TMMOB Makina Mühendisleri Odası Konya Şubesi V. Makina Tasarım e İmalat Teknolojileri Kongresi 17-18 Ekim 2009 HİDROLİK SÜRÜCÜLÜ OTOMATİK ŞERİT TESTERE MAKİNESİ TASARIM VE PROTOTİP İMALATI* Özet: 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 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 hidrolik sürücülü, PLC kontrollü otomatik şerit testere makinesi tasarımı e imalatına değinilmiştir. Hidrolik güçten yararlanılarak daha ağır iş kollarında kullanılabilecek, mecut makinelere göre daha ağır metalleri otomatik olarak kesebilecek makine geliştirilmiştir. 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:7080351). Anahtar sözcükler: hidrolik 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.
200 Piyasanın/müşterinin şerit testere makinelerinde aradığı yüksek kalite, kullanım kolaylığı e çok fonksiyonluluk, firmanın üretmiş olduğu makineleri de bu yönde geliştirmesi zorunluluğunu doğurmuştur. 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.
201 600 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. HİDROLİK 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 olan yeni makineyle, özellikle yurt dışı piyasalarda (Arupa e Amerika) kalite, fiyat e teknolojik üstünlük aantajlarını bir arada sunmak suretiyle rekabet e talep üstünlüğü sağlanması hedeflenmiş e gerçekleştirilmiştir. a. Hidrolik mengeneli malzeme sıkma e sürme sistemi, çift taraflı hidrolik tutucu mengene, 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. f. Otomatik olarak değiştirilebilir şerit hızı g. Otomatik şerit gerdirme sistemi 2.1 Projedeki Teknolojik Yenilikler Planlanan teknolojik yenilikler aşağıdaki maddeleri kapsamaktadır; A. Hidrolik mengeneli çift taraftan tutuculu malzeme sıkma e sürme sistemi Şu an piyasada bulunan şerit testere makinelerinin çoğunda e firmamızın hâlihazırda üretmiş olduğu testere modellerinde Şekil 3 te görülen tek mengeneli sıkma (tek taraflı sıkma) sistemi kullanılmaktadır. Proje kapsamında prototipi yapılacak makinede tek mengene ile parçayı iki tarafından (göde e kesilen serbest kısım) tutan mengeneli sıkma sistemi uygulanmıştır. Bu mengenenin ortasındaki boşlukta testere çalışmaktadır. 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 önlemiştir. Buna ilaeten, çift taraflı tutucu mengene sistemi iş parçasının çok daha dengeli e sağlam bir şekilde sıkılmasını sağlar, özellikle uzun boylu malzeme kesiminde titreşimi e gürültüyü önler,
202 kesim sonunda iş parçasının kontrolsüz bir şekilde fırlamasına engel olur e kısa parçaların daha emniyetli bir şekilde kesilmesini sağlar. Bu maksatla hidrolik tutuculu mengene olarak adlandırılan ikinci bir sistem makineye ilae edilmiştir. Her iki mengene sistemi PLC asıtasıyla entegre olarak kontrol edilmektedir. Malzeme ilerletmede eski sürücü sistemlerde encoder kullanılmakta idi. Fakat bu proje kapsamında ilerletme sisteminde encoder kullanılmamıştır. Kesilecek malzemenin boyu sero motorlu lineer rulmanlı idalı mil ile PLC den kontrollü olarak sağlanmıştır. Hidrolik sürücü mengeneli sistemin en büyük aantajı 6-7 ton gibi ağır malzemeleri de ölçü hatası olmaksızın karayıp çekebilmesidir. HAREKETLI CENE SURUCU MOTOR VE MERDANE GRUBU BOY AYAR DAYAMASI Şekil 3. Tek mengeneli malzeme sıkma e sürme sistemi (mecut sistem) 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 imkânı 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. 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
203 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. Bu proje kapsamında ki makinede 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. C. Hidrolik motorlu talaş tahliye sistemi Üretmiş olduğumuz eski tip makinelerde e mecut testere makinelerinde çıkan talaşlar, talaş toplama haznesine birikmekte e elle temizlenmektedir (Şekil 4). TALAS TOPLAMA HAZNESI MAKINE DOLABI (TASIYICI SISTEM) Şekil 4. Talaş toplama haznesi (mecut sistemler) 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 5 te görülen otomatik talaş tahliye sistemi tasarlanıp imal edilmiştir. Sistem hidrolik motor tarafından tahrik edilemekte bir helezonik tambur e ilgili mekanizmadan oluşmaktadır. Böylece seri imalatta talaşın elle boşaltılmasının e tezgâhın durdurularak temizlik yapılmasının önüne geçilmiştir e 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 5. Otomatik talaş tahliye sistemi (proje kapsamında geliştirilmiş sistem)
204 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 6 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. TESTERE SERIDI TEMIZLEME FRICASI KASNAK ESNEK TAHRIK MILI TAHRIK MOTORU Şekil 6. 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 geliştirilmiştir; i. Hidrolik tutucu ile ayarlanan miktarda (parçayı sürüp geri çekilerek ayarlanan değer sağlanan kadar tekrar sürmektedir) parça sürme fonksiyonu, ii. iii. i. İş paketi tanımlama: Parça boyu/yüksekliği e sayısının ayarı/kontrolü, kesme zamanı kaydı, Hidrolik sürücü mengene kontrolü (açma-kapama), Tutucu mengene kontrolü (açma-kapama),. Hidrolik sürücü mengene üst baskı pabucu kontrolü, i. ii. iii. Tutucu mengene üst baskı pabucu kontrolü, Şerit dönme hızı kontrolü, Hidrolik sürücü mengene basınç kontrolü,
205 ix. Tutucu mengene basınç kontrolü, x. Kesme başlığı kalkış mesafesi ayarı, xi. İşlem sonu parça geri çekme fonksiyonu, xii. Kesme sıısı açma/kapama, xiii. Arıza/alarm kayıt fonksiyonu, F. Şerit Hızı Ayarı İnertör yardımı ile değişken deirli kademeli redüktör kullanılarak şerit hızı otomatik olarak ayarlanabilmektedir. G. Otomatik Şerit Gerdirme Sistemi Malzemenin cinsine e kesme hızlarına göre gerdirme işlemi PLC kontrollü olarak otomatik gerçekleştirilmektedir. Bu sayede kesici takımın ömrü artmaktadır. 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 e 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. 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 aşamaya ait çıktılar şu şekildedir; Yurt içi e dışında farklı sektörlerin taleplerine, gelişen teknolojiye paralel olarak tatminkâr derecede ceap erebilecek bir hidrolik sürücülü 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.
