ÖZET 1.GİRİŞ. 2.KALIP ve PARÇA ÜRETİMİ

Transkript

1 POLÝÜRETAN MALZEME KULLANARAK DERÝN ÇEKME SAC KALIP ÜRETÝMÝ Ýsmail DURGUN / TOFAÞ A.Þ. Haluk DÝNKÇÝ / TOFAÞ A.Þ. 174

2 ÖZET Küresel rekabet ürün geliştirme sürelerinin kısaltılması baskısı yanında kişiye özel üretimlerinde artmasına da neden olmaktadır. Her iki durumda da kullanılacak olan parçaların hem istenilen özelliklere sahip hem de kısa sürede imal edilmesi sonucunu doğurmaktadır. Bu süreçlerde kullanılacak sac parçaların üretimleri için çok sayıda yöntem geliştirilmiştir. Çünkü geleneksel üretim yöntemleri bu çalışmalar için maliyet ve zaman açısından uygun değildir. Bu çalışmada poliüretan malzemeden sac kalıp üretimi otomobil gövdesinde kullanılan örnek parça üretimi ile ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yöntemin zaman, maliyet ve zaman avantajları örnek parça üzerinden açıklanmıştır. Ayrıca üretilen sac parça ve kalıbın optik tarama ile ölçümleri gerçekleştirilerek geometrik doğruluk analizi de yapılmıştır. Anahtar kelimeler: Polimer kalıp, sac parça kalıbı, düşük adetli üretim, prototip sac parça 1.GİRİŞ Ürün geliştirme sürelerindeki kısalma ve maliyet baskıları eskisinden daha kısa sürede ve maliyette prototip parçaların imal edilmesini gerekli kılmaktadır. Ayrıca az sayıda üretimi gereken özel ürünlerin üretilmelerinde geleneksel yöntemlerin kullanılması maliyet ve süre açısından rekabetçi bir ortam oluşturmamaktadır. Bu nedenle sac parçaların üretimleri için çok sayıda üretim yöntemi geliştirilmiş ve geliştirilmeye de devam etmektedir. Geleneksel olarak sac şekillendirme kalıplarında iyi aşınma dirençleri ve boyutsal kararlılıkları nedeni ile çelik veya dökme demir kullanılır. Prototip parçaların ve düşük adetli parça üretimlerinde ise maliyet ve süre kazancı elde edebilmek için sac parça form kalıplarında düşük sıcaklıklarda eriyen alaşımlar veya polimer kompozit malzeme uygulamaları vardır. Bu amaçla, prototip sac parça kalıpları için Cerraturu (Bi-Sn alaşımı) ve Zamak (Zn, Al, Mg, Cu alaşımı) malzemeleri 1930 dan beri kullanılmaktadır. Polimer malzemeler ise prototip parça üretiminde 1950 yılların başından buyana kullanımdadır [1]. Polimer malzemelere mekanik özelliklerini ve aşınma dirençlerini iyileştirmek için genellikle metal tozları ve kum ilave edilmiştir. Yine bunun için poliüretan malzemenin sac parça kalıplarında kullanımına da 1970 lerde başlanılmıştır [2]. Özellikle otomotiv ürün geliştirme sürecinde ihtiyaç duyulan sac parçalarının üretimlerinde kalıp malzemesi olarak polimer malzeme kullanımı görülmektedir [3,4]. Üretilen sac parçaların testlerde kullanılabilecek veya nihai ürün üzerinde kendisinden beklenen dayanımı sağlayacak özelliklerde olması çok önemlidir. Bu nedenle bu yöntemler kullanılarak elde edilen kalıplarda üretilen sac parçaların beklentileri karşılayabilmesi için çok sayıda iyileştirme araştırması da yapılmıştır [5,6,7]. Bu yöntemlerin yanında hem prototip parçaların hem de düşük adetli sac parçaların üretimlerinde artımlı sac şekillendirme (incremental sheet forming), katmanlı sac kalıp (lamineted tooling) ve çoklu pim kalıp (multipoint forming) gibi yöntemler de geliştirilmiştir [8,9,10]. Bu yöntemlerden hangisinin kullanılacağının tespiti için sac parçadan beklenen geometrik doğruluk, kalınlık değişimi ve yüzey kalitesi beklentileri göz önüne alınır. Bu çalışmada çelik ya da döküm kalıptan elde edilen sac parça beklentilerine en iyi sonucu veren yöntemlerden biri olan poliüretan malzemeden kalıp ve parça üretimi ele alınmıştır. 2.KALIP ve PARÇA ÜRETİMİ Örnek olarak aracın kapı iç iskelet takviye parçasının üretimi ele alınmıştır (Şekil 1). Parça 1.4mm kalınlığında ve FEE340 malzemeden üretilecektir. Parça geometrisi incelendiğinde derin çekme prosesi ile üretilmesi gerektiği görülmüştür. Şekil 1. Kapı iç iskelet takviyesi 175

