PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMLERĠ
ĠÇĠNDEKĠLER 1. GENEL BĠLGĠLER………………………………………………………………………. 1.1. Tanım…………………………………………………………………………………….. 1.2. Sınıflandırma…………………………………………………………………………….. 1.3 ÇalıĢma KoĢulları Altında Sürtünme ve Yağlama…………………………………….. 1.4. Sıcaklık ĠliĢkileri………………………………………………………………………… 2. DÖVME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ ……………………….. 2.1 DÖVME YÖNTEMLERĠ……………………………………………………………….. 2.1.1 Açık Kalıpta Dövme…………………………………………………………………… 2.1.2 Kapalı Kalıpta Dövme Yöntemi………………………………………………………. 2.1.3 Delme…………………………………………………………………………………… 2.1.4 Kafa ġiĢirme Yöntemi…………………………………………………………………. 2.1.5. Haddeleyerek Dövme Yöntemi………………………………………………………. 2.1.6. Radyal Dövme Yöntemi………………………………………………………………. 2.1.7. Ġzotermal Dövme……………………………………………………………………… 2.1.8. Orbital Dövme………………………………………………………………………… 2.1.9. Maçalı Dövme…………………………………………………………………………. 2.1.10 Sinter Dövme…………………………………………………………………………. 3. HADDELEME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ………………… 3.1 Haddeleme Türleri………………………………………………………………………. 3.2. Hadde Ürünlerinin Adlandırılması……………………………………………………. 4. EKSTRÜZYON YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ……………….. 4.1. Direk (Vasıtasız) Ekstrüzyon Yöntemi………………………………………………… 4.2. Endirekt (Vasıtalı) Ekstrüzyon Yöntemi……………………………………………… 4.3 Hidrostatik Ekstrüzyon Yöntemi………………………………………………………. 5. ÇEKME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ……………………….. 5.1. Çubuk ve Tel Çekme Yöntemi………………………………………………………… 6. SAÇ ĠġLEME YÖNTEMLERĠ………………………………………………………….
1
PLASTĠK ġEKĠL VERMENĠN TEMEL ESASLARI
1. GENEL BĠLGĠLER 1.1. Tanım: Genellikle metal malzemelere katı halde hacim sabit kalarak ve bileşiminde değişim olmadan kalıcı şekil verme işlemleridir. 1.2. Sınıflandırma: i. Kütle Deformasyon Yöntemleri Dövme Haddeleme Ekstrüzyon Çekme ( Tel, çubuk, boru ) ii. Levha biçimlendirme yöntemleri Kesme Bükme Derin çekme Özel yöntemler ĠĢlemin Sıcaklığına göre ise; Soğuk, Ilık, Sıcak Şekillendirme
Bağımsız DeğiĢkenler
2
Mühendisler şekillendirilecek malzemenin kimyasını, içyapı durumunu ve böylelikle de özelliklerini ve karakterlerini tanımlamada özgürdürler. Mühendisler bunları şekillendirme işleminde kolaylık olacak şekilde veya bitmiş mamul için arzu edilen son özellikleri verecek şekilde seçebilirler. a) ĠĢ parçasının baĢlangıç geometrisi: Bir önceki işlem veya mühendis tarafından belirlenmiş olabilir. b) Takım veya kalıp biçimi: Haddeleme hadde çapı, sac şekillendirme bükme yarıçapı, tel çekme veya ekstrüzyon kalıp açısı ve dövmede kalıp boşluğu gibi ayrıntıları içerir. c) Yağlama: Yağlayıcılar soğutucu olarak, ısıl engel olarak, korozyon engelleyici olarak kullanılır. d) BaĢlangıç sıcaklığı: Çoğu malzeme özellikleri sıcaklıkla büyük oranda değişir. Sıcaklığın denetimi işlemin başarısını doğrudan etkileyebilir. e) ĠĢlem hızı: Deformasyon işlemi donanımların çoğu bir hız aralığında çalışabilir. Hız yağlayıcı etkinliğinde, deformasyon için gereken kuvvete ve ısı geçişi için verilen zamana doğrudan tesir eder. f) Deformasyon miktarı: Bazı işlemlerde kalıp tasarlanırken kalıp tasarımcısı tarafından, haddeleme gibi işlemlerde ise mühendis tarafından göz önüne alınır.
Bağımlı DeğiĢkenler: Bağımsız değişkenler tespit edildikten sonra, uygulanan işlem bağımlı değişkenlerin
karakterini ve değerini belirler. a) Kuvvet veya güç ihtiyacı: Seçilen malzemeyi son haline getirmek için belli bir miktar kuvvet ve güç gerekir. Mühendisler sadece bağımsız değişkenleri belirlerler ve buna bağlı olarak ortaya çıkan durum yapılan ilk seçimlerin sonucu olur. Mühendisler işlem için gerekli bilgileri ve güç, kuvvet tahminlerini birleştirerek işlemi maksimize edebilirler.
