MKT3121 Lab II Hafta 2 İmalat Süreçlerine Giriş Arş. Gör. Mert Sever Mekatronik Mühendisliği Bölümü 29.09.2017
İçerik İmalat Nedir? İmal Usulleri Malzeme seçimi Üretim tipleri Bilgisayarla Bütünleşik İmalat
İmalat Nedir? İmalatın İngilizcesi manufacture kelimisidir. İlk olarak 1567 yılınıda kullanılmıştır ve Latincedeki manu factus, el ile üretim anlamına gelen ikiliden türemiştir. İmalat; ürünlerin üretilmesi olarak tanımlanabilir. Üretilen bir ürün ise bir imalat sistemi olarak diğer bir ürünün üretilmesinde rol alabilir. İmalat sistemlerini örnekleyecek olursak (a) Saç metalleri otomobil şasisine çeviren presler; (b) Delik açma işlerinde kullanılan matkap tezgahları; (c) Daha hızlıca giysi üretilmesini mümkün kılan endüstriyel dikiş makineleri; (d) Sonsuz çeşitlilikte parçanın üretimi mümkün kılan takım tezgahları.
Presler
Matkap Tezgahları
Endüstriyel Dikiş Makineleri
Takım Tezgahları
İmalat Nedir? İmalat süreci genellikle ham malzemeden başlayarak, bir veya bir dizi süreç sonucunda belli bir değeri olan ürünün elde edilmesiyle sonuçlanır. Örneğin, kil bir madde olarak ta değerlidir. Fakat, pişirme kapları, yalıtkan madde ve kesici takım gibi son ürünler daha değerlidir. Bu farkı katma değer olarak tanımlarız. Bilgisayar çipleri, elektrik motorları, medikal implantlar, kesici takımlar ve uçaklar genel olarak bilinen yüksek katma değerli ürünlerdir.
İmal Usulleri Çoğunlukla bir ürünü üretmek için ele alınabilecek imalat yöntei sayısı birden fazladır. Metal ve metal olmayan malzemelerin üretiminde kullanılabilecek yöntemler aşağıdaki gibi sıralanabilir; 1. Döküm: Bozulabilir kalıba ve kalıcı kalıba döküm; 2. Talaşsız Şekillendirme: Haddeleme, dövme, ekstrüzyon, çekme, saç şekillendirme, toz metalurjisi, plastik ejenksiyon vb.; 3. Talaşlı Şekillendirme: Tornalama, matkaplama, frezeleme vb.; 4. Birleştirme Tekniği: Kaynak, lehimleme, perçinleme, yapıştırma vb.; 5. Son işlemler: Honlama, lepleme, polisaj, perdahlama 6. Mikro ve nano üretim: Mikro (metrenin milyonda biri) ve nano (metrenin milyarda biri) seviyelerde parça üretme kapasiteli teknolojiler
Kabuklu Hassas Döküm
Kum Kalıba Döküm
Kalıcı Kalıba Döküm
Kapalı Kalıpta Dövme
Boru çekme
Saç Metal Bükme ve Kesme
Saç Metal Sıvama
Tornalama
Frezeleme-1
Frezeleme-2
Lazer Kesim
Su Jeti ile Kesim
Elektrodlu & Gazaltı Ark Kaynağı
Sürtünme Kaynağı
Direnç Kaynağı
Cıvata ile Bağlama
İmal Usulleri Bir veya bir dizi imalat yönteminin seçimiyle sürecin planlanması çeşitli unsurlara bağlıdır. Bunlardan bazılarını; Üretilecek parçanın geometrisi Boyutsal toleranslar İstenen yüzey kalitesi Malzemenin mekanik ve kimyasal özellikleri olarak sıralayabiliriz.
İmal Usulleri İmalat yöntemleri arasındaki ödünleşmeleri incelemek için bir takım örnekler üzerinden gidebiliriz: Gevrek ve sert metalleri çatlak ve tahribat olmadan işlemek çok zordur. Bu sebeple yüksek sıcaklıklara çıkarıldıktan sonra döküm veya talaşlı imalat usulleri uygulanabilir, Oda sıcaklığında şekillendirilen metaller ise, imalat sürecinde daha düşük şekillendirilebilirliğe sahiptirler. Pratikte ise bu durum işlenmeden öncesine göre daha az sünek, daha sert ve dayanımlı olmalarını sağlar.
