Konstrüksiyon Sistematiği -8-

Transkript

1 Konstrüksiyon Sistematiği -8- DÖKÜM, DÖVME VE TOZ METALURJİSİ İLE ŞEKİLLENDİRME Doç.Dr. Ahmet DEMIRER 1 Kaynak: Cürgül İ.,Sınmazçelik T., Makine Tas. Ve Şekillendirme Tek.,Birsen yayınevi, İst Model adı verilen bir parçanın bir kalıp içinde oluşturduğu boşluğa dökülen ergimiş metalle gerçekleştirilen üretim şekline genel olarak döküm adı verilir. Üretilen parçadaki delik ve çıkıntılar için modelin oluşturduğu boşluğa maçalar yerleştirilir. Günümüzde kum kalıba döküm, metal kalıba (kokil) döküm, kuyumcu (hassas) dökümü gibi birçok döküm çeşidi vardır. 2 Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi 1. Bozulabilir kalıp yöntemleri Kalıp, parçayı çıkarmak için dağıtılır Üstünlüğü: daha karmaşık şekiller mümkündür Eksikliği: dökümün kendisinden çok kalıbı yapma süresinin uzunluğu nedeniyle üretim hızı genellikle düşüktür 2. Kalıcı kalıp yöntemleri Kalıp metalden yapılır ve çok sayıda döküm için kullanılabilir Üstünlüğü: yüksek üretim hızları Eksikliği: kalıbı açmak gerektiğinden geometriler sınırlıdır 3 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ İTÜ Makina Fakültesi Bunlardan en eskisi olan kum kalıba dökümde kalıp, sıkıştırılmış kumdan yapılır. Kokil dökümde ise, kum yerine çelik kalıp ve çelik maçalar kullanılır. Çelik kalıplarla birlikte kum maçalar kullanılırsa buna yarı kokil döküm adı verilir. Sürekli kokil, püskürtme ve savurma (santrifüj) dökümler de esas itibariyle bir kokil dökümdür. Kuyumcu veya hassas dökümde model, alçak ergime noktalı mum, plastik gibi malzemeden yapılır. Kalıp yapıldıktan sonra ısıtılıp mum model eriyerek kalıptan dışarıya akıtılmak suretiyle kalıbın içerisinde arzu edilen boşluk ortaya çıktığından bu döküm şekline ergime döküm adı da verilmektedir. 4 1

2 Gerçek Savurma Döküm Savurmalı Döküm Gerçek savurma döküm ile boru döküm ekipmanı Yarı Savurma Döküm (a) Savurmalı döküm yöntemi : merkezkaç kuvveti metalin dönme ekseninden uzaklaşarak kalıp boşluklarına akmasına neden olur. (b) döküm parça 5 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ 6 İTÜ Makina Fakültesi Kum Döküm Hataları: Çökme Yaygın büzülme boşluğu Maça Dökülecek parçanın şekli, boyutu, ağırlığı ve düşük maliyeti bakımından kum kalıba dökümün sınırı yoktur. Ancak diğer döküm yöntemlerinin buna göre Kum dökümde boşluk ve çökme oluşumu ve önlenmesi: iki önemli üstünlüğü vardır: (a) yaygın görülen büzülme boşluğu, veya a)daha hassas yüzeyler ve bunun sonucunda daha az işleme payları (b) boşluk hatası oluşmassa yüzeydeki çökme hatası gerektirmesi, (c) maça kullanımıyla çökmenin önlenmesi b)üretim gücünün çok yüksek olması (seri üretim olanağı). Buna karşılık bu yöntemler, özellikle parça boyutları ve ağırlıkları bakımından, sınırlı kalırlar. Döküm yoluyla şekillendirilecek parçaların üretiminde aşağıdaki prensiplerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. 7 8 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ İTÜ Makina Fakültesi 2

