İMALAT TEKNOLOJİLERİ

Transkript

1 İMALAT TEKNOLOJİLERİ GĐRĐŞ Đmalat yöntemleri Alışılmış Đmalat Yöntemleri ve Alışılmamış Đmalat Yöntemleri olarak iki gruba ayrılır. Alışılmış yöntemler kesici uç, matkap ucu veya taşlama taşı gibi takımlar kullanarak ve malzemenin takım ile fiziksel teması sonucu talaş kaldıran yöntemlerdir. Bu yöntemler için takım ile iş parçası arasında sürekli temas ve göreceli hareket gerekmektedir. Bunun sonucu olarak önemli aşınma sorunları kaçınılmazdır. Alışılmış yöntemlerin çok uzun yıllardır süren deneyim birikimine sahip olmaları önemli bir üstünlük olarak görülmektedir. Alışılmış imalat yöntemlerini talaşlı şekillendirme ve talaşsız şekillendirme olmak üzere iki ana grup altında toplayabiliriz; bu iki grup arasında iki fark sadece işlenerek elde edilen ürünün şekil ve kalitesi değildir, teknolojik olarak talaşlı şekillendirme yöntemi döküm, kaynak ve plastik şekil verme usullerinden ayrılır. Talaşsız imalat yöntemlerine döküm, dövme, presleme, haddeleme, derin çekme, sıvama, bükme, kaynak, lehim, yapıştırma ve perçinleme örnek olarak verilebilir. Makina parçalarının imalinde çok nadir hallerde talaşsız şekillendirme ile bir parçanın son şekli istenen boyut ve şekil hassasiyeti elde edilebilir. Buna karşın talaşlı şekillendirme ile makina parçalarında gerekli olan ölçü hassasiyeti, yüzey düzgünlüğü ve şekil tamlığı elde edilebilir. Talaş kaldırarak şekil verme, malzemenin parçalanabilme özelliğine dayanır. Bu olay talaşlı ve talaşsız şekil verme yöntemleri arasındaki en temel farktır. Malzemelerin tümünün dövme ile, ya da dövülerek şekillendirilemediği herkes tarafından gayet iyi bilinen bir olaydır; buna karşın bütün malzemeler parçalara ayrılabilir ve üzerinden küçük parçacıklar kopartılarak istenen boyut ve biçime getirilebilir. Talaşlı şekil verme tekniğini, diğer imal yöntemlerinden ayıran ikinci önemli fark ta takım ve iş parçası arasındaki ilişkidir. Burada takım malzeme olarak muhakkak işlenen malzemeden daha sert ve bir kama etkisi yapacak biçimde olmak zorundadır; örneğin, döküm halinde, şekil verme kalıbı olarak kullanılan kalıbın, dökülen malzemeden daha sert olması gibi bir gereklilik yoktur. Genellikle, tarif olarak döküm, kaynak veya diğer bir yöntem ile kabaca şekillendirilmiş veya blok halinde ki metalsel malzemeyi, takım denen kesici bir alet yardımı ile üzerinden parçacıklar keserek istenen şekil ve ölçüye getirmeye talaşlı imalat denir. Takım ile iş parçasının birbirine nazaran konumlarını ve hareketlerini sağlayan ve kesme işlemi için takıma gerekli kuvveti uygulayan makinaya da takım tezgahı adı verilir. Genel olarak talaşlı imal yöntemleri, tornalama, planyalama, delme, frezeleme, boşlama, ve taşlamadır. Alışılmamış imalat yöntemleri ise özellikle ikinci dünya savaşından sonra gelişmiş ve çağdaş teknolojide yaygın uygulama alanı bulmuş yöntemlerdir. Bu yöntemler alışılmış yöntemlerden farklı olarak fiziksel temas ve göreceli hareket yerine mekanik kuvvet uygulamadan çeşitli enerji