3 Parçanın üretilmesi için derin çekme yüzeyi geliştirilmiş ve basıla bilirlik simülasyonu yapılmıştır (Şekil 2). Yapılan simülasyon kontrolü sonrasında uygulanacak metot doğrulanmıştır. Şekil 2. Derin çekme simülasyonu Bu metod ile üretimde farklı stratejiler uygulanabilmektedir. Dişi ve erkek oluşturulan modellerini kullanarak hazır poliüretan blokların bir araya getirilerek oluşturulan kütük malzemelerin işlenmesi ile kalıp seti hazırlanabilmektedir. Ya da Dişi kalıp modeli hazırlanır, hazır blok poliüretan malzemelerin bir araya getirilmesi ile oluşturulan kütük işlenerek dişi kalıp elde edilir. Elde edilen dişi kalıp üzerine sac kalınlığı oluşturacak wax sheet kullanıldıktan sonra sıvı poliüretan malzemenin kalıp ürerine dökülmesi ile erkek kalıp üretilir. Bu çalışmada ise hem dişi hem de ekrek kalıp sıvı poliüretan dökümü ile üretilmiştir. Doğrulanan simülasyona uygun olarak dişi kalıp tasarımı yapılır. Tasarımı gerçekleştirilen dişi kalıp hızlı işlenebilen ahşap ya da blok poliüretan malzemeden frezelenerek elde edilir. Bu çalışmada ahşap malzeme kullanılmıştır (Şekil 3). Dişi kalıp işlemesi tamamlandığında kalıp yüzeyine astar boya atılarak iyi bir şekilde zımparalanır. Bu temizlik poliüretan kalıbın kalıp yüzey kalitesini etkileyeceği için önemlidir. Hazırlanmış olan mastar ahşap bir çerçeve içerisinde alınır ve yüzeyine sıvı ayırıcı sürülür. Bu aşamada pot çemberi ve erkek kalıbın birlikte üretimi yapılmaktadır. Bu nedenle ahşap kasa içerisine, erkek kalıp ve pot çemberini birbirinden ayıracak sac ayraç yerleştirilir. İlave olarak kalıp taşıyıcı ve mukavemet arttırıcı boru ve çelik tel kafes eklenerek döküm prosesine hazır hale getirilir. Döküm malzemesi temiz bir kapta istenilen sertlik değerini elde etmek için üretici firması tarafından önerilen miktarlarda hazırlanır. Bu amaçla reçine, hızlandırıcı ve yoğunluk arttırıcı mineral dolgu malzemesi kap içerisinde karıştırılırlar. Karışım esnasında oluşan hava boşluklarının giderilmesi için vakum makinasında hava alma çalışması yapılır. Homojen bir yapı elde etmek ve kalıp yüzeyindeki boşlukları önlemek için bu işlem oldukça önemlidir. Döküm işlemi sonrasında kürleşme için büyük bir kütle olması sebebi ile yaklaşık 8 saat bekleme sonrasında kasa çerçeveleri açılır. Döküm yapılan poliüretan kalıp, ahşap mastar üzerinden alınarak dişi kalıp dökümü için hazırlanır. Bunun için öncelikle erkek kalıp üzerinde sac parça kalınlığı verilmelidir. Bu amaçla, birleşik olarak üretilen erkek ve pot çemberi bloğu bozulmadan yüzeyine uygun kalınlıkta wax sheet kaplanır. Wax sheet uygulamasından sonra kalıp bloğu tekrar ahşap çerçeve içerisine alınır. Çelik tel kafes ve taşıma boruları yerleştirildikten sonra dişi kalıp için poliüretan malzeme dökümü yapılır. 176

