Plastik Şekil Verme_ders Notu

7/24/2019 Plastik Şekil Verme_ders Notu

http://slidepdf.com/reader/full/plastik-sekil-vermeders-notu 1/79

ÜRETİM YÖNTEMLER İ (PLASTİK ŞEK İL VERME DERS NOTU)

Hazırlayan

Doç. Dr. Gençağa Pürçek

Trabzon, 2008



Üretim Yöntemleri - Plastik Ş ekil Verme

ÖNSÖZ

Bu ders notu, Üretim Yöntemleri Dersinin “Plastik Şekil Verme” k ısmında işlenenkonular ı içermektedir. Değişik kaynaklardan derleme yöntemiyle hazırlanmış olan bu not, bu

konuyla ilgili temel bilgileri kapsamakta olup ayr ıntılı bilgiler için “Kaynaklar” k ısmındaverilen kitaplardan yararlanılabilir.Bu ders notunun ilk bölümünde, plastik şekil verme yöntemlerine geçmeden

öğrencilerin plastik deformasyon konusunda bilmesi gereken bazı temel metalürjik esaslarhatırlatma mahiyetinde verilmiştir. Ardından, temel plastik şekil verme yöntemleri olan; döve,haddeleme, ekstrüzyon, tel ve çubuk çekme ve saç şekillendirme yöntemleri sırasıylaanlatılmıştır. Burada verilen her bir yöntem ayr ı birer kitap oluşturabilecek niteliktedir.Ancak, ders saatinin sınırlı olması nedeniyle işlenen konular çok temel kavramlar ıyla özet birşekilde verilmeye çalışılmıştır. Bu nedenle bu dersi alan öğrencilere tavsiyem, plastik şekilverme ile ilgili kaynaklar k ısmında verilen kitaplardan en az birini edinmeleri ve işlenenkonular ı çok daha geniş kapsamda okuyup anlamaya çalışmalar ıdır.

Bu ders notunun öğrencilerimize faydalı olmasını temenni eder kendilerine başar ılardilerim.

Doç. Dr. Gençağa PÜRÇEK

Ekim, 2008

2Doç. Dr. Gençağa PÜRÇEK




GİR İŞ

Plastik şekil verme, metallere katı durumda ve hacimleri sabit kalacak şekildeuygulanan bir şekillendirme işlemidir. Metalik malzemeleri şekillendirmede kullanılan engenel yöntemlerden birisi olan plastik şekil verme işlemlerinde, metalik malzemeye bir

kuvvet tatbiki ile metalin plastik olarak şekil değiştirmesi sağlanır. Katı durumdaki metalinsürekliliği bozulmadan yani k ır ılma ve ayr ılma olmadan şekillenilebilmesi için malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetinin iyi bilinmesi, bunun yanında ayr ıca işlem için gerekli basınç ve güç seviyelerinin de iyi tayin edilmesi önemlidir.

Diğer üretim yöntemleriyle kar şılaştır ıldığında, plastik şekil verme yöntemlerininaşağıdaki özellikleri taşıdığı gözükür.

a) Plastik şekil verme yönteminde malzemenin kütle ve hacmi sabit kalır, sadeceşekli değişir.

b) Plastik şekil verme sırasında (özellikle yüksek sıcaklıklarda) malzemede birinciltane oluşumu (katılaşma) sırasında oluşan boşluk ve gözenekler (oksitlenmiş

olmamalar ı koşuluyla) kapanır. Ayr ıca, iri ve çubuksu döküm yapısı da bozularakyeniden kristalleşme neticesinde kaba döküm yapısı yerine ince taneli, homojen biriçyapı oluşur. Bunun neticesinde malzeme özelliklerinde (mukavemet, yorulma vedarbe dayanımı, k ır ılma tokluğu, süneklik v.b.) önemli iyileşmeler görülür.

c) Plastik şekillendirme soğuk olarak yapılırsa, oluşan pekleşmeden yararlanılarakmalzemenin dayanımı artır ılabilir.

d) Plastik şekil verme yöntemleriyle dar toleranslara sahip hassas parçalar üretilebilir.Özellikle soğuk şekil vermeyle çok kaliteli yüzeyler elde edilebilir.

e) Plastik şekillendirmede kullanılan tezgah ve tak ımlar (pres, hadde, şahmerdan,kalı plar) pahalı olduğundan bu yöntemler genellikle seri üretim için ekonomiktir.