3
b) Mamulün malzeme özellikleri: malzemelerin başlangıç özellikleri belli olmasına karşın deformasyonun ve sıcaklığın etkisiyle işlem sırasında bu özellikler tamamen değişir. Müşteri ise ortaya çıkan sonuç ile ilgilenir. Böylelikle başlangıç özelliklerini imalata uygunluğa dayanarak seçmenin yanında, bu özellikleri işlemin nasıl değiştireceğini bilmek veya tahmin edebilmek de gereklidir.
Bağımlı ve Bağımsız DeğiĢkenler Arası ĠliĢkiler: i) Tecrübe: İşlemin uzun zaman uygulanmasına bağlıdır. Belli bir malzeme, donanım
ve mamul için sınırlıdır. ii) Deneme: En az hata veren yaklaşım olmasına rağmen doğrudan deney yapmak hem zaman alıcı, hem de pahalı olmaktadır. iii) Modelleme: Burada probleme yaklaşımlar yüksek hızlı bilgisayar ve işleme ait bir ya da birçok matematik modeller aracılığıyla olmaktadır. Modellerde kullanılan çoğu teknikler, olayı basitleştiren kabuller içeren uygulamalı plastisite teorilerine dayanmaktadır. 1.3 ÇalıĢma KoĢulları Altında Sürtünme ve Yağlama
Mamulün yüzey pürüzlülüğü ve boyut hassasiyeti genelde sürtünme ile orantılıdır. Yağlamadaki değişiklik deformasyon esnasında malzeme akışını ve tamamlanmış mamul özelliklerini değiştirir. Çoğu durumlarda, istenilen sürtünmenin etkisini ekonomik açıdan en aza indirmektir. Oysa haddelemede olduğu gibi, bazı işlemler yeterli sürtünme sağlandığında ancak gerçekleştirilebilir.
AĢınma: Davranışı da sürtünmeye benzer bir olgudur. İş parçası takımlarla tek
bir kez temasta bulunduğu için, onun maruz kaldığı herhangi bir tür aşınma genellikle gözlemlenemeyecek kadar azdır. Gerçekte, aşınma sonucu oluşan parlak yeni yüzey genellikle arzu edilen bir durum olmasına rağmen, takımdaki aşınma iş parçasının boyutlarının değişeceği anlamına gelmektedir. Sonuçta tolerans kontrolü kaybedilir ve bir noktada takımın yenilenmesi gerekir.
Yağlama: Metal şekillendirme işlemlerinde anahtar noktadır. Yağlayıcılar esas
olarak sürtünmeyi azaltma ve takım aşınmasını yavaşlatma özelliklerine göre seçiliyor
4
olmalarına karşın, ikincil beklentiler; ısı geçişine engel olup iş parçası sıcaklığını koruma ve takımı yüksek sıcaklıktan uzak tutma yeteneği, yeni iş parçası yerleştirilene kadar geçen sürede soğutucu olarak etki yaparak, takımı soğutma yeteneği ve mamulde sıvalı kalan yağın parçayı korozyondan koruma yeteneği olarak sıralanabilir. Ayrıca yağın kolay uygulanıp temizlenebilmesi, zehirli olmaması, kokusu ve tutuşabilirliği, temas ettiği yüzeylerle reaksiyona girmemesi, çalışma-basınç-sıcaklık aralığına uygun olması, yüzey ıslatma karakteri, fiyatı, piyasada bulunabilirliği ve akıcılığı önem taşımaktadır. 1.4. Sıcaklık ĠliĢkileri İş parçası malzemesi özelliklerinin değişiminde sıcaklığın rolü bilinmektedir.
Sıcaklıktaki yükselme: - şekillendirmeyi kolaylaştıran dayanımda düşüş - sünenlikte artış - pekleşme hızında düşüş yaratır. Şekil verme işlemleri hem sıcaklığa, hem de şekillendirilen malzemeye bağlı olarak;
SICAK, SOĞUK ve ILIK işlem olarak sınıflandırılabilir. 1.4.1 Sıcak ġekillendirme Metalin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerindeki kalıcı şekil değişimi olarak tanımlanır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı malzemeden malzemeye değişir. Ayrıca kristalleşme pekleşmenin etkisini ortadan kaldırır. Yüksek Sıcaklıklar; 1. Atom yayınımını hızlandırarak kimyasal homojensizliği giderir. 2. İç boşluklar deformasyon esnasında kapanır. 3. Özelliklerde iyileşme yapan yeniden kristalleşme ile iç yapı değişir. Sıcak ġekillendirmenin Olumsuz Yanları;
5
1. Metal ile çevresinde istenmeyen reaksiyonların oluşması 2. Isıl büzülmeler ve yerel farklı soğuma hızları nedeniyle toleransların daha zayıf olması Ayrıca, düzgün olmaya soğuma, sıcak şekil verilmiş mamulde önemli miktarda artık gerilmelerin oluşumuna neden olabilir.
1.4.2 Soğuk ġekillendirme Metallerin yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki plastik deformasyonu soğuk şekillendirme olarak adlandırılır. Üstünlükleri; 1. Isıtma gerektirmemesi 2. Daha iyi yüzey kalitesi elde edilmesi 3.