4 Şekil 3. Kalıp üretim aşamaları Döküm sonrasında erkek kalıpta olduğu gibi yaklaşık 8 saat beklendikten sonra ahşap çerçeve açılarak kalıpların birlikte taşınabilmesi için atkı delikleri delinerek kalıp kiti taşınabilir hale getirilir. Pot çemberi ve erkek kalıp yük uygulanarak birbirinden ayrılırlar ve döküm işlemi sırasında aralarına konan sac ayraç parçası sökülür. Bu sac parçanın kalınlığı erkek kalıp ile pot çemberi arasındaki istenen boşluğu oluşturmuştur. Dişi kalıp yüzeyine derin çekme prosesi gereği hava tahliyesi için delikler delinir. Parça üretimi için kalıp seti hidrolik pres tablalarına bağlandıktan sonra parça üretimi kontrollü bir şekilde gerçekleştirilir (Şekil 4). Şekil 4. Parça üretimi ve basılan parça 177

5 3.SONUÇLAR Parça ölçüm sonuçlarına bakıldığında sapmaların prototip parça tolerans değerleri içerisinde olduğu görülmektedir. Bu da bu yöntemin ölçüsel doğruluk açısından bakıldığında prototip sac parça üretiminde başarı ile kullanılabileceğini göstermektedir. Kalıp projelendirilmesi, mastar model, kalıp ve parça üretimleri ile parça ölçümleri dahil toplam 7 günde çalışma tamamlanmıştır. Bu süre yöntemin prototip parça elde etme süresi açısından da rekabetçi bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur. Erkek kalıbı poliüretan blok malzemeden işleyerek bu süreyi daha da kısaltmak mümkündür. Bu yöntem ile kalıp üretiminde klasik yöntemlerin aksine sadece mastar model üretiminde freze tezgahına ihtiyaç duyulmuştur. Mastar model üretiminde hızlı işlenebilen bir malzeme kullanımından dolayı da frezeleme maliyeti oldukça düşük gerçekleşmiştir. 4.REFERANSLAR Şekil 5. Parça ölçüm raporu [1] B. Haller, Optimierung von Prozessketten für die Herstellung von Prototyp-Blechumformwerkzeugen, PhD Thesis, Institut für Umformtechnik, Universität, Stuttgart, ISBN , 2002 [2] Souza, J. H. C., Liewald, M., Analysis of the Tribological Behaviour of Polymer Composite Tool Materials for Sheet Metal Forming, Journal of Wear, vol.268, 2010, [3] İ. Durgun, S. A. Altınel, A. Sakin, E. Aybaraz, E. Polat, Prototype Tooling of Sheet Metal Components of Car Body, 7.International Conference and Exhibition on Design and Production of Machines and Dies / Molds, June 2013, [4] İ.Durgun, E.Aybaraz, A.Sakin, S.A.Altinel, E.Polat Polymer Tooling for Low Volume Production: A Case Study of Automotive Industry, 7.International Conference and Exhibition on Design and Production of Machines and Dies / Molds, June 2013, [5] Y. Park, J. S. Colton, Sheet Metal Forming Using Polymer Composite Rapid Prototype T oling Journal of Engineering Materials and Technology, 2003, Vol. 125, [6] Brosius, M. Hermes, N. Ben Khalifa, M. Trompeter, A. E. Tekkaya, Innovation by Forming Technology: Motivation For Research, International Journal of Material Form, DOI /s , 2009, Vol.2, [7] T. Nakagawa, Advances in prototype and low volume sheet forming and tooling, Journal of Materials Processing Technology, 2000, Vol.98, [8] İ.Durgun, Evaluation of Geometric Accuracy and Thicness Variation in Incremental Sheet Forming Process, Journale of Material Testing, Germany, May 2013 [9] Y. Seungryeol, D.F. Walczyk, Advanced Design and Development of Profiled Edge Laminae Tools, Journal of Manufacturing Processes, 2005, Vol. 7/No. 2 [10] C. Liu, M. Li, W. Fu, Principles and apparatus of multi-point formingfor sheet metal, International Journale Advance Manufacturing Technology, 35: , DOI / s ,