Değişik amaçlar için kullanılan çok sayıda plastik şekil verme yöntemleri geliştirilmiş olup, bunlar deformasyon için uygulanan kuvvet veya gerilme türü ile metalin şekillendirmesırasındaki ak ış yönüne bağlı olarak aşağıdaki gibi sınıflandır ılabilir.

1) Doğrudan basma yöntemleri: Bu yöntemde şekillendirme için gerekli yük veyagerilme parçanın yüzeyine doğrudan uygulanmaktadır. Metalin akma yönü ise basmagerilmesi yönüne diktir. Bu tür işlemlere örnek olarak dövme ve haddelemeyöntemleri gösterilebilir.





2) Dolaylı basma yöntemleri: Burada deformasyon sağlayan basma gerilmeleri kalı pgeometrisine ve yöntemin özelliğine bağlı olarak oluşturulur. Bu tür şekillendirmelereörnek olarak; tel çekme ve ekstrüzyon yöntemleri verilebilir.

3) Çekme yöntemleri: Genellikle sac ve levha şeklindeki metallere uygulanan bu türyöntemlerde malzeme çekme veya basma gerilmeleri altında şekillendirilebilmektedir.Derin çekme ve gererek şekillendirme yöntemleri bu tür işlemlere örnek olarakverilebilir.

4) Eğme yöntemleri: Uygulanan eğme momenti parçanın şekillenmesini sağlar. Bükmeişlemi bu yöntemlere bir örnektir.

5) Kesme yöntemleri: Metalin ayr ılmasını sağlayacak seviyelerde kesme kuvvetiuygulanarak yapılan şekillendirme işlemleridir. Sac kesme, dilme bu tür işlemlereörnek olarak verilebilir.





Plastik şekil verme yöntemlerinde kar şılaşılan en önemli problem malzemenin plastikdeformasyona kar şı gösterdiği direnç olup, bu direnci yenmek bir kuvvetin uygulanmasını gerektirir. Uygulanacak kuvvet malzemede deformasyon sağlamalı ancak malzemenink ır ılmasına veya çatlamasına yol açmamalıdır. Mekanik işlemlerde uygulanan kuvvet,malzemenin deformasyon şartlar ındaki mukavemeti, malzeme ile tak ım arasındaki sürtünme,geometrik faktörler gibi çok sayıda faktörlere bağlıdır. Deforme olan malzemeninmukavemetini etkileyen faktörler ise,

• Deformasyon sıcaklığı (Td),• Deformasyon miktar ı veya oranı (ε),

• Deformasyon hızı (.

ε ),• Malzemenin metalürjik yapısıdır.

Tüm plastik şekil verme işlemlerinde malzeme, çekme, basma ve kayma gibi üç temelşekil değişiminden birinin veya birkaçının etkisinde kalır.





2. PLASTİK ŞEK İL VERMENİN METALURJİK ESASLARI

Metalik malzemelerde plastik deformasyon en genel halde atomlar ın belirli düzlem vedoğrultularda kaymasıyla gerçekleşir. Plastik deformasyon mekanizmalar ına geçmeden öncekristal yapıda bulunabilecek kusurlar ın ve bunlar ın deformasyon üzerindeki etkilerinin çok iyi

anlaşılması gerekir.

2.1. Kristal yapı kusurları Teoride kristaller her ne kadar düzenli ve tekrar eden yap ılar olarak kabul edilseler de

gerçekte yapılar ında bir tak ım kusurlar içerirler. Bu kusurlar aşağıda özetlenmiştir.

2.1.1.Noktasal kurularTek boyutlu olan bu kusur ya da hatalar; boş kafes noktası, ara yer atomu ve yer alan

atomu kusuru olmak üzere üç çeşittir. Bunlardan en önemlisi boş nokta kusuru olup bukusurlar ın sayısı artan sıcaklıkla artmaktadır.

