TMMOB Makina Mühendisleri Odası Konya Şubesi V. Makina Tasarım e İmalat Teknolojileri Kongresi 17-18 Ekim 2009 MERDANE SÜRÜCÜLÜ OTOMATİK ŞERİT TESTERE MAKİNESİ TASARIM VE PROTOTİP İMALATI* Sakıp KÖKSAL 1, Çetin KARAKAYA 2, Metin KAR 3 1 Sakarya Ün. Teknik Eğitim Fak., Makine Eğitimi Bölümü, Sakarya/TÜRKİYE Tel: 0264 295 64 27 e-posta: skoksal@sakarya.edu.tr 2 Sakarya Ün. Karasu MYO, Makine Bölümü, Karasu/Sakarya/TÜRKİYE Tel: 0264 718 89 60 e-posta: ckarakaya@sakarya.edu.tr 3 Karmetal San. e Tic. Ltd. Şti. Sakarya /TÜRKİYE Tel: 0264 276 59 16 e-posta: info@karmetal.com.tr Özet: Ar-Ge destek programlarının yaygınlaşması e daha fazla sanayici tarafından bu desteklerin kullanılması, ülkemizin tasarım e imalat altyapısını güçlendirmiştir. Bu proje de bu kapsamda ortaya çıkmıştır. Ar-Ge aşamasından sonra ürün ticarileşmiş e ihracat gerçekleştirerek ülkemize katma değer sağlanmıştır. Yabancı rakiplerden ülkemize gelen makine sayısı azaltılmış e rekabet edilebilir bir duruma gelinmiştir. Ülkemizde imalat sektörünün gelişmesi, yardımcı makine e donanımlarında geliştirmesini zorunlu kılmıştır. Genel olarak manüel makineler artık yerini lojik e nümerik kontrollü makinelere bırakmaktadırlar. Metal işleme e imalat sektörünün azgeçilmez makinesi olan otomatik şerit testere makineleri ülkemiz yerli firmalarının gayretleri ile bu değişime ayak uydurmuşlardır. Bu konuda birçok ülkeye ihracat yaparak, yabancı rakipler ile rekabet edebilir seiyeye ulaşılmıştır. Bu çalışmada tamamen yerli imkânlar ile geliştirilen merdane sürücülü, PLC kontrollü otomatik şerit testere makinesi tasarımı e imalatına değinilmiştir. Makine tasarımındaki yaşanan zorluklar e çözüm yolları anlatılmıştır. Genel olarak kesme parametreleri e makine özellikleri, özgün yönleri irdelenmiştir. * Bu proje TÜBİTAK-TEYDEB Kobi Ar-Ge Destek Programı kapsamında desteklenmiş e başarı ile tamamlanmıştır. (Proje No:7080350). Anahtar sözcükler: merdane sürücülü şerit testere makinesi, endüstriyel kesme makineleri 1. GİRİŞ Şerit testere makineleri, gerek ülkemizde gerekse yurt dışında pek çok sanayi sektörü tarafından yaygın olarak kullanılan bir üründür. Özellikle otomoti, beyaz eşya, çelik konstrüksiyon, gemi inşaa e genel makine sektörleri tarafından her tür metalik eya metal dışı profil/boru e dolu malzemelerden üretilecek olan mekanik parçaların kesiminde/imalatında yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu tür parçaların üretiminde, testereyle kesme işlemi imalat sürecinin ilk basamağını teşkil etmektedir. Türkiye de KOBİ ölçeğinde farklı firmalar benzer eya farklı tipte şerit metal kesme testere makinesi üretmektedir. Üretici firma sayısının nispeten fazla olması, daha kaliteli, güenilir e fonksiyonel özellikleri yüksek makinelerin düşük maliyetlere imal edilip rekabet aantajıyla piyasaya arzını gerektirmektedir. Piyasanın/müşterinin şerit testere makinelerinde aradığı yüksek kalite, kullanım kolaylığı e çok fonksiyonluluk, firmanın üretmiş olduğu makineleri de bu yönde geliştirmesi zorunluluğunu doğurmuştur.
462 Katılınmış olan ulusal e uluslararası fuarlarda yerli e yabancı rakip firmaların ürettiği makinelerde bulunan başta gelişmiş otomatik kontrol olmak üzere bazı yeni özelliklerin kendi makinelerimize adapte edilerek üretilmesi pazar payımızın artmasına e firmanın büyümesi e sürekliliğine, dolayısıyla ülke ekonomisine büyük katkı sağlayacaktır. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) erilerine göre, ülkemizdeki makine-metal imalat sektörü (Şekil 1) e otomoti sektörü (Tablo 1) büyümeye deam etmektedir. Özellikle bu iki sektördeki büyüme, şerit testere makinelerine olan ihtiyacın önümüzdeki yıllarda da artacağının bir göstergesi olarak kabul edilebilir. Şekil 1. Ülkemizde farklı imalat sektörlerine göre işyeri sayısı değişimi [1] Tablo 1. Motorlu kara taşıt ulaşım araçları üretim sayıları [1] Projeyi gerçekleştiren firmanın son 5 yılda üretip sattığı net makine sayıları Şekil 2 de erilmektedir. Bu dönem incelendiğinde, 2007 yılındaki toplam makine üretimimizde 2003 yılına kıyasla 2.7 kat e yurt dışına ihraç edilen makine sayısında da 3.1 kat artış sağlanmıştır. Son 5 yıllık net satış erilerine göre, toplam makine satışında yıllık ortalama %29.5, yurt dışı satışında ise yıllık ortalama %95 oranında artış gerçekleşmiştir. Firmanın uygulamakta olduğu yüksek kalite standartları e oluşturulan güen duygusu, üretilen makineleri yurtdışı pazarlara kendi markasıyla (KARMETAL) sunmasına imkân ermiştir. Yurtdışındaki bayileri aracılığıyla ürünleri dış pazarda kendi markasıyla piyasaya sunmaktadır. Bu durum ürünlerine olan güenin önemli bir göstergesi olup, bu sektörde markalaşmalarına zemin hazırlamaktadır.
