İmal Usulleri 2. Fatih ALİBEYOĞLU -8-

Transkript

1 İmal Usulleri 2 Fatih ALİBEYOĞLU -8-

2 Isıl enerjili Yöntemler Isıl enerji esaslı malzeme işleme yöntemleri, kaynama veya buharlaşma ile malzemenin işlenebilecek kadar çok yüksek bölgesel sıcaklıklara getirilmesi temeline dayandırılır. Isı enerjisi kaynağı olarak elektriksel boşalma, elektron ışını, lazer ışını gibi çeşitli yöntemler kullanılır. Bütün yöntemlerde malzeme yüzeyinde oluşacak odak noktasında ulaşılan sıcaklıklar, bilinen bütün malzemelerin erime ve buharlaşma sıcaklığının üzerindedir. Bu nedenle ısıl enerji kullana yöntemlerle bilinen bütün malzemeleri işlemek mümkündür. Bazı yöntemler: 1.Elektro erozyon 2.Telli elektro erozyon 3.Lazer 4.Plazma

3 Elektro Erozyon ile İşleme Elektriksel Deşarj İmalat (EDM) iletken bir malzemenin aşındırılması amacıyla bir dizi elektrik boşalması (kıvılcım) kullanılan bir yöntemdir. 50 khz ile 500 khz arasında tekrarlanan yüksek gerilim darbeleri; grafit, pirinç, bakır veya tungsten den imal edilmiş elektrotlara uygulanır. Takım geometrisinin iş parçasını oyması prensibi ile çalışır. Oyma işlemi küçük ve çok sayıda elektriksel kıvılcımlar vasıtasıyladır.

4 Elektro Erozyon ile İşleme-Plazma Bugün insanlığın iki büyük sorunu vardır. Bunlardan birincisi hammadde, ikincisi ise enerji sorunudur. Enerji sorununa çözüm olarak yakın geçmişte atom enerjisi alternatif olarak görülmüş, ancak bugün için klasik atom enerjisi elde etme yöntemi (çekirdek parçalama) gerek canlılar için tehlike kaynağı, gerekse hammaddesinin sınırlı oluşu nedeniyle nihai bir çözüm getirememiştir. Nihai çözüme alternatif olarak, ancak plazma sayesinde mümkün olabilen çekirdek füzyonu görülebilmektedir. Hammadde sorununda ise bulunacak yeni yöntemler ile, daha az hammaddeden daha fazla yaralanabilmek önerilmektedir. Örneğin plazmadan faydalanarak klasik yöntemlerle elde edilemeyen malzemelerin elde edilmesi veya plazma kaynağı ile ekonomik ve kaliteli kaynak konstrüksiyonların gerçekleştirilmesi gibi.

5 Elektro Erozyon ile İşleme-Plazma Maddenin kendine has özelliği olan katı, sıvı, gaz ve plazma hali olmak üzere 4 hali vardır. Bunlar arasındaki esas fark sahip oldukları enerjidir. Yani maddenin herhangi bir konumdaki enerjisini değiştirerek maddeyi diğer bir konuma geçirmek mümkündür. Plazma hali yakın bir geçmişe sahip olup, kendine has özellikleri olması sebebiyle maddenin 4. halini adını almasına neden olmuştur. Plazma, içerisinde iyon, elektron, uyarılmış atom, foton ve nötral atom veya molekül içeren bir karışımdır. Plazma doğada güneş ve bazı yıldızlarda, yıldırımda ve elektrik boşalmalarında, günlük hayatta ise flüoresan lambalarda görülür.

6 Elektro Erozyon ile İşleme-Plazma Bir atoma iyonizasyon enerjisinden daha büyük bir enerji verilirse atom iyonize olur. Bu işlem eğer bir gaz kütlesi için gerçekleşirse plazma elde edilmiştir. Plazma için gerekli olan enerjiyi gaz kütlesine mekanik, ısı, ışın magnetik ve elektrik enerjisi şeklinde vermek mümkündür. Elektriksel boşalma mekanizması kısaca, bir elektrik gerilim kaynağı, gaz içinde bulunan iki iletken plaka içerisine bağlanırsa belirli şartlar gerçekleştiğinde, uygulanan gerilim, plakalar arasındaki gazın delinme gerilimi üzerinde ise bu iki plaka arasından bir elektrik akımı akar. Buradan akan akımın büyüklüğüne göre, ortaya çıkan elektrik boşalma sistemleri sınıflandırılır.