Boyut toleranslarının iyi olup, kendinden sonra talaşlı imalat gerektirmemesi
4. Mamullerin benzerlikleri ve birbirleri yerine kullanılabilirliklerinin iyi olması 5. Pekleşme aracılığıyla, dayanım, yorulma, aşınma gibi özelliklerin arttırılması 6. Yöne bağımlı özelliklerin görülebilmesi 7. Katışıkların oluşturduğu sorunların en aza indirilebilmesi Sınırlamaları: 1. Deformasyonu başlatmak ve sürdürmek için yüksek kuvvetler gerekir. 2. Daha büyük ve güçlü tezgâhlar gerektirir. 3. Süneklik daha azdır. 4. Metal yüzeyleri temizlenmiş olmalıdır. 5. Pekleşme ile azalan sünekliği arttırmak için ara tav gerekebilir. 6. Yöne bağlı özellik oluşumu sorun çıkarabilir. 7. İstenmeyen artık gerilmeler oluşabilir. Ayrıca soğuk şekillendirme içyapıyı değiştireceğinden mamulün çekme dayanımı başlangıç malzemesinden farklı olacaktır.
6
1.4.3
Ilık ġekillendirme Sıcak ve soğul şekillendirmelerin arasındaki sıcaklıklarda yapılan deformasyonlar ılık
şekillendirme olarak bilinir.
Soğuk ġekillendirme ile KarĢılaĢtırıldığında; Takım ve kalıplara gelen kuvvetler azalır. Malzeme sünekliği artar. Pekleşme miktarı azaldığından ara tavlama sayısı düşer. Sıcaklık yükseldikçe belli bir donanımla veya işlem süreciyle şekillendirilebilecek malzeme türü ve geometrisi artabilir. Sıcak Şekillendirme ile Karşılaştırıldığında; Daha düşük olan sıcaklık, daha az tufal ve karbonsuzlaştırma oluşturur. Daha iyi boyut ve yüzey kalitesi elde edilir. En son uygulanması gereken talaşlı işlem azalır ve hurda çıkan malzeme miktarı azalır. Daha küçük taneli içyapı ve biraz pekleşmenin var olması sayesinde şekil değiştirme sonrası son ısıl işlem ile özellikleri iyileştirmeye gerek kalmaz. Enerji tasarrufu sağlanır. Takım ömrü uzundur. 1.4.4 EĢsıcaklıkta (Ġzotermal) ġekillendirme Sıcaklığa duyarlı malzemeleri uygun şekilde deforme edebilmek amacıyla deformasyonu eşsıcaklık koşulları altında yapmak zorunda kalınabilir. Mamul kalitesi için kalıp ömründen fedakârlık yapıp, kalıp ve donanımları iş parçası sıcaklığına ısıtmak gerekebilir. İmalat koşulları yüzünden eşsıcaklık koşulları altında imal edilmiş parçalar genellikle dar toleranslar, düşük artık gerilmeler ve oldukça düzgün metal akışı gösterirler.
7
2. DÖVME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ Tanım: Yalnızca basma kuvvetlerinin etkisi altında genellikle sıcak, yarı sıcak ve soğuk olarak parçaya plastik şekil verme işlemine dövme denir. Birçok parça yüksek mukavemet istendiğinde dövme yoluyla şekillendirilir.
ġekil 1: Dövme Yoluyla Yapılan Plastik ġekil Verme ĠĢlemleri Dövme yöntemine en uygun malzemeler olarak; basit karbonlu çelikler, düşük alaşımlı çelikler, düşük alaşımlı çelikler, alüminyum alaşımları, bakır alaşımları ve titanyum alaşımları gösterilebilir. 2.1 DÖVME YÖNTEMLERĠ 2.1.1 Açık Kalıpta Dövme: Bu dövmenin özelliği parçanın yanlara doğru rahatça genişleyebilmesidir. Silindirik bir parçada dövme sonucu fıçılaşma oluşur. a) Yığma: Bu basit açık kalıpta dövme işleminde parçalar iki düz basma yüzeyi arasında şekillendirilmektedir. 8
b) Dar Kalıplarla Yığma: Dar kalıpta dövmede parçadaki şekil değişimi, sürtünmenin malzeme akışını daha az engellediği, kalıbın dar boyutu doğrultusunda meydana gelmektedir. Bu özellikten yararlanarak düz kalıplarla parçada uzatma ve genişletme işlemleri gerçekleştirilmektedir. Kalıp genişliğinin çok daraltılması durumunda kesme işlemi dahi yapılabilir. Ayrıca dış uzatma, toplama kalıplarla toplama ve uzatma işlemleri de uygulanabilir.
ġekil 2: Açık Kalıpta Dövme Yöntemi Fıçılaşma dövülen parçanın bombeleşmesidir. İki nedenle meydana gelir. i. Sürtünme: Dövülen parça alt ve üst kalıpla temas halinde olduğundan temas eden yerlerde malzeme kolay akamaz orta kısmı daha kolay akar. ii. Sıcaklık Farkı: Tav fırınından çıkan parça kalıp içine konulur. Değen kısımlarda ısı kaçışı hızlı olur. Parçanın ortası hala sıcaktır. Bu sıcaklık farkından malzemenin ortası kolay akar kenarlar zor akar. FıçılaĢma olayından kurtulmak için; 1. Alt kalıp sarkaç şeklinde hareket ettirilir. 2. Alt kalıp aşağı yukarı hareket ettirilir. 3. Alt kalıp sağa sola hareket ettirilir.