463 600 YILLARA GÖRE ÜRETİM-İHRACAT GRAFİĞİ 500 400 Toplam üretilen makine sayısı Yurt dışına yapılan satış miktarı 432 500 Makine Adedi 300 200 184 221 270 150 100 87 63 48 19 0 2003 2004 2005 2006 2007 Yıl Şekil 2. 2003-2007 yıllarında firmamız tarafından üretilip satılan şerit testere makinesi sayıları 2. MERDANE SÜRÜCÜLÜ OTOMATİK ŞERİT TESTERE MAKİNESİ Bu projenin amacı, aşağıda belirtilen e Ar-Ge çalışması gerektiren teknolojik yenilikleri üzerinde taşıyan yeni bir şerit testere modelini (prototipini) tasarlayıp üretmektir. Proje sonunda üretilen yeni makineyle, özellikle yurt dışı piyasalarda (Arupa e Amerika) kalite, fiyat e teknolojik üstünlük aantajlarını bir arada sunmak suretiyle rekabet e talep üstünlüğü sağlanmıştır. Teknolojik yenilikler şunlardır; a. Otomatik çift mengeneli (sürücü e tutucu mengeneli) malzeme sıkma e sürme sistemi, b. Makine gödesi (kesme başlığı) ilerleme hızı e kesme basıncı kontrol sistemi, c. Hidrolik motorlu otomatik talaş tahliye sistemi, d. Bağımsız motorlu şerit temizleme fırçası, e. Gelişmiş PLC otomatik kontrol ünitesi e kontrol paneli. 2.1 Projedeki Teknolojik Yenilikler Projedeki teknolojik yenilikler aşağıdaki maddeleri kapsamaktadır; A. Otomatik çift mengeneli (sürücü e tutucu mengeneli) malzeme sıkma e sürme sistemi Şu an piyasada bulunan şerit testere makinelerinin çoğunda e firmamızın hâlihazırda üretmiş olduğu testere modellerinde Şekil 3 de görülen tek mengeneli sıkma (tek taraflı sıkma) sistemi kullanılmaktadır. Proje kapsamında üretilecek olan makine üzerine Şekil 4 de görülen çift mengeneli sıkma sistemi uygulanmıştır. Tek mengeneli sistemde, kesme işlemi sonunda kesilip ayrılan parçanın üzerinde çapak oluşmaktadır. Kesme işleminden sonra, iş parçası üzerinde gerçekleştirilecek diğer işlemlerden önce, bu çapağın genellikle ek bir işlemle alınması gerekir. Bu durum imalat süresinin e maliyetinin artmasına neden olmaktadır. Çapak oluşumu, kesme işleminin son aşamasında parçanın kendi ağırlığıyla koparak ayrılması eya küçülen malzeme kesitinin tam olarak kesilmeden kopması sonucu meydana gelmektedir. Her iki durumda da, malzemenin kesilerek ayrılacak olan kısmının serbest halde bulunması, yani herhangi bir şekilde sıkılmamış olması çapak oluşumunun esas nedenidir. Dolayısıyla, bu kısmın da kesme işlemi sonuna kadar sıkılı tutulması çapak oluşmasını önleyecektir. Buna ilaeten, çift mengene sistemi iş parçasının çok daha dengeli e sağlam bir şekilde sıkılmasını sağlar, özellikle uzun boylu malzeme kesiminde titreşimi e gürültüyü önler, kesim sonunda iş parçasının kontrolsüz bir şekilde fırlamasına engel olur e kısa parçaların daha emniyetli bir şekilde
464 kesilmesini sağlar. Ayrıca kesilen parçanın sürücü mengene tarafında kalması gereken en az (minimum) malzeme boyunun tek mengene sistemine kıyasla yaklaşık 60 mm daha kısa olabilmesine imkan ereceğinden malzeme kullanım oranı artmıştır. Bu maksatla Şekil 4 te şematik olarak görülen e tutucu mengene olarak adlandırılan ikinci bir sistem makineye ilae edilmiştir. Her iki mengene sistemi PLC asıtasıyla entegre olarak kontrol edilmektedir. HAREKETLI CENE SURUCU MOTOR VE MERDANE GRUBU BOY AYAR DAYAMASI Şekil 3. Tek mengeneli malzeme sıkma e sürme sistemi (mecut sistem) TUTUCU MENGENE SISTEMI Hidrolik silindir Hareketli çene Sabit çene Hidrolik silindir SÜRÜCÜ MENGENE SISTEMI Sürücü motor Hareketli çene e merdaneler Enkoder Sabit çene Şekil 4. Çift mengene sistemi (proje kapsamında geliştirilen sürücü e tutucu mengeneli sistem) Çoklu malzeme kesiminin yapılabilmesi için, her iki mengene sistemine ayrıca üst baskı pabuçları konmuştur. Şekil 5 te tutucu mengene sistemine uyarlanan olan üst baskı pabucu örnek olarak gösterilmiştir. Bu sistem olmaksızın daire kesitli malzemelerin çoklu kesimi hem teknik olarak imkânsız hem de tezgâh e/eya operatör güenliği açısından tehlikelidir. Üst baskı pabuçları da hidrolik olarak e mengenelerle entegre olarak çalışmaktadır.
