte olduğu gibidir. Ancak kaburga yüksekliği daha azdır..
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ Dördüncü örnekte, orta kemer yan taraflarda kaburga veya benzeri çıkıntılar vardır. Bu şekle sahip parçaların dövülmesi oldukça zordur. Kaburga yüksekliği ( h ) kaburga kalınlığının ( w ) 8 katını geçmemelidir. Genellikle h : w oranı için 4 :1 ile 6 : 1 oranı kullanılır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
Kemer ile kaburga arsındaki iç köşe yarıçaplarının önemi büyüktür. Kaburga kalınlığı çok ince olursa veya iç köşe yarıçapı çok küçük olursa, metal kırışıklığı türünde hatalar oluşur.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ d- Köşe Yarıçapları Kalıptaki köşe yarıçapları, metal akışını kolaylaştıracak ve ayrıntıların dolmasını sağlayacak türde büyük olmalıdır. Kemer ile kaburga arasındaki iç köşe yarıçapı, kaburganın üst bölgesindeki dış köşe yarıçapından daha önemlidir. Aynı şekil için köşe yarıçaplarının değeri malzemeye göre değişir. Köşe yarıçaplarının seçimi parçanın ağırlığı ile değişir.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ e- Ön Delme işlemi Bazı hallerde parçada istenen ön delme işini oluşturacak kalıp, ana kalıba bağlı olarak çalıştırılabilir. Bu durumda tabanı düz olan ön delme kalıpları ile, en fazla delme kalıbı çapına eşit delik derinliği sağlanabilir.
Delik kalıbı tabanının yarım daire olması halinde delik derinliği, delme kalıbı çapının 1.5 katı kadar olabilir.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ Parçada ön delme işi genellikle çift taraflı yapılır ve aradaki kemer daha sonra kesilerek atılır. Bu durumda kemer kalınlığı maksimum ön delme derinliğini belirler. ( c - şekili ) Fazla derin olmayan ön delikler için ( d-şekli ) kemer kalınlığı minimum bir değerden daha ince olmaz.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ
f- Malzeme Akış Yönü Dövme işleminde metal akışı yönünde mekanik fiberleşme görülür. Fiberleşme mekanik özelliklerin anizotropisine yol açar. Şekillendirilmiş parçada bu anizotropiden yararlanılmak istenirse, kalıp tasarımında buna uygun önlemler alınır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ g- Şekil Değiştirme Oranı Dövülmüş bir parçada şekil değiştirme oranının her yerde üniform dağılması çoğu kez aranmaz. Malzemenin minimum bir değerden daha fazla oranda plastik şekil değişimine uğraması yeterlidir. Isıl işlemden sonra aşırı tane büyümesi olayına duyarlı olan malzemeler için kalıp tasarımına dikkat edilerek plastik şekil değiştirme oranının parçada üniform dağılması sağlanmalıdır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ h- Boyut Toleransları Bazı parçalar daha sonra herhangi bir talaşlı imalata gerek olmadan, dövülmüş halleriyle doğrudan kullanılabilirler. Bu durumda boyut toleransları büyük önem taşır.
DÖVME KALIBI TASARIM PRENSİPLERİ i- Çapak Boyutları Geleneksel kapalı dövme kalıbında, çapak için özel boşluklar bırakılır. Fazla olan metal, çapak eşiğinden geçerek çapak oluğunda birikir. Çapak bölgesinde en önemli boyutlar, çapak eşiğinin genişliği ve çapının kalınlığıdır. Çapak boyutlarının belirlenmesi , parçanın hacmine, yükseklik / ağırlık oranına, karmaşıklığına, kullanılacak malzeme cinsine bağlıdır. Genel bir kural olarak çapak kalınlığı, maksimum parça kalınlığının % 3 ‘ü oranında alınır.