JANT TORNALAMA SÜRECİNDE TAKIM YOLU DEĞİŞİKLİĞİ İLE ÇEVRİM SÜRELERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ

Transkript

1 JANT TORNALAMA SÜRECİNDE TAKIM YOLU DEĞİŞİKLİĞİ İLE ÇEVRİM SÜRELERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ İsmail ÇAKIRGÖZ, CMS Jant ve Mak. San. A.Ş., 35620, İzmir, Turkey Mehmet DAĞ, CMS Jant ve Mak. San. A.Ş., 35620, İzmir, Turkey Uğur AYBARÇ, CMS Jant ve Mak. San. A.Ş., 35620, İzmir, Turkey Ali KARA, CMS Jant ve Mak. San. A.Ş., 35620, İzmir, Turkey ÖZET Jant üretim süreçlerinde talaşlı imalat prosesi ana fonksiyonel işlem adımlarından birisi olup işlem sürelerinde elde edilecek iyileştirme direkt olarak nihai ürün maliyetleri üzerinde etki etmektedir. Bu çalışma jant tornalama sürecinde takım yolu değişikliği ile çevrim sürelerinin iyileştirilmesini amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, jant döküm yüzeyinde gerçekleştirilen tornalama işlemi ele alınmıştır. Bu işlem jant kesitinin farklı bölgelerinde farklı geometrideki takımlarla gerçekleştirilmektedir. Yapılan bu çalışmada iki ayrı tarete monte edilen takımların geometrileri üzerinde gerçekleştirilen modifikasyon sonucu elde edilen optimum geometri ile iki taretin işleme süreleri birbirine yaklaştırılmış ve dolayısıyla taretlerin boşta bekleme süreleri azaltılarak proses çevrim süresi iyileştirilmiştir. Böylece jant üzerinde katma değer yaratmayan bekleme süreleri bertaraf edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Tornalama, Çevrim süresi, Alüminyum alaşımlı jant, Talaşlı imalat THE IMPROVEMENT OF CYCLE TIME DURING WHEEL TURNING PROCESS BY TOOL PATH MODIFICATION ABSTRACT Machining process is one of the main and functional process steps of wheel manufacturing and an improvement obtained in the machining cycle time directly affects the cost of the final product. This study aims to improve machining cycle time of wheel turning process by

2 modifying the tool path. In the course of the study, the turning process on cast surface of wheels is investigated. This process was applied by tools having different tool geometries for different sections of the wheel. In this study, the process times of different tools were brought closer by the modifications of tool geometry and as a result optimized geometry of two different tools mounted on the turret resulted in the decrease in waiting time of tools. Therefore the meaningless excessive waiting times were decreased. Keywords: Turning, Cycle Time, Al alloy wheel, Machining process. 1. GİRİŞ Alüminyum ve alüminyum alaşımları yüksek korozyon dayanımı, yüksek termal iletkenlik ve iyi mukavemet özelliklerine sahip olup üretilen ürünlere kazandırdığı ağırlık avantajından dolayı endüstrinin birçok alanında ilgi görmekte ve kullanılmaktadır (Timelli ve ark. 2014, Büyükuncu 2010, Özcömert 2006, Topçuoğlu ve ark. 2014). Alüminyumun kullanıldığı alanlar açısından ele alınacak olursa Şekil 1 sektörlere göre kullanım yüzdelerini göstermektedir (Çakırgöz ve ark. 2015). Şekil 1. Alüminyumun kullanıldığı sektörler (Çakırgöz ve ark. 2015) Şekil 1 den de görüldüğü gibi alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kullanıldığı sektörlerin başında %27 lik bir pay ile taşımacılık sektörü gelmektedir. Bunun en önemli nedeni araçların toplam ağırlığını azaltmada tasarımın yanı sıra kullanılan malzemelerin de ön plana çıkması olup alüminyum bu noktada ciddi bir kullanım alanına sahiptir. Otomotiv mühendisliği açısından ele alındığında, özellikle jantlar kritik bileşenlerden olup görsel etkinin yanı sıra fonksiyonları nedeniyle insan güvenliğin açısından da yüksek önem taşımaktadırlar. Ayrıca