Şekil 2.1. Noktasal kusurlar

2.1.2. Çizgisel kusurlarBu kusurlar dislokasyon olarak isimlendirilir. Bunlar metallerde kaymaya neden olup

plastik şekil değişimine imkan sağlamaktadırlar. Kenar, vida ve kar ışık dislokasyon olmak

üzere üç türü vardı

r. Dislokasyonlar gerek metallerin şekillendirilme özelliklerini ve gereksedayanımlar ını doğrudan etkilediği için önemlidir. Metallerde, deneysel ve teorik mukavemetdeğerleri arasındaki büyük fark kristal yapı kusurlar ı ve özellikle de dislokasyonlar ileaçıklamaya çalışılmıştır.

a) Kenar dislokasyonuKenar dislokasyonlar ı, kayma düzlemi adı verilen bir düzlem üzerinde ek yar ı

düzlemin yerleşmesi veya çıkar ılması sonucunda oluşmaktadır.





Şekil 2.2. Kenar dislokasyonunun oluşumu

Bu ek yar ı düzlem, kayma düzleminin üzerinde kalan kristal bölgenin sık ışı pçarpılmasına neden olmaktadır. Dislokasyon çizgisi, ek yar ı düzlemin kayma düzleminde yeralan atomlar ını birbirlerine bağlayan doğrudur (CD doğrusu).

Kenar dislokasyonu aynı zamanda kristal içerisinde kayan ve kaymayan bölgeleri birbirinden ayıran sınırlardır. Kenar dislokasyonunun kayma düzlemi içerisindeki yaptığı harekete kayma (slip, glide), kayma düzlemine dik doğrultuda yaptığı harekete de tırmanma

(climb) denir. Tırmanma, atom veya boşluklar ın kristal içerisinde yayılması sonucu oluştuğuiçin ısıl aktivasyon gerektirir ve dolayısıyla nispeten yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen birolaydır. Dislokasyonlar kayma sırasında sadece kristalin iç sürtünme kuvvetini yenerekhareket ederler. Ancak, pratikte kristaller dislokasyon hareketini engelleyebilecek hata veunsurlar içerdiği için kaymayı sağlayacak kuvvetin sürtünme kuvvetini yenmesinin yanındadiğer engellerden doğacak direnci de yenmesi gerekmektedir.





b) Vida dislokasyonuBir kristal kayma gerilmesi etkisiyle belirlenmiş olan kayma düzlemi üzerinde k ısmen

kaymıştır. Vida dislokasyonu çizgisi kayan ve kaymayan kristaller arasındaki sınır olaraktanımlanabilir.

Şekil 2.3. Vida dislokasyonunun oluşumu ve bu dislokasyonun etkisiyle kaymanın meydana

gelişi

2.1.2.1 Dislokasyonların çoğalması ve plastik deformasyondaki önemiDislokasyonlar metallerde plastik deformasyonu sağlayan en önemli faktörlerden

birisidir. Çizgisel karakterdeki bu yapı kusurlar ı bir gerilme vasıtasıyla kristal içerisindehareket etmeye zorlanmakta ve bunun sonucunda plastik deformasyon meydana gelmektedir.

Dislokasyonlar;a) Katılaşma sırasında kristal yapı oluşurken,

b) Uygulanan gerilmenin zorlamasıyla,c) Kendini sürekli yenileyen mekanizmalar

yardımıyla çoğalırlar. Tavlanmış, yani herhangi bir pekleşme etkisi taşımayan bir kristaldekidislokasyon yoğunluğu 106 adet/cm2 mertebelerindedir. Ancak plastik şekil değişimi için 1010 adet/cm2 mertebesinde dislokasyona ihtiyaç vardır. Bunun için uygulanan gerilmenin deyardımıyla bazı kaynaklar dislokasyon doğurucu olarak çalışırlar. Bu tür mekanizmalar ın enönemlisi Frank-Read kaynağı olarak bilinmektedir. Aşağıdaki şekilde Frank-Read tipi birkaynakla dislokasyonlar ın çoğalması şematik olarak verilmiştir. Dislokasyonlar plastikdeformasyon sırasında birbirlerini keserler ve bu kesim noktalar ı arasındaki dislokasyon

