MALZEME TASARIMI VE SEÇİMİ PROF. DR. MUHARREM YILMAZ
KAYNAKLAR
TASARIM Ürün Tasarımdır.
TASARIM Tasarım Bilgi topluluğu Makine ve parçaya yönelik Avantaj Tasarımda amaç Daha verimli Daha ucuz Üretim Kolaylığı Fonksiyonel tasarım
TASARIM Bilgi topluluğu Bileşen dizaynı Malzeme seçimi Eski Yeni
TASARIM Tasarım Tek parça Parçalar topluluğu Sonuç ürün özel parçalar standart parçalar
TASARIM Özel parçalar enjeksiyon kalıplanmış plastikler preslenmiş/kalıpta dövülmüş çelikler
TASARIM Yeni ürün tasarımı Yeni pazarlar Mevcut pazarı korumak Tasarımda müşteri istekleri Ürün kalitesi üzerinde müşteri düşünceleri
TASARIM Başarılı ve hızlı bir tasarım gerçekleştirmek için farklı uzmanlık alanlarını kapsayan geniş bir bilgi topluluğuna ihtiyaç bulunmaktadır. Bu nedenle tasarım pazarlamacılar ve farklı mühendislerden oluşan bir takım ile gerçekleştirilir.
TASARIM MOTODOLOJİSİ Dizayn iteratif bir prosestir. Fonksiyonun tanımlanması Bilgi topluluğu oluşturulması Deneme amaçlı dizayn Sistematik bir prosesin düzenlenmesi
TASARIM MOTODOLOJİSİ Peki tasarım nasıl bir şeydir? Herkes tasarımcı olabilir mi? Yaratıcı düşünce nedir? Bir dizayn metodolojisi oluşturulabilir mi?
Tasarım metodolojisi adımları MALZEME SEÇİMİ BİLEŞEN DİZAYNI DENEYİMSEL MALZEME SEÇİMİ Metaller,Seramikler,Polimerler ve Kompoziler göz önüne alınır DENEYİMSEL BİLEŞEN DİZAYNI Çalışma koşullarının tanımlanması MALZEME VERİSİNİN TOPLANMASI Fiyat,Yoğunluk Elastik Özellikler :E,v Akma Mukavemeti:σ Sertlik: H( 3 σ) Süneklik: Kırılma Tokluğu: K Yorulma Mukavemeti : σ Isısal Genleşme Katsayısı :α Oksidasyon ve korozyon hızları BİLEŞEN VERİSİNİN TOPLANMASI Ortalama gerilme Eğme momenti Burulma yükleri Gerilme Konsatrasyonları İzin verilebilir sehim Yorulma gerilmeleri DİĞER ZORLAMALAR Çevre Sıcaklık Deneme Yanılma DENEYİMSEL DİZAYNDA MALZEME PERFORMANSI ANALİZİ Malzeme özeliklerinin bileşen dizaynına giydirilmesi. Deneme Yanılma DETAYLANDIRILMIŞ SPESİFİKASYON ve DİZAYN Seçilen malzemeye göre detaylandırılmış boyut, tolerans vs
METODOLOJİK TASARIM DETAYLANDIRILMIŞ SPESİFİKASYON ve DİZAYN Seçilen malzemeye göre detaylandırılmış boyut, tolerans vs Deneme Yanılma ÜRETİM YÖNTEMİ SEÇİMİ Şekillendirme,Isıl İşlem,Birleştirme,Yüzey Birleştirme,Kalite Kontrol,Detaylı Fiyatlandırma. Malzeme seçimi veya dizayn kaçınılmaz olarak tekrar gözden geçirilir Deneme Yanılma PROTOTİP TESTLERİ Performans değerlendirmesi,hata analizi,performans ve üretimin optimizasyonu ÜRETİM DÜZENİNİN KURULMASI Alan hatalarının denetlenmesi,performans ve fiyatın karşılaştırmalı olarak sınanması Deneme Yanılma İLERİYE YÖNELİK GELİŞTİRME Daha iyi performans ve daha düşük fiyat için gelişmeler.yenilik:yeni Malzemeler,radikal yeni dizayn Deneme Yanılma
TASARIM ÖDÜLLERİ İyi bir tasarım çalışır, Ama mükemmel bir tasarım zevk verir
TASARIMDA MALZEME İLİŞKİLERİ MALZEME ÖZELLİKLER Fiziksel Mekanik Termal vb Rijitlik Dayanım Tokluk Emniyet Kütle Dökülebilirlik Dövülebilirlikl Kaynaklanabilirlik İşlenebilirlik Şekil Boyut Tolerans Estetik YAPI Maliyet Parça Sayısı Ölçü Toleransı süreç ÜRETİM Döküm Dövme Talaşlı işleme Kaynaklama Kaplama
TASARIM ÖRNEĞİ-MANTARLI ŞİŞE AÇACAĞI
Mantarın şişeden çıkarılabilme yöntemleri
ilk üç yöntem için şişeden mantarı çıkarma şekilleri
ilk mantar çıkarma şekli için farklı tasarımlar
Yukarıdaki tasarımlara göre üretilmiş ürünler
Tasarımlar için gereksinimler Yükü mantara ileten vida ucuz olmalı, Kaldıraç gerekli eğme momentini taşımalı ve hafif olmalı, İnce elastik bıçak mantar ve şişe boynu arasına bastırıldığında eğilmemeli, İçi oyuk ince boru (iğne) mantarı delecek kadar sert, rijit ve sağlam olmalıdır.
