İmal Usulleri 1. Fatih ALİBEYOĞLU -1-

Transkript

1 1 Fatih ALİBEYOĞLU -1-

2 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Öğretim Görevlisi Fatih Alibeyoğlu Dersin İçeriği nin İlkeleri ve Sınıflandırılması Döküm Plastik Şekil Verme Esasları Plastik Şekil Verme Yöntemleri Görüşme Saatleri Çarşamba Örgün Öğretim Çarşamba İkinci Öğretim Kaynaklar Principles Of Modern Manufacturing- Mikell Groover Ahmet Aran- Döküm Notları- Işık Üniv. Özgü Bayrak- Ders Notları-Erzincan Üniv. J.S. Colton - Manufacturing Processes and Equipment Georgia Institute of Technology Turgut Gülmez- Ders Notları- İstanbul Teknik Üniv.

3 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Tanım MANUS(EL) MANIFACTURE(İMALAT) FACTUS(YAPIM) Modern manada bir çalışma alanı olarak, imalat biri teknolojik ve diğeri ekonomik olmak üzere iki şekilde tanımlanabilir. Teknolojik olarak imalat, parçaların ve ürünlerin yapımı için belirli bir başlangıç malzemesinin geometrisi, özellikleri ve/veya görünümünün değiştirilmesi için fiziksel ve kimyasal işlemlerin uygulanmasıdır.

4 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ İmalat Teknolojik Anlamda İmalat Ekonomik Anlamda imalat

5 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ İmalatta Kullanılan Malzemeler Mühendislik malzemelerinin çoğu, üç ana kategoride sınıflandırılabilir. Bunlar: Metaller (ve alaşımlar), Seramikler ve Polimerik malzemelerdir.

6 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Metaller Fe-esaslı Metaller Fe-dışı Metaller Seramikler Kristalin Seramikler Camlar MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ Polimerik Malz. Termoplastikler Termosetler Elastomerler Metal Matris Komp. Kompozitler Seramik Matris Komp. Polimer Matris Komp. Fatih Alibeyoğlu, Kafkas Üniversitesi

7 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Mühendislik Malzemeleri Metaller: İmalatta kullanılan metaller genellikle, en az biri metal (metalik) olan iki veya daha fazla elementten oluşan alaşımlardır. Metaller ve alaşımlar genellikle iki ana gruba ayrılır. Bunlar: (1) demir esaslı ve (2) demir dışı metaller ve alaşımlardır. Seramikler: Bir seramik, metal (veya yarı-metal) ve metal olmayan elementlerden oluşan bileşikler olarak tanımlanır. Tipik metal olmayan (ametal) elementler oksijen, azot (nitrojen) ve karbondur. Polimerik Malzemeler: Polimerik malzeme, çok sayıda monomer adı verilen yapı ünitelerinden oluşan bir bileşiktir. Monomerlerin atomları elektronlarını ortaklaşa kullanarak çok büyük moleküller (polimerleri) oluştururlar. Kompozitler: Kompozitler aslında farklı bir malzeme grubunu oluşturmazlar ve üç temel malzeme türlerinin karışımlarıdır. Kompozit, ayrı ayrı üretilen ve kendini oluşturan bileşenlerden daha üstün özellikler elde etmek için birleştirilen iki veya daha fazla fazdan oluşan bir malzemedir.

8 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ İmalat İşlemleri İmalat işlemi, bir malzemenin değerini artırmak amacıyla fiziksel ve/veya kimyasal olarak değişimine yönelik tasarlanmış bir yöntemdir. İmalat işlemleri iki temel sınıfa ayrılır. Bunlar: İşleme yöntemleri Montaj işlemleridir. Bir işleme yönteminde, malzemenin katma değerini artırmak için iş parçasının şekli, fiziksel özellikleri ve yahut ta görünüşünü değiştirmek için enerji kullanılır. Kullanılan enerji mekanik, termal, elektrik ve kimyasal enerji olabilir. Bu işlem esnasında enerji makine veya cihazlar ile kontrollü bir şekilde uygulanır.