parçası Frank-Read kaynağı olabilir. Şekilden de görüldüğü gibi kristal içerisinde l boyunda bir dislokasyonun iki ucundan ilerlemeye kar şı engellendiği görülmektedir. Başlangıçtakayma gerilmesi sıf ır olup artır ılmaya başladığında dislokasyon çizgisine dik olarakilerlemeye çalışmakta, ancak dislokasyonu sabitleyen engeller buna izin vermemektedir.Böylece ilerleme belirli bir eğrilik yar ıçapında dairesel karakterde gerçekleşebilmektedir.Eğrilik yar ıçapı R=l/2 olduğunda bu harekete kar şı koyan kuvvet en büyük değeri almakta, bunoktanın ötesinde ise kararsız hale geçerek dislokasyon halkasının hızla büyüyüp gelişmesineneden olmaktadır. Genişleyen dislokasyon çizgisinin düğüm noktalar ı birbirlerine temasettiğinde, temas noktalar ı ters işaretli olduklar ı için birbirlerini yok etmekte ve kristal düzgünhale geçmektedir. Böylece halka ile segman (kaynak) birbirinden ayr ılmakta, halka kaymahareketi yapmaya devam ederken segman yeni dislokasyon halkalar ı üretmeye devametmektedir.

Dislokasyon yoğunluğunun artması plastik deformasyonda çok önemlidir.

Dislokasyonlar ı

n mevcudiyeti plastik deformasyonu kolaylaştı

r ı

rken, yoğunluğunun artması

dislokasyon hareketini sınırlar ve malzemenin plastik deformasyonunu güçleştirir.Deformasyon sertleşmesi de esas itibariyle dislokasyon yoğunluğunun artmasıyla ilgilidir.





Şekil 2.4. Frank-Read kaynağı mekanizması ile dislokasyonun çoğalması.

2.1.3. Yüzeysel kusurlarYüzeysel kurular ın en çok bilineni tane sınırlar ıdır. Soğumaya bırak ılan ergimiş

metalde katılaşma bir çok noktada aynı anda başladığında konumlar ı birbirinden farklı bir çokkristal parçacığından oluşmaktadır. Çok kristalli yapılarda taneleri birbirinden ayıran üç

boyutlu sınırlar tane sınırlar ını oluşturmakta ve bir yapı kusuru olarak nitelenmektedir.

Şekil 2.5. Büyük ve küçük açılı tane sınırlar ı

2.2. Metallerde Plastik Şekil Değiştirme Mekanizmaları

2.2.1. KaymaKristal yapılı malzemelerde en önemli deformasyon mekanizması olan kayma atom

düzlemlerinden birinin komşu atom düzlemi üzerinde kayması ile gerçekleşir. Kayma, bellikristalografik düzlem ve doğrultularda dislokasyonlar ın hareketiyle oluşur. Diğer bir değişle

kayma, atom yoğunluğu en fazla olan düzlemlerde (kayma düzlemi) ve kayma düzlemiüzerinde atomlar ın en sık bulunduklar ı doğrultularda (kayma doğrultusu) dislokasyonlar ın





hareketi ile meydana gelir. Kayma olayında atom düzlemlerinden birinin komşu atomdüzlemleri üzerinde en az Burgers Vektörü şiddeti kadar ötelenir. Aşağıdaki şekildedislokasyonlar hareket ettikçe, kristal içerisinde atomlar ın ne şekilde düzenlendiklerigörülmektedir. Kristal içersindeki dislokasyon hareketi tamamlandığında dislokasyonun altk ısmı üst k ısmına göre Burgers vektörü (b) kadar ötelenir.

Şekil 2.6. Kayma gerilmesi uygulanan bir kenar dislokasyonun hareketi sonucunda kaymaolayının meydana gelişi

Dislokasyonun hareketini bazı fiziksel olaylara da benzetmek mümkündür. Aşağıdakişekilde pozitif bir kenar dislokasyonunun hareketi bir tırtılın hareketine benzetilmiştir. Tırtılhareket ederken bütün gövdesini sürüklemez. Bunun yerine gövdesinde bir tümsekoluşturarak bu tümseği kuyruktan baş k ısma doğru öteler. Her k ıvr ım neticesinde bir miktaröteleme sağlayarak tırtıl daha az bir kuvvetle kolayca ilerlemiş olur. Bu örnekte bir k ıvr ımdandoğan öteleme miktar ı tek bir dislokasyon Burgers vektörüne tekabül eder.