2 türlerini kullanarak malzeme işleyen, aşındıran veya şekillendiren yöntemlerdir. Genellikle kullanılan düşük yoğunluklu enerjiyi dar bir alanda odaklayarak ve denetleyerek işleme olayını gerçekleştirmek için uygun bir takım veya odaklayıcı düzen kullanılır. Bir malzeme işleme tekniğinin alışılmamış imalat yöntemi olarak tanımlanabilmesi için malzeme işleme ilkelerinin farklılığı ile birlikte bu tekniğin ticari düzeyde veya en az uygulama laboratuvarı düzeyinde denenmiş ve uygulanmış olması gerekir. Mekanik Enerji Kullanan Alışılmamış Đmalat Yöntemleri: Đş parçası üzerinden malzeme işlemek için mekanik enerji kullanan yöntemlerdir. Çoğunlukla aşındırıcı parçacık ve tozların hızlandırılması ile oluşan kinetik enerjinin, çarpma ile gerilme yaratması ve bu gerilmelerin malzeme işleme amacı ile kullanılması ilkesine dayanır. Ortak işleme ortamı su veya havadır. Tüm mekanik enerjili yöntemler malzemenin iletken ya da yalıtkan olmasından bağımsız olarak işleme olanağı sağlar. Bu özellik, mekanik enerjili yöntemlerinin, elektriksel işleme yöntemlerine göre önemli bir üstünlüğüdür. Mekanik enerjili yöntemlerin içinde en geniş endüstriyel uygulama alanı bulmuş yöntemler, Ultrasonik işleme USM (UAM), Su Jeti ile işleme WJM, Abrasif su jeti ile işleme AWJM yöntemleridir. Kimyasal Enerji Kullanan Alışılmamış Đmalat Yöntemleri: Kimyasal enerji kullanan alışılmamış imalat yöntemlerinin ortak özelliği, kontrollü kimyasal aşınma ile hassas şekilde malzeme işlenebilmesidir. Genellikle, aşınması istenmeyen yüzeyler uygun bir koruyucu madde (maske) ile kaplanır. Açıkta kalan yüzeylere aşındırıcı kimyasal sıvı püskürtülür veya iş parçası bu sıvı içine daldırılır. Đş malzemesinin sıvı ile temas süresi işleme miktarı ve/veya derinliğini belirler. Đşleme hızı genellikle sıvı özelliklerine bağlı olmakla birlikte sıvı yoğunluğu tipik olarak mm/dak doğrusal işleme hızları verecek şekilde ayarlanır. Bu grup imalat yöntemlerine giren başlıca 4 işleme yöntemi vardır: Kimyasal Đşleme (Frezeleme) (ChM) Fotokimyasal Đşleme (PCM) Kimyasal Parlatma (ELP) Isıl Kimyasal Đşleme (TCM) Elektro Kimyasal Enerji Kullanan Alışılmamış Đmalat Yöntemleri: Bu yöntemler elektrolitik bir sıvı içinde bulunan iki iletken elektrodun farklı elektromanyetik alan özelliklerine göre aşındırılması ilkesine dayanır. Düşük gerilim (6, V) ve yüksek akım (1000, 3000, ve daha yüksek A) koşulları uygulanır. Yöntemin çok değişik endüstriyel uygulamaları vardır. Isı Enerjisi Kullanan Alışılmamış Đmalat Yöntemleri: Đş parçasından malzeme kaldırmak (işleme) için yoğunlaştırılmış ısıl enerji kullanan yöntemlerdir. Isıl enerji kaynağı olarak elektrik boşalımı, elektron ışını (hüzmesi) ve lazer ışını gibi çeşitli yöntemler kullanılır. Bütün yöntemlerde malzeme yüzeyinde oluşan odak noktasında ulaşılan sıcaklıklar, bilinen bütün malzemelerin erime ve buharlaşma sıcaklıklarının çok üzerindedir. Bu nedenle ısıl enerji kullanan yöntemlerle bilinen bütün malzemeleri işlemek mümkündür. Bu gruba giren yöntemler, işleme mekanizması bakımından diğer gruplara göre daha fazla çeşitlilik gösterirler. Grup içinde özellikle Elektro-Erozyon (EDM) ve Lazer ile Đşleme (LBM) çağdaş teknolojide çok yoğun biçimde kullanılmaktadır.