7 Elektro Erozyon ile İşleme EDM de neden takım iş parçasına göre daha az aşınır? Katottan kopan elektronlar iş parçasından kopan iyonlara göre çok küçük kütleleri olduklarından elektrik alanı içerisinde daha büyük hız kazanırlar (çok büyük momentum) ve karşı yüzeyde etkili olurlar. Takım Hacimsel aşınma Takım aşınmasında etkili parametreler 1.İş parçası işleme hızı arttıkça takım aşınması artar. 2.İşleme alanı küçüldükçe takım aşınması artar. 3.İnce kesitli takım kullanılırsa takım aşınması artar. 4.İşleme derinliği arttıkça takım aşınması artar. Elektro erozyon ile işlemede takım maliyeti toplam işleme maliyetinin yaklaşık %80 ini oluşturur. Bu nedenle doğru boyutta ve doğru sayıda takım imalatı büyük önem taşır. Takım malzemeleri: Bakır, pirinç, tungsten, tungsten-bakır, bakır-grafit, çinko bazlı alaşımlar

8 Elektro Erozyon ile İşleme neden yaygındır? 1. Takım ve iş parçası arasında fiziksel temas olmaz. 2.İş parçası elektriksel olarak iletken olmak şartıyla, fiziksel ve mukavemet özelliklerinin işlemede etkisi yoktur. 3.Takıma işlenecek şekli vermek kaydıyla çok karmaşık geometriler işlenebilir. 4.İşlenmiş yüzeydeki ısıdan etkilenmiş bölge ihmal edilir. 5.Minimum seviyede operatör bilgi birikimi ister

9 Elektro Erozyon ile İşleme

10 Elektro Erozyon ile İşleme- Dielektrik sıvının görevi Dielektriğin görevleri: 1.Gerilim uygulandığında en kısa zamanda iyonize olarak elektriği iletmek 2.Boşalım sonrası en kısa zamanda yalıtkanlık kazanarak daha sonraki boşalımların farklı yerlerde oluşumunu sağlamak 3.Ortamı soğutmak 4.İşleme artıklarını ortamdan uzaklaştırmak 5.Akışkanlığı sayesinde işleme ortamı detaylarına kolayca ulaşabilmeyi sağlama Dielektrikler 1.İnce hidrokarbon )gaz yağı, parafin, transformatör yağı) 2.İnce silikon esaslı yağlar. Dielektrik uygulaması olmadığında veya yetersiz kaldığında ortamdaki işleme artıkları uzaklaştırılamadığından kısa devre ve ark tipi vurum oluşumları gerek takım gerekse iş parçası yüzeyinde yanma meydana getirir.

11 Elektro Erozyon ile İşleme- Dielektrik Sıvının Uygulanışı Dielektrik sıvı tezgaha; İş parçasının içerisinden emiş Takım içinde emiş Tank içinden besleme Elektrodtlar arası püskürtme Takım içinden püskürtme iş parçası içinden püskürtme şeklinde verilir.

12 Elektro Erozyon ile İşleme- Yüzey Katmanları

13 Elektro Erozyon ile İşleme Uygulamaları 1.Çok sert ve mukavemetli parçaların işlenmesi 2.Karmaşık geometrili kalıpların işlenmesi 3.Mikro işlemede 4.Dar kanal ve küçük çaplı delik işlemede 5.Konik delik delmede 6.Silindirik olmayan deliklerin açılmasında kullanılır. Sektörlerde 1.Kalıpçılık teknolojisinde %50 2.Parti bazında iş yapan orta-küçük imalat atölyelerinde %30 3.Uzay ve havacılık sanayinde %10 4.Otomotiv endüstrisinde %5 5.Diğer %5 uygulanır.

14 Elektro Erozyon ile İşleme Getirdiği yenilikler 1.Eskimiş kalıpların elden geçmesi 2.Tek parça kalıp yapma imkanı 3.İşçilikte %60tasarruf 4.Eski kalıp-zımba setinde zımba iyi durumda ise takım olarak kullanılarak yeni bir kalıp yapma imkanı 5.Isıdan etkilenmiş yüzey çok sığdır. Bu nedenle kalıp performansı etkilenmez. 6.EDM ile oluşan doğal koniklik kalıptan parçanın kolay çıkmasını sağlar. Dezavantajları 1.İşleme hızının düşük olması 2.Yüzeyin kratersi yapıda olması 3.Takım aşınması 4.İŞ parçasının elektriksel olarak iletken olması zorunluluğu 5.Karmaşık geometrili takımları işleme zorluğu

15 Tel Erezyon Tel erozyon ile işleme elektro erozyonla işlemenin özel bir şeklidir. Burada elektrot, sürekli olarak ilerletilen iletken bir teldir. Tel erozyonda talaş, doğru akım vurumlu bir güç kaynağı vasıtasıyla oluşan elektrik kıvılcımlarının erozyonu ile kaldırılır.