Şekil 2.7. Dislokasyon hareketinin bir k ıvr ılmış halının ve bir tırtılın hareketine benzetilmesi

Kristal içerisinde bir kayma düzlemi ve bu düzlem içerisindeki bir kaymadoğrultusunun bir kayma sistemini oluşturduğunu daha önceki Malzeme Bilgisi dersinden

biliyoruz. Kayma sistemi sayısının çok olması o metal için plastik şekil değiştirme (kayma)yeteneğinin yüksek olduğunun bir işaretidir. Bu YMK ve HMK yapılı malzemelerin plastikdeformasyon kabiliyetinin neden SDH yapılı malzemelerden daha yüksek olduğunun birişaretidir. Ayr ıca YMK yapıda kayma sistemindeki atom dizilişi HMK yapılı malzemelerdendaha yoğun olduğu için bu yapıya sahip metaller daha sünek davranış göstermekte ve HMKyapılı malzemeler düşük sıcaklıklarda gevrekleşme eğilimi göstermemektedir.





2.2.2. İkizlenme

Kaymanın güç olduğu düşük sıcaklık ve /veya ani yüklemlerde plastik deformasyon büyük oranda ikizlenme ile gerçekleşir. İkizlenme deformasyon sırasında hem toplam şekildeğişimine katk ıda bulunur hem de kaymayı daha kolay hale getirecek şekilde atom

düzlemlerini yönlendirir. İkizlenme sırasında oluşan yapı, başlangıçtaki yapının ikiz düzlemiolarak adlandır ılan düzlemlere göre simetriği durumundadır. Deformasyon öncesi birbirinekomşu durumda bulunan atomlar, kaymadakinin aksine komşuluklar ını sürdürmektedirler.İkiz oluşumu ile ötelenmiş ve ötelenmemiş atomlar ikiz düzlemine göre birbirinin aynadakiaksidir.

Şekil 2.8. HMK yapıda ikizlenmenin oluşumu

Şekil 2.9. Kaymış ve ikizlenmiş içyapılar ı gösteren resimler: (a) Demirde kayma bantlar ı, (b)çinkoda mekanik ikizlenme izleri ve (c) altın-gümüş alaşımında tavlama ikizlenmesi izleri.

2.2.3. Tane sınırı kayması Mühendislik uygulamalar ında yaygın olarak kullanılan metallerin hemen hepsi çok

taneli içyapılara sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda, çok taneli metallerin tanelerini bir arada tutankuvvet zayıflar. Dolayısıyla yüksek sıcaklıklarda ve düşük deformasyon hızlar ında taneler

birbirleri üzerinde kayarak yer değiştirmeye çalışırlar. Uygulanan gerilme tane sınırlar ındakayma gerilmesi oluşturmaktadır. Tane sınır ı çekme ekseni ile 45°’lik açı yaptığı zamanmaksimum kayma gerilmesi meydana gelir. Aşağıda verilen grafikte görüldüğü gibi, eş dayanım sıcaklığının üzerinde taneler birbirleri üzerinde kayarak metalin şekil değiştirmesine

katk ı

da bulunurlar. Tane boyutu azaldı

kça birim hacimde bulunan tane sı

nı

r ı

oranı

daartacağından, tane sınır kaymasının toplam deformasyona katk ısı daha fazla olur.





Şekil 2.10. Tane sınır ı kayması

Şekil 2.11. Tane sınır ı ve tane içi dayanımlar ının sıcaklıkla değişimi ve eş dayanım sıcaklığı

Tane sınırlar ının kimyasal bileşimi de malzeme özellikleri üzerinde etkilidir. Tanesınırlar ındaki ikincil faz ve yabancı maddelerin cins ve miktar ı malzeme özelliklerinde önemlirol oynar. Özellikle tane sınırlar ında k ır ılan bileşiklerin bulunması malzemeyi gevrekleştirirve plastik şekil değiştirme özelliğini olumsuz yönde etkiler.