465 Entegre hidrolik ust baski pabucu Tutucu mengene Şekil 5. Hidrolik tahrikli entegre üst baskı pabucu B. Makine gödesi (kesme başlığı) kesme basıncı e ilerleme hızı kontrol sistemi Kesme işlemlerinde, ideal şartlarda uygulanan kesme basıncı kesilen malzemenin cinsine göre ayarlanmalıdır. Genel prensip olarak uygulanan kesme basıncı malzeme dayanımıyla doğru orantılıdır. Örneğin çelik gibi dayanımı yüksek olan malzemelerde yüksek kesme basıncına ihtiyaç duyulurken, alüminyum gibi yumuşak e düşük dayanımlı malzemelerde, kesme işlemi daha düşük bir kesme basıncıyla gerçekleştirilebilir. Dolayısıyla teknolojik açıdan bakıldığında, malzeme cinsine göre kesme basıncının ayarlanabilir olması gerekir. Kesme basıncının kontrol edilememesi tezgah erimliliğini olumsuz yönde etkiler. Bu parametrenin ayarlanabilir olması aşağıdaki nedenlerden ötürü de önem taşımaktadır. a) Yetersiz basınç malzemede kesme bölgesinde işlem sertleşmesine yol açar. İşlem sertleşmesi özellikle paslanmaz çelikler, alaşımlı takım çelikleri e nikel esaslı malzemelerde testere şeridinin yetersiz basınç nedeniyle etkin kesme yapamayıp sürtünmeye maruz kalması sonucu meydana gelen bir durumdur. Bunun sonucunda malzemenin şeride temas eden kısmında lokal olarak ince bir katman yoğun plastik deformasyona uğrar e sertliği/akma dayanımı normal değerin 1.5-2 katına çıkabilir. İşlem sertleşmesi oluşan bölgenin artık normal kesme şartları altında kesilmesi çok zordur. Bu şartlar altında işleme deam edilmesi durumunda kesici takımın kırılmasına eya hızlı bir şekilde aşınmasına sebep olunur. Buna meydan ermemek için işlem başlangıcından itibaren yeterli basıncın uygulanması şarttır. b) İnce cidarlı profillerin kesiminde kesme basıncının normal malzemeye kıyasla düşük tutulması gerekir. c) Yeni şeride kıyasla, zamanla aşınan kesici dişlerin etkin kesmesi için, kesme basıncının belli oranda artırılması gerekebilir. Mecut makinelerde kesilen malzemeye uygulanan kesme kueti kesme başlığının kendi ağırlığı ile sağlanmaktadır, dolayısıyla bu değer sabit olup ayarlama imkanı yoktur. Yani, kesilen malzemenin cinsine göre kesme basıncı ayarı mümkün olmamaktadır. Mecut sistemde başlık ağırlığı tecrübeye dayalı olarak helisel yaylar yardımıyla dengelenerek, tehlikeli olabilecek aşırı baskıyı önleme yoluna gidilmiştir (Şekil 6). Kesilen malzemeye uygulanan basınç başlığın ağırlına bağlı olduğundan, kesilen malzemenin cinsi ne olursa olsun sabit bir ortalama basınç uygulanmaktadır. Buna bağlı olarak basıncın yetersiz olduğu kesme işlemlerinde kesme başlığı ilerleme hızını da ayarlama (yükseltme) imkânı yoktur. Dolayısıyla mecut durum, kesme basıncı e ilerleme hızı gibi önemli iki parametrenin kontrolüne imkân ermemekte e önemli bir teknolojik eksiklik olarak değerlendirilmektedir.