9
2.1.2 Kapalı Kalıpta Dövme Yöntemi: Bu dövmenin özelliği karmaşık şekilli parçaların dar toleranslar içinde elde edilmesi için yapılmasıdır. Çapaklı dövme, çapaksız dövme ve damgalama gibi çeşitleri vardır.
ġekil 3: Kapalı Kalıpta Dövme Yöntemi 2.1.2.a. Çapaklı Dövme: Karmaşık şekilli parçaların dar toleranslar içinde elde edilebilmesi için her biri üzerine kapanan ve kapandığında elde edilecek parçanın biçimine sahip bir kalıp boşluğu oluşturan kalıplardan yararlanılır. Kapalı kalıpta maliyet yüksek olduğundan yöntem ancak seri üretimler için ekonomiktir.
ġekil 4: Dövme ĠĢleminin Dört Ayrı Kademede Yapıldığı Bir Dövme Kalıbı
2.1.2.b. Çapaksız Dövme(Hassas Dövme): Hassas dövmede parça bir kapalı kalıpta çapaksız olarak biçimlendirilir. Bu yöntemle üretilen parçalar genellikle ek bir talaş kaldırma işlemine gerek kalmadan veya çok az bir talaş kaldırma işleminden sonra kullanılabilir. Ancak burada kalıba yerleştirilen malzeme miktarının çok hassas olarak ayarlanması gereği vardır.
10
ġekil 5: Hassas Dövme Yöntemi 2.1.2.c. Yığma Dövme: Bu dövmenin özelliği kapalı kalıpla dövme sınıfına girmesidir. Cıvata başı gibi yığma gerektiren parçalara uygulanır. 2.1.2.d. Damgalama: Bu dövmenin özelliği paralar, madalyalar ve küçük kabartma parçalarının genellikle soğuk olarak kapalı bir kalıpta hassas olarak dövülmesidir. Malzemeye akma mukavemetinin 5-6 katı kuvvet uygulanır. Çok ince detaylar elde edilir. Yağ kullanılmaz. 2.1.3 Delme: Delme kalın cidarlı içi boş parçalar elde etmek için uygulanan bir dövme yöntemidir.
ġekil 6: Delme Yöntemi
11
2.1.4 Kafa ġiĢirme Yöntemi: Bu yöntemde metalin bir ucu ekseni doğrultusunda uygulanan basma kuvvetiyle yığılarak şekillendirilir. Yatay dövme makinelerinde sıcak veya soğuk olarak yapılan bu işlemde biri sabit, diğeri hareketli olan tutucu kalıp yarıları tarafından sıkı bir şekilde kavranan malzemenin serbest ucu yığılır. Cıvata kafalarının şekillendirilmesinde kullanılan bu yöntemde burkulma olasılığını önleyecek tedbirlerin alınması gerekir. 2.1.5. Haddeleyerek Dövme Yöntemi: Uzun ve ince parçaların üretiminde ön şekillendirme işlemi olarak uygulanan bu yöntemde sıcak iş parçası uygun şekilde profillendirilmiş haddeler arasından geçirilir. Malzeme hadde merdanelerinin sadece profilli yüzeyleri arasında şekil değiştirir. Şekillendirme sonrası iş parçası makineye verildiği taraftan geri alınır.
ġekil 7: Haddeleyerek Dövme Yöntemi
2.1.6. Radyal Dövme Yöntemi: Genellikle soğuk, gerektiği zaman sıcak olarak 2 veya 4 tane çekicin Radyal hareketiyle çubuk veya tüp şeklindeki parçaların dövülmesidir.
12
ġekil 8: Radyal Dövme Yöntemi 2.1.7. Ġzotermal Dövme: Kalıbın iş parçası sıcaklığına kadar ısıtılması izotermal dövmedir. Pahalı bir yöntemdir. Titanyum ve Nikel gibi malzemeler dövülür. 2.1.8. Orbital Dövme: Dövülecek olan malzemenin yörünge hareketi yapan bir üst kalıp ile rotasyon hareketi olmayan bir alt kalıp arasında dövülerek şekillendirilmesidir.
ġekil 9: Orbital Dövme Yöntemi YapılıĢı ve Örneği 2.1.9. Maçalı Dövme: İçi boşluklu, tesisat armatürleri gibi parçaların dövme yöntemiyle edilebilmesi için maçalı dövmeden yararlanılır. Genellikle sıcak olarak ve demir-dışı metallere uygulanır.