3 İŞLEME KALİTESİ Đmal usulleri ile, parçalara sadece bir şekil vermek için değil, geometrik boyut ve yüzey özellikleri bakımından parçadan beklenen işlevin başarımı için, belirli bir doğruluk derecesine göre üretimi amaçlanır. Üretim esnasında kullanılan her imalat yöntemi ile farklı yüzey özellikleri elde edilir. Bir parça işlendikten sonra resim üzerinde gösterilen nominal (ideal yada hesapsal) şekline göre bazı nedenlerden dolayı geometrik, boyut ve yüzey bakımından bir takım sapmalar (hatalar) göstermektedir. Müsaade edilen hatalar genellikle toleranslarla ifade edilir. Bu toleranslar parçanın geometrik, boyut ve yüzey kalitesini oluşturur. Hatalar ile kalite arasında ters orantılı bağlantı vardır. Hatalar azaldıkça tolerans değerleri azalmakta (Toleranslar Sıkı) kalite ise yükselmektedir. Hataların artması ile tolerans değerleri de artmakta (Toleranslar Kaba)kalite ise düşmektedir. En önemli husus, parçanın kullanma yerine göre kalitesini, teknik ve ekonomik açıdan uygun olarak belirlemek ve parçayı bu kaliteyi sağlayacak şekilde işlemektir. Boyut kalitesi: Parçanın gerçek boyutları ile nominal boyutları arasında müsaade edilen sapmalardır. Bu sapmalar boyut toleransları ile ifade edilir. Boyut toleransları, imalat kalitesine ve boyutun büyüklüğüne göre tayin edilir. ISO Tolerans Sisteminde 18 imalat kalitesi vardır. Toleranslarla işleme maliyeti arasında sıkı bir bağ vardır. Düşük tolerans istenildiğinde parça maliyeti artmakta, parça kalitesi yükselmektedir. Bu nedenle toleranslar, kalite ve maliyet arasında bir uyum sağlayacak şekilde belirlenmelidir. Boyutlar: 1-Konstrüktif Boyutlar (Fonksiyonel Boyutlar): Parçanın makine içerisindeki fonksiyonunu ve konumunu tayin eder ve genellikle hesap yolu ile belirlenir. 2-Teknolojik Boyutlar (Yardımcı Boyutlar): Parçanın işleme sırasında tezgah üzerinde veya takıma göre konumunu tayin eder. 3-Serbest Boyutlar: Konstrüktif boyutların toleransları, yukarıda belirtilen ilkelere göre seçilmeli ve işleme sırasında bu toleranslar sağlanmalıdır. Teknolojik boyutlar, işleme sırasında konstrüktif boyutları etkiledikleri için bu boyutların toleransları da aynı ilkelere göre tespit edilmelidir. Serbest boyutlar için oldukça kaba toleranslar seçilmelidir. Geometrik Kalite: Müsaade edilen şekil ve konum sapmalarını kapsar. Bunlar; ideal silindirik şekle göre sapmalar, ideal yüzey sapmaları ve eksen sapmaları olmak üzere üç gruba ayrılır. Silindirik şekle göre sapmalar: Silindirin kesitine veya uzunluğuna ait olabilir. Boyut kalitesinde olduğu gibi, geometrik kalite de toleranslarla ifade edilir ve imalat resminin üzerinde sembollerle gösterilir. İmalat Kalitesinin Kullanma Alanları Kalite Kulanım Alanları 01, 0, 1, 2, 3 Mastarlar ve Ölçü Aletleri 4, 5, 6 Uçak ve Takım Tezgahları 7, 8, 9 Normal Makine Konstrüksiyonu 10, 11, 12 Genel Makine Konstrüksiuonu 13, 14, 15, 16 Döküm, Dövme Çelik Konstrüksiyonu

