Alışılmamış İmalat Usulleri

Transkript

1 Alışılmamış İmalat Usulleri

2 Sınıflandırma Mekanik İşlemler Aşındırıcı Jet ile İşleme Abrasive Jet Machining (AJM) Su Jeti ile İşleme Water Jet Machining (WJM) Aşındırıcı Su Jeti İle İşleme Abrasive Water Jet Machining (AWJM) Ultrasonik İşleme Ultrasonic Machining (USM) Elektro Kimyasal İşlemler Elektro Kimyasal İşleme Electrochemical Machining (ECM) Elektro Kimyasal Taşlama Electro Chemical Grinding (ECG) Elektron Jeti ile Delme Electro Jet Drilling (EJD) Elektro Termal İşlemler Elektriksel Aşındırma ile İşleme Electro-discharge machining (EDM) Lazer ile İşleme Laser Jet Machining (LJM) Elektron Demeti ile İşleme Electron Beam Machining (EBM) Kimyasal İşlemler Kimyasal İşleme Chemical Machining (CHM) Foto Kimyasal İşleme Photochemical machining (PCM)

3 Aşındırıcı Jet ile İşleme

4 Aşındırıcı Jet ile İşleme Genel olarak, Abrasif Taneciklerin boyutları 50 μm civarındadır. Yaklaşık iç çapı 0.5 mm olan Lüleden ortalama 200 m/s hız ile 2 mmuzaklıktaki iş parçasına akışkan jeti uygulanır. Abrasif parçacıkların kinetik enerjisi, iş parçası yüzeyinden malzeme kaldırmak için yeterli olmalıdır.

5 Aşındırıcı Jet ile İşleme

6 İşlem Parametreleri Aşındırıcılar Malzeme Al 2 O 3 / SiC /cam tozu Geometri düzensiz/ küresel Boyut 10 ~ 50 μm Kütlesel Akış Oranı 2 ~ 20 gm/min Akışkan Kompozisyon Hava,CO 2, N 2 Yoğunluk Hava~ 1.3 kg/m 3

7 İşlem Parametreleri Hız: 500 ~ 700 m/s Basınç: 2 ~ 10 bar Debi: 5 ~ 30 lpm Abrasive Jet Hız:100 ~ 300 m/s İşleme aralığı: 0.5 ~ 5 mm Uygulama açısı: 60 0 ~ 90 0 Lüle Malzeme: WC / sapphire Çap:(Internal) 0.2 ~ 0.8 mm Ömür: 10 ~ 300 saat

8 İşlem Parametreleri ve Uygulamalar Malzeme Kaldırma Hızı, Material removal rate (MRR) İşleme Hassasiyeti, The machining accuracy Lüle Ömrü, The life of the nozzle Uygulamalar Sert ve gevrek malzemelerde delme, oyma işlemleri. Kırılgan ve ısıya duyarlı malzemelerin işlenmesi. Gevrek malzemelerin mikro ölçekte işlenmesi

9 Malzeme Kaldırma Mekanizması Aşındırıcıların kinetik enerjisi malzeme kaldırma işi için kullanılır. Gevrek malzemelerden kırılma mekanizması ile malzeme kaldırılır. Sünekmalzemelerde plastik şekil değiştirme mekanizması etkindir.

10 Uygulama Örnekleri

11 Su Jeti ile İşleme Kesme Ortamı Saf su Stabilizer Katkısı İki Fazlı:aşındırıcı ve su Üç fazlı: aşındırıcı, su ve hava Metot Direkt pompalama Endirekt pompalama Bypass pompalama

12 Su Jeti ile İşleme Yüksek Basınç: MPa ( bar) Yüksek Hız: 1000 m/s İnce levha yada folyo formunda, aliminyum, deri, dokumalar, donmuş gıdalar işlenebilir. Jute Bell Presses

13 Su Jeti ile İşleme Genel olarak saf su kullanılır. Ancak yüksek hızdaki su jeti atmosferik basınç ile karşılaştığında saçılma eğilimi gösterir ve kesme kabiliyeti düşer. Bu sebeple stabilizerler(uzun zincirli polimerler) suya, işlem öncesinde karıştırılır. Aşındırıcıların (örneğin SiO 2 ) su jeti ile karıştırılması, işlemin kesme kabiliyetini oldukça geliştirir. Aşındırıcılar ile birlikte 800 m/sgibi yüksek hızlarda su jeti bilinen mühendislik malzemelerinin önemli bir bölümünü işleyebilmektedir.

