MODERN ÜRETİM YÖNTEMLERİ DOÇ. DR. N. SİNAN KÖKSAL
HAFTALIK DERS İÇERİĞİ Hafta no Konular 1 Üretim Yöntemlerine Giriş 2 Malzemelerin Fiziksel Özellikleri 3 Malzemelerin Mekanik Özellikleri 4 Katılaşma süreçleri: Döküm ve Temelleri, 5 Birleştirme ve Montaj İşlemleri: Kaynak Teknikleri 6 Polimerler 7 Kompozitler 8 Ara Sınav 9 Toz metal ve Seramikler 10 Metal şekillendirme yöntemleri 11 Özel İşleme ve Montaj Teknikleri 12 Mekanik ve Elektrokimyasal Enerji Kullanılan Yöntemler 13 Kimyasal Enerji Kullanılan Yöntemler 14 Isıl Enerji Kullanılan Yöntemler
Kitaplar
İMALATA GİRİŞ
İmalat terimi, iki Latince sözcükten manus (el) ve factus (yapma) oluşur; bileşiminin anlamı el yapımı dır. El yapımı (İngilizcesi Manufacture ) sözcüğü M.Ö. 1567 yılında ilk kez önem kazandığında kullanılan imalat yöntemlerini doğru olarak tanımlamıştı. Çoğu modern imalat işlemleri, çalışan insanlar tarafından denetlenen, mekanize veya otomatik ekipmanlarla gerçekleştirilmektedir.
Şekil : Teknik bir işlem olarak imalat
İmalat; Teknolojik Ekonomik Tarihsel açıdan önemlidir.
İmalat -Teknoloji Teknoloji; topluma ve üyelerine ihtiyaç duydukları veya istedikleri mal ve hizmetleri elde etmek için bilimin uygulanmasıdır. Teknoloji toplumun daha iyi yaşam seviyesi kazanmasına yardımcı olur. Bu ürünlerin ortak yönleri, tamamı imal edilebilir olmasıdır. Üretim bilgisi (teknoloji), üretim araçları ve üretilenlerin tümü endüstri olarak tanımlanır.
İmalat teknolojiyi mümkün kılan temel faktördür. Parça veya ürün yapmak amacıyla, başlangıç malzemesinin geometrisini, özelliklerini ve/veya görünüşünü değiştirmek için fiziksel veya kimyasal işlemlerin uygulanmasıdır. İmalat, montajı da kapsar. Çoğu, belirli bir işlem sırası halinde uygulanır.
İmalat Ekonomi Malzemelerin, bir veya daha fazla imalat ve/veya montaj işlemi aracılığıyla, daha yüksek değere sahip parçalara dönüştürülmesidir. İmalat, malzemeye şeklini veya özelliklerini değiştirerek veya başka malzemelerle birleştirerek değer katar. İmalat, ulusların malzeme değeri oluşturmasının bir yoludur.
Şekil: Ekonomik bir işlem olarak imalat
A.B.D. Ekonomisi Sektör % GSMH İmalat 20 Tarım, maden, vs. 5 İnşaat ve yan sanayi 5 Hizmet sektörü, nakliye, bankacılık, iletişim, 70 eğitim ve resmi kurumlar
İmalat - Tarihsel Süreç Tarih boyunca, nesneleri oluşturmada iyi olan insan kültürleri daha başarılıydı. Nesneleri daha iyi yapmanın anlamı, iyi alet ve silah yapmaktı. Daha iyi aletler insanların daha iyi yaşamasını sağladı. Daha iyi silahlar ise anlaşmazlık durumlarında, diğer kültürlere üstünlük sağlamalarına yolaçtı. Önemli bir nokta da, uygarlık tarihinin, insanoğlunun nesneleri yapma becerisinin tarihi olduğudur.
Arkeolojik bulguları döküm yönteminin M.Ö.4000 yıllarından başlayan bir geçmişi olduğunu göstermektedir. Eski çağlarda kullanılan eritme ocaklarında genellikle bakır cevheri ile odun, tabakalar halinde doldurulur ve ayakla çalışan keçi derisi körükler yardımıyla eritilen metal, taş veya pişirilmiş kilin işlenmesiyle elde edilen kalıplara dökülürdü. Kalıplarla balta ve benzeri yassı parçaların üretimi için kullanılan döküm tekniği, yuvarlak biçimli parçaların üretilmesi için iki veya daha çok parçalı kalıpların kullanımıyla geliştirildi. M.Ö. 2000 yıllarından itibaren iç boşlukların elde edilmesi için pişirilmiş kilden maçalar kullanılmaya başlandı. Bunun yanında kalıplamada mum modellerin kullanıldığı ve ısıtılarak eritilen mumun kalıbı terk etmesiyle kalıp boşluğunun oluşturulduğu hassas döküm yöntemi de aynı asırlarda geliştirilmiştir. M.Ö.1500 yılından başlayarak döküm tekniğinin özellikle Mezopotamya ve Çin'de çok geliştirildiği ve Çinlilerin çok parçalı kalıplarla karmaşık parçaların üretiminde ustalaştığı görülmektedir.
Yıl KAVRAM, ICAT KURUM M.Ö. 3500 Kil tabakaları, Papirus kağıdı, calmus kalem, Abak Mezopotamyalı tacirler, Mısırlılar,Çinliler 1617 " e " tabanına göre logaritma John Napier 1624 Logaritma, Ilk hesap cetveli Harry Briggs,W. Oughtred 1642 Mekanik hesaplayıcı Blaise Pascal 1674 Hesap makinesi Gootfried Leibnitz 1728 Delikli kart,metrik sistem Joseph-Mary Jacquard 1825 Fark makinesi Charles Babbage 1850 Boole cebiri,binary sistem George Boole 1872 Dört işlem yapabilen hesaplayıcı Frank S. Baldwin 1884 Hesap makinesi ve kayıt işlemi William S. Burroughs 1890 Elektromekanik hesaplayıcı Herman Hollerith 1896 Tabulating Machine Company kuruldu. Herman Hollerith 1909 İlk muhasebe makinası Charles F. Kettering 1911 Computing Tabulating - Recording Company CTR kuruldu. 1924 International Business Machine (IBM) kuruldu. 1935 Diferansiyel denklemler Howard Aiken 1939 Elektronik bilgisayar çalışmaları John W. Mauchly, J. Presper Eckert 1940 " Model-I " bilgisayarı G.R.Stibitz,S.B.Williams 1946 ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator Ilk elektronik bilgisayar 1946 Bilgisayar teknolojisi - Üniversitesi JohnNewman-Arthur Burks, Herman Goldstine 1949 EDSAC, Üniversitesi Electronic Delay Storage Automatic Calculator 1949 BINAC Eckert - Mauchly 1952 UNIVAC-I, EDPS-701, İlk ticari bilgisayar, IBM I. Kuşak bilgisayarlar ( 1946-1950 ) 1950 Vakum tüpleri yerine transistörler, IBM-1400 II.Kuşak bilgisayarlar ( 1954-1964 ) 1963 Bütünleşik minyatür devreler, IBM-360 III. Kuşak bilgisayarlar ( 1965-1974 ) 1970-1982 Geniş çapta bütünleşik devreler, magnetik disk (floppy disk, hard disk), mouse, IV. Kuşak bilgisayarlar ( 1975-1980 ) Network, CAD 1983-1990 CD-ROM, Plotters, Printer, LAN, İleri CAD, AI, CIM, Uzman sistemler V. Kuşak bilgisayarlar ( 1980-1990 ) Bilgisayarların tarihsel süreci
ÜRETİM PROSESLERİ İki temel gruba ayrılır: 1. İşleme operasyonları; bir parçanın malzemesini, tamamlanmış bir yapıdan, daha ileri bir aşamaya dönüştürmedir. 2. Montaj operasyonları; yeni bir parça, başlangıç malzemesinin geometrisini, özelliklerini veya görünüşünü değiştiren operasyonlar oluşturmak için, iki veya daha fazla bileşenin birleştirilmesidir.
Şekil 1.4 İmalat yöntemlerinin sınıflandırılması
İşleme Operasyonları; Bir malzemenin şeklini, fiziksel özelliklerini veya görünüşünü değer katmak için değiştirirler. İşleme operasyonlarının üç kategorisi: 1. Şekillendirme operasyonları Başlangıç parça malzemesinin geometrisini değiştirir. 2. Özellik geliştirici operasyonlar Şeklini değiştirmeden fiziksel özelliklerini iyileştirir. 3. Yüzey işleme operasyonları Parçanın dış yüzeyini temizlemek, işlemek, kaplama veya malzeme yığmak için yeterli derecede ısıtılır.
Şekillendirme Yöntemleri Dört kategoriye ayrılır: 1. Katılaştırma yöntemleri başlangıç malzemesi sıvı veya yarı sıvı hale ısıtılır. 2. Parçacık işleme yöntemleri başlangıç malzemesi tozlardan oluşur. 3. Plastik Şekil Verme yöntemleri başlangıç malzemesi sünek bir katıdır (genellikle metal) 4. Talaş kaldırma yöntemleri başlangıç malzemesi sünek veya gevrek katıdır.
Özellik Geliştirici Yöntemler Parça malzemesinin mekanik veya fiziksel özelliklerinin iyileştirmek için uygulanır. Parça şekli değişmez (istenen durum hariç) Örnek: Isıl işlenmiş parçanın istenmeyen çarpılması Örnekler: Metallerin ve camların ısıl işlemi Toz metal ve seramiklerin sinterlenmesi
Yüzey İşleme Operasyonları Temizleme kir, yağ ve diğer kirlilikleri yüzeyden uzaklaştırmak için kimyasal ve mekanik işlemler Yüzey işlemleri kum püskürtme gibi mekanik ve difüzyon gibi fiziksel işlemler Kaplama ve ince film çöktürme parçanın dış yüzeyinin kaplanması
Katılaştırma yöntemleri: Malzeme sıvı ya da lapamsı hale getirilmek için ısıtılır. Bütün malzemeler için işlem aynıdır. Örnek: Metal döküm, plastik ergitme. Parçacık işleme yöntemleri: Başlangıç malzemeleri metal veya seramik tozlarıdır. Genellikle, tozların ilk olarak sıkıştırıldığı ve ardından birbirine bağlanmaları için ısıtıldığı, presleme ve sinterleme işlemidir.
Plastik Şekil Verme Yöntemleri; Başlangıç parçası, malzemenin akma dayanımını aşan kuvvetlerin uygulanmasıyla şekillendirilir. Örnekler: a) dövme, b) ekstrüzyon, c) haddeleme Talaş Kaldırma Yöntemleri; İstenen geometrinin kalması için başlangıç parçasındaki fazla malzeme uzaklaştırılır. Örnekler: Tornalama, delme ve frezeleme gibi.
Şekillendirme Yöntemlerinde atık parça şekillendirmede atığın en aza indirilmesi istenir. Talaş kaldırma yöntemleri, çalışma yöntemi gereği atık oluşturan işlemlerdir. Çoğu döküm, kalıplama ve parçacık işleme yöntemleri, çok az malzeme atığı oluşturur. En az atık oluşturan yöntemler için terminoloji: Net şekil yöntemleri başlangıç malzemesinin çoğu kullanılır ve sonraki talaş kaldırmaya gerek duyulmaz. Net şekle yakın yöntemler en az miktarda talaş kaldırma gerekir.
Montaj Operasyonları Yeni bir parça oluşturmak için iki veya daha fazla parça birleştirilir. Montaj operasyon türleri: 1. Birleştirme işlemleri kalıcı bir birleşim oluşturur. Kaynak, sert lehimleme, yumuşak lehimleme ve yapıştırma 2. Mekanik montaj mekanik yöntemlerle birleştirme Dişli birleştiriciler (cıvatalar, somunlar ve vidalar); sıkı geçme, genleşen birleştiriciler.
İmalat Sanayileri Sanayi (endüstri), mal ve hizmet üreten veya sağlayan kuruluş veya organizasyonlardan oluşur. Sanayi aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir: 1. Birincil sanayiler tarım, madencilik gibi ulusal kaynakları ortaya çıkaran veya gerçekleştirenler 2. İkincil sanayiler birincil sanayilerin çıktılarını alan ve tüketici veya sermaye mallarına dönüştürenler - imalat temel aktivitedir. 3. Üçüncül sanayiler hizmet sektörü
İkincil sanayiler; imalat, konstrüksiyon ve elektrik enerjisi üretimini içerir. İmalat, ürünleri bu kitapta ele alınmayan örnek; aparat, tüketim, kimyasallar ve gıda işleme gibi değişik sektörleri içerir. Bizim açımızdan ekipmanların üretimi anlamına gelmektedir. Cıvata ve perçinler, dövme ürünler, arabalar, uçaklar, dijital bilgisayarlar, plastik parçalar ve seramik ürünler
İmalat Kapasitesi Bir imalat işletmesi, sınırlı miktarda malzemenin değerli ürünlere dönüştürülmek üzere tasarlandığı, prosesler ve sistemler (ve şüphesiz insanlar)dan oluşur. Üç ana bölüm; malzemeler, prosesler ve sistemler olup, modern imalatın konusudur. İmalat kapasitesi aşağıdakileri içerir: 1. Teknolojik işleme kapasitesi 2. Fiziksel ürün sınırlamaları 3. Üretim kapasitesi
Üretimde Malzeme Çoğu mühendislik malzemesi üç ana başlıkta toplanır: 1.Metaller 2.Seramikler 3.Polimerler Kimyasal özellikleri farklıdır. Mekanik ve fiziksel özellikleri birbirine benzemez. Üretimi etkileyen bu farklılıklar onlardan ürün üretiminde kullanılabilir. Kompozitler, üç malzeme grubunun homojen olmayan karışımıdır.
Üretim Miktarı Ürünün miktarı, kullanan insanlar, tesisler, üretim organizasyonu etkiler. Yıllık üretilen parça sayısına göre üretim miktarı; Üretim aralığı Düşük üretim Orta üretim Yüksek üretim Yıllık üretim 1-100 birim 100 10.000 birim 10.000 birimden fazla
Düşük Üretim İş atölyesi terimi, bu tür üretim araçları için kullanılır. Bir iş atölyesi; düşük miktarda, belirlenmiş ve geleneksel ürünleri yapar. Ürünler genellikle karmaşıktır, örnek; uzay kapsülleri, prototip uçaklar, özel makineler. Bir iş atölyesindeki ekipman genel amaçlıdır. İşçilik beceri seviyesi yüksektir. Maksimum esneklik için tasarlanmıştır.
Orta Üretim Ürün değişimine bağlı olarak iki farklı araç türü vardır: Parti üretimi Kısıtlı ürün değişimine uygundur. Partiler arasında ayarlar gerekir. Hücresel imalat Geniş ürün değişimine uygundur. Farklı parça türleri arasında ayar yapmadan işlemek için, organize edilen çalışan hücreleridir.
Yüksek Üretim Genellikle seri üretim olarak adlandırılır: Ürün için yüksek talep Bu ürünün üretilmesine tahsis edilmiş imalat sistemi Seri üretimin iki kategorisi: 1. Miktar üretimi 2. Akış hattı üretimi
1. Miktar Üretimi Tek bir makinede veya az sayıda makinelerde tek bir parçanın seri üretimi Çoğunlukla, özel takımlarla donatılmış standart makinelerden oluşur. Ekipman, tek bir parça veya ürün tipinin tam zamanlı üretimine adanmıştır. Miktar üretiminde kullanılan tipik yerleşimler, proses yerleşimi ve hücresel yerleşimdir.
2. Akış Hattı Üretimi Sırayla düzenlenmiş çoklu makineler veya iş istasyonları, Örnek: Üretim hatları. Ürün karmaşıktır. Çoklu işlemler ve/veya montaj operasyonları gerektirir. İş üniteleri, ürünü tamamlamak için belirli bir sıraya göre fiziksel olarak hareket ettirilir. İş istasyonları ve ekipmanları, verimliliği en yüksek değere çıkarmak için özel olarak tasarlanır.
İmalat Destek Sistemleri Bir şirket, işlem ve ekipmanı tasarlamak, üretimi planlayıp kontrol etmek ve tatminkar ürün kalite taleplerine ulaşmak için kendisini organize etmelidir. İmalat destek sistemleriyle bütünlük oluşturur - bir şirketin üretim operasyonlarını yönettiği insanlar ve prosedürler. Tipik departmanlar: 1. İmalat mühendisliği 2. Üretim planlama ve kontrol 3. Kalite kontrol
Ürün Çeşitliliği Ürün çeşitliliği bir fabrikada üretilen farklı ürün tiplerini ya da modellerini tanımlar. Farklı ürünler farklı özelliklere sahiptir. Farklı pazarlar içindir. Parça sayısı fazladır. Bir fabrikada her yıl farklı ürün sayısı belirlenebilir. Eğer ürün sayısı fazlaysa bu üretim çeşitliliğini gösterir.
Üretim kapasitesi Üretim kapasitesi, imalat firmasının ve fabrikanın her biriminin teknik ve fiziksel sınırlamalarını belirtir. Üretim kompleksi, malzemeler, prosesler ve sistemlerden oluşur ve bu başlıklar birbirine bağlıdır. Ürün kapasitesi aşağıdaki başlıkları içerir: 1. Teknolojik işleme kapasitesi 2. Ürünün fiziksel sınırlamaları (boyut, geometri) 3. Ürün kapasitesi
İmalat mühendisi ana görevi: Ürünlerin tasarım spesifikasyonlarının belirlenmesinden, bunların imalatları sonrasına kadar olan dönüşüm süreçlerini yönetmek ve bu fonksiyonu bulundukları kuruluş içinde optimizasyonu sağlayarak icra etmektir.
İmalat mühendisi ana aktiviteleri: Problem Çözme ve Sürekli Geliştirme İmalat süreçlerini yönetme veya destek verme, Ürün geliştirme, maliyet azaltma, verimliliği arttırma gibi konularda destek verme. İmalata/Montaja Uygun Tasarlama (DFM-DFA) Ürün tasarım mühendislerine imalata uygunluk yönünden (teknik sorunları çözme, düşük maliyetle en kaliteli ürünü en kısa zamanda üretme vb.) danışmanlık yaparak destek verme.
Teşekkürler.