4

5 Talaş Kaldırma İşlemleri ile Elde Edilen Kaliteler Kalite IT8 IT7 IT6 IT5 IT4 IT3 Talaş Kaldırma İşlemi Tornalama Broşlama, İnce Tornalama Dış ve İç Taşlama, Raybalama İnce Taşlama Çok İnce Taşlama Parlatma Şekil ve Konum Hataları

6 YÜZEY KALĐTESĐ: Đşlenen yüzeylerde, dalga ve pürüzlülük olmak üzere iki türlü yüzey sapması meydana gelir. Dalga, geometrik sapmalar grubuna dahildir. Böylece yüzey kalitesini esasen yüzey pürüzlülüğü tayin eder. Yüzey pürüzlülüğü, belirli bir numune uzunluğu boyunca, belirli bir referans profiline ve profil ortalama çizgisine göre tayin edilir. Yüzey Kalitesi: Talaş kaldırma ile işlenen yüzeylerde, dalga ve pürüzlülük olmak üzere iki türlü yüzey sapması meydana gelir. Dalga, geometrik sapmalar grubuna dahildir. Böylece yüzey kalitesini esasen yüzey pürüzlülüğü tayin eder. Yüzey pürüzlülüğü, belirli bir numune uzunluğu boyunca, belirli bir referans profiline ve profil ortalama çizgisine göre tayin edilir. Şekil 7- Yüzey Kalitesini Tayin Eden Faktörler R t = Yüzey pürüzlülüğünün derinliği (Yüzey kalitesi hakkında tam bir fikir vermez). R p = Yüzey pürüzlülüğünün düzeltilmiş derinliği R a = Yüzey pürüzlülüğünün ortalama derinliği. Ortalama çizgiye göre pürüz yüksekliklerinin ve derinliklerinin mutlak değerlerinin aritmetik ortalamasıdır. (µm) ABD ve Đngiltere de R a yerine CLA ( µin ) 1 µin = 0,025 µm = 1/40 µm

7

8 Bazı imalat resimlerinde yüzey kaliteleri eskiden olduğu gibi ters üçgenlerden oluşan simgelerle ifade edilir. Bu işaretlerde R a arasındaki bağıntı aşağıda gösterilmiştir. Diğer şekilden görülebileceği gibi yüzey pürüzlülüğü işleme yöntemine bağlıdır. R a İle Yüzey Kalitesi Simgesi Arasındaki Bağıntı İşleme Yöntemine Bağlı Yüzey Pürüzlülüğü

9 Đşleme Kalitesini Etkileyen Faktörler Đşleme kalitesini etkileyen faktörler, takım ile parça arasındaki ideal konumu etkilemekte ve işlenen parça üzerinde sapmalar oluşturmaktadırlar. Bu sapmalar, 4 grup altında incelenebilir. 1- Takım tezgahına ait sapmalar a) Tezgahın kinamatik mekanizmasında mevcut olan hatalar b) Ana mil ve kızak yüzeylerinin paralel olmaması c) Tezgahın tüm mekanizmaları ve yataklama sistemlerinde mevcut olan salgılar ve boşluklar d) Gövde ve ana milin yeterli derecede rijit olmaması 2- Tutturma sistemine ait hatalar a) Ana elemanların imalat hatalarından b) Tertibatın yeteri kadar rijit olmaması c) Ana elemanlarda oluşan aşınmalar 3- Takım sistemine ait hatalar a) Takım konumunun hatalı olması b) Kesme kuvvetlerinin etkisi altında şekil değiştirmelerin oluşması c) Takımın aşınması 4- Ortamın etkisi a) Sıcaklığın oluşturduğu şekil değiştirmeler b) Diğer makinalardan gelen titreşimler