466 KESME BASLIGI YAY DESTEKLI GOVDE MAFSAL SISTEMI Şekil 6. Yay destekli mafsal sistemi (mecut sistemler) Bu proje kapsamında üretilen prototipte kesme başlığı basıncı e ilerleme hızı, yeni bir hidrolik sistem uygulanarak genel uygulama limitleri içersinde ayarlanabilir hale getirilmiştir. Yeni sistemde kesme başlığı dengeleme yayı iptal edilerek yeni bir mafsal sistemi e kesme basıncı e ilerleme hızının kontrol edileceği hidrolik dere elemanları kullanılmıştır (Şekil 7). GÖVDE MAFSAL SISTEMI KESME BASLIGI BASINC VE HIZ KONTROLLU HIDROLIK SILINDIR Şekil 7. Yeni göde-başlık mafsal sistemi e basınç e hız kontrollü ana hidrolik silindir (proje kapsamında geliştirilen sistem) C. Hidrolik motorlu talaş tahliye sistemi Üretmiş olduğumuz e piyasadaki mecut testere makinelerinde çıkan talaşlar, talaş toplama haznesine birikmekte e elle temizlenmektedir (Şekil 8). TALAS TOPLAMA HAZNESI MAKINE DOLABI (TASIYICI SISTEM) Şekil 8. Talaş toplama haznesi (mecut sistemler)
467 Bu durum seri imalat için çok elerişli değildir. Seri imalatta kullanılan makinelerde talaş toplama haznesi kısa sürede dolmakta e sık aralıklarla boşaltılması gerekmektedir. Boşaltma işleminin elle yapılması e bu işlem esnasında emniyet açısından tezgâhın durdurulması gerektiğinden, önemli zaman kaybı meydana gelmektedir. Ayrıca tezgâhın kompakt yapısı talaş toplama haznesinin çok büyük tutulmasına imkân ermemektedir. Bu proje kapsamında, makinenin seri imalata daha uygun hale getirilmesi için Şekil 9 da görülen otomatik talaş tahliye sistemi tasarlanıp imal edilmiştir. Sistem hidrolik motor tarafından tahrik edilen bir helezonik tambur e ilgili mekanizmadan oluşmaktadır. Böylece seri imalatta talaşın elle boşaltılmasının e tezgâhın durdurularak temizlik yapılmasının önüne geçilmiştir. Dolayısıyla zaman kaybı önlenerek tezgâh erimi artırılmıştır. Bu sistemde sağlanan başka bir üstünlük ise; kesme sıısı talaş tahliyesi yaaş olduğundan tamamen süzülmekte e soğutma sistemine geri kazandırılmaktadır. Aksi takdirde hemen alınan talaş üzerinde soğutma sıısı kalmaktadır. Bu sayede soğutma sıısının sarfiyatı azalmıştır. Metal geri dönüşümünde soğutma sıılarının ayrıştırılması söz konusudur. OTOMATIK TALAS TAHLIYE SISTEMI TALAS TOPLAMA BIDONU Şekil 9. Otomatik talaş tahliye sistemi (proje kapsamında geliştirilen sistem) D. Bağımsız motorlu şerit temizleme fırçası Şerit temizleme fırçası, hareket eden testere şeridi üzerine yapışan e kendiliğinden düşmeyen talaşların temizlenmesini sağlayan önemli bir elemandır. Dişlere yapışan talaşlar temizlenmediği takdirde şeritle birlikte taşınarak kasnakla ile şerit arasına sıkışmakta e özellikle kasnak üzerinde noktasal deformasyona yol açmaktadır. Ayrıca şerit-kasnak arasına sıkışan talaş, şerit gerginliğinin aşırı/kontrolsüz/anlık yükselmesine yol açabilmektedir. Bu durum şerit üzerinde gerilim konsantrasyonuna neden olabilmekte e dolayısıyla şerit ömrünü olumsuz etkilemektedir. Aşırı miktarlarda talaş yapışması durumunda şeridin yerinden çıkarak hasara eya iş kazasına yol açma ihtimali de yüksektir. Mecut makinelerde kullanılan şerit temizleme fırçası şeride temas ederek çalışmakta e doğrudan şeridin hareketiyle tahrik edilmektedir. Bu zorunluluk fırça konumunun etkin temizlik yapacak şekilde ayarlanmasına da imkan ermemektedir. Fırçanın hareketini şeride temas ederek sağlaması, dönme hızının şerit hızıyla aynı olmasına neden olmaktadır. Fırça e şerit hızlarının aynı olması, fırçanın etkin bir temizleme yapmasına engel olmakta e bazı talaşların şerit üzerinde kalmasına yol açabilmektedir. Şerit üzerindeki talaşların daha etkin bir şekilde temizlenebilmesi için fırçanın dönme hızının şerit hızından bağımsız olarak ayarlanabilmesi gerekmektedir. Bu maksatla Şekil 10 da görülen yeni tasarımda bağımsız tahrikli fırça sistemi kullanılmıştır. Fırçanın şeride temas noktasındaki çeresel hızı, şeridin hızından daha yüksek olacak şekilde tasarlanmış e konumlandırma ayarının daha kolay yapılabilmesi için hareket iletiminde esnek mil sistemi kullanılmıştır.
468 TESTERE SERIDI TEMIZLEME FRICASI KASNAK ESNEK TAHRIK MILI TAHRIK MOTORU Şekil 10. Bağımsız motor tahrikli şerit temizleme fırçası E. Gelişmiş PLC otomatik kontrol ünitesi e kontrol paneli Proje kapsamında üretilen prototip makinenin tüm otomatik fonksiyonları PLC ünitesi tarafından kontrol edilmektedir. Sistem ayarları LCD ekran e klaye içeren kontrol paneli üzerinden gerçekleştirilmektedir. Bu maksatla halen kullanılan mecut sistem geliştirilerek aşağıdaki fonksiyonları kapsayacak şekilde yazılım e donanım geliştrilmiştir; i. Otomatik parça sürme fonksiyonu, ii. iii. i. İş paketi tanımlama: Parça boyu/yüksekliği e sayısının ayarı/kontrolü, kesme zamanı kaydı, Sürücü mengene kontrolü (açma-kapama), Tutucu mengene kontrolü (açma-kapama),. Sürücü mengene üst baskı pabucu kontrolü, i. ii. iii. ix. Tutucu mengene üst baskı pabucu kontrolü, Şerit dönme hızı kontrolü, Sürücü mengene basınç kontrolü, Tutucu mengene basınç kontrolü, x. Kesme başlığı kalkış mesafesi ayarı, xi. xii. xiii. İşlem sonu parça geri çekme fonksiyonu, Kesme sıısı açma/kapama, Arıza/alarm kayıt fonksiyonu. 3. PROJE ADIMLARI Prototipin elde edilmesi için; yapılabilirlik etüdü, tasarım, imalat e deneme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 3.1. Teknolojik, Teknik e Ekonomik Yapılabilirlik Etüdü 2007 yılı sonundan itibaren firmamız bünyesinde satış, seris, dış ticaret ile Ar-Ge departmanlarının ortak fikir çalışmaları e bu çalışmalar için düşünsel zeminin oluşmasını sağlayan kara kalem eskizleri baz alınarak başlatıldı. Bunun paralelinde piyasaların genel temayülü çerçeesinde yapılan araştırmalar sonucu planladığımız tasarımımızla ilgilenebilecek firmalar ile görüşmeler başlatıldı.