14 Su Jeti ile İşleme

20 Uygulamalar Boya Kaldırma Temizleme Yumuşak Malzeme Kesme Dondurulmuş Gıda Kesimi Kumaş ve Deri kesimi Cerrahi Kesme Delme

21 Malzemeler Çelik Demir Dışı alaşımlar Ti alaşımları, Ni- alaşımları Polimerler Metal Matriks Kompozitler Seramik Matriks Kompozitler Beton Taş Granit Tahta Güçlendirilmiş Plastikler Metal Polimer Laminalar Cam Fiber Laminalar

22 Üstünlükleri Kesme bölgesinde deformasyon zonuoldukça küçüktür Oldukça detaylı geometrileri kesebilir. Kalın malzemeleri kesebilir (250 mm kadar). İstifli kesme yapabilir. Kesme esnasında malzeme kayıpları çok azdır. İş parçalarının bağlanması kolaydır

23 İşleme Parametreleri Orifice Sapphires 0.1 to 0.3 mm Odak Tüpü WC 0.8 to 2.4 mm Basınç 2500 to 4000 bar Aşındırıcılar garnet and olivine - #125 to #60 Aşındırıcı to 1.0 kg/min Jet uzunluğu 1 to 2 mm Etkili kesim açıları 60 o to 90 0 İlerleme Hızı 100 mm/min to 5 m/min Kesme Derinliği 1 mm to 250 mm

24 Kısıtlar Su geri dönüşümü Talaş Geri dönüşümü Aşındırıcıların geri dönüşümü Yüksek Basınçlı kriyojenik(cryogenic)jet Sıvı Nirojensu ile yer değiştirmiştir. Kuru Buz kristalleri (katı CO2 kristalleri) aşındırıcı olarak kullanılır.

25 Ultrasonikİşleme

28 İşlem Parametreleri Titreşim Genliği (a o ) μm Titreşim Frekansı (f) khz Aşındırıcı Boyutu 15 μm 150 μm Aşındırıcı Taneler Al 2 O 3 SiC B 4 C, Boronsilicarbide, Elmas İş Parçası ve takım akma mukavemeti Macun içindeki aşındırıcı yoğunluğu

29 Uygulamalar Sert ve Gevrek metalik alaşımlar, yarı iletkenlerin, seramikler ve karbürlerin işlenmesinde kullanılır. Yuvarlak, kare ve kompleks şekilli deliklerin işlenmesi ve farklı yüzey dokularının elde etmek için kullanılır. İnce aşındırıcılar ile, mm yada daha iyi boyut toleransı elde edilebilir. Yüzey pürüzlülüğü (Ra) μmarasında değişir. Kısıtlar Düşük malzeme kaldırma hızı Yüksek takım aşınması Düşük delme derinlikleri

30 Örnekler

31 Elektro Kimyasal İşleme Anodik(+) kutuptaki işlenecekparçanınyüzeyindenmetal atomlarınınçözünerek, iyonlar ile elektrolotiksıvı içerisinde indirgenmesi işlemidir.

32 Elektro Kimyasal İşleme NaCl Na + + Cl - H 2 O H + + (OH) - 2H + + 2e - = H 2 Katot Fe = Fe e - Na + + OH - = NaOH

33 Elektro Kimyasal İşleme

34 Elektro Kimyasal İşleme Metalik bir parçanın, metalürjik özelliklerini hiçbir biçimdedeğişikliğeuğratılmaksızınişlenebilmesine olanak sağlar. İmalat teknikleri, bir biçimde metalde bir alt-hasar oluşumuna neden olur. Metal kristalleri, tezgahların uyguladığı yüksek basınç ve yüksek sürtünme ısısının etkisialtındadeformeolurlar. Elektro Kimyasal İşlemede takım basınçları yoktur. Metale, atomik katmanlarının birbiri ardı sıra çözünmesi ile şekil verilir.

37 İşleme Parametreleri Elektrik Gerilim2 to 35 V Akım 50 to 40,000 A Akım Yoğunluğu 0.1 A/mm 2 to 5 A/mm 2 Elektrolotik Malzeme: NaCland NaNO 3 Sıcaklık: 20 o C 50 o C Debi: 20 lpmper 100 A current Basınç: 0.5 to 20 bar Dilution:100 g/l to 500 g/l İşleme aralığı: 0.1 mm to 2 mm Overcut:0.2 mm to 3 mm İlerleme: 0.5 mm/min to 15 mm/min Elektrot Malzemesi: Copper, brass, bronze Yüzey Pürüzlülüğü:, R a 0.2 to 1.5 μm

38 Uygulamalar Dalma Tip Yüzey parlatma Delme Mikro İşleme

39 Elektriksel Aşındırma ile İşleme Di-elektrik sıvı içerisinde daldırılmış elektrik iletken elektrot ile iş parçası arasında oluşturulan elektriksel boşalımların, iş parçası yüzeyinden küçük bir bölgeyi eritmesivebuharlaştırmasıesasınadayanır. Bir güç kaynağı vasıtası ile iş parçası ve elektrot arasında sağlanan darbe gerilimi, di-elektrik sıvıda güçlü bir elektriksel alan oluşturur. Bu konumda, di-elektrik sıvı molekülleri ve iyonları iki kutuparasındapolarize olur.