16 Tel Erozyon ile İşleme Kıvılcımlar dielektrik sıvı içerisinde birbirine yakın yerleştirilen tel elektrot ve iş parçası arasında oluşur. Tel erozyon ile işleme tekniğinin üstünlüğü, elektrik iletkenliği özelliğe sahip her türlü malzeme sertlik değeri ne olursa olsun işlenebilmekte, ayrıca kalın malzemelerin (~200mm) ve karmaşık profillerin işlenebilmesine imkan sağlamaktadır. Özellikle kalıp imalatında kullanımı yaygındır. Tezgah ve kesime bağlı olarak tolerans 0.01 mm ye kadar inebilmektedir. Kesme boşluğu ise, tel çapı ve aşındırma bölgesi (akıma bağlı ~1/2 tel çapı) kadardır. Bu nedenle dişi ve erkek kalıp yapımında büyük kolaylık sağlar

17 Elektro Erozyon ile İşleme Tel Elektro Erozyonla Kesme İşlemi, Elektro Erozyonla İşleme nin özel bir şekli olup elektrot olarak bobin şeklinde makaraya sarılan iletken tel sürekli olarak ilerletilerek, nümerik kontrollü bir tabla ile işe göre hareket ettirilmektedir. Tel Erozyon tezgâhlarında, tel elektrodu gibi çok basit bir takım yardımıyla çok yüksek hızlarda bile 3 boyutlu karmaşık parçaların büyük bir kısmı imal edilebilmektedir. İş parçası ve tel malzemesinin uygun seçilmesi halinde dakikada 300 mm² ve hatta daha yüksek kesme değerlerine ulaşabilmektedir. Bu tezgâhlarda, farklı elektriksel kutuplara bağlanan tel elektrot (Tel erozyon tezgâhında bakır tel (+), tabla ise (-) yüklüdür. Kesim; telin parçaya değmesi ile meydana gelen ark ile oluşur. Ark anında 8000~12000 C ısı oluşur), iş parçasına yaklaştırıldığında elektriksel boşalımlarla yüksek bir sıcaklık meydana gelmekte ve yerel metal ergime yolu ile talaş kaldırılmaktadır. Talaş kaldırma hızı, her bir kıvılcımdaki enerji miktarı ve her kıvılcımın zaman aralığına göre değişmektedir.

18 Elektro Erozyon ile İşleme Damgalar, tornalama takımları, torna için templateler, düşey elektro erozyon için elektrotlar, broşlar ve çeşitli kalıpların yapımında kullanılır. Tel erozyon metallurji alanında birçok uygulama alanı bulunmaktadır. Örneğin kimyasal değişikliğin belirlenmesi için döküm parçadan küçük bir parçanın çıkartılması, kaynak kesitlerinin incelenmesi, mekanik testler (çekme, yorulma, aşınma, vb) için numunelerin hazırlanması gösterilebilir.

19 Elektron Işını İle işleme Elektron ışını ile işlemenin yanı sıra, ısıl işlemleri ve kaynak gibi uygulamaları da vardır. Yüksek yoğunluktaki elektronların iş parçası üzerinde yoğunlaştırılması ile malzemenin eritilmesi ve buharlaştırılmasına neden olunur. Elektronlar şıkı hızının yaklaşık %75 i mertebesine kadar hızlandırılır. Yüksek hassasiyetli kesmelerde bu yöntem kullanılır. 100:1 derinlik çap oranlı kesmelerde kullanılır. Mikro işleme için ideal bir yöntemdir.

20 Lazer ışını ile işleme Lazerin piyasada Isıl işlem Kaynak Ölçme Markalama, kesme ve delme gibi uygulamaları vardır. Lazer ışık demeti diğer ışık formlarından farklı birçok özelliğe sahiptir. Tek renklidir, teorik olarak tek dalga boyunda sahiptir. Yüksek paralellik söz konusudur. Laser ışını ile işleme Lazerden gelen ısı enerjisi kullanılarak malzeme içerisinde buharlaştırma ve malzemenin uzaklaştırılması ile yapılan işleme yöntemidir. Bu yöntem ile; Delme, yarık açma, yiv açma, çizme markalama gibi birçok işlem yapılabilir. İnce iş parçalarında kullanılır. Malzeme sınırlaması yoktur. Yüksek dayanımlı metaller, seramikler, camlar, cam epoksi, plastik, kauçuk

21 Lazer ışını ile işleme

22 Ark ile kesme yöntemleri Elektrik arkındaki yoğun ısı kaynak ve kesme gibi amaçlarla bir metalin eritilmesinde kullanılabilir. En yaygın ark ile kesme yöntemleri 1) Plazma arkı ile kesme 2) Hava- karbon arkı ile kesmedir. Plazma Arkı ile Kesme Plazma çok yüksek ısılı, elektriksel olarak iyonize edilmiş gaz olarak tanımlanır ila C sıcaklık değerleri arasında metali eritme yoluyla kesme işlemidir. Plazma, jet işi istenen noktaya su ile soğutulmuş nozül içinden akar.