3 Dökümle şekillendirmede prensipler: 1- Kesit değişiklikleri kademeli olarak yapılmalıdır. Yani ani kesit değişikliklerinden sakınılmalıdır. Keskin köşeler büyük çentik etkileri oluşturacağı gibi soğuma esnasındaki büzülmeden dolayı da çatlamalara sebebiyet verirler. Büyük kavisler ise döküm boşlukları meydana getirir. Şekilde bu konu ile ilgili birkaç örnek verilmiştir. 9 Dökümle şekillendirmede prensipler: Ayrıca Şekilde döküm parçaların çeşitli kesit değişimleri ile ilgili tasarım örnekleri, uygun olup olmama durumuna göre, verilmiştir Cidar kalınlıkları parçanın büyüklüğüne göre seçilmelidir. Cidar kalınlığının seçiminde, malzeme türü ve parçanın şekli de önemli faktörlerdir. Bazı malzemeler için önerilen cidar kalınlıkları Cetvel 8.1 de verilmiştir. Cetvel 8.1. çeşitli döküm parçaların cidar kalınlıkları Malzeme Minimum kalınlık (mm) Kır dökme demir: Küçük parçalar 3-3,5 450 mm ye kadar 6 7 Büyük parçalar Temper döküm: Küçük parçalar Nispeten büyük parçalar Dökme çelik: Küçük parçalar Orta boy parçalar 3-3, Prinç ve bronz döküm 2,5-3 Alüminyum ve alaşımları 3-3,5 11 Dökümle şekillendirmede prensipler: 3-Döküm yöntemi parça sayısına bağlı olarak seçilmelidir. -Az sayıda ve büyük parçalar için kum döküm, --parça sayısı 500 ün üstüne çıkması halinde kokil döküm ve -parça sayısı 1000 ila 5000 arasında olduğunda püskürtme döküm tercih edilmelidir. Püskürtme dökümde kalıpların ömrü alüminyum için , bakır ve alaşımları için adet civarında olup çinko için bu ömür sonsuz olarak kabul edilir. 4-Döküm parçanın modeli hazırlanırken çekme ve işleme paylan kesinlikle göz önüne alınmalıdır. a)kum dökümün işleme payları: Çelik dökümde : 550 mm parça büyüklüğüne kadar ±1,5 mm, daha büyük parçalarda her 25 mm için ±0,12 mm eklenmelidir. Temper döküm, alüminyum ve magnezyum alaşımlarının dökümünde: 150 mm parça büyüklüğüne kadar ±0,8 mm, daha büyük parçalarda her 25 mm için ±0,08 mm eklenmelidir. Kır dökümde: Çelik dökümden biraz az. Bakır alaşımlarının dökümünde: Çelik dökümden biraz fazla pay bırakılmalıdır. Bu döküm yönteminde açı toleransları 0,5 civarında seçilmelidir. 12 3

4 Dökümle şekillendirmede prensipler: b) Kokil dökümün işleme payları: Kokil dökümde kalıp metal kullanıldığı için maliyet pahalıdır. Bu nedenle boyut ve toleranslar uygun seçilmelidir. Bu döküm yönteminde köşe yuvarlatmalar ve geçiş kavisleri 1,5 mm ile 4,5 mm arasında seçilir. 150 mm ye kadar olan parça büyüklüğü için ±0,25 mm ve 150 mm den büyük parçalar için her 25 mm de ±0,05 mm eklenerek işleme ve çekme payı bırakılmalıdır. c)püskürtme dökümün işleme payları: Bu döküm yöntemi genellikle düşük ergime noktalı malzemelere uygulandığı için, köşe yuvarlatmalar 1,5 mm ve işleme paylan da 0,25 mm kadar alınabilir. Dökümle şekillendirmede prensipler: 5-Malzeme türüne göre özel önlemler düşünülmelidir. Bunlardan bazıları: a)dökme demir: Basma mukavemeti çekmeye göre daha büyüktür. Bu nedenle dökme demir parçalar mümkün olduğunca basıya zorlanmalıdır. Şekildeki konsol buna örnek gösterilebilir Dökümle şekillendirmede prensipler: b)dökme çelik: Dökme demir kadar akıcı değildir. Bu nedenle karışık şekilli parçaların dökümü zordur. Ayrıca elemandaki artık gerilmelerin giderilmesi için döküm sonrası tavlama yapılmalıdır. c)hafif metaller: Elastiklik modülünün küçük olduğu, çentik etkilerine karşı hassaslığı ve ısıl genleşmelerinin nispeten büyük olduğu unutulmamalıdır örneğin magnezyumun elastiklik modülü küçük olduğundan büyük rijitlik istenen parçalarda kesitler büyük tutulmalı; alüminyum alaşımlarının çentik etkilerine olan hassasiyeti nedeniyle zayıf kesitlerden kuvvetli kesitlere geçişte büyük yuvarlatma yarıçapları seçilmelidir. Dökümle şekillendirmede prensipler: 7-Döküm maliyetini düşürmek ve döküm işlemlerini kolaylaştırmak için parçaların, özellikle gövdelerin, genel şeklinin basit olmasına dikkat edilmelidir. Gerekli durumlarda karışık şekilli parçalar basit kısımlara ayrılarak döküm işlemi gerçekleştirilir ve daha sonra bu parçalar cıvatalar yardımıyla birleştirilebilir (Şekil 8.5). 6-Rijit ve hafif yapıdaki bir tasarım için kaburgalı döküm yolu tercih edilmelidir. Ancak kaburgaların kesişme noktalarında oluşabilecek boşlukları önlemek gerekir (Şekil 8.4)