40 Elektriksel Aşındırma ile İşleme

42 Elektriksel Aşındırma ile İşleme Di-elektrik sıvının elektriksel yalıtım mukavemeti aşıldığında, dielektrik sıvı içerisinde düşük dirençli bir plazma kanalı oluşur. Oluşan bu boşalım kanalı içerisinden elektronlar ve iyonlar anot ve katot (elektrot ve iş parçası) yüzeyine hızla çarparlar. Bu çarpışma elektronların ve iyonların kinetik enerjilerinin ısı ve basınçformuna dönüşümleri ile sonuçlanır. İşlem sırasında, üretilen ısının W/m 2 sevilerinde kadar yükselebildiği tahmin edilmektedir. Bu denli yüksek ısı akışı, kanalın temas ettiği noktalarda, sıcaklıkların K e kadar yükseltmesine sebep olur. Bilinen hiçbir imalat yönteminde, bu denli yüksek noktasal sıcaklıklara ulaşılamamaktadır.

43 Elektriksel Aşındırma ile İşleme Darbe geriliminin sonlanması ile birlikte, kanal içerisinde basınç aniden düşer ve boşalım kanalının ortadan kalkması ile birlikte, elektrot yüzeylerindeki kızgın eriyik malzeme hızla kaynamaya ve buharlaşmaya başlar. Di-elektrik sıvı oluşan basınç farkından dolayı aniden işlem bölgesine dolar ve kaynama esnasında oluşan sıcak buhar balonları ile karşılaşır. Düşük sıcaklıktaki di-elektrik sıvının soğutma etkisi ile birlikte balonlar aniden küresel tanecikler şeklinde çökerler. Dielektrik sıvının sirkülasyonuile birlikte bu tanecikler işleme bölgesinden uzaklaştırılır. İşlemin net sonucu iş parçası ve elektrot yüzeylerinde oluşan küçük kraterlerdir. Darbe üreteci ile sağlanan ardışık elektrik darbeleri ve takım elektrotunun ileri hareketi ile birlikte elektrot dişi yüzeyinin iş parçası yüzeyinde işlenmesi sağlanır.

44 Elektriksel Aşındırma ile İşleme a) 50 c) 500 b) 200 d) 1400

50 Mikro Elektriksel Aşındırma ile İşleme

51 Mikro Elektriksel Aşındırma ile İşleme

52 Elektriksel Aşındırma ile İşleme Üstünlükler Elektriksel iletkenliğe sahip herhangi bir malzeme, sertliği dikkate alınmaksızınişlenebilir. Özellikle aşırı sert dokuya sahip ve geleneksel yollarla işlenemeyen ve sertleştirilmiş karbür malzemelerin işlenebilmesi endüstriyel uygulamalar için önemli bir avantaj sağlar. İşlem, sertleştirilmiş iş parçası malzemeleri üzerinde yapılabilir. Böylelikle sertleştirme işlemi sonucunda oluşan boyutsal değişimler önlenir. İşleme, çapaksızbir yöntemdir. Takım elektrotu üzerinde, işleme sırasında yüksek mekanik kuvvetler ve titreşim olmadığı için, iş parçası üzerinde, istenilen ince ve hassas kesitler, şekil bozuklukları oluşturmadan işlenebilir. Geleneksel yöntemle üretimi imkansız gibi görülen karmaşık biçimli formlar kolaylıkla işlenebilir. Ölçü ve hassasiyet belirlenen sınırlar içerisinde gerçekleştirilebilir.