206 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: Prototip makinenin tüm hidrolik sistemiyle ilgili çalışma/sınır şartlarının(basınç/yük, debi, hız, boyut s.) belirlenmesi Belirlenen sınır şartlarına göre teorik hesaplamaların (silindir/piston/mil boyutları) yapılması Hidrolik sistem/dere elemanlarının belirlenmesi Hidrolik dere şemasının e yol-adım grafiklerinin hazırlanması Hidrolik sistem elemanlarından üretimi yapılacak olan parçaların üretim metotlarının belirlenmesi e işlem planlarının yapılması 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. Ayrıca elektik-elektronik e PLC ile ilgili olarak aşağıdaki çalışmalar yapılmıştır; Prototip makinenin, elektrik tesisatı e kontrol sistemiyle ilgili çalışma/sınır şartlarının belirlenmesi, Elektrik tesisatı e kontrol sistemiyle ilgili teorik hesapların yapılması, 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.
207 Elektrik-elektronik-PLC sistemi bir bütün olarak ele alınmış e tasarımında, prototip sınır şartları e ilgili ulusal/uluslar arası standartlar dikkate alınmıştır İş paketi çıktıları şu şekildedir; a) Makine gödesi tasarımı, b) Mafsal grubu tasarımı, c) Hidrolik sürücü mengene sistemi tasarımı, d) Talaş koneyör sistemi tasarımı, e) Motor tahrikli şerit temizleme fırça sistemi tasarımı, f) Dolap/şase grupları tasarımı, g) Soğutma sıısı donanımı tasarımı, h) Makine hidrolik sistem çalışma e sınır şartlarının belirlenmesi, i) Prototip makinenin hidrolik sistem için gereken teorik hesaplamalarının yapılması, k) Hidrolik sistem dere şemasının tasarlanması e elemanların belirlenmesi, l) Hidrolik sistem yol-adım grafiklerinin oluşturulması, m) Elektrik e kontrol sistemi çalışma e sınır şartları belirlenmiştir, n) Gerekli teorik hesaplamaların yapılmıştır, o) Elektrik, Elektronik, PLC sistem dere şemaları, çalışmaları tamamlanmıştır. Prototip tasarımına ait genel bir görünüş Şekil 7 de erilmiştir. Şekil 7. Prototip tasarımına ait genel bir görünüş. 3.3. Prototip İmalatı e Montajı Bu iş paketinde tasarım iş paketinde teknik resimleri çıkartılmış parçaların üretimi tamamlanmıştır e montajları gerçekleştirilmiştir. Bu aşamaya ait çıktılar şu şekildedir; Mekanik sistem, Hidrolik sistem, Elektrik sistemi, Elektronik sistem, PLC sistem Soğutma sıısı iletme e talaş tahliye sistemi
208 imalatları gerçekleştirilmiştir. İmalatın sonucunda deneme e düzeltmelerinin yapılacağı Hidrolik Sürücülü Otomatik Şerit Testere Makinesi elde edilmiştir. İmal edilen prototipe ait genel bir görünüş Şekil 8 de erilmiştir. Şekil 7. İmal edilen prototipe ait genel bir görünüş 4. SONUÇLAR Proje kapsamında geliştirilen makinenin hedefleri e başarı ölçütlerinin tamamı elde edilmiştir. Bu çıktılar e barı ölçütleri ile ilgili bilgi Tablo 2 de erilmiştir. Tablo 2. Projenin hedeflenen çıktıları e başarı ölçütleri HEDEFLENEN PROJE ÇIKTISI BAŞARI ÖLÇÜTÜ Hidrolik tutucu e sürücü mengene sisteminin tasarımı e üretimi; Geliştirilecek olan hidrolik sürücü e tutucu mengene e sisteminin tasarım e üretimi İş parçasının her iki ucunun tek mengene sisteminde eş zamanlı olarak sıkılması, Sıkma basıncının mengene çenelerinde homojen dağılımının sağlanması Hidrolik 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 Kesme hızı kontrolü Mecut sistemlerden farklı olarak; İnertör kontrollü, değişken deirli, kademeli redüktör ile
209 kesme hızı ayarlanacaktır. Kesme hızının bu sistemle ayarlanabilmesi başarı kriteri olacaktır. Otomatik şerit gerdirme sistemi Bu ürün üzerinde ilke kez geliştirilecek olan bu sistem sayesinde tezgah durdurulmadan şerit gerdirilebilecektir. Şerit ömrünün en az %20 uzaması başarı kriteri olacaktır. 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 Sistemin sürekli eya belirli zaman aralıklarında çalıştırılabilmesi 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 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) 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
210 5. REFERANSLAR [1]Karmetal San. Tic. Ltd. Şti. - TÜBİTAK-TEYDEB 7080351 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.