23 Oksijen İle kesme yöntemleri Isıl kesme yöntemleri içerisinde yaygın olarak kullanılan alevle kesme işlemidir. Oksijen ile kesmede yönteminin temel mekanizması malzeme ile oksijenin kimyasal reaksiyona girmesidir. Oksijen- yakıt karışımının yanması ile reaksiyon desteklenerek kesme bölgesinde sıcaklığın yükselmesi sağlanır. Demir kökenli metallerin kesilmesinde tercih edilir.

24 Kimyasal İşleme Maskelenmiş bir yüzey üzerinden (metal) asit veya alkali bir kimyasal etkisiyle oluşturulan aşındırma işidir. Bilinen en eski alışılmamış yöntemdir. Genellikle metal ve taşlara şekil vermede kullanılır.

25 Kimyasal İşleme 3 tip maske vardır. 1.Kes yapıştır 2.Fotografik 3.Matbaa/stensil Kes yapıştır: Kauçuk tipi polyester (vinil, bütil, neopren gibi) maske malzemesi olarak kullanılır. Maskeleme işlemi daldırma veya püskürtme şeklinde yapılır. Maske üzerinden istenmeyen kısımlar çıkarılır. Maske kalınlığı 0.1mm civarındadır (en kalın maske). 1.5mm den az 10mm den fazla olmamak üzere metal aşındırmada kullanılır. Geniş yüzeylerin işlenmesi amacıyla en çok kullanılan maske türüdür.

26 Kimyasal İşleme Fotografik maske: Maske malzemesi güneş ışığını gördüğü zaman toz haline gelene bir malzemedir. Daldırma, püskürtme ve merdane ile sürme şeklinde yapılır. İşlenecek yüzeyin negatif filmi (siyah saydam) hazırlanırç Maskelenmiş yüzey üzerine yerleştirilir ve ışık verilir. Maskenin ışık gören kısımları bozulur ve toz formda dökülür. Maske kalınlığı maksimum 0.05mm olup kimyasallara karşı çok dirençsizdir. En fazla 1.5 mm ye kadar işleme yapılabilir. İşlenen yüzeylerde 0.013mm boyut toleransı elde edilir.

27 Kimyasal İşleme Stencil Maske Maske malzemesi stencil dir. Lastik merdanelerle uygulanır. Tekstil (tipik olarak ipek kumaş) istenen formda boyanır. İpek (şablon) parça üzerine yerleştirilir, merdane ile ipek üzerine stencil mürekkebi boya uygulanır. İpeğin gözeneklerinden geçen mürekkep parça yüzeyine yapışır ve maskeyi oluşturur. Maske kalınlığı 0.05mm elde edilecek boyut toleransı 0.05mm dir.

28 Kimyasal İşleme Maskeden beklenen özellikler: 1.Kimyasal direnç 2.Kolay uygulanabilir, kolay temizlik 3.Ucuzluk 4.İyi işleme hassasiyeti 5.İyi yapışma 6.Düşük kırılganlık 7.Zehirli olmaması Kimyasal işlemedeki problemler: 1.İşleme hızı düşük 2.İşleme derinliği düşük 3.Keskin köşe elde edilmez 4.Asitin atılması problemdir. 5.Parçanın işlem sonrası detaylı temizliği gerekir. 6.İş malzemesinin homojen olması gerekir.

29 Kimyasal İşleme

30 Kimyasal İşleme Kimyasal frezeleme 1. Kimyasal frezeleme: mm derinlik, kes yapıştır maske kullanılır. Çok fazla malzeme kaldırılması istenen işlemlerde tercih edilir. Kimyasal frezelemede yöntem aşamalarının sıralanması (1) ham parçanın temizlenmesi, (2) maskenin uygulanması, (3) Çiz, kes ve maskeyi aşındırılacak bölgelerden soy, (4) Aşındırma, (5) maskenin temizlenmesi ve bitmiş parçanın ortaya çıkarılması

31 Kimyasal İşleme Kimyasal Boşaltma- Kimyasal Oyma Kimyasal Boşaltma Kimyasal Oyma Kimyasal çıkartma : Dökümden sonra verilen çekme toleransı fazlalıkları asit banyosunda giderilir.

32 Kaynaklar Prof. Dr. Akgün Alsaran- Alışılmamış İmalat Yöntemleri Principles of Modern Manufacturing- Mikell P. Groover. ME 338: Manufacturing Processes II Instructor: Ramesh Singh; Notes: Profs. Singh/Melkote/Colton