MEKATRONĐK EĞĐTĐMĐNDE LABORATUAR UYGULAMALARINDA KULLANILMAK ÜZERE MASAÜSTÜ ÇEKME CĐHAZI TASARIMI

Transkript

1 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE MEKATRONĐK EĞĐTĐMĐNDE LABORATUAR UYGULAMALARINDA KULLANILMAK ÜZERE MASAÜSTÜ ÇEKME CĐHAZI TASARIMI DESIGN OF PULLING MACHINE FOR USING LABORATORY EXPERIMENT IN MECHATRONIC EDUCATION Rıza GÜRBÜZ, Çankırı Karatekin Üniversitesi, M.Y.O. ÇANKIRI Đsmail TOPALOĞLU, Çankırı Karatekin Üniversitesi, M.Y.O. ÇANKIRI Mehtap YAVUZ, Çankırı Karatekin Üniversitesi, M.Y.O. ÇANKIRI Fevzi DAŞ, Çankırı Karatekin Üniversitesi, M.Y.O. ÇANKIRI ÖZET Mühendislik malzemeleri rijit olmadığından kuvvet altında deforme olup, şekil ve boyut değişiklikleri gösterirler. Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır. Bunlardan en önemlisi çekme deneyi"dir. Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir. Bunun için boyutları standartlara uygun dikdörtgen kesitli deney parçası; çekme cihazına bağlanarak, değişken kuvvetler uygulanır. Çekme deneyi malzemelerin mukavemeti hakkında esas tasarım bilgilerini saptamak ve malzemelerin özelliklere göre sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile geniş çapta kullanılır. Bu çalışmada da mekatronik eğitiminde laboratuar uygulamalarında kullanılmak üzere çekme deneyleri için test cihazı tasarlanmıştır. Tasarlanan cihazla yapılan birçok ön deneye ait sonuçlar çalışmada sunulmuştur. ABSTRACT Engineering materials are deformed under the force is not rigid, show changes depends on their shape and size. Mechanical tests are carried out to understand the properties of the material. The most important one is called "pull test". The purpose of the tensile test is determining elastic and plastic behavior of materials under static load conditions. The dimensions of the rectangular test piece according to the standards; capture device connected to the variable force is applied. Tensile strength of the materials on the basis of design identifies and classifies materials according to specifications widely used for the purpose. In this study, tensile tester is designed to be used in laboratory applications in the education of mechatronics experiments. The designed device, the results of the study, several preliminary experiments are presented. 1

2 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE 1. GĐRĐŞ Mühendislik malzemeleri rijit olmadığından kuvvet altında deforme olup, şekil ve boyut değişiklikleri gösterirler. Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır. Bunlardan en önemlisi çekme deneyi"dir. Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir. Bunun için boyutları standartlara uygun dikdörtgen kesitli deney parçası; çekme cihazına bağlanarak, değişken kuvvetler uygulanır. Çekme deneyi malzemelerin mukavemeti hakkında esas tasarım bilgilerini saptamak ve malzemelerin özelliklere göre sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile geniş çapta kullanılır. Çekme deneyi standartlara göre hazırlanmış deney numunesinin tek eksende, belirli bir hızla ve sabit sıcaklıkta koparılıncaya kadar çekilmesidir. Deney sırasında, standart numuneye devamlı olarak artan bir çekme kuvveti uygulandığında, aynı esnada da numunenin uzaması kaydedilir. Test numunesindeki uzama kuvveti bir bilgisayar yardımıyla sürekli kaydedilmektedir. Cihazın kontrolü bir PLC yardımıyla sağlanmaktadır. Ayrıca sistemde motorun uç noktalarda sınırı aşıp test numunesi koptuktan sonra çarpmaması için endüktif sensörler kullanılmıştır. 2. ÇEKME CĐHAZI VE TANIMLAMALAR Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır. P σ (1) A Birim Şekil Değiştirme (): Malzemeye kuvvet uygulandığı zaman oluşan boy değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranı. L (2) L Elastisite Modülü (E): Malzemenin dayanımının (mukavemetinin) ölçüsüdür. Birim uzama ile normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişkinin bir sonucu olup birim uzama başına gerilme olarak tanımlanır. Birim uzama ile normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişki şöyle tanımlanabilir: σ E (3) Malzemeye kuvvet uygulandığında, malzemede meydana gelen uzamalar elastik sınırlar içinde gerilmelerle orantılıdır. Buna Hooke Kanunu adı verilmektedir. Elastisite modülü malzemeye ait karakteristik bir özelliktir. Akma dayanımı (σ a ): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir, P a σ (4) a A Çekme dayanımı (σ ç ): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, aşağıdaki formül ile bulunur. 2

3 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE P max σ ç (5) A Kopma Gerilmesi (σ K ): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir. P K K A σ (6) Yüzde Kopma uzaması (KU): Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en yüksek yüzde plastik uzama oranı olarak tanımlanır. Çekme deneyine tabi tutulan numunenin kopan kısımlarının bir araya getirilmesi ile son boy ölçülür ve boyda meydana gelen uzama L Lk L (7) bağıntısı ile bulunur. Burada L o numunenin ilk ölçü uzunluğunu, L k ise numunenin kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise; L KU (%) x1 (8) L bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin sürekliğini gösterir. Yüzde Kesit Daralması (KD): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup; A AK KD(%) x1 (9) A bağıntısı ile hesaplanır. Burada A deney numunesinin ilk kesit alanını, A k ise kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. A k nın hesaplanması isçin hacmin sabit kalacağı ifadesi kullanılır. V L A (1) L VK A L AK LK AK K Şekil 1. Çekme cihazı genel görünümü a) Tasarım görüntüsü, b) Üretilmiş görüntüsü Çizelge 1. Tasarlanan cihazın teknik özellikleri. 3

