SAC ŞEKİLLENDİRME İŞLEMLERİ

Transkript

1 SAC ŞEKİLLENİRME İŞLEMLERİ Kalınlıkları diğer iki oyutlarına (genişlik ve uzunluk) göre küçük olan nispeten ince aşlangıç parçalarının kesme ve şekillendirme işlemleridir. 6 mm ve altında kalınlığa sahip olan parçalar sac, 6 mm üzerinde kalınlığa sahip olan parçalar plaka olarak adlandırılır. Sac şekillendirme ile imal edilen parçalar; otomoil, uçak, tren, lokomotif gövdeleri, inşaat ekipman ve aletleri, eyaz eşya, ofis moilyası, mutfak eşyaları ve içecek kutuları aşta olmak üzere çok geniş ir alanda kullanılan ticari önemi yüksek ürünlerdir. İş parçası çok kalın ve gevrek olmadığı sürece genellikle işlem soğuk şartlarda gerçekleştirilir. Sac metal şekillendirme işlemleri dört ana grupta incelenir: Kesme, Bükme, erin çekme, Gererek şekillendirme. 1. KESME: Sac metalin iri sait iri hareketli iki keskin kenar arasında makaslama işlemidir. Uygulamada asıncı yoğunlaştırarak işlemi kolaylaştırmak için giyotin de denilen zıma eğimli yapıdadır. Kesme işleminde ana iş parçasından ayrılan kısım ürün veya hurda olailir. 1

2 Sac metal kesmedeki işlem parametreleri zıma ile kalıp arasındaki oşluk, sac kalınlığı, malzeme cinsi, mukavemeti ve kesme uzunluğudur. Kesme işlemindeki oşluk ( c ) zıma ile kalıp arasındaki mesafe olup malzeme özelliğine ve sac kalınlığına ağlı olarak elirlenir. Geleneksel işlemlerde sac kalınlığının % 4 ila 8 i kadar olan oşluk çok hassas tıraşlama ve parça çıkarma işlemlerinde sac kalınlığının % 1 i kadardır. Boşluk optimum değerinden küçük olduğunda gerekli kesme kuvveti üyürken, oşluğun fazla olması çapağı üyüterek ürün kalitesini olumsuz etkiler. Sac metalin cinsine ve kalınlığına ağlı olarak oşluk; c ta c şeklinde ifade edilir. Burada; t sac kalınlığı ve A c müsaade edileilir oşluk değeri olup; düşük dayanımlı malzemeler için 0,045; orta dayanımlı malzemeler için 0,060 ve yüksek dayanımlı malzemeler için 0,075 değeri kullanılır. Buna göre 2c ve kalıp oşluğu çapı çapı 2c olmalıdır. h iken h çaplı yuvarlak ir iş parçası için zıma çapı çaplı yuvarlak ir delik için zıma çapı h ve kalıp oşluğu 2

3 İş parçası veya hurdanın kalıptan dışarı kolay çıkailmesi için kalıp oşluğuna 0,25 o ila 1,5 o eğim verilir. Gerekli kesme kuvveti; F tl ağıntısı ile hesaplanır. Burada; iş parçasının kayma dayanımını, t sac kalınlığını ve L kesme kenarı uzunluğunu ifade eder. Bu hesaplamada tüm kesitin aynı anda kesildiği kaul edilmekle irlikte, uygulamada eğimli zıma ile işlemin zamana yayıldığı unutulmamalıdır. Örnek: 150 mm çapındaki yuvarlak ir disk 3,2 mm kalınlığındaki sert çelikten kesilerek çıkartılmıştır. İş parçasının kayma dayanımı 310 MPa olduğuna göre zıma ve kalıp çapları ile kesme kuvvetini hesaplayınız. c ta (3, 2)(0,075) 0, 24 mm c Kalıp oşluğu çapı= 150 mm Zıma çapı= 2c 150 2(0,24) 149,52 mm F tl t( ) 310(3, 2) (150) N Kesme işleminin pek çok farklı uygulaması ulunur. 3

4 2. BÜKME: Tarafsız eksen etrafında eğilen sacın çekme ve asma gerilmeleri altında şekillendirilmesi işlemidir. Metal plastik deformasyona uğrayarak kalıcı şekil değiştirir. Yük kalktıktan sonra şekil değişiminin elastik kısmı geri yaylanmaya neden olur. Bükme işlemi sac kalınlığında özellikle eğilme ölgesinde az da olsa ir incelmeye neden olur. Bükme işleminde kullanılan yaygın iki yöntem; V ükme ve kenar ükmedir (kıvırma). Genellikle akant preslerle yapılan V ükme ile çok ve çok geniş açılar elde edileilir. 4

5 Kenar ükmede asınçlı ir sac tutucu iş parçasını kalıa astırırken zıma parçayı kalıp kenarı üzerine eğer. Maksimum kıvırma açısı 90 o dir. aha yüksek açılar için silme kalıı denen karmaşık ve pahalı ekipmanlar gerektiğinden yüksek imalat miktarlarında kullanılırlar. Pek çok farklı uygulama şekli ulunur. Kanal ükme U ükme Serest (havada) ükme 5