5 Dökümle şekillendirmede prensipler: 8.Parçalar dökümden sonra işlenecekse; a) Parçalar tezgaha sıhhatli ve kararlı bir şekilde bağlanmalıdır b) Yüzeylerin tam olarak işlenmesi ve takımın serbest hareketi için işlenecek yüzeylerin uç kısımlarında yeter büyüklükte yer bırakılmalıdır. c)işlenecek yüzeyler aynı düzlemde olmalı ve işleme mümkün olduğu kadar bir bağlamada yapılabilmelidir (Şekil 8.6). 17 d)işlenecek yüzeyler mümkün olduğunca yatay (Şekil 8.7a) ve delik eksenlerine dik (Şekil 8.7b) olmalıdır. 9- Dış maça kullanmaktan olanaklar çerçevesinde kaçınılmalıdır. Bunlar döküm işçiliğinin artmasına neden olur (Şekil 8.8). 10-Modelin kumdan kolay çıkabilmesi için eğimler verilmelidir (Şekil 8.9). Bu eğimler 1:20 ila 1:50 arasında seçilebilir Aynı seviyedeki işleme yüzeyleri mümkünse bir tek işleme yüzeyi olacak şekilde seçmelidir. Şekil 8.10a 'daki kapakta cıvata başı oturma yüzeyleri düşey freze ile tek tek yapılabileceği gibi, Şekil 8.10b deki gibi tek bir işlemde tornalama yöntemiyle de yapılabilir. Bu ikinci durumda işçilik çok daha azdır. 13. Büyük oturma yüzeyleri uygun form verilerek azaltılmalıdır (Şekil 8.12). Bu durum hem parçanın daha düzgün oturmasını hem de daha az yüzeyin işlenmesini gerektirir

6 Yüzey Eğim Toleransı Ürün Tasarım Prensipleri Parça tasarımındaki küçük değişiklikler, maça ihtiyacını azaltabilir Boyut Toleransları ve Yüzey Kalitesi: Yönteme bağlı olarak dökümde boyutsal doğruluklarda önemli farklara ve yüzey kalitelerine ulaşılabilir: Kum dökümde kötü boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi Basınçlı ve hassas dökümde yüksek boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi Şekil Bir maça kullanımına ihtiyacı ortadan kaldıran tasarım değişikliği: (a) orijinal tasarım ve (b) yeni tasarım. 21 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ İTÜ Makina Fakültesi 22 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ İTÜ Makina Fakültesi Ürün Tasarım Prensipleri DÖVME YOLUYLA ŞEKİLLENDİRME Talaş Kaldırma Toleransları: Kum dökümde gerekli boyutlara ve parça özelliklerine ulaşmak için hemen tüm dökümlerin talaşlı işlenmesi gerekir Döküm üzerinde, talaş kaldırmanın gerekli olduğu tüm yüzeylerde, Talaşlı işleme toleransı olarak adlandırılan ilave malzeme bırakılır Kum dökümler için tipik talaşlı işleme toleransları 1,5 ile 3 mm arasındadır 23 Doç.Dr. Turgut GÜLMEZ İTÜ Makina Fakültesi Plastik şekillendirme sınırına kadar ısıtılmış olan malzemenin, dövme veya presleme yöntemi ile şekillendirilmesi olayına dövme adı verilir. Dövme işlemi, açık dövme ve kapalı dövme olmak üzere iki şekilde yapılır. Açık dövme işleminde şekillendirilecek parçalara kalınlaştırma, inceltme, bükme, yarma ve kesme gibi işlemler uygulanır. Kapalı dövme işleminde ise şekillendirme işi bir kalıp yardımıyla yapılır. Dövme ile şekillendirme diğer üretim yöntemlerine göre daha pahalıdır. Buna karşılık elde edilen parçaların dayanıklılığı ve darbe mukavemetlerinin daha büyük olması en önemli özelliğidir. Dövme yöntemi ile şekillendirilen parçaların iç yapısı daha homojen olur ve içlerinde boşluk bulunmaz. Aynı zamanda işleme payları daha az olur. 24 6