4 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE Test Numunesi Max. Kuvvet Basma Kapasitesi Sistem kontrolü Uzama ölçüm hassasiyeti Mekanik ayarlanabilir kurs Hız kontrolü Ön yükleme Grafik görüntüleme Load-cell Tutma çeneleri Çekme hızı Motor kapasitesi Besleme gerilimi Mekanik kuvvet iletimi -1MM silindirik veya 3x1mm lama malzeme 5 kn (5 ton) 5 kn (5 ton) PLC+PC ±.1mm 5mm Tam otomatik Tam otomatik Operatör panel veya PC üzerinden grafik alınabilir 5 ton kapasiteli Silindirik ve lama malzemeler için 2 takım 5mm/dk.75 KW AC AC 22V 5 Hz 2 adet boşluksuz vidalı ve somun sistemi. 3. DENEYSEL ÇALIŞMA Tasarlanan çekme cihazıyla örnek olarak iki numune incelenmiştir. Đncelenen numunelere ait özellikler çizelge 2'de verilmiştir. Buna ek olarak kuvvet-uzama ve gerilme-birim uzama grafiklerde çalışmada sunulmuştur. Çizelge 2. Deneyde kullanılan numune özellikleri Açıklama Numune-1 Numune-2 Çap (d) 5 5 Đlk Boyu (L) Malzeme Cinsi Alüminyum Çelik Malzeme Şekli Silindirik Silindirik Çekme Hızı 7 mm/dk 7 mm/dk ,19,42,64,87 1,9 1,32 1,54 1,77 1,99 2,22 2,44 2,67 2,89 3,12 3,34 3,57 3,79 4,2 4,24 4,47 4,69 4,92 5,14 5, ,,25,56,85,116,145,176,25,236,265,296,325,356,385,416,445,476,55,536,565,596,625,656,685,716 Şekil 2. Alüminyum numunesine ait deney sonuçları, kuvvet-uzama grafiği, gerilme-birim 4

5 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE ,19,42,64,87 1,9 1,32 1,54 1,77 1,99 2,22 2,44 2,67 2,89 3,12 3,34 3,57 3,79 4,2 4,24 4,47 4,69 4,92 2 1,,25,56,85,116,145,176,25,236,265,296,325,356,385,416,445,476,55,536,565,596,625,656 Şekil 3. Çelik numunesine ait deney sonuçları, kuvvet-uzama grafiği, gerilme-birim Şekil 2 ve 3'de sırasıyla alüminyum ve çelik numunelerine ait çekme deney sonuçları görünmektedir. Birim uzama başına gerilme miktarları çelik için alüminyum numunesine göre daha fazladır. Bunun kanıtı şekil 2 b ve şekil 3 b'de görülebilir ,12,27,42,57,72,871,21,171,321,471,621,771,922,72,222,372,522,672,822,973,123,27 1 5,16,36,56,76,96,116,136,156,176,196,216,236,256,276,296,316,336,356,376,396,416,436 Şekil 4. Alüminyum-2 numunesine ait deney sonuçları, kuvvet-uzama grafiği, gerilmebirim ,19,42,64,87 1,9 1,32 1,54 1,77 1,99 2,22 2,44 2,67 2,89 3,12 3,34 3,57 3,79 4,2 4,24 4,47 4,69 4,92,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,4,4,4,5,5,5,5,6,6,6,7 5

6 MKT212,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 212, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE Şekil 5. Çelik-2 numunesine ait deney sonuçları, kuvvet-uzama grafiği, gerilme-birim Şekil 4 ve 5'de sırasıyla alüminyum ve çelik numunelerine ait çekme deney sonuçları görünmektedir. Birim uzama başına gerilme miktarları çelik için alüminyum numunesine göre daha fazladır. Bunun kanıtı şekil 4 b ve şekil 5 b'de görülebilir. 4. SONUÇ Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır. Bunlardan en önemlisi çekme deneyi"dir. Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir. Bu çalışmada da mekatronik laboratuarlarında çekme deneylerinde kullanılmak üzere çekme cihazı tasarımı yapılmış ve tasarlanan cihazla birçok ön deney gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalardan alüminyum ve çelik için olanlar çalışmada sunulmuş ve bu test numunelerinde kuvvet-uzama ve gerilme birim uzama değerleri incelenmiştir. Çalışmada gerçekleştirilen çekme cihazı mühendislik fakülteleri ve meslek yüksek okullarında makine, metal, malzeme ve mekatronik bölümlerinde kullanılabilecek düzeydedir. KAYNAKÇA [1] Ders notları, "Mekanik Dersi-Çekme Deneyi", w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/iy2/lecture2.pdf Balıkesir Üniversitesi. [2]Ders notları, "Mekanik Dersi-Çekme Deneyi", Dokuz Eylül Üniversitesi. [3] Gürbüz R., "Mekatronik laboratuarı için çekme deneyi", [4] KAYALI, E.S., ENSAR,C., DIKEÇ, F., Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri,.T.Ü Kimya-Metalurji Fakültesi Ofset Atölyesi, Đstanbul, l99. [5] KISAKÜREK, S. E., Malzeme Teknolojisinde Sertlik Deneyi, Malzeme Teknolojisinde Deneysel Verilerin Degerlendirilmesi Semineri, Bogaziçi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Đstanbul, l984. [6] RAWLINGS, R., Practical Physical Metallurgy, University Colege of South Wales and Monmoutshire, London, l961. [7] DAVIES, D.E., Practical Experimental Metallurgy, Department of Metallurgy University College of Svansea University of Wales, Elseiver Publishing Co.Ltd., l966. 6