13
2.1.10 Sinter Dövme: Toz metalürjisi yöntemiyle üretilecek parçalara uygulanır. Toz halindeki metal kalıba doldurulur ve sinterlemenin gerçekleşeceği sıcaklıklarda dövülür. Bazı durumlarda önceden sinterlenmiş parçalara ikinci biçimlendirme yöntemi olarak dövme uygulanır. Bu sayede sinter parça içindeki gözenek miktarı azalır ve özellikleri olumlu etkilenir. 3. HADDELEME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ İki tane döner merdanenin basma kuvvetinin etkisiyle araya giren malzemeye soğuk ya da sıcak olarak plastik şekil verme işlemine haddeleme denir. Haddeleme yoluyla kare, yuvarlak, yassı, çokgen, kesit, köşebent, T demiri, I demiri, U demiri, ray gibi mamuller üretilir. Haddelemenin en temel hammaddesi 1x1x1.5 m boyutlarında çok büyük ingotlardır. Bunlar yere döşeli tav fırınlarında tavlandıktan sonra vinçlerle kaldırılarak blok haddelerinden geçirilir. İlk mamuller olan slab, blum ve kütük adını verdiğimiz yarı mamuller elde edilir. Slab dikdörtgen kesitli; blum ve kütük kare kesitlidir. Her 3 yarı mamulden sırasıyla elde edilen diğer yarı mamuller yukarıdaki şekilde görülmektedir. Bu tablonun önemli olduğu unutulmamalıdır. 3.1 Haddeleme Türleri: a) Sıcak Haddeleme: Haddeleme, sıcak ve soğuk olmak üzere ikiye ayrılabilir. Büyük oranlarda şekil değişimlerinin gerçekleştirileceği haddeleme işlemleri, genellikle malzemenin akma gerilmesinin düşük ve biçimlendirilme kabiliyetinin iyi olduğu yüksek sıcaklıklarda yapılır. Kokil kalıplara dökülen veya sürekli döküm tekniği ile katılaştırılan metallerin, birincil kristalleşmeler sonucu oluşan kaba taneli ve dendritik içyapıların kırılması, ancak SICAK HADDELEME sırasında büyük deformasyonlar uygulanması ile mümkün olur. Sıcak haddeleme yoluyla kütük, yassı kütük gibi ara ürünler ile saç, levha, çubuk, boru, ray ve diğer profiller gibi son ürünler üretilebilir. b) Soğuk Haddeleme: Soğuk haddeleme ile elde edilen çubuk, tel, saç, bant ve folyoların yüzey kalitesi çok yüksek olup, ürün boyutları çok dar toleranslar içinde kontrol edilebilmektedir. Ayrıca soğuk haddeleme sırasında oluşan pekleşme yardımıyla malzemenin dayanımının da istenilen düzeye çıkarılması mümkündür. Özellikle demir dışı metal ve alaşımları için soğuk haddeleme, yaygın olarak kullanılan bir dayanım artırma yöntemidir.
14
Belirli bir kalınlığa kadar sıcak haddelenerek inceltilmiş ara ürünlerin yüzeyleri asit banyolarında temizlenip tufaldan arındırılarak şekil verme işlemine soğuk haddeleme ile devam edilebilir. Soğuk haddeleme ile elde edilecek toplam kesit daralması malzemeye bağlı olarak %50-90 arasında değişmektedir.
ġekil 10: Haddeleme Profil Haddeleme Tel, çubuk, U-profil, I- profil ve ray gibi değişik kesitlere sahip madde ürünleri profil haddeleme ile elde edilir. Profil haddeleme, genellikle sıcak olarak ve her biri paso olarak adlandırılan birden fazla kademede yapılır. Kullanılan profil merdanelerinde, haddelenecek malzemeye birbiri ardına uygulanacak biçimlendirmelerin kesitlerine göre girinti ve çıkıntıları bulunur. Bu pasoların sayı ve biçimlerinin tasarımı büyük deneyim gerektirir. Profillerin elde edilmesinde kullanılan bu merdaneler kalibreli merdane olarak da adlandırılır.
ġekil 11: Profil Haddeleme Yöntemi 15
İçi boş profillerin haddelenmesine en iyi örnekler, haddeleme ile boru ve halka üretimidir. Boyuna ve çapraz haddeleme ile boru üretimine örnekler vardır.