9 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Şekillendirme İşlemi İşleme Yöntemleri Özellik Geliştirme İMALAT İŞLEMLERİ Yüzey İşlemleri Kalıcı Birleştime İşlemi Montaj İşlemleri Mekanik Birleştirme

10 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Şekillendirme İşlemleri Şekillendirme İşlemleri Çoğu şekillendirme işleminde iş malzemesinin geometrisinde bir değişim oluşturmak için ısı, mekanik kuvvet veya her ikisi birden uygulanır. Şekillendirme işlemleri değişik şekillerde sınıflandırılabilir. Şekillendirme işlemleri 4 ana gruba ayrılabilir. Katılaştırma Teknikleri(Döküm Yöntemleri) Parçacık İşleme Teknikleri(Toz metalürjisi) Plastik şekil verme işlemleri Talaş Kaldırma İşlemleri

11 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Katılaştırma Teknikleri- Döküm Başlangıç malzemesinin sıvı veya yarı sıvı hale ısıtıldığı döküm ve kalıplama işlemleri. İşlem iki aşamadan oluşur. Bunlar: (1) Sıvının kalıp boşluğuna aktarılması, (2) Sıvın katılaşmaya bırakılması ve katılaştıktan sonra kalıptan çıkarılmasıdır.

12 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Parçacık İşleme Teknikleri(Toz metalürjisi) Parçacık biçimlendirme (toz metalürjisi): (1) Başlangıç malzemesi tozdur. Yaygın uygulama iki aşamalıdır. Bunlar: (2) presleme ve (3) sinterlemedir.

13 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Plastik şekil verme işlemleri Bazı yaygın plastik şekil verme işlemleri: (a)iş parçasının iki kalıp parçası arasında sıkıştırıldığı ve bu sayede kalıp boşluğunun şeklini aldığı dövme işlemi ve (b)bir takozun (kütüğün) bir kalıp deliğinden geçmeye zorlandığı ve deliğin kesit şeklini aldığı ekstrüzyon işlemi.

14 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Talaş Kaldırma İşlemleri Yaygın olarak kullanılan talaş kaldırma işlemleri: (a)tek uçlu bir takım ile dönen bir iş parçasından çapını küçültmek için talaş kaldırılan tornalama, (b)(parça içine daldırılan dönen bir matkap ucu ile parçada yuvarlak bir delik açılan matkapla delik delme ve (c) çok kenarlı dönen bir kesici takıma iş parçasını beslendiği frezeleme.

15 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Montaj İşlemleri İkinci temel imalat işlemi tipi, iki veya daha fazla parçanın bir bütün oluşturmak için bir araya getirildiği birleştirme (montaj) işlemidir. Yeni parçayı oluşturan bileşenler kalıcı veya yarı kalıcı olarak birleştirilmişlerdir.

16 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ Üretim Sistemleri Bir imalat firmasının, gerçekleştirdiği üretim faaliyetini verimli bir şekilde yürütebilmesi için sistemlere ihtiyacı bulunmaktadır. Üretim sistemleri personel, ekipman ve bir firmanın üretim işlemlerini oluşturan malzeme ve işlemler kombinasyonu için tasarlanmış prosedürler gibi unsurları kapsamaktadır. Üretim altyapısı ve olanakları fabrika ile fabrikada mevcut üretim, malzeme nakil ve diğer ekipmanları kapsar. Ekipmanların, parçalar ve/veya montajların yapımı esnasında doğrudan bunlarla ile fiziksel teması söz konusudur. Üç farklı yıllık üretim miktarı aralığının her biri için farklı altyapı tipleri gerekmektedir Düşük Miktarda Üretim Orta Miktarda Üretim Yüksek Miktarda Üretim

17 İMALATA GİRİŞ ve GENEL BAKIŞ İmalat Destek Sistemleri İmalat destek fonksiyonları firma içinde farklı bölümlerde organize olmuş personel tarafından yerine getirilir. Bu bölümler: İmalat mühendisliği bölümü Üretim planlama ve kontrol bölümü Kalite kontrol bölümü