Malzeme seçimi niçin önemli
Malzeme seçimi niçin önemli Malzemelerin kullanılacakları yere ve yükleme şartlarına uygun olacak şekilde seçilmesi gereklidir.
Malzeme Seçiminde Dikkate alınacak faktörler Otomasyon Malzeme fiyatı = 0.5(ürün fiyatı) Tasarım Doğru malzeme seçimi 160 000 malzeme Yanlış malzeme seçimi Parça hasarı Gereksiz maliyet Demir esaslı malzeme sayısı > 70 000 Bir traktörde 15-20 bin parça Bir otomobilde 20-25 bin parça Bir uçakta 100 bin parça Bir denizatlıda 120 bin parça bulunmaktadır.
Ashby yöntemi Malzeme seçim kademeleri Aktarma: Kısıtlar ve hedefler şeklinde dizayn gereksinimleri ifade edilir. Eleme: Bu işi yapamayacak malzemeler elenir Sıralama: İşi en iyi yapan malzemeler bulunur Destekleyici bilgiler
Ashby yöntemi Birinci adım olan aktarmanın adımları Fonksiyon: Komponent ne yapar? Hedef: Hangi ana şartlar karşılanmalıdır? Kısıtlar: Maksimum veya minimum olabilen nedir? Serbest değişkenler: Hangi dizyn değişkenleri serbesttir?
ÖRNEK: Hafif ve mukavemetli bağlantılar için malzemeler Fonksiyon : Bir çekme yükünü desteklemeli Hedef : Minimum kütle; m = ALρ Kısıtlar : Boy belirlenmiştir, F yükünü taşımalıdır; F / A < σ y Serbest değişkenler : Kesit alanı, malzeme
ÖRNEK: Hafif ve mukavemetli bağlantılar için malzemeler Konu ile ilgili hesaplamalar
Genel olarak malzeme seçimde işlem basamakları Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Aday malzemelerin seçimi Adayların geliştirilmesi Gerekli özeliklere en iyi uyan malzemenin seçimi
Yanlış malzeme seçiminin nedenleri Bu tip uygulamalarda her zaman bu malzeme kullanılır Yalnızca bazı özelikler göz önüne alınır
Peki malzeme mühendisi malzeme seçiminde ne yapacak? Hem ürünün çalışma şartlarını ve hem de ürünün servis şartlarını dikkatle listeler. Koşullar ve servis şartlarındaki değişimleri listeler. Aranan özelikleri malzeme spekturumu ile karşılaştırır En iyi uyumu sağlayan malzemeyi seçer
Malzeme seçimi örnekleri Elektronik devre Aday malzemeler: Altın, bakır, alüminyum, gümüş Kahve bardağı Aday malzemeler: plastik, cam, seramik, çelik
Malzeme seçimi örnekleri Uçak kanadı Aday malzemeler: Al alaşımı, Ti alaşımı, çelik
Malzeme seçimi örnekleri Ampul flamanı Aday malzemeler bakır, Tungsten, çelik
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Mukavemet:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Süneklik: Kritik süneklik: % 1 Süneklik problemi mukavemet problemine bağlıdır. Tren yolu rayları, sert çalışma koşullarına rağmen düşük sünekliktedir. % 1.5 lik bir kalıcı deformasyonun kanadın aerodinamik yeteneğini yok eder.
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Tasarım: IO Almen: Çalışma sırasında oluşan yorulma hasarının % 90 ı dizayn ve üretim hatalarından oluşur. Yalnızca geri kalan % 10 malzeme hatası veya ısıl işlem hatasıdır. Yeni malzeme araştırmaları çoğu kez daha avantajlı tasarımların yapımını mümkün kılabilmek için olmaktadır.
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Kararlılık: Çalışma halindeki bir malzemenin kararlılığı başlangıçtaki özeliklerini kendisine biçilen ömür boyunca muhafaza etmesidir. Sıcaklık Radyasyon
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Elde edilebilirlik: Malzemenin temin kolaylığı İmalata uygunluk:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Korozyon:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi Maliyet: Seçimde son karar: ekonomik nedenler Büyük tasarruflar: imalat prosedürü veya malzemenin kullanıldığı şekilde değişiklikler Örnek: kompleks şekilli parçalar (kasnaklar). Daha ekonomik yöntem kullanımı: otomobil motorlarındaki krank milleri Küresel grafitli dökme demir Dövme ıslah çeliği
Malzeme seçimi örnekleri Tornavida şaftı: Aday malzemeler: karbonlu çelik, PE, cam Tornavida sapı: Aday malzemeler: PMMA, lastik, tahta
Malzeme seçimi örnekleri Turbufan uçak motorları:
Malzeme seçimi örnekleri Turbofan bıçakları: Aday malzemeler: Ti, CFRP, cam, kılıflanmış CFRP Türbin bıçakları: Aday malzemeler: Süper alaşımlar
Malzeme seçimi örnekleri buji: Aday malzemeler: Wolfram alaşımı, bakır, altın
Malzeme seçimi örnekleri Yelkenli: Gövde aday malzemeler: GFRP, çelik, tahta Direk aday malzemeler: Al, tahta, kompozit Yelken aday malzemeler: koton, nylon, terylen, kevlar Halat aday malzemeler: koton, kevlar