7 Haddeleme Dövme Yöntemi Düz haddeleme işleminin yapılışı 26 Haddelemede üretim aşamaları HALKA OLUŞTURMA Ovalama yöntemi ile diş açma

8 Ovalama ile mekanize edilmiş bir diş açma işlemi DÖVME: İşlemin yapılması sırasında faydalanılan gereçlere göre dövmeyi açık kalıpta dövme veya kapalı kalıpta dövme olarak ikiye ayırmak mümkündür. 1-AÇIK KALIPTA DÖVME İŞLEMİ 29 Farklı çaplardaki bir şaftın açık kalıpta dövülerek şekillendirilmesi 30 Kapalı kalıpta dövme. Baş şişirme (yığma) işlemi Kapalı kalıpta dövme yöntemiyle üretilmiş krank mili 31 (a), (b), (c) çubuk başının değişik formlarda şişirilmesi, (d) M34 altıköşe başlı alıştırma cıvatasının imalat safhaları 32 8

9 HADDELEYEREK DÖVME DÖNEREK DÖVME Haddeleyerek dövme yöntemiyle parçaların üretilmesi, (a)(j. Holub); (b) (General Motors Corporation). 33 Dönerek dövme işlemi. (b) bu yöntemle iç profilin işlenmesi, (c) bu yöntemle imal edilmiş parçalar 34 Metallerin dövülme sıcaklıkları METAL VE ALAŞIMLAR YAKLAŞIK SICAK DÖVME SICAKLIKLARI ( 0 C) DAMGALAMA (DARP) Alüminyum alaşımları Mağnezyum alaşımları Bakır alaşımları Az alaşımlı çelikler Martenzitik paslanmaz çelikler Austenitik paslanmaz çelikler Titanyum alaşımları Demir esaslı süper alaşımlar Kobalt esaslı süper alaşımlar Tantalum alaşımları Molibden alaşımları Nikel esaslı süper alaşımlar Tungsten alaşımları

10 Dövme Yoluyla Şekillendirme Dövme yöntemi ile şekillendirmede göz önünde bulundurulması gereken hususlar aşağıdaki gibi özetlenebilir. 1.Malzeme yığma malzeme dağıtmadan daha zordur. Mümkün olduğunca malzeme yığma işleminden kaçınılmalıdır (Şekil 8.13). Yığma işlemi Dağıtma işlemi Dövme Yoluyla Şekillendirme 3.Parçanın kalıp içindeki bölümünün yüzeyi olanaklar ölçüsünde yassı durmalı ve aynı düzlem içerisinde bulunmalıdır (Şekil 8.15). 2.Ani kesit değişimleri kırılma ve çatlamalara neden olduğundan köşeler ve geçişler kavisli yapılmalıdır (Şekil 8.14). 4.Parçanın kalıptan kolayca çıkarılabilmesi için yüzeylere gereği kadar eğim ve koniklikler verilmelidir (Şekil 8.16) Dövme Yoluyla Şekillendirme 5.İnce cidarlardan kaçınılmalıdır. Çünkü kalın parçaların dövme güçlüğü, ısıl işlem etkisinde ince cidarlı parçalarda da çatlaklar meydana gelebilir. Genel olarak orta büyüklükteki bir parçanın en küçük kalınlığı 3 mm den az olmamalıdır (Şekil 8.17). Toz Metalurjisi ile Şekillendirme TOZ METALURJİSİ (T/M) (POWDER METALLURGY-P/M) 6.Dövülmüş parçalarda yeteri kadar işleme payı bırakılmalıdır (Şekil 8.18)

11 Toz metalürjisi parçalara örnekler 20 kg kadar büyük parçalar üretilebilir, fakat yaygın olarak 2 kg dan küçük parçalar üretilir. Gözenekli filtreler 41 Kendinden yağlayıcılı yataklar 42 Kesici takımlar