ġekil 12: Haddeleme ile Tekerlek ve Halka Üretimi
16
3.2. Hadde Ürünlerinin Adlandırılması Mühendislikte yarı mamul olarak yaygın biçimde kullanılan haddelenmiş ürünlerin adlandırılışlarının bilinmesi ve doğru olarak kullanılması çok önemlidir. Ancak, bu alanda genel bir sınıflama mevcut olmayıp, örneğin demir esaslı ve demir dışı metallerin hadde ürünlerinin adlandırılışlarında farklılıklar olabilmektedir. Dolayısıyla burada verilen ve çelik üretim teknolojisinde kullanılan terminolojinin kesin sınırlar çizmediği bilinmelidir. Haddelemeye genellikle dökülerek veya Cu, Al gibi malzemelerde elektroliz yoluyla elde edilmiş bir ingot veya yassı kütükle başlanır. Demir esaslı malzemelerde ingotun ilk haddelenmesi ile elde edilen ürün, iri kütük olarak adlandırılır. Genellikle blumlar kare kesitlidir ve kesit alanı 200cm’den büyüktür. Haddeleme ile kesitin daha küçültülmesi halinde kütük elde edilir. Demir dışı metaller için bu terimler farklı olabilir nitekim döküm yoluyla elde edilmiş ara ürünler içinde kütük adı kullanılabilir. Blum, kütük ve yassı kütük ara ürünler olup haddelemeye devam edilerek son ürünlerde dönüştürülür. Ara ürünlerin haddelenmesiyle elde edilen yassı ürünler kalınlıklarına göre saç veya levha olarak adlandırılırlar. Genellikle 5mm’den kalın ürünler levha, inceler ise saç olarak adlandırılırlar. Kalınlığı 5mm’den az, eni de 50-60 cm. az olan haddelenmiş yassı ürünler ise bant olarak adlandırılır. Profil haddeleme ile elde edilen son ürünler, biçim ve kesit büyüklüklerine göre tel, filmaşin, çubuk, I profil gibi değişik isimlerle anılırlar. 4. EKSTRÜZYON YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ Bu imalat yöntemi genellikle hafif metaller (Al, Cu, Mg, vs. gibi için uygulanır. Metal bir takoz bir alıcı kovan içine konur bir ıstampa vasıtasıyla metal takoza baskı yapılır. Metal takoz zorla matris adını verdiğimiz kalıp içerisinden geçirilir. Böylece ekstrüzyon yoluyla imalat gerçekleşmiş olur. Dört tip ekstrüzyon yöntemi vardır. 4.1. Direk (Vasıtasız) Ekstrüzyon Yöntemi Direk ekstrüzyon yönteminde, alıcı içindeki blok ıstampa tarafından itilerek diğer uçtaki matris deliğinden geçirilir. Malzeme akışı ve zorlama yönü aynıdır. Matris sabittir, ıstampa ve blok alıcıya göre bağıl hareket yaparlar. Bu bağıl hareketten dolayı alıcı ile blok arasında sürtünme meydana gelir.
17
ġekil 13: Direk Ekstrüzyon Yöntemi Sürtünme kuvveti bloğun matrise doğru ilerlemesini engeller, gerekli ekstrüzyon kuvvetini ve ekstrüzyon artığını arttırmaktadır. Ayrıca blok ile alıcı arasındaki sürtünmeden dolayı blok çevresi yavaş, blok merkezi hızlı hareket ederek blok sonunda huni biçiminde bir boşluk meydana gelmektedir. Büyük ekstrüzyon kuvveti uygulayıp, bloğun tamamı ekstrüzyon edilse dahi yan mamulün sonu hatalı olmaktadır. Bu nedenle direk ekstrüzyon yönteminde belli bir miktar ekstrüzyon artığı bırakılmaktadır. Direkt ekstrüzyon yöntemi dezavantajlarına rağmen takım düzenlenmesi basit ve işletme yönünden kolay olduğundan çok tercih edilen bir yöntemdir. İstenilen uzunluk, çap ve kalınlıkta mamul elde etme imkânı sağlar. Çeşitli içi dolu ve boş profiller kolaylıkla elde edilebilmektedir. Takım düzenlenmesi kolaydır. İşletme açısından kolaylıklar sağlar. Zarf oluşturularak ekstrüzyon etme imkânı olduğundan blok yüzeyindeki pislikler mamul yüzeyine intikal etmez. Bu nedenle de blokların ekstrüzyon önce bir ön işleme tabi tutmak gerekmez. 4.2. Endirekt (Vasıtalı) Ekstrüzyon Yöntemi Endirekt ekstrüzyon yönteminde matris, içi boş bir ıstampanın ucuna monte edilir ve ıstampa ile birlikte hareket eder. Matris hareketli, blok sabit olduğundan ıstampa alıcıya göre bağıl hareket yaparken, blok ile alıcı arasında bağıl bir hareket yoktur. Malzeme akışı ile zorlama yönü tam zıttır.
18
Bu yöntemde ile ekstrüzyonda, blok yüzeyi ile alıcı cidarı arasında sürtünme oluşmadığından gerekli ekstrüzyon kuvveti azalmaktadır. Endirekt ekstrüzyon kayıp miktarı direkt ekstrüzyon a göre çok azdır. Aynı zamanda malzeme akışı daha düzenli olmakta ve ekstrüzyon hatalarının oluşum oranı azalmaktadır.