6 irsek ükme Kırıştırma Tüp ükme Bükmede eğme (ükme) yarıçapı ( R ) sac kalınlığına göre küçükse, ükme esnasında sac uzama eğilimi gösterir. Son ükülmüş kesitin gerdirme olmadan önce tarafsız eksen oyunu ifade eden ve eğme toleransı veya müsaade edileilir eğme olarak adlandırılan değer ükmede önemli olup; A 2 ( R Kat) 360 ' ağıntısı ile ifade edilir. Burada; 180 o eğme açısını ( ) 180 o ye tamamlayan açı değeri ve ise gerdirme tahmin faktörü olup eğme yarıçapının sac kalınlığına göre küçük olduğu durumlarda; K a R 2t için 0,33 ve R 2t için 0,50 değeri kullanılailir. Şekil vermeden sonra zıma kaldırıldığında ükülen parçada kalan elastik enerji toparlanma ile parçayı orijinal şekline döndürmeye çalışır. Özellikle saclarda kesitin zayıflığı nedeniyle önemli olan u olay geri yaylanma olarak adlandırılır. ' Geri yaylanma ile ükme açısı üyür. Geri yaylanma; ' ' t SB ' t ağıntısı ile ifade edilir. Burada, dayanımının ( akma ' t zıma açısıdır. Elastiklik (Young) modülünün ( E ) ve akma ) artışıyla artan geri yaylanmayı telafi etmek için kullanılan iki yaygın yöntem ulunur: aşırı ükme ve ezme (aşırı yükleme). Aşırı ükmede zıma açısı ( ) ve radyüsü ( R ) istenen 6 ' t t

7 ükme açısından iraz daha küçük yapılır. Ezmede ise parça kalıp ile zıma arasında elirli ir kuvvet ile sıkıştırılarak ükme ölgesinde plastik deformasyon arttırılır ve pekleşme sağlanarak geri yaylanma azaltılır. Bükme işleminin etkin şekilde gerçekleşeilmesi için gerekli kuvvet; zıma ve kalıın geometrisi, sacın dayanımı, kalınlığı ve enine ağlı olup en yüksek kuvvet; F K f wt ç 2 ağıntısı ile hesaplanır. Burada; ç sac metalin çekme dayanımı, w kalıp açıklık oyutu ve K f faktör 1,33 iken kenar ükme için 0,33 değerini alır. sac genişliği, t sac kalınlığı, ise ükme faktörü olup ükme işleminin türüne ağlıdır. V ükme için u Örnek: V ükme ile şekildeki gii ükülen ir sac metalin elastiklik modülü 205 GPa, akma dayanımı 270 MPa ve çekme dayanımı 450 MPa olduğuna göre aşlangıç sac oyunu ve kalıp açıklık oyutu 2,5 mm için ükme kuvvetini hesaplayınız. R 4,5 mm 2t 6, 4 mm K a 0,33 ' A 2 ( R Kat) 2 ( R Kat) 2 (4, 75 0,33*3, 2) 6, 08 mm Sac oyu; L 38 A 25 69,08 mm 7

8 V ükme için Kf 1, Kf çwt (1,33)(450)(44,5)(3, 2) F N 2,5 Sac ükme ile flanş ükme, katlama, dikme ve kıvırma gii işlemler gerçekleştirilir. üz flanş ükme Germeli flanş ükme Sıkı flanş ükme Katlama ikme Kıvırma Bükme ile tüp ve oru şeklindeki iş parçaları da şekillendirilir. Germeli ükme 8

9 erin çekmeli ükme 3. ERİN ÇEKME: Silindirik ve prizmatik kap şekillerin veya daha karmaşık konkav parçaların imalatında kullanılan yöntemdir. İşlem, iş parçasının kalıp oşluğu üzerine yerleştirilerek zıma ile sacın oşluğa doğru itilerek akıtılmasıyla sağlanan sac şekillendirme işlemidir. Çapı olan sacın çapı p olan zıma ile kalıp oşluğuna itilerek derin çekilmesi işleminde malzeme akışının etkin şekilde gerçekleşeilmesi için yaygın olarak ir askı plakası (sac tutucu) ile sacın etek kısımlarına asınç uygulanarak hareketi yavaşlatılır. Bu nedenle yırtılma olmaması için kalıp ve zıma köşeleri yuvarlatılır. Köşe yuvarlatma olmaması durumunda istenmeyen delme işlemi gerçekleşir. Kalıp ve zıma kenarları arasındaki oşluğa kalıp oşluğu ( c ) denir ve değerinin sac kalınlığından (t ) en az % 10 fazla olması gerekir ( c 1,1t ). erin çekme işlemi esnasında sac dar ir ölgeye akmaya zorlandığından dolayı parçada karmaşık gerilme ve deformasyon durumları ortaya çıkar. Sac tutucu kuvvetinin gereğinden fazla olması sacın yırtılmasına, az olması ise kırışmaya neden olur. erin çekme oranı işlemi ölçmede kullanılan en önemli parametre olup; R p 9