12 Toz metalürjisi yöntemiyle parça üretiminin aşamaları 45 İşlem Aşamaları: 1.Toz üretimi 2.Karıştırma (harmanlama) 3.Presleme (Sıkıştırma) 4.Sinterleme 46 5.Sinterleme Sonrası İşlemler TM İŞLEM BASAMAKLARI Toz üretimi Tozların karıştırılması Tozların preslenmesi Sinterleme İsteğe bağlı ilave bitirme işlemleri (taşlama, hassas işleme, infiltrasyon (sıvı emdirme), yağ emdirme, çapak alma, kaplama vb..) aşamalarından oluşur [1]. 47 TOZLAR Bir toz, çok ince bölünmüş taneli katı olarak tanımlanabilir. Mühendislik tozları, metaller ve seramiklerdir. Genel olarak metaller kullanılır. Kullanılan toz, boyutu 0.1 m den 1000 m arasında değişen katı parçacıklardır. 75 ila 90 m boyutlu tozlar genellikle birim hacimde en yüksek ağırlığa sahiptirler. [S.Kalp 95] Karışımı hazırlanan tozlar istenilen geometrideki kalıplarda preslenir. Presleme işlemi esnasında dağınık halde bulunan tozlar kalıp içerisinde parçanın şeklini alır. Bu aşamada elde edilen parçalar düşük mukavemete sahip olup buna ham mukavemet denir

13 TOZLAR T/M Parça Malzemeleri: En çok kullanılan malzemeler: demir, çelik ve alüminyumdur. Diğer T/M metalleri olarak bakır, nikel ve molibden ve tungsten gibi refrakter metaller sayılabilir. Tunsten karbür, sermet ve birçok mühendislik seramiğinin (Al2O3, Si3N4, SiC gibi) üretimi de T/M kapsamındadır. Fe, Cu, Al, Zn, Bronz, Takım Çelikleri, Paslanmaz Çelik, Ag ve AgCd Alaşımları, Ni ve Co Alaşımları, Cu, Ag, Au ve Pd Alaşımları, FeSi45, FeMn, AgCuSn Amalgamları, Yumuşak ve sert manyetik malzemeler. TOZ KARIŞIMINDA YAĞLAYICILAR TM yöntemi ile tozların soğuk şekillendirilmesi ve kalıptan çıkarılması sırasında metal tozları ile kalıp yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltarak kalıp ömrünü artırmak amacıyla yağlayıcılar kullanılır. Malzemeye uygun yağlayıcılar ağırlık olarak % oranlarında ilave edilerek karıştırılırlar [3,4]. Cd: Kadmiyum Au: Altın Ag: Gümüş Mn: Mangan-Manganez Pd:Palladyum Toz metalürjisi ile imal edilen parçaların özelliklerini büyük oranda bu parçaların imalinde kullanılan tozların sahip olduğu özellikler belirlemektedir. Mühendislik tozlarının karakteristikleri: Parçacık boyutu ve dağılımı Parçacık şekli İç yapısı (tozun bileşimi ve saflığı) Yüzey durumu 51 Şekil 1: Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiş değişik dozların yüzey genel görüntüleri. a) demir I b) demir II c) bronz, d) bakır tozları. Ölçü çizgisi 0.1mm`dir