469 Bu uzun sürecin sağlıklı işleyebilmesi için güçlü bir bilgi altyapısı oluşturulması gerekliliğinin farkında olan Ar- Ge departmanı, aynı zamanda ön etüd için gerekli bilgiyi elde edeceğimiz görsel modeli, tasarım dosyasında belirlenen prensipler ışığında başlattı. Proje için nihai tasarım sürecine geçmeden eel dünya ölçeğinde aynı özellikteki makineler incelendi. Fuarlardan, ziyaretçilerden e müşteri/bayi önerilerinden aldığımız bilgilerin e aynı zamanda piyasaların reel ihtiyaçlarının göz önüne alındığı çalışmalar tamamlandı. Bu aşamanın çıktısı; yurt içi e dışında farklı sektörlerin taleplerine, gelişen teknolojiye paralel olarak tatminkâr derecede ceap erebilecek bir şerit testere makinesi tasarımı için gerekli olan teorik e pratik erilerle beraber, ilgili standartları e test tekniklerini içeren bir doküman e bilgi tabanının oluşturulmasıdır. 3.2. Prototip Tasarımı Bu iş paketinde mekanik e hidrolik sistemlerin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Mekanik sistem olarak aşağıdaki çalışmalar gerçekleştirilmiştir: a) Makine gödesi, b) Mafsal grubu, c) Hidrolik sürücü mengene sistemi, d) Talaş koneyör sistemi, e) Motor tahrikli şerit temizleme fırça sistemi, f) Dolap/şase grupları, g) Soğutma sıısı donanımı. Bu süreçte yapılan alt faaliyetler şunlardır; Sistem çalışma/sınır şartlarının (yük, güç, hız, boyut s.) belirlenmesi, Belirlenen sınır şartlarına göre ön teorik hesaplamaların yapılması, Sınır şartları e ön hesaplamalara dayanarak mekanik aksamların ön şekillendirme e tasarım işlemlerinin yapılması, Mekanik sistemlerin ön kinematik analizlerinin yapılması, Mekanik sistemlerin parametrik parça e montaj resimlerinin/katı modellerinin bilgisayar ortamında hazırlanması (3D e/eya 2D CAD modelleri), Analize tabi tutulacak kritik parçalar (çeneler, tahrik mili b.) için malzeme seçimi yapılması. Bu parçaların bilgisayar ortamında gerilim-gerinim (mukaemet) analizlerinin yapılması (CAE analizleri), Kritik mekanizmaların bilgisayar ortamında kinematik analizlerinin yapılması, Mekanik parçalar için nihai malzeme seçiminin yapılması, Bilgisayar destekli yapılan analizler e hesaplamalar ışığında parçalara/sistemlere son şeklin erilerek katı modellerinin (3D CAD) düzenlenmesi, Mekanik sistemlerin/parçaların yapım resimlerinin bilgisayar ortamında hazırlanması, Üretimi yapılacak olan parçaların üretim metotlarının belirlenmesi e işlem planlarının yapılması. Hidrolik sistem olarak aşağıdaki çalışmalar gerçekleştirilmiştir: Hidrolik sistem pompa gücü/basıncı e debi hesapları, Kaldırma, mengene, baskı e gergi sistemleri hidrolik silindir/piston/mil boyutlarının hesabı, Prototip üzerindeki hidrolik sistemlerde öngörülen basınç e hız değerleri dikkate alınarak, hidrolik dere elemanları (basınç ayar, hız ayar, yön kontrol, emniyet alfleri b) belirlenmiştir. Hidrolik dere tasarımında, öngörülen sistem çalışma şekilleri e sistemler arası ilişki dikkate alınmıştır. Elektrik-Elektronik-PLC sistem olarak aşağıdaki çalışmalar gerçekleştirilmiştir: Prototip makinenin, elektrik tesisatı e kontrol sistemiyle ilgili çalışma/sınır şartlarının belirlenmesi, Elektrik tesisatı e kontrol sistemiyle ilgili teorik hesapların yapılması,
470 Kullanılacak elemanların belirlenmesi e prototip makinenin elektrik tesisatı e kontrol sistemi dere tasarımının yapılması, PLC ünitesi e ilgili dere elamanlarının belirlenmesi, PLC ünitesi yazılım geliştirme. Elektrik-elektronik-PLC sistemi bir bütün olarak ele alınmış e tasarımında, prototip sınır şartları e ilgili ulusal/uluslar arası standartlar dikkate alınmıştır. Geliştirilen prototipin çalışma/sınır şartları (yük, hız, boyut s) tespit edilmiş e buna bağlı olarak gerekli olan ön teorik hesaplamalar yapılmıştır. Profesyonel tasarım (CAD) paket programları kullanmak suretiyle, bahsi geçen mekanik sistemlerin e ilgili parçaların bilgisayarda ön tasarımları yapılmıştır. Ön tasarımı yapılan kritik parçaların bilgisayar destekli mukaemet analizleri (CAE) yapılmıştır. Mukaemet analizleri sonucunda tespit edilen riskli parçalar eya bölgeler üzerinde gerekli şekilsel e boyutsal düzenlemeler e iyileştirmeler yapılmıştır. Hareketli