ġekil 14: Endirekt Ekstrüzyon Yöntemi
Avantajları: 1. Gerekli ekstrüzyon kuvvetinin yaklaşık %30 azalması nedeni ile daha yüksek ekstrüzyon oranları, daha düşük blok sıcaklığı, daha yüksek ekstrüzyon hızları kullanılabilir. 2. Daha uzun blok kullanma imkânı, 3. Daha az ekstrüzyon artığı 4. Düzgün bir malzeme akışı, 5. Ekstrüzyon edilen profilin uzunluğu boyunca daha iyi boyut hassasiyeti sağlaması, 6. Ekstrüzyon edilen profilin uzunluğu boyunca daha üniforma kalite, daha uzun takım ömrü,
19
Dezavantajları: 1. İçi boş ıstampanın çapı, boyu eğilme gerilmesi dolayısıyla sınırlanmaktadır. 2. Ekstrüzyon profilinin boyutları içi boş ıstampa tarafından sınırlanmıştır. 3. Karmaşık kesitler için uygun değildir. 4. Takım ölçüleri alıcı tarafından sınırlandırılmıştır. 5. Çok yüksek ekstrüzyon sıcaklığı kullanılmaz. 4.3 Hidrostatik Ekstrüzyon Yöntemi Hidrostatik ekstrüzyon, bloğun alıcıda ıstampa kuvvetinin etkisi ile değil, basınç ortamı ile matristen geçirildiği bir yöntemdir. Bu yöntemde blok, yüksek basınç akışkanı ile çevrilmiştir ve akışkanın basıncı ile ekstrüzyon edilmektedir. Blok ile takımlar arasında sürtünme olmadığından gerekli ekstrüzyon kuvveti daha az olmaktadır. Aynı zamanda ideal akış tipi sağlamaktadır. Hidrostatik ekstrüzyonun araştırılmasında ki temel amaç kırılgan ve zor şekillendirilen malzemelerin hidrostatik basınçlar altında şekillendirilebilme özelliği kazanmaları ve kolaylıkla şekillendirilebilmektedir. Uygulamada hidrostatik ekstrüzyon sadece kırılgan malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılmayıp, alüminyum ve bakır gibi sünek malzemelerin işlenmesinde de avantajlar sağlamaktadır. Bu yöntemde hem sıcak, hem de soğuk blokla çalışmak mümkündür. Hidrostatik ekstrüzyonu radyal basınç eksenel basınca eşittir.
ġekil 15: Hidrostatik Ekstrüzyon Donatımı
20
Üstünlükleri: 1. Blok ile alıcı cidarı arasında sürtünme olmaz, bu nedenle işlem başlangıcındaki ıstampa kuvveti oldukça küçüktür. Teorik olarak istenilen uzunluktaki bloklar kullanılmalıdır. 2. Şekillendirme esnasında meydana gelen yağ film, metal-metal temasını engellediğinden sürtünme azalır ve bunun neticesi olarak sürtünmenin sebep olduğu hatalar önlenebilir. 3. Azalan pres kuvveti ve matris sürtünmesi ile yüksek oranlarına ulaşılabilir. 5. ÇEKME YOLUYLA PLASTĠK ġEKĠL VERME YÖNTEMĠ Çekme yönteminde malzemeler matris olarak adlandırılan bir kalıp içinden geçirilerek kesitleri daraltılır ve biçimlendirilir. Bu plastik şekil değişimini gerçekleştirmek için parçaya çıkış tarafından bir çekme kuvvet uygulanır. Bu yöntemde şekil değişimini sağlayan, metalin kalıpla temas yüzeyinde ortaya çıkan dolaylı basma gerilmelerdir. Çekme yöntemiyle genellikle dairesel kesitli veya eksenel simetrisi olan ürünler elde edilirler. Yöntem yüksek bir yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti elde etmek için uygundur. Başlangıç malzemesi olarak hadde, ekstrüzyon veya diğer yöntemlerle şekil verilmiş ara ürünler kullanılır. Genellikle sıcak şekil verme ile elde edilmiş olan bu ara ürünlere çekme öncesinde gerekli yüzey temizleme ve hazırlama işlemleri uygulanır. Elde edilen ürünün kesit biçimi ve büyüklüğüne bağlı olarak bu yöntem çubuk, tel ve boru çekme olarak sınıflandırılabilir. Çekme sıcak ve soğuk olarak sınıflandırılabilir. Çekme sıcak ve soğuk olarak uygulanabilir ancak genellikle soğuk çekme tercih edilmektedir. Fakat soğuk çekmede dahi sırasında parça içinde deformasyon ve sürtünme kaynaklanan büyük miktarda ısı oluşumu söz konusudur. 5.1. Çubuk ve Tel Çekme Yöntemi Her ikisinin de prensibi aynıdır. Tel çekmede ürün bobin veya kangal olarak sarılabilir ve buna karşın çubuk çekmede ürünün düz çekilmesi gerekir. Bu nedenle her iki işlemde kullanılan teçhizatlar farklıdır.