14 Parçacık şekli 2. TOZ KARIŞTIRMA VE HARMANLAMA Presleme ve sinterlemede başarılı sonuçlar için, başlangıç tozları homojen hale getirilmelidir. Harmanlama - aynı kimyasal bileşimde ancak farklı parçacık boyutlarındaki tozlar birbiriyle karıştırılır. Gözenekliliği azaltmak için farklı boyutta tozlar harmanlanır. Karıştırma farklı kimyasal bileşime sahip tozların karıştırılmasını ifade eder. Toz tane şekilleri tozların üretim metoduna göre değişik şekillerde oluşur. Genelde, küresel toz taneleri gaz atomizasyonu ile elde edilirken, gaza oranla daha hızlı soğutucu olan su atomizasyonunda karmaşık tane yapılı toz elde edilir. Taneler tek kristalli tek bir tane yapısında olabileceği gibi polikristal (çok kristalli) tane yapısına da sahip olabilirler. 53 Taneli (a) dönen tambur, (b) dönen çift koni; (c) vidalı karıştırıcı; ve (d) bıçaklı karıştırıcı PRESLEME Yağlayıcı ile karıştırılan tozlar üretilecek parçanın şekline ve ölçüsüne göre hazırlanmış kalıplar içinde preslerle sıkıştırılırlar. Sıkıştırma - tozlara üretimi istenen parçanın şeklini vermek ve istenen oranda gözeneklilik sağlamak gibi amaçlar için yapılır. Şekillendirme sırasında hem toza şekil vermek ve hem de daha yüksek yoğunluk elde etmek için dışarıdan bir basınç uygulamak gerekir. Sıkıştırma üç aşamada ele alınabilir: 1. Sıkıştırma basıncının ilk uygulanmasına müteakip partiküllerin yer değiştirmesi ve yeniden pozisyon belirlemesi gerçekleşir. Plastik şekil değiştirme yoktur. Kısmi olarak bazı partiküllerde mekaniksel kırılmalar olabilir. Bu aşamada partikül boyutu, toz boyut dağılımı, partikül şekli ve yüzey özellikleri ile partiküller arası sürtünme önemli rol oynar Toz sıkıştırmanın ikinci aşamasında elastik ve plastik deformasyon faktörleri baskındır. Bu aşamada tanecikler arası soğuk şekillendirmeye bağlı bağlar oluşabilir. Ayrıca partiküllerin mekaniksel kilitlenmeleri ile partikül-partikül etkileşimleri bu aşamada önem kazanan durumlardır. 3. Presleme basıncının arttığı sıkıştırmanın son aşamasında toz taneciklerinin kırılması ve plastik deformasyon ile boşlukların doldurulması sağlanmış olur. Bu aşamada toz tanecikleri arasında soğuk kaynak olabilir. En üst şekil, basınçla gözenekliliğin azaldığını, ortadaki yeniden paketlenen tanecik başına ortalama temas sayısını en alttaki de temas alanını gösterir

15 SİNTERLEME Metal toz parçacıkların dayanımını ve sertliğini arttırmak amacıyla parçacıklar arası bağ oluşturma için uygulanan ısıl işleme sinterleme denir. Genellikle metalin erime sıcaklığının % 70 i ve % 90 ı arasında yapılır (mutlak sıcaklık cinsinden[k]). Genel kanıya göre sinterlemede birincil derecede itici güç, yüzey enerjisinin azalmasıdır. Sinterleme sırasında gözenek boyutları azaldığından, parçada büzülme oluşur. Sıkıştırılmış yaş parça atmosfer kontrollü fırında erime sıcaklığının altında bir sıcaklığa ısıtılır. Sinterleme işlemindeki 3 aşama: Yanma yağlayıcı ve bağlayıcıların yanması Yüksek sıcaklık katı hal yayınımı sonucu bağ oluşumu Soğutma fırın içinde yapılır Sinter porous metal media Courtesy of Mott Corporation Yaygın sinterleme atmosferleri: asal gazlar, hidrojen, amonyak, doğal gaz, vakum. 59 Sintered Metal Powder Filter sinounitedind.en.alibaba.com/ 60 15

16 Loose single-component Ni-alloy powder (15-17 per cent Cr; 3-4 per cent B; 4 per cent Si; per cent C) with a spherical shape was used in this study. The particle sizes range from 100 to 200 μm. The Ni-alloy powder was resistant to oxidation at high temperature, allowing a processing without a protective gaseous atmosphere Mikroskopik ölçekte sinterleme: (1) parçacık bağları, temas noktalarında başlar; (2) temas noktaları boyun halinde büyür; (3) parçacıklar arasındaki gözenekler küçülür; (4) boyun bölgelerinde tane sınırları oluşur. 62 T/M işleminde sinterleme süresinin malzeme özelliklerine etkisi