İmal Usulleri Özellikle maliyetlerde azalma yaratma amacıyla yeni iamalt yaklaşımlarına büyük bir talep bulunmaktadır. Örnek olarak, zımba ve kalıp makineleri gibi mekanik kesici takımlar ile saç metallerin şekillendirilmesi son derece yaygındır. Söz konusu mekanik kesici takımlar son derece yaygın olmasına rağmen, söz konusu işlemlerin lazer kesim ile yer değiştirdiği durumlar mevcuttur. Bu sayede her kesim deseni için farklı kesici takım ihtiyacı ortadan kalkarak esneklik kazanılmaktadır. Her bir kesici takımın sabit geometriye sahip olması ve pahalı olması bu durumun temel sebebidir.
İmal Usulleri Ayrıca, lazer kesimin bilgisayar kontrollü olması sonsuz çeşitlilik ve hassasiyet ile tekrarlanabilir ve ekonomik bir çözümdür. Fakat, lazer kesim sürecinde çıkılan yüksek sıcaklıklar işlenmiş yüzeylerdeki kimyasal ve mekanik malzeme karakteristiklerini değiştirebilmektedir.
İmal Usulleri Malzeme özelliklerindeki değişimler görünüşten ziyade, ürün ömrü adına önem taşımaktadır. Bunlara ek olarak lazer kesimle elde edilen esnekliğe rağmen geleneksel mekanik kesici takımlar ile yapılan kesimde daha hızlı üretim mümkündür.
İmal Usulleri Parça boyutu, geometrinin karmaşıklığı, boyutsal hassasiyet ve son yüzey kalitesi gibi faktörler imal usulü tercihinde ana rolü oynamaktadır. Örneğin, Yassı ve ince kesitli parçaların dökümle imali son derece zordur. Yüksek karmaşıklık ve hassasiyet gereksinimlerine sahip parçaların dövme ve çekme gibi tekniklerle imali zor olduğu için hassas dökümle veya toz metalürjisiyle üretimi düşünülebilir. Boyutsal tolerans ve son yüzey kalitesi oda sıcaklığında yürütülen yöntemlerde daha yüksektir. Yüksek sıcaklıklara çıkılan yöntemlerde boyutsal değişim, çarpılma ve yüzey oksitlenmesi meydana gelebilir.
Malzeme Özellikleri Günümüzde giderek artan bir malzeme çeşitliliği ile karşı karşıyayız. Her bir malzeme kendine has; Malzeme özellikleri ve imalat karakteristikleri, Üstünlükler ve limitler, Malzeme ve imalat maliyetleri, Tüketici ve endüstri uygulamalarına; sahiptir. Malzeme seçimi genel olarak malzeme mühendisleri danışmanlığında yapılıyor olsa da tasarım mühendislerinin kendi başlarına seçecek kadar yetkin ve tecrübeli olması beklenmektedir.
Malzeme Özellikleri Yenilikçi malzemelerin kullanımında otomotiv, savunma ve spor ekipmanları endüstrileri her zaman öncü olmaktadır. Tek başına veya birbiri ile kombinasyon halinde kullanılan malzemeler temel olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: a. Demir Esaslı Metaller: Karbon alaşımlı, paslanmaz, takım ve kalıp çelikleri. b. Demir Dışı Metaller: Alüminyum, magnezyum, bakır, nikel, titanyum, süper alaşımlar, refrakter metaller, berilyum, zirkonyum, düşük erime noktalı alaşımları ve nadir metaller. c. Plastikler: Termoplastikler, thermosetler, and elastomerler. d. Seramik, cam, cam seramik, grafit, elmas ve elmas türevleri. e. Kompozitler: Kuvvetlendirilmiş plastikler, metal-metal matrisleri ve seramik kompoztileri. f. Nano malzemeler. g. Şekil hafızalı alaşımlar (akıllı malzemeler): amorf alaşımlar, yarı iletkenler ve süper iletkenler.