3 aracın toplam ağırlığında kazandırdığı avantaj ile aracın yakıt tüketimi üzerinde de önemli bir etkiye sahiptir (Gül ve ark. 2014). Günümüzde jant üretiminde farklı malzemeler kullanılıyor olsa da alüminyum alaşımlı jantlar, düşük ağırlıkları, yüksek mukavemet/ağırlık oranları, yüksek darbe dirençleri ve toklukları dolayısıyla otomotiv sanayiinde en çok tercih edilen jant çeşididir (Kara ve ark. 2015). Şekil 1 alüminyum alaşımlı jant üretim sürecindeki döküm, ısıl işlem ve talaşlı imalat olmak üzere üç ana prosesi göstermektedir. Şekil 1. Jant Üretim Süreci Alüminyum alçak basınçlı döküm prosesi özellikle otomotiv sektöründe jant üretiminde yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup alçak basınç döküm (LPDC) yönteminde kalıp tezgahının altında yer alan atmosfer kontrollü bir pota içindeki sıvı metal yüzeyine basınç uygulanması sonucu dikey yolluk boyunca yükselen sıvı metalin kontrollü bir şekilde kalıbı doldurmasını esas almaktadır (Pola ve ark. 2009, Dışpınar ve ark. 2011, Zeytin 2000). Kalıp bir defa dolduktan sonra pota içindeki basınç düşürülür ve yolluk içinde kalan eriyik metal tekrar pota içine akar. Kalıp parçaları ayrılıp nihai ürün üretilmiş olur. Şekil 2 de alçak basınç döküm tezgahı şematik olarak gösterilmektedir (Shi 2012).

4 Şekil 2. Alçak basınç döküm tezgahı (Shi 2012) Döküm işlemi sonrası üretilen jantlar X-ray kontrolünden geçtikten sonra T6 ısıl işlem prosesi uygulanmak üzere ısıl işleme tabi tutulmaktadır. Isıl işlem sonrası jantlar nihai formuna getirilmek için tornalama işlemi uygulanmak üzere talaşlı imalat prosesine gönderilmektedir. Talaşlı imalat sürecinde kesici takımlar aracılığı ile tornalama teknikleri kullanılarak, jantların lastik yüzeyi, iç yüzeyi, kol arkası ve göbek bölgeleri boya öncesi son ölçülerine getirilerek hassas ölçü ve yüzey toleranslarına ulaşılması sağlanmaktadır. Talaşlı imalat prosesi, ısıl işlem veya boya süreçleri gibi jantların toplu olarak hat üzerinde ilerlemesini değil üretilen her jant üzerinde tek tek gerçekleştirilen bir işlem olması dolayısıyla proseste gerçekleştirilecek iyileştirmelerin sonuçları işçilik, maliyet, enerji tüketimi vb. konularda yüksek önem arz etmektedir. Bu çalışmanın amacı, jant üretim sürecinin ana üretim adımlarından biri olan tornalama sürecine ait çevrim sürelerinde azaltma sağlayarak kapasite artışı ve işçilik maliyetleri üzerinde kazanç elde edilmesi amacıyla bir metodoloji geliştirmektir. Yapılan çalışmada tezgah hareketleri kapsam dışı tutulmuş, talaş kaldırma esnasında geçen sürelerde optimizasyon yapılmıştır. Kullanılan kesici takım hareketlerinin ve geometrisi üzerinde gerçekleştirilen değişiklikler ile çevrim süresinin azaltılması sağlanmıştır.

5 2. JANT ÜRETİMİNDE TALAŞLI İMALAT SÜRECİ Döküm işlemi ile istenen geometride üretilen jant, X-Ray kontrolü ile yapı içindeki döküm kusurları kontrol edilmektedir. Göbek delme operasyonu ile göbek bölgesinde gerekli işlem yapıldıktan sonra jantlar ısıl işlem prosesine alınmaktadır. Isıl işlem prosesinden sonra her bir jant gerekli yüzey ve ölçü toleranslarının sağlanması amacıyla talaşlı imalat süreçlerine alınmaktadır. Uygun kesici takımlar ve tornalama tekniklerinin kullanımı ile jantların lastik yüzeyi, iç yüzeyi, kol arkası ve göbek bölgeleri boya öncesinde son ölçülerine getirilmektedir. Talaşlı imalat sürecinde bu tornalama adımının uygulaması Şekil 3 de gösterilmektedir. Şekil 3. Jant Tornalama İşlemi. Jant tornalama sürecinde güncel uygulamada kullanılan tezgahlar çift taretlidir. Dolayısıyla jant üzerinde iki farklı kesici takım jantın farklı bölgelerinde aynı anda işlem yapabilmektedir. Şekil 3 de görülebileceği gibi sol taretteki kesici takım kullanılarak jantın lastik yüzeyi ve iç yüzey bölgelerinden talaş kaldırılmaktadır. Aynı anda sağ taretteki kesici takımın kullanımı ile kol arkası ve göbek bölgesinden talaş kaldırılarak operasyon tamamlanmaktadır. Yapılan mevcut durum analizinde, jant profilini oluşturan bölgelerde kesici takımların kat etmiş olduğu takım yolları hesaplanmış ve sol tarette bulunan takımların kesme anında aldıkları toplam takım yolunun, sağ tarette bulunan takımlardan daha uzun olduğu tespit edilmiştir. Takım yollarındaki bu farklılıktan ötürü sağ tarette yapılan işlemler, sol tarette

6 yapılan işlemlere göre daha önce tamamlanmakta ve bu sebeple sağ taret sol taretin işlemi bitene kadar bekleme yapmaktadır. Çevrim süresinin uzamasına sebep olan bu beklemenin azaltılabilmesi için her iki taretin kat etmiş olduğu takım yollarının birbirine eşit veya yakın olması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma kapsamında sağ ve sol taretteki takım yolları tekrar düzenlenerek bu beklemenin ortadan kaldırılarak çevrim süresinde elde edilen iyileşme ortaya konmuştur. 3. BULGULAR VE TARTIŞMA Çevrim süresinin uzamasına sebep olan sağ taretteki beklemenin azaltılabilmesi için her iki taretin kat etmiş olduğu takım yollarının birbirine eşit veya yakın olması gerekliliği daha önce de belirtilmişti. Bu sebeple sol tarette bulunan takım hareketinin bir kısmının sağ tarete aktarılması gerekmektedir. Bu amaçla gerçekleştirilen çalışma kapsamında, iç yüzey profilini işleyen takım yolunun bir kısmının kol arkası takım yoluna aktarılabileceği tespit edilmiştir. Bu aktarma işlemi, başka bir amaçla kullanılan kesici takım geometrisi ile mümkün olmamaktadır. Şekil 4 den de görülebileceği gibi sağ taretin yolunda gerçekleştirilecek böyle bir değişiklik takımın jant yüzeyine çarpmasına sebep olmaktadır. Şekil 4. Geometri Değiştirilmeden Yapılan Değişiklik Sonucu Takımın Janta Bindirmesi. Şekil 4 de belirtilen çarpma probleminin bertaraf edilmesi amacıyla takım geometrisinde revizyon yapılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu sebeple gerçekleştirilen tasarım revizyonu

7 sonucunda kesici takımın çarpma riski olmadan işleme yapabileceği mesafe arttırılmıştır. Yeni tasarımı gerçekleştirilen kater geometrisi Şekil 5 de gösterilmektedir. Şekil 5. Revize Edilmiş Kesici Takım Geometrisi. Yapılan kater geometrisi revizyonu sonrası işleme programında, iç yüzey profili takım yolunun bir kısmı iç yüzey çevriminden (sol taret) çıkarılıp, kol arkası çevrimine (sağ taret) dahil edilmiş ve böylece takım yolları uzunlukları birbirine yaklaştırılmıştır. Uygulamaya konulmuş yeni takım yolu Şekil 6 da verilmektedir. Şekil 6. Yeni Takım Yolu. Yeni takım yolu ve takım geometrisinin performansının incelenebilmesi amacıyla 23 adet jant modeli seçilmiş, çevrim sürelerindeki iyileşmeler, yıl bazında toplam üretim sayılarına göre

8 elde edilen ekstra üretim kapasitesi ve fazladan üretilebilecek aynı modelden jant sayıları ile ilgili karşılaştırmalar yapılmıştır. Takım yolu değişikliği sonucunda çevrim süresinde ortalama 15 saniyelik bir iyileşme sağlanmıştır. Seçilen 23 jant modeli ile gerçekleştirilen değişiklik ile toplamda yılda bir milyonun üzerinde jantın bu prosesten etkilendiği belirlenmiştir. Seçilen modellerde elde edilen iyileştirme yıllık toplam üretim süresi açısından Şekil 7 de verilmektedir. Şekil 7. Yeni Takım Yolu Kullanımı ile Elde Edilen İyileştirme. Şekil 7 den de görülebileceği gibi seçilen tüm modellerde gerçekleştirilen takım geometrisi ve takım yolu modifikasyonu ile iyileştirme elde edilmiştir. Maksimum kazanılan süre yıllık 481 saat iken minimum kazanılan süre ise yıllık 12 saattir. Toplam üretim süresi ile yapılan bu karşılaştırma ilgili modelin üretim sayısından da etkilendiğinden normalize bir karşılaştırma yapabilmek amacıyla Şekil 7 de verildiği gibi yıllık elde edilen ekstra jant üretim kapasite kazançları model bazlı karşılaştırılmaktadır. Şekil 8 de verilen sonuçlar incelendiğinde en az kapasite artışının S modelinde ve %4 civarında olduğu görülmüştür. En yüksek kapasite artışı ise G modelinde ve yaklaşık %22 civarındadır. Jant geometrilerinin ve başlangıç çevrim sürelerinin birbirlerinden farklı olması nedeniyle çalışma çıktıları ile elde edilen etki jant modeli bazında farklı işleme sürelerinin elde edilmesini sağlamaktadır. Toplamda bu çalışmadan yıllık etkilenen jant sayısının bir milyonun üzerinde olduğu göz önünde bulundurulduğunda elde edilen toplam ekstra kapasitenin yaklaşık nin üzerinde olduğu ve ortalama ekstra kapasite kazancının %10 a yakın olduğu görülmektedir.

9 Şekil 8. Yeni Takım Yolu Kullanımı ile Elde Edilen Ekstra Kapasite Kazancı. 4. SONUÇLAR Bu çalışma jant tornalama sürecinde takım yolu değişikliği ile çevrim sürelerinin iyileştirilmesini ve dolayısıyla proses verimliliğinin arttırılmasını amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında jant döküm yüzeyinde gerçekleştirilen tornalama işlemi ele alınmış ve prosesin uygulandığı toplam 23 model ve yılda yaklaşık bir milyonun üzerinde jantın tornalama üretim adımı incelenmiştir. Gerçekleştirilen takım geometrisi modifikasyonu ve takım yolu revizyonu ile ortalama 15 saniye çevrim süresi iyileştirilmesi sağlanmıştır. Bu iyileştirme jant geometrilerinin model bazında farklı olması ve ayrıca toplam üretilen jant modelinden de etkilenmesi dolayısıyla %4 ile %22 arasında değişmekte ve ortalama %10 olarak ekstra kapasite kazancı sağlamaktadır. KAYNAKLAR 1. TIMELLI, G., CAMICIA, G., FERRARO, S. (2014), Effect of Grain Refinement and Cooling Rate on the Microstructure and Mechanical Properties of Secondary Al-Si-Cu Alloys, Journal of Materiala Engineering and Performance, Vol: 23(2), pp: BÜYÜKUNCU, M.G. (2010), Ötektik Altı Al-Si Döküm Alaşımlarında Bileşimin Optimizasyonu İle Döküm Kabiliyeti ve Mekanik Özelliklerin İyileştirilmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. 3. ÖZCÖMERT, M. (2006), Otomotiv Endüstrisinde Alüminyum, İstanbul Ticaret Odası.

10 4. ALAN, S. (2008), Alüminyum Raporu, Orta Anadolu İhracatçı Birlikleri Genel Sekreterliği. 5. TOPÇUOĞLU, Ö.Y., ÇE, Ö.B, AYBARÇ, U., KESKİÇ, M. (2014), Alçak Basınç Döküm Prosesinde Kullanılan Kalıp Kaplama Malzemesinin Metal Akışkanlığına Etkisi, 7.Uluslarası Ankiros Döküm Kongresi. 6. ÇAKIRGÖZ, İ., DAĞ, M., ÇETİN, M., ÇAPLAR, M., KATI, Z., ÇE, Ö.B., AYBARÇ, U. (2015), Jant Üretim Prosesi Tornalama Aşamasında Oluşan Ayar Firelerinin Düşürülmesi, 6. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu. 7. GÜL, E., GÖREN, A., TOPÇUOĞLU, Ö.Y., ÇE, Ö.B. (2014), Taşıt Jantı Üzerindeki Uzamaların Ölçülmesi ve Kablosuz İletimi İçin Devre Tasarımı Ve Testleri, 8. KARA, A., ÇUBUKLUSU, H.E., TOPÇUOĞLU, Ö.Y., ÇE, Ö.B., AYBARÇ, U., KALENDER, C. (2015), Alüminyum Alaşımlı Jantlarda Dinamik Yorulma Benzetimleri 1. Uluslararası Mühendislik Mimarlık ve Tasarım Kongresi, pp: POLA, A., ROBERTI, R. (2009), Study of the Effect of Process Parameters on the Production of a Non-Simmetric Low Pressure Die Casting Part, La Metallurgia Italiana. 10. DIŞPINAR, D., AKHTAR, S., NORDMARK; A., SYVERTSEN, T., SABATINO M.D., ARNBERG, L. (2011), A356 Alaşımının Düşük Basınçlı ve Kokil Kalıba Dökümü Sırasında Porozite ve Mekanik Özellikler Arasındaki Alüminyum Sempozyumu, İstanbul. İlişki, 5. Ulusal 11. ZEYTİN, H. K. (2000), Alüminyum Alaşımları Otomotiv Endüstrisinde Uygulamaları ve Geleceği, TMAM, OSD, Kocaeli, Türkiye. 12. SHI, X. M. (2012), Defect Minimizing Control of Low Pressure Die Casting, M.S. Northeastern University, China.