17 Toz Metalurjisi ile Şekillendirme Metal işleme teknolojileri içerisinde toz metalürjisi, sunduğu çeşitlilik açısından kapsamlı bir şekillendirme ve üretim yelpazesine sahiptir. Toz metalürjisinin tercih edilmesindeki en önemli unsur, yüksek kaliteye sahip ve karmaşık şekilli parçaların istenilen toleranslarda kayıpsız yada çok az kayıpla ekonomik olarak üretilmesidir. Toz metalurjisi; metal tozlarının tek başına veya ön alaşımlanmış (birbirine karıştırılmış) metal tozlarının bağlayıcılarla harmanlanarak uygun pekiştirme yöntemleri ve ısı etkisinde şekillendirilmesi olayıdır. Toz metalurjisi 65 Toz Metalürjisi ile Şekillendirme Endüstriyel üretim aşamalarının bir çoğunda uygulanabilir hale getiren zorlayıcı nedenler vardır. Bu nedenler arasında; malzemeden tasarruf edilmesi, üretilen parçaların mikro yapısında homojenizasyon sağlanması, karmaşık şekilli parçaların nispeten ekonomik olarak üretilmesi ve yüksek dayanım performansı gibi faktörler sayılabilir. Üretim aşamalarında şekillendirme, pekiştirme ve ısı etkisinde sinterleme anahtar adımlar olduğundan, toz metalürjisi, düşük enerji tüketimi, düşük maliyet ve yüksek verimde malzeme kullanımını içeren otomasyon üretim süreçlerinden yararlanır. Teknolojide önemli kavramlar olan üçlüsü ile uyum içindedir. Bu nedenlerle toz metalürjisi dünyada giderek verimlilik, enerji ve hammadde yaygınlık kazanmakta ve gerek teknolojik gerekse ekonomik açıdan diğer metalürjik üretim yöntemlerine daima alternatif teşkil etmektedir. Toz metalürjisi, birçok metal için küçük ve ince parçaların üretiminde seri bir yöntemdir. Klasik yöntemlerle alaşım teşkili mümkün olmayan metallerin metalik bileşiklerini ve metal karışımlarını oluşturur, örneğin tungsten karbür ve kobaltın karışımı kesici takım malzemesi olarak kullanılır. Filtre veya yatak malzemesi üretiminde olduğu gibi ürünün gözenek oranı kontrol edilebilir. Ancak toz metalürjisi ile üretimde ilk yatırım maliyeti yüksek olduğundan parça sayısının fazla olması durumunda ekonomik olacağı unutulmamalıdır. 67 Toz Metalürjisi ile Şekillendirme Toz metalürjisi ile üretimde; yoğunlaştırma esnasında tozun davranışı, ham parçanın kalıptan çıkarılması ve kalıp setinin üretilmesi aşamalarında birtakım sorunlarla karşılaşılır. 1-Tozun yoğunlaştırma sırasındaki davranışı: Döküm esnasında serbestçe akabilen sıvı metalin ve hatta dövüldüğünde şekil değiştirebilen katı metalin tersine, toz metal akıcı değildir. Bu durum ince cidarlı parçaların üretiminin zor olduğu anlamına gelir. Kesit kalınlığındaki değişimler yapının homojen olmamasına neden olur (Şekil 8.19). Parçanın pres doğrultusundaki boyunun çapa oranı 2,5/1 sınırını geçerse, yoğunluk farklılığı oluşacağından, yapı homojen bir şekilde oluşmaz