mekanizmaların bilgisayar destekli kinematik analizleri yapılmıştır. Bilgisayar ortamında üç boyutlu kinematik simülasyonlar (birbirine temas eden parçaların hareketleri) yapılarak mekanizmaların daranışları, elemanların istenilen mesafelerde e şekilde hareket edip etmediklerinin kontrolü e buna bağlı olarak gerekli düzenlemelerin e değişikliklerin yapılması sağlanmıştır. Hidrolik sistem pompa gücü/basıncı e debi hesapları, kaldırma, mengene, baskı e gergi sistemleri hidrolik silindir/piston/mil boyutlarının hesabı, prototip üzerindeki hidrolik sistemlerde öngörülen basınç e hız değerleri dikkate alınarak, hidrolik dere elemanları (basınç ayar, hız ayar, yön kontrol, emniyet alfleri b) belirlenmiş, hidrolik dere tasarımında, öngörülen sistem çalışma şekilleri e sistemler arası ilişkiler dikkate alınmıştır. Bu aşamaya ait çıktılar şu şekildedir; Makine gödesi tasarımı, Mafsal grubu tasarımı, Çift mengene sistemi tasarımı, Talaş koneyör sistemi tasarımı, Motor tahrikli şerit temizleme fırça sistemi tasarımı, Dolap/şase grupları tasarımı, Soğutma sıısı donanımı tasarımı, Makine hidrolik sistem çalışma e sınır şartlarının belirlenmesi, Prototip makinenin hidrolik sistem için gereken teorik hesaplamalarının yapılması, Hidrolik sistem dere şemasının tasarlanması e elemanların belirlenmesi, Hidrolik sistem yol-adım grafiklerinin oluşturulması, Elektrik e kontrol sistemi çalışma e sınır şartlarının belirlenmiştir, Gerekli teorik hesaplamaların yapılmıştır, Elektrik, Elektronik, PLC sistem dere şemaları çizilmiştir. Prototipe ait genel bir görünüş Şekil 11 de sunulmuştur. Şekil 11. Prototip tasarım görüntüsü
471 3.3. Prototip İmalatı e Montajı Bu iş paketinde tasarım iş paketinde teknik resimleri çıkartılmış parçaların üretimi tamamlanmıştır e montajları gerçekleştirilmiştir. Bu aşamaya ait çıktıları şu şekildedir; Mekanik sistem, Hidrolik sistem, Elektrik sistemi, Elektronik sistem, PLC sistem, Soğutma sıısı iletme e talaş tahliye sistemi. Bu iş paketinde yukarıdaki imalatlar gerçekleştirilmiştir. İmalatın sonucunda deneme e düzeltmelerinin yapılacağı PLC Kontrollü Otomatik Şerit Testere Makinesi elde edilmiştir. İmal edilen prototipin görünüşleri Şekil 12 e şekil 13 te erilmiştir. Şekil 12. Prototip malzeme sürme kısmının görünüşü Şekil 13. Prototip genel görünüşü
472 3.4. Denemeler e Düzeltmeler Bu aşamada imalat iş paketi sırasında e denemeler sırasında karşılaşılan sorunların çözümü gerçekleştirilmiştir. Değişiklik yapılan noktalar şu şekilde sıralanabilir: Tutucu mengene çenelerinde 3 aşamalı bir süreç yaşanmıştır. Sistem kesilen/düşen parça için titreşimsiz e çapaksız kesim şartlarını öngören değişik tasarımlar ile en tatminkar çözüme ulaşılmıştır. Burada sürücü mengene malzemeyi sürerken, tutucu mengenenin sabit çenesine sürttüğünden sabit çeneye de hareket ermek durumunda kalınan son çözümün en ideal olduğuna karar erilmiştir. Ana motorda ilk seçimimiz 2,2 kw motor e inertör olmuştur. Ancak büyük çaplı malzeme kesimlerinde motorun çok yüksek amper çektiği tespit edilince, motor seçeneği değiştirilmek zorunda kalınmıştır. 4 kw motor e inertör kullanılarak sorun çözülmüştür. Fırça sisteminde değişik yöntemler denenmiştir. Otomobillerin silecek motoru e spiral boru içi tel ile tahrik formunu kullanarak elde edilmek istenilen çözüm de motor tahrik sistemi dişli motor olduğundan yazılım kartı gerekliliği doğmuştur. Yaptığımız prototip, çalışma şartlarında tatmin edici bulunmamıştır. Çözümü redüktör motor ikilisini kardan mafsallı bir ara bağlantı şaft sistemi ile sağlamış bulunmaktayız. Gödenin bağlantısında kullanılan mafsallı, daha kolay imalat e daha az malzeme düşüncesi ışığında değerlendirmek suretiyle değiştirerek optimum şartları elde etmeye çalışılmıştır. Bu konuda zorlayıcı faktör, böylesi gödelerin çok ağır e işçilik olarak da çok komplike operasyonlar gerektirmesi problemi olarak gösterilebilir. Etiketler, ilk tasarımlardan itibaren değişen her durumda yeniden gözden geçirilen e görsel/ergonomik optimizasyonu yakalamak adına üzerine çok fazla çalışma yapılan alanlardan birisi olmuştur. Göde kapak tasarımları yapıldı e sayısal