18 MALZEMELERİN DOĞASI Atom yapısı ve Elementler Maddenin temel yapısal birimi atomdur. Her atom, yüklerin dengede olması için yeterli sayıda negatif yüklü elektron ile çevrili pozitif yüklü bir çekirdekten oluşmaktadır. Elektron sayısı atom numarasını ve atomun elementini belirler Elementlerin periyodik sistemde sahip oldukları atom numarası Z, proton adedine ve bununla beraber her atomun kendi elektronlarının adetine eşittir. Atomun kütle sayısı A, proton adeti Z ve nötron adeti N'nin toplamına eşittir. A =Z + N Bir elementin farklı kütle sayısına sahip atomlarına o elementin izotopları denir. Aynı elementin izotopları o elementin atom numarasına, dolayısıyla o elementin proton sayısına sahip olacaktır. Kütle sayılarını farklı yapan unsur nötron sayılarının farklılığıdır.

19 MALZEMELERİN DOĞASI Atom yapısı ve Elementler Bütün elementler elektron yapılarına göre periyodik tabloda sınıflandırılırlar. Burada elementlerin artan atom numarasına göre yer aldığı yatay yedi adet satır periyot olarak adlandırılır. Aynı sütunda verilen elementlerin valans elektron yapısı, kimyasal ve fiziksel özellikleri benzerdir.

20 MALZEMELERİN DOĞASI Atom yapısı ve Elementler Elementler arasındaki benzerlik ve farklılıkların çoğu, atomik yapıları ile açıklanabilir. Gezegen modeli olarak adlandırılan, atom yapısının en basit modeli, Şekilde gösterildiği gibi, çekirdeğin çevresinde kabuk denen sabit mesafelerde dönen atomun elektronlarını göstermektedir. Bazı elementlerin basit atomik yapı modelleri: (a) hidrojen, (b) helyum, (c) flor, (d) neon ve (e) sodyum

21 MALZEMELERİN DOĞASI Atom yapısı ve Elementler Sodyum atomundaki fazla elektronun flor atomumun dış yörüngesini tamamlamak için yer değiştirmesiyle oluşan sodyum florür molekülü.

22 MALZEMELERİN DOĞASI Atomlar Arası Bağlar ve Moleküller Atomlar, değerlik elektronları ile ilgili çeşitli bağlarla moleküller halinde bir arada tutulur. Buna karşı moleküller, genellikle her bir molekülün kendi elektron yapılanması sonucunda oluşan zayıf bağlarla birbirini çekerler. Bu nedenle iki çeşit bağ vardır: 1) Genellikle moleküllerin oluşumu ile ilgili birincil bağlar (iyonik, σ, π, kovalent ve metalik bağlar) 2 ) Genellikle moleküller arasındaki çekim ile ilgili ikincil bağlar (van der waals) Birincil bağların oluşması için atomlar arasındaki itme ve çekme kuvvetlerinin birbirine eşit olması, yani minimum potansiyel enerjinin sağlanması gerekir

23 MALZEMELERİN DOĞASI Birincil Bağlar Birincil bağlar, değerlik elektronlarının değiş tokuşunu içeren güçlü atom-atoma çekimler ile nitelendirilir.

24 MALZEMELERİN DOĞASI İkincil Bağlar Birincil bağlar, atom-atoma çekim kuvvetlerini içerirken, ikincil bağlar moleküllerin aralarındaki çekimleri yani moleküller arası çekimleri içerir.

25 MALZEMELERİN DOĞASI Bağ Türünün Etkileri Ergime ve buharlaşma sıcaklığı: Katı halden sıvı hale geçerken kuvvetli, sıvıdan buhara geçerken zayıf bağlar kopar. Bağ enerjisi arttıkça ergime sıcaklığı artar. Isıl genleşme: Ergime sıcaklığı ile ters orantılı gelişir. Mukavemet Elastisite modülü Isıl iletkenlik: Serbest elektron hareketi ile ilişkilidir. İyonik ve kovalent bağlılarda ısı enerjisi yalnızca atomların ısıl titreşimleri ile olur. Optik özellikler: Metallerde ışık dalgası serbest elektron bulutu ile yansıtıldığından geçmez. Bu nedenle metaller saydam değildir. Kovalent ve iyoniklerde ise serbest elektron olmadığından ışık yansıtılmadan geçer. Yapıda kusur varsa? Kimyasal özellikler: Metalik bağlılarda valans elektronları kolayca yapıdan ayrılır ve artı yüklü iyonlar kalır. Bu iyonlarda çevrenin elektro-kimyasal etkilerine karşı duyarlı olur.