18 Toz Metalürjisi ile Şekillendirme 2-Ham parçanın kalıptan çıkarılması Basınçlı dökümdeki problemlere benzer şekilde, alt ıstampada girinti-çıkıntı olmamalıdır. Çünkü alt ıstampa yukarı doğru hareket ederken parçanın da yukarı doğru çıkabilmesi gerekir. Şekilde görülen yatak gövdesi içine açılan yağ kanalının, parça kalıptan çıkarılırken, eksenel hareketi kısıtlamaması istenir. Benzer şekilde, Şekil 8.21 deki parçanın kalıptan çıkarılması esnasında eksenel harekete uygunluk aranmalıdır. Daha da önemlisi fatura geçiş bölgesinde parçadaki mukavemet düşüşü göz ardı edilmemelidir. 69 Toz Metalürjisi ile Şekillendirme 2-Ham parçanın kalıptan çıkarılması Şekilde görülen parçanın üst kısmında oluşturulması gereken flanş ve derin kör boşluk nedeniyle bünyede yoğunlaşma olmaz. Hem flanşın hem de kör boşluğun uygun şekilde elde edilmesi için Şekil b deki veya kör boşluk ile flanşın aynı uçta olma zorunluluğu varsa, Şekil c deki gibi derinliği daha az kör boşluklu çözüm yöntemi seçilebilir. 70 Toz Metalürjisi ile Şekillendirme 3.Kalıp üretimi Parça, ıstampanın ve kalıbın ince kesitlere veya keskin köşelere sahip olmayacağı bir şekilde tasarlanmalıdır. Aksi takdirde üretim maliyetinin artması ve aşınma sonucu çalışma ömrünün kısalması kaçınılmaz olur. Şekil 8.23a 'da talaşlı işlem ile kolayca elde edilebilecek bir havşa boşluğu görülmektedir. Eğer bu havşa boşluğunun kalıplama yöntemi ile elde edilmesi yolu seçilirse Şekil 8.23b deki gibi keskin köşeli bir ıstampa gerekir. Buna karşın Şekil 8.24a da görülen havşa boşluğu talaşlı işlemeye uygun değildir. Bunun yerine Şekil 8.24 b deki gibi bir tasarım ise keskin köşeli bir ıstampa 71 gerektirmemektedir. T/M ürünleri Dövme ürünleriyle karşılaştırıldığında: Çekme dayanımları ve süneklikleri düşüktür. Yoğunluklar arttıkça ( Gözeneklilik azaldıkça ) dayanım ve süneklik Artmakta fakat Dövülmüş ürünlerin mekanik özellikleri yinede yüksek olmaktadır. 8. T/M Ürünleri İçin Tasarım Esasları Parça geometrisi, preslemeden sonra kalıptan çıkarılabilecek şekilde olmalıdır. Yan yüzeylerin dikey ya da dikeye yakın olması gerekir. Yan yüzeylerde delik ve boşluklar olmamalıdır. Dikey delik ve boşluklar olmasında sakınca yoktur. Dikey deliklerin silindirik olması şart değildir

19

20 TM Avantajları TM Avantajları 1. Sonradan işlem gerektirmeyen veya çok az işlem gerektiren net şekilli parça üretilebilir. (talaş kaldırmayı elimine eder veya minimize eder) 2. Farklı boyutlarda metalik toz kullanma imkanı verir. 3. Farklı metal/alaşım tozlarını/toz karışımını veya metal/metal olmayan malzeme tozu karışımı kullanılabilir. 4. Yüksek malzeme kullanım oranı (Döküm ve talaşlı imalata kıyasla en düşük malzeme kaybı) yani hurda oranı düşüktür. 5. Üretim hızı yüksektir. (seri üretime yatkındır) 6. Seri üretimde ekonomik maliyet sağlar. 7. Üründe hassas boyutsal toleranslara ulaşılır ve yüzey kalitesi düzgün yüzeyler elde edilir. 8. Karmaşık (kompleks) şekilli parçaların üretimi mümkündür. 9. Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerden parça imalatı. 10. Metal matrisli kompozit ve metal alaşımları üretimi. 11. Kontrol edilebilir ve homojen mikro yapı özellikleri. 12. Kontrol edilebilir gözeneklilik ve geçirgenlik 13. Yoğunluk ve ergime noktalarındaki farklılıklardan ötürü başka yollarla imkansız olan alaşım ve karışımların üretimi mümkündür. 14. Metal olmayan malzemeler, metal asıllı ürünlerin içinde ince ve homojen şekilde dağıtılabilir. 15. Isıl işlemle mukavemeti veya aşınma direnci yükseltilebilen malzemeler sağlanabilir (gözeneklere arzu edilen yağlayıcı maddeler emdirilebilir). Özellikler çok geniş aralıkta değişimlidir [12, İTÜ ders notu] T/M' nin Dezavantajları a) Düşük mekanik özellikler. b) İlk yatırım (takımlar, presler ve sinter teçhizatı) oldukça pahalıdır. Seri üretim yapılmazsa amortisman değerleri yüksektir. c) Metal tozların maliyeti, ingot halinde üretilen malzemelerden daha yüksektir. d) Toleranslar talaşlı işlemlere göre daha kabadır. e) Tozların kalıp içinde akışkanlığı sınırlıdır. Dolayısı ile yapılacak parçanın şekli kısıtlayıcı bir faktör olabilir. (Tasarım sınırlamaları) f) Ürün özellikleri kesit boyunca değişim gösterir. 79 Kaynaklar: 1-CÜRGÜL İsmail, SINMAZÇELİK Tamer, YETİŞTİREN Hülya, ZEREN Adalet, Makine Tasarımı ve Şekillendirme Tekniği, Birsen Yayınevi, İst DEMİRER Ahmet, Tasarım Metodolojisi Ders Notları, SAÜ