ortamdaki niteliklerine uygun üretildi. Ancak daha tatmin edici bir çözüm arayışı çerçeesinde daha kullanışlı kapaklar üretilerek değiştirildi. Ayrıca şerit-insan temasını engelleyen koruma sacları, makine dışındaki hassas sistemler ile kesilen/kesilecek malzeme sacları, CE standartlarına uygunluk, iş güenliğini ilgilendiren diğer konular üzerinde birçok çalışmalar yapılmıştır. Makine alt gödesi (dolap) içerisinde tümleşik olan soğutma sistemi, seyyar tank sistemine dönüştürülmüştür. Ancak istenilen işlesellik elde edilemediğinden dolap içerisinde sabit tank sistemine geri dönülmüştür. Bu sırada belirtilen geliştirmeler çerçeesinde sızdırmazlık konusu da önceden belirlenen şartlara ek yeni prensipler ortaya konularak yeniden değerlendirilmiştir. Sonuç olarak son derece tatminkar bir çalışma ortaya konulmuştur. Talaş koneyöründe dünya üzerindeki elektrik sistemlerinin farklılığından kaynaklanabilecek problemlerin şimdiden aşılabilmesi adına kısmi bir çözüm olarak hidromotor denemesi yapılmıştır. Taşınacak talaşın değişikliğine bağlı olarak yüksek bir torkun gerekliliğinden hareketle zincir dişli sistemi ile torku artırıldı. Ancak bu durum hidrolik sistemdeki yağın ısısının artmasına neden olmuştur. Hidrolik sistemde sorun yaşanması ihtimalini ortadan kaldırma e istenilen talaş sek edebilme gücünü elde etmenin önemine binaen redüktörmotor sistemine geçilmiştir. Hidrolik tahrikli şerit germe sistemine 2500 kg lık bir kuet oluşturacak basınç uygulanmıştır. Ancak göde üzerinde lokal bir sehim oluşunca gödeye sehimin oluştuğu bölgelerde ek destekler tasarlanıp uygulanmıştır. Buna ek olarak malzeme yorulması konusunda daha köklü bir çözüm olarak malzeme seçimini gözden geçirerek St37 kalite çelikten St52 kalitesine geçilmesi uygun görülmüştür. Hidrolik pompa seçiminde, makine üzerindeki değişik sistemlere farklı debilerde yağ gönderdiğimizden dişli pompadan, değişken debili pompaya dönülmüştür. Makinenin işleyişi belirgin bir rahatlama gösterirken sıkışan yapı rahatlıkla bypass yapabilmiştir. PLC kısmında ciddi bir sorun yaşanmamıştır. Sürücü motorda 1,5 kw motor yerine 0,37 kw motor e inertöre dönülmüştür. Motordaki güç farkının doğurduğu açığı redüktör ile güçlendirerek kapatmış bulunmaktayız. İlk çalışmalarda 1,5 kw motor e inertör kullanmak durumunda kalınmış, ayrıca elektrik e şalt malzemelerinde de bazı sorunlar yaşanmıştır. Makine panosu da küçük yapıldığından bazı parçalar göde içerisine taşınmıştı. Bu
473 problem de daha büyük pano tasarımı e 0,37 kw inertörle çözülmüştür. Bu haliyle makine genel anlamda çok kompakt bir yapıya dönüştürülmüştür. Kesilen malzemenin makine dışına alınmasını sağlayan sistemde parçanın kontrollü düşmesini sağlayan ızgara konsol tasarımı uygulanmıştır. Ancak parça kesiminin sonundaki düşüşün ideal olamadığı gözlemlenmiştir. Kesilen parçayı kesim sonrası sürülen malzeme ile aynı doğrultuda ilerleten e makine üzerinden alınabilmesine imkan tanıyan raf sistemi daha ergonomik bulunarak tasarımı yapılmıştır e denenip kabul edilmiştir. Bu aşamaya ait çıktı; denemeleri e düzeltmeleri tamamlanmış 1 adet PLC Kontrollü Otomatik Şerit Testere Makinesi olmuştur. 4. SONUÇLAR Proje kapsamında geliştirilen makinenin özellikle merdane sürücü kısmı e paket kesimler için baskı kısmı için Patent başurusu yapılmış e TPE tarafından tescil edilmiştir. Proje sonucunda Tablo 2 de belirtilen hedeflenen proje çıktıları e başarı ölçütleri elde edilmiştir. Tablo 2. Proje sonucunda elde edilen çıktılar e başarı ölçütleri HEDEFLENEN PROJE ÇIKTISI Otomatik tutucu e sürücü mengene sisteminin tasarımı e üretimi; Geliştirilecek olan çift mengene sisteminin tasarım e üretimi BAŞARI ÖLÇÜTÜ İş parçasının her iki mengene sisteminde eş zamanlı olarak sıkılması İş parçasına 5-60 bar aralığında bir sıkma basıncı uygulanabilmesi Sıkma basıncının mengene çenelerinde homojen dağılımının sağlanması Sürücü mengenenin parçayı PLC programına göre istenen boyda sürebilmesinin sağlanması Kesilen parçalar üzerinde çapak oluşumunun engellenmesi Çoklu parça kesiminde her iki mengene sisteminde parçaların üstten de sıkılabilmesi Makine gödesi (kesme başlığı) kesme basıncı