26 MALZEMELERİN DOĞASI Kristal Yapılar Temelde iki farklı malzeme yapısı vardır: (1) kristal ve (2) kristal dışı. Kristal yapı, atomların üç boyutlu olarak düzenli ve tekrarlayan pozisyonlarda yer aldığı bir yapıdır. Hacim merkezli kübik (HMK) kristal yapı: (a) atomların üç boyutlu bir eksen sisteminin noktaları olarak gösterildiği birim hücre, (b) (c) sıkı şekilde paketlenmiş atomları gösteren birim hücre modeli (bazen sert top modeli de denir) HMK yapısının tekrarlanan deseni.

27 MALZEMELERİN DOĞASI Kristal Yapı Türleri Metallerde, üç farklı kafes yapısı yaygındır: (1) hacim merkezli kübik (HMK), (2) yüzey merkezli kübik (YMK) ve (3) (sıkı paket hekzagonal (SPH).

28 MALZEMELERİN DOĞASI Kristalde Kusurlar Şimdiye kadar, kristal yapılar mükemmelmiş gibi ele alınmıştır şöyle ki birim hücre malzemede her yönde tekrarlanmaktadır. Mükemmel bir kristal, estetik ve mühendislik açısından zaman zaman tercih edilir. Ancak, bir kristalin kafes yapısının mükemmel olmamasının çeşitli nedenleri vardır. Noktasal kusurlar:, (a) atomsal boşluk, (b) iyon çifti boşluğu, (c) ara yer atomu ve (d) yer değiştirmiş iyon.

29 MALZEMELERİN DOĞASI Kristalde Kusurlar Çizgisel kusur, kafes yapısında bir çizgi oluşturan birbirine bağlı noktasal kusurlardan meydana gelir. En önemli çizgisel kusur, iki farklı biçimde olabilen dislokasyonlardır: (a) kenar dislokasyon (b) vida dislokasyonu.

30 MALZEMELERİN DOĞASI Kristalde Şekil Değişimi Bir kristal gittikçe artan bir mekanik gerilmeye tabi tutulduğunda, ilk tepkisi elastik olarak şekil değiştirmektir. Dislokasyonların gerilme altında kafes yapısındaki etkileri. Şema serisinde görülen dislokasyonun hareketi, şekil değişiminin mükemmel bir kafes yapısına göre daha düşük bir gerilim altında meydana gelmesini sağlar

31 MALZEMELERİN DOĞASI Kristalde Şekil Değişimi İkizlenme, ikizlenme düzleminin karşıt taraflarında atomik ayna görüntüsü (yani, bir ikiz ) oluşumunu içerir: (a) ikizlenmeden önce (b) sonra

32 MALZEMELERİN DOĞASI Metallerde Tane Sınırı Bir metal kütlesi, tane olarak adlandırılan, tek bir kristalden milyonlarcasını içerebilir. Her tanenin kafes içerisinde kendine ait bir yönelimi vardır; ancak toplu olarak, taneler kütle içinde rastgele yönlenir. Bu tür bir yapı, çok kristalli olarak adlandırılır. Kristal Olmayan Yapılar Kristal malzemelerden kristal olmayanları iki yakından ilişkili özellik ayırt eder: Moleküler yapıda uzun mesafeli bir düzenin olmaması Erime ve ısıl genleşme özelliklerinde farklılıklar.

33 MALZEMELERİN DOĞASI Kristal Olmayan Yapılar (a) Kristal ve (b) Kristal olmayan malzemelerin arasındaki yapısal farklar. Kristal yapı düzenli, yinelenen ve yoğunken, kristal olmayan yapı daha gevşek paketlenmiş ve rastgeledir. (c) Saf bir metalin (kristal bir yapı) ve camın (kristal olmayan bir yapı) karakteristik hacim değişimleri