2.2.4. Yayınma sürünmesiÇok kristalli metallerde deformasyon, sıcaklığın ergime sıcaklığına yak ın olduğu

yüksek sıcaklıklarda (metalin mutlak ergime sıcaklığının yar ısından büyük sıcaklıklarda) vedislokasyon hareketi için gerekli kritik gerilmeden daha düşük gerilme seviyelerinde yayınmasürünmesi yoluyla gerçekleşebilir. Bu işlemde atomlar uygulanan gerilme yönünde kristaliçerisinde hareket eder. Kristal içerisindeki boşluklar ise hareket eden atomlar ın geride

bıraktığı yerlere doğru hareket eder. Bu mekanizma sonunda taneler gerilme yönündeuzayarak aksi yönde ise küçülmeye çalışarak plastik şekil değişimine uğrar.





Şekil 2.12. Metallerde yayınma sürünmesinin oluşumu

2.3.Plastik deformasyonu etkileyen temel faktörler Malzemelerin yapı ve mekanik özellikleri ile deformasyon şartlar ı (sıcaklık,

deformasyon hızı ve sürtünme durumu) malzemenin plastik deformasyon kabiliyetinietkileyen önemli faktörlerdir. Bunlar ın dışında, uygulanan hidrostatik basınç, malzemedekikalıntı gerilmeler ve malzemenin geometrik şekli gibi faktörler de plastik deformasyonuetkiler.

2.3.1. Malzemenin yapısı Malzemenin mukavemeti, sünekliği ve k ır ılma şekli gibi içyapıya bağlı özellikler o

malzemenin deformasyon kabiliyetini de belirler. Genel olarak tek fazlı malzemelerindeformasyon kabiliyeti, çok fazlı malzemelere göre çok daha iyidir. Tek fazlı malzemelerin

plastik deformasyon kabiliyeti de ergime sıcaklığı arttıkça azalır. Çok fazlı malzemelerdefazlar ın şekli, dağılımı, mekanik özellikleri, fazlar arasındaki ara yüzey enerjisi ve ara yüzey

bağı plastik deformasyon kabiliyetinin etkileyen önemli faktörlerdir.Metalik malzemelerde plastik deformasyonu etkileyen önemli faktörlerden biri de tane

boyutudur. Küçük taneli malzeme yüksek k ır ılma tokluğu ve süneklik özelliklerine olmasınakar şın, mukavemetin yüksek olması nedeniyle plastik deformasyon için daha büyük gerilmeuygulanmasını gerektirir. Öte yandan yüksek sıcaklıklarda yapılan deformasyon işlemindetane boyutu küçüldükçe plastik deformasyon tane sınır ı kaymasının da etkisiylekolaylaşmaktadır.

Malzemenin yapısında bulunan metalik olmayan oksit, sülfür veya nitrür gibi kalıntılar(inklüzyonlar) genellikle plastik deformasyon kabiliyetini olumsuz yönde etkiler. Kalıntılar ınmukavemeti ve sünekliği yüksek ve matris yapı içerisinde küresel veya lifsel şekildedağılmışlar ise genellikle plastik deformasyon açısından zararsızdırlar. Eğer kalıntılar çokküçük, küresel tanecikler halinde, homojen olarak malzeme yapısında dağılmışlar ise zararsızolmalar ının yanında dispersiyon sertleşmesinde olduğu gibi malzemenin mukavemetininartmasına da neden olurlar. K ır ılgan kalıntılar ise ince bir film halinde tane sınırlar ındatoplandıklar ında çok zararlıdırlar.





2.3.2. Mekanik özelliklerMetalik malzemelerin mekanik özellikleri kimyasal bileşimine ve metalürjik

yapılar ına bağlıdır. Mekanik işlemlerde gerekli olan gerilme, malzemenin deformasyonşartlar ındaki mukavemetine, uygulanabilecek deformasyon oranı ise malzemenindeformasyon şartlar ındaki sünekliğine bağlıdır. Çekme deneyi ile elde edilen “gerilme-birim

şekil değişimi” eğrilerinin şekli mekanik işlem sırasında malzemenin deformasyon özelliklerihakk ında fikir verir. Bu eğriden, o malzemeye ait deformasyon sertleşmesi hızı