e ilerleme hızı kontrol sistemi tasarım e üretimi Yeni kesme başlığı e mafsal sisteminin tasarımı e üretimi Yeni kesme başlığı hidrolik kaldırma-indirme sisteminin tasarımı e üretimi Kesme basıncının 5-70 bar aralığında kademesiz kontrol edilebilmesi Kesme başlığı ilerleme hızının 0------60 derece/dak aralığında kontrol edilebilmesi Hidrolik motorlu talaş tahliye sistemi tasarım e üretimi Hidrolik motorlu talaş tahliye sistemi tasarım e üretimi Bağımsız motorlu şerit temizleme fırçası tasarım e üretimi Bağımsız motorlu şerit temizleme fırça sisteminin tasarım e üretimi Sistemin sürekli eya belirli zaman aralıklarında çalıştırılabilmesi Fırça dönme hızının şerit hızından bağımsız olarak ayarlanabilmesi Şerit dişlerine yapışan talaşların temizlenmesi Gelişmiş PLC otomatik kontrol ünitesi tasarım e üretimi Makine PLC kontrol ünitesi donanım e yazılım tasarımının yapılması PLC kontrol ünitesinin üretilip makineye uyarlanması belirtilen işleleri yapabilmesi Otomatik parça sürme fonksiyonu İş paketi tanımlama: Parça boyu/yüksekliği e sayısının ayar e kontrolü, kesme zamanı kaydı Sürücü mengene kontrolü (açma-kapama)
474 Tutucu mengene kontrolü (açma-kapama) Sürücü mengene üst baskı pabucu kontrolü (açmakapama) Tutucu mengene üst baskı pabucu kontrolü (açmakapama) Şerit dönme hızı (kesme hızı) kontrolü Sürücü mengene basınç kontrolü Tutucu mengene basınç kontrolü Kesme başlığı kalkış mesafesi ayarı İşlem sonu parça geri çekme fonksiyonu Kesme sıısı açma/kapama Hata/arıza/alarm kayıt fonksiyonu 5. REFERANSLAR [1]Karmetal Ltd. Şti. - TÜBİTAK-TEYDEB 7080350 numaralı Kobi Ar-Ge Projesi [2] www.karmetal.com.tr [3] İstatistik Göstergeler 1923-2005, T.C. Başbakanlık Türkiye İstatistik Kurumu (TUİK) Matbaası Ankara, Aralık 2006, s 285 e 317 (www.tuik.go.tr ) [4]Mustafa Çiğdem, İmal Usulleri, Çağlayan Yayınları, 1996 ÖZGEÇMİŞLER Yrd. Doç. Dr. Sakıp KÖKSAL: 1964 yılında Yozgat'ta doğmuştur. 1986 yılında Gazi Üniersitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü nde Lisans öğrenimi, 1995 yılında İngiltere deki Coentry Uniersity de Yüksek lisans öğrenimini, 2000 yılında yine aynı üniersitede doktora öğrenimini tamamlamıştır. 2001 yılında Sakarya Üniersitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü ne Yardımcı Doçent olarak atanmıştır. Talaşlı imalat konusunda, birçok ulusal e uluslarası yayını bulunmaktadır. Öğr. Gör. Çetin KARAKAYA : 1978 yılında Gebze' de doğdu. İlk, orta e meslek lisesi öğrenimini Gebze' de tamamladı. Gebze' de bulunan birçok işletmede çalıştı. Lisans öğrenimini 3,5 yılda iyi derece ile tamamlayarak, 2002 yılında Sakarya Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölümü nden mezun oldu. Aynı yıl SAÜ Makine Mühendisliği Bölümü nde Araştırma Görelisi olarak göree başladı. 2005 yılında Sakarya Üniersitesi Fen Bilimleri Enstitüsü nde Kaynak bilim dalında yüksek lisans öğrenimini tamamladı. 2009 yılı başında Karasu MYO Makine Programında Öğretim Görelisi olarak göree başladı. Halen aynı üniersitede Sanayi Bakanlığı tarafından desteklenen Yüksek Basınca Dayanıklı Kompozit Hidrojen Tankı İmalatı adlı Santez Ar-Ge Projesi kapsamında doktora çalışmalarına deam etmektedir. Sakarya e İstanbul da bulunan birçok firmada Ar-Ge danışmanlığı yapmaktadır. Eli e iki çocuk babasıdır. Makine Mühendisleri Odası nın 56103 sicil numaralı üyesidir. Metin KAR: 1948 yılında Adapazarı nda doğmuştur. İlk e orta öğrenimini Adapazarı nda tamamlamıştır. 1966-1968 yılları arasında Adapazarı Zirai Donatım Fabrikası nda teknik eleman olarak çalışmıştır. Askerlik göreini tamamladıktan sonra 1971-1975 yılları arasında Almanya da makine imalatı konusunda çalışma yapmıştır. Daha sonra Türkiye ye kesin dönüş yaparak 1976 yılında kendi firması olan İMSAN ı kurmuştur. 1994 yılına kadar özel amaçlı makine imalatları gerçekleştirmiştir. 1994 yılında Karmetal Ltd. Şti ni kurarak şerit testere tezgahlarının imalatı konusuna odaklanmış e bu konuda uzmanlaşmıştır. Halen birçok çeşit şerit testere tezgâhı imal etmekte e çoğunlukla yurtdışına satmaktadır. Arupa Birliği ülkeleri başta olmak üzere yaklaşık 20 ülkeye ihracat yapmaktadır. Eli e 4 çocuk babasıdır.