21
ġekil 17: Çubuk Çekme Yöntemi
Çubuğa yüzeyi temizleme işlemi yapıldıktan sonra, ucu inceltilerek matristen geçirilir ve çekme arabası üzerindeki bir çeneye tutturulur. Hareket zincirle tahrik edilerek veya bir hidrolik mekanizma ile verilir. 150 tona kadar kuvvetlerin uygulanabildiği, 30 metre boyunda 10-100 m/ dk hızlarında çekme teçhizatları vardır. Bir çekme makinesinin en önemli elemanı, içindeki şekil değişiminin gerçekleştiği matristir. Matrislerde giriş, konik deformasyon bölgesi, silindirik kılavuzlama ve çıkış olmak üzere 4 ayrı bölge vardır. Çan biçimindeki giriş kısmı yağlayıcıyı matris içine çekecek şekilde biçimlendirilmiştir. Matrisin en önemli karakteristiği şekil değişiminin gerçekleştiği konik bölgenin tepe yarım açısıdır. Tel çekme işlemine yüzeyi mekanik olarak veya asitle temizlenmiş bobin veya kangal şeklinde sarılmış malzemelerle başlanır. Çekilecek malzemenin yüzeyine genellikle bir kaplama uygulanır. Matrisler çubuk çekmede kullanılanların benzeridir. Yağlayıcı olarak kuru çekmede kullanılanların benzeridir. Yağlayıcı olarak kuru çekmede gres veya sabun tozu kullanılır ve yaş çekmede ise bütün matris sıvı yağlayıcı içindedir. Tel çekmede birbirini izleyen kademeler genellikle arka arkaya yerleştirilir. Her bir kademede gerçekleştirilecek kesit daralması, ince tellerde kademe başına %15-25, kalın tellerde ise %20-50 arsına seçilir. Modern cihazlarda çekme hızları 1000 m/dak gibi çok yüksek değerlere ulaşır. Soğuk çekmede pekleşen malzemeye içyapının tekrar şekil değiştirme kabiliyeti kazanması için, yeniden kristalleştirme veya normalizasyon gibi ara tavların uygulanması gerekebilir.
22
6.SAC ĠġLEME YÖNTEMLERĠ Saçların şekillendirilmesi ile elde edilen sayısız ürüne tipik örnekler olarak çeşitli türde taşıtların gövdeleri, tencereler, jant kapakları, içecek kutuları gösterilebilir. Bükme: Dairesel kesitli borular, otomobillerin egzoz sistemleri, soğutma ve ısıtma donanımları, sıhhi tesisatlar, yakıt hatları gibi çok önemli ve çeşitli alanlarda kullanılırlar. Bükme yöntemleri, günümüzde nümerik kontrollü makinelerde uygulanır. Gererek Ģekillendirme: öncelikle uçak ve otomobil endüstrilerinde uygulanan bir yöntemdir. Otomobillerin tavan saclarıyla çamurluklar, uçak kanatları bu yöntemle üretilen parçalardır. Tüplerin ĢiĢirilmesi: Bu işlemle, tüp şeklindeki bir parçanın çapı, lastik veya poliüretan gibi bir takoz veya hidrolik basınç vasıtasıyla bir veya birkaç yerden şişirilir. Bu işlemin uygulandığı tipik ürünler olarak maşrapalar ve variller gösterilebilir. Derin çekme: Sac levhalardan kap şeklinde parçalar elde etmede kullanılan yöntemlerin başında gelir. Lastikle Ģekillendirme: Daha önce açıklanmış olan sac işleme yöntemlerinde metal takımlar kullanılmaktadır. Bu takımlarda örneğin matris metal yerine lastik veya poliüretan olduğu takdirde ucuzluk sağlanacağı gibi şekillendirilen sacın metal matris yerine yumuşak bir malzemeyle temas etmesi nedeniyle de yüzeyinde herhangi bir çizilme olmaz. Sıvama: Sacların rijit bir takım vasıtasıyla dönen bir kalıp (mandrel) üzerine bastırılarak eksenel simetrik kap şeklinde parçalar üretilmesi yöntemine sıvama denir. Başlıca üç tip sıvama yöntemi vardır: elle sıvama, kesme kuvveti ile sıvama ve boru sıvama. Süper plastik Ģekillendirme: Süper plastik alaşımların, şekillendirildikleri sıcaklıklarda, dayanımlarının nispeten düşük olması, düşük dayanımlı takımların kullanılabilmesini ve dolayısıyla kalıp maliyetinin azalmasını sağlar. Ayrıca, şekillendirme işleminden sonra iş parçalarında kalıntı gerilmeler ya küçüktür yâda hiç yoktur.
23
Yüksek enerjili Ģekillendirme: Bu yöntemlerde uygulanan çok yüksek kuvvet yükleme hızlarında birçok metalin daha kolaylıkla değiştirdiği görülmektedir. Sonuç olarak bu yöntemlerle büyük parçalar ve şekillendirilmesi zor metaller daha ucuz takım ve donatımla şekillendirilebilmektedir. Yüksek enerjili şekillendirmenin bir diğer üstünlüğü de geri yaylanma bakımından sorun yaşanmamasıdır. Kabartma: Sac üzerinde harf ve çeşitli şekillerin elde edildiği kabartma işlemi esas olarak derinliği sac kalınlığının en çok üç katı olan çok sığ bir sac çekmeden ibarettir. Bu yöntemlerin haricinde kenarlama ve katlama yöntemleri de endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.
KAYNAKLAR: 1. Demir dışı Malzemeler ders notları, Prof. Dr. Müzeyyen Marşoğlu 2. http://www.itunot.com/forum/e-book/899-plastik-sekil-verme-yontemleri 3. http://www.ofismuhendis.com/plastik-sekil-verme-konu-anlatimi-t513.html 4. http://w3.balikesir.edu.tr/~ay/articles/UlusalEO5.pdf 5. Metallere Plastik Şekil Verme- Prof. Dr. Levon Çapan
24
25