10 ağıntısı ile hesaplanır. erin çekileilirliğin ifadesi olan u değer zıma ve kalıp köşe yuvarlatmalarına, sürtünme şartlarına, çekme derinliğine ve sac metalin süneklik ve anizotropi gii özelliklerine ağlı olup normal şartlarda maksimum değeri 2 civarındadır. erin çekmeyi karakterize eden diğer önemli ir parametre indirgeme olup; r p ağıntısı ile hesaplanır. R 2 kaulüyle r 0,5 olur. Sac kalınlığının sac çapına oranı ( t/ ) da önemli ir derin çekme parametresi olup değerinin % 1 den üyük olması istenir. Bu oran küçüldükçe sacın kırışma eğilimi artar. Bu üç değerin sınır değerleri aşması durumunda genellikle derin çekme işlemi ılık veya sıcak şartlarda gerçekleştirilir veya işlem kademelendirilerek kademeler arasında yumuşatma işlemi yapılır. erin çekme için gerekli kuvvet yaklaşık olarak; F ( p) t( ç)( 0,7) p ağıntısı ile hesaplanır. Sac tutucu kuvveti ise yine yaklaşık olarak; F t R 2 2 h 0,015( akma ) [ ( p 2,2 2 d ) ] ağıntısı ile hesaplanır. Burada, kuvvetinin % 30 u kadardır. R d kalıp köşe yarıçapıdır. Sac tutucu kuvveti genellikle derin çekme Örnek: Çapı 75 mm ve yüksekliği 50 mm olan silindirik ir kap derin çekme ile imal edilmektedir. Başlangıç sacının akma dayanımı 175 MPa, çekme dayanımı 300 MPa, çapı 138 mm ve kalınlığı 2,4 mm olduğuna göre işlemin uygunluğunu inceleyerek derin çekme ve sac tutucu kuvvetini hesaplayınız. R 138 1, p 10

11 p r 0, 46 0,5 138 t/ 2, 4 /138 0,017 0,01 olduğundan işlem uygundur. 138 F ( p) t( ç)( 0,7) (75)(2,4)(300)( 0,7) N 75 p F t R Fh 2 2 h 0,015( akma ) [ ( p 2,2 2 d ) ] 2 2 (0, 015)(175) [138 (75 2, 2(2, 4) 2*6) ] erin çekme işleminin farklı ir uygulaması ters (zıt veya karşıt) derin çekmedir. N erin çekme işleminin sac tutucu kullanmadan gerçekleştirilen uygulamaları da ulunur. 11

12 erin çekme işleminde, sacın dar ir ölgeye akmaya zorlanmasından dolayı parçada karmaşık gerilme ve deformasyon durumları ortaya çıktığından ve hassas olarak analiz edilmesi gereken ir işlem olduğundan pek çok farklı kusur ortaya çıkması söz konusudur. Etek (Flanş) uruşması uvar uruşması Yırtılma Kulaklanma Çizilme erin çekilmiş ir parçada sac etek kısımlarından tutulduğundan kaın yan yüzeylerinde incelme gerçekleşir ve kalınlık homojen olmaz. aha düzgün ir duvar kalınlığı elde etmek için ütüleme işlemi yapılır. 12

13 4. GEREREK ŞEKİLLENİRME: İş parçasının uç kısımlarından çenelerle tutularak gerdirildiği ve istenen şekle eğildiği sac şekillendirme işlemidir. Gerdirme ve eğmenin ileşke etkisi işlem sonundaki geri yaylanmayı azaltır. üşük imalat miktarlarında da ekonomik olan yöntem havacılık ve uzay endüstrisinde yaygın kullanılır ve karmaşık geometrilerin elde edilmesine imkân sağlar. Yaygın kullanılan diğer sac şekillendirme işlemleri; merdane ile eğme, sıvama, patlatma, elektrohidrolik şekillendirme ve elektromanyetik şekillendirme işlemleridir. Merdane ile eğme 13

14 Geleneksel sıvama Kanal sıvama 14

15 ıştan tüp sıvama İçten tüp sıvama Patlatarak şekillendirme Elektrohidrolik şekillendirme 15

16 Elektromanyetik şekillendirme Sac metalin elirli ölgelerinin şekillendirilmesi için çeşitli sac şekillendirme işlemleri kullanılır. Kaartma Çentik açma Özellikle havacılık ve uzay endüstrisinde uzun yıllardır kullanılan ir yöntem olan kauçuk zıma ile şekillendirme elastik zıma sayesinde iş parçasındaki yüzey hasarlarını azaltır. 16

17 Bu yöntemin daha gelişmiş ve etkin ir uygulaması kauçuk diyaframla irlikte hidrostatik etkinin kullanıldığı hidro şekillendirme işlemidir. Sac metal işlemlerinde kullanılan presler sait alt tala ve hareket verilen zımadan (koç) oluşan ir makina takımıdır. Koç zemine doğru hareket eder ve tekrar zeminden uzaklaşarak çeşitli kesme ve şekillendirme işlemlerini yapar. 17

18 Sac metal pres makinalarında tahrik için üç temel yöntem kullanılır. Eksantrik Kranklı Oynar ağlantılı 18