53 Elektriksel Aşındırma ile İşleme Zayıf Yönleri İş parçasından talaş kaldırma hızı diğer alışılmış tezgahlara göre azdır. Örnek verilecek olursa, bir torna tezgahı ile EAİ yönteminden 50 kat daha hızlı işleme yapılabilir. İşlenen metal malzeme elektrik iletkenliğine sahip olmalıdır. Üretilen/yapılan oyuklar/boşluklar ve delikler, takım aşınmasından dolayı koniktir. Ancak, koniklikbelli sınırlar içerisinde kontrol edilebilir. Hızlı elektrot aşınması olabilir. Böylece, elektrotun şeklini işlem sırasında korumak zor olmaktadır. Bir geometriyi elde etmek için birden fazla elektrot kullanılması gerekir. İşlenen yüzeylerde, hızlı ısınma ve soğuma çevrimlerinden ötürü, yapısal bozulmalar söz konusudur. Yüzey sertleşmesi meydana gelebilir. EAİ ninperformansını etkileyen birçok fiziksel parametre mevcuttur. Bu durum işlemin kontrolünü güçleştirmektedir. Malzeme kaldırmak için harcanan enerji verimliliği oldukça düşüktür.

54 Lazer

55 Elektron Demeti ile İşleme

56 Elektron Demeti ile İşleme Neden Vakum?

57 Elektron Demeti ile İşleme

58 EDM, Lazer, EBM ve Diğerleri

59 Kimyasal İşleme Foto Kimyasal İmalat (PCM - Photo Chemical Manufacturing) kimyasal frezeleme olarak da tanımlanır. Özellikle kuyumculuk, elektronik, dekorasyon, tıp, savunma, uzay ve imalat sanayi başta olmak üzere yaygın olarak kullanılır. Küçük boyutlu, ince ve de hassas parçaların imalatında tercih edilir. Özel kimyasal banyolarda metallerin üzerinden aşındırma yöntemiyle şekillendirme işlemidir.

60 Kimyasal İşleme

61 Kimyasal İşleme

62 Foto Kimyasal İşleme

63 HibritYöntemler Birden fazla imalat yönteminin, (Mekanizmaların/ enerji kaynağının/ takımlarının) eşzamanlı ve kontrollü etkileşimle kullanılmasıyla, kayda değer işleme performansı artışı sağlayan yöntemlerdir.

64 HibritYöntemler Örnek: Laser Assisted Milling/Turning Eşzamanlı ve Kontrollü etkileşim Kayda değer işlem performansı artışı Daha yüksek malzeme kaldırma hızı, düşük kuvvetler, düşük takım aşınması.

65 HibritYöntemler Yardımcı (Assisted) Yöntemler Laser assisted turning/milling Vibration assisted grinding Vibration assisted EDM Karışım (Mixed) Yöntemler Elektro Erozyon/ Elektro Kimyasal İşleme Elektro Erozyon/Taşlama

66 HibritYöntemler

67 Mikro İşleme Örnekleri

68 A mite measuring 500µ long sits on a mirror array used for optical data switching. The mirror [flat in the left image, folded in the right] is positioned with a gear mechanism. [Source: Sandia National Laboratories/SUMMiT Technologies]

69 This preserved housefly is sporting a pair of two-millimeter-wide eyeglasses, engineered with ultra-precise fast-pulse laser technology. [Source: Micreon GmbH]

70 This two-millimeter-tall camel was made of gold foil. Posed here passing through the eye of a needle 300 microns wide. [Source: Micreon GmbH]

71 An array of holes, each measuring approximately 125 nanometers in length, was precision-drilled with a computer-controlled focused ion beam.

72 The platinum tip of a six-micron-long atom probe --a device used to analyze the distribution of individual atoms in alloys and other substances is seen here at 25,000x magnification. [Source: FEI Company/Tools for Nanotech]

73 This 4mm long submarine is molded from an acrylic liquid that solidifies when it comes in contact with a computer-controlled laser beam. Its expected use is in future medical applications for treating the body on a microscopic level. [Source: Eye of Science/Photo Researchers, Inc ]

74 A focused ion beam created this two-micron-wide gear, seen here at 50,000x magnification [Source: FEI Company/Tools for Nanotech]

75 This chain of six microscopic gears can be used to drive micro-engines at speeds of up to 25,000 rpm. Longer chains can also be used in complex electronic locking mechanisms that are practically unpickable each gear has to be precisely aligned in order to activate an electronic switch [Source: Sandia National Laboratories/SUMMiT Technologies]

76 Nano-technology is used to produce materials with feature sizes below 1µ, typically in the range 1-100nm. The fabricated objects may have many uses, including catalysts, coating for clothes, medicine, etc. [Source: Univ of Cambridge Nanoscale science labs, Mark Welland & Ghim Wei Ho ]

77 Mikro ve Nano-İmalat Yötemleri: Kimyasal Yötemler Electron-Demeti, Lazer, elekriksel aşındırma. Micro- ve Nano-sensorler: Atomik Kuvvet Mikroskobu Taramalı Elektron Mikroskobu, Birçok bilim adamı/kadını bu yüzyılın ilk yarısı için, Nanoteknoloji dönemi olarak nitelemektedir.