Malzeme Özellikleri
Üretim Türleri Üretimi boyutuna göre sınıflandırmak için parça adedlerini baz alabiliriz: a. Sipariş Bazlı Üretim: 100 adetten az parça için, torna, freze, matkap, taşlama gibi geleneksel tezgahlar ile yürütülen üretim faaliyetleri. Günümüzde bu tezgahlar da bilgisayar kontrollü oalrak karşımıza çıkmaktadır. b. Küçük Çaplı Üretim: 10 ile 100 adet arası parçalar için benzer tezgahların kullanıldığı üretim. c. Seri Üretim: Genelde 100 ile 5000 adet arası için, daha ileri ve bilgisayar bütünleşik tezgahların kullanıldığı. d. Toplu Üretim: 100,000 adet ve üzeri için özel amaçlı tezgahların, otomasyonlu tezgah ve transfer hatlarının süreçte yer bulduğu üretim tipidir.
Bilgisayar Bütünleşik İmalat Bilgisayar-bütünleşik-imalat, isminden anlaşıldığı üzere başlangıç ürün konseptinden pazara çıkış aşamasında kadarki süreçler için bilgisayar grafikleri, bilgisayar-destekli modelleme, tasarım ve planlama aktivitelerini birleştiren bir yaklaşımdır. Söz konusu kapsamlı ve entegre yaklaşım 70 li yıllarda başlamıştır ve aşağıdaki unsurları taşımaktadır; Son ürün tasarımındaki ani değişikliklere cevap verebilme; Malzeme, tezgah ve insan gücünün daha iyi kullanılması, planlanması; Stok ihtiyacının öngörülerle düşürülmesi; Tüm imalat ve yönetim sürecine olan hakimiyetin yükselmesi.
Bilgisayar Bütünleşik İmalat 1. Computer numerical control (CNC): 1950 lerde ilk olarak ortaya çıkmıştır. Takım tezgahı hareketlerinin sayısal veriler aracılığı ile bilgisayar tabanlı kontrol edilmesi olarak tanımlanmaktadır. 2. Adaptive control (AC): İmalat süreçlerindeki parametrelerin, gerekli üretim hızı ve kalitesi için ayarlanması aracılığı ile maliyetlerin düşürülmesidir. Örneğin, üretilen parçalara ait kesme kuvveti, sıcaklık, yüzey kalitesi ve boyutsal toleranslar; sensör ağları üzerinden takip edilerek istenen aralıkların dışına çıkıldığında üretim parametreleri güncellenebilmektedir.
Bilgisayar Bütünleşik İmalat 3. Endüstriyel Robotlar. 1960 ların sonunda ortaya çıkarak, tekrarlamalı, sıkıcı ve tehlikeli işlemlerde insan gücünün yerini almaktadırlar. Bu sayede ürün kalitesindeki değişimler minimuma inmektedir. Montaj gibi yüksek kuvvet isteyebilen işlerde son derece etkin olarak kullanılmaktadırlar. 4. Otomatize Malzeme Taşınması. Hatlar arası ve hat ile depo arası rutin taşıma işlerini önceden belirlenmiş rotalar üzerinde periyodik olarak gerçekleştiren robotik sistemlerin geliştirilmesidir. Lojistik ve stok yönetimini kolaylaştırmaktadır.
CNC Besleyen Robotlar
Otomatik Malzeme Yerleştirme
Otomatik Yönlenmiş Araçlar
Bilgisayar Bütünleşik İmalat 5. Otomatize Montaj Sistemleri. İnsan gücünün yerini alarak montaj işlemlerini hızlandırmaktadır. Fakat bazı incelik gerektiren işlerde insan gücü devam etmektedir. Yine de sonuç olarak toplamda süreleri kısaltarak maliyetleri azaltmaktadır. 6. Bilgisayar-Destekli Süreç Planlama (CAPP). Esas olarak endüstri mühendislerinin alanıdır. Üretkenliği, kaliteyi ve sürekliliği iyileştirmek aracılığı ile maliyet azaltmak amaçlanmaktadır. Maliyet tahmini ve üretim süreçlerinin izlenmesi sayesinde gerçeklenen maliyetin üretim bitmeden kıyaslanması sayesinde erken müdaheleleri mümkün kılmaktadır.
Otomatik/Robotik Montaj
Kaynakça S. Kalpakijan, S. R. Schmid. Manufacturing Engineering and Technology, 7th edition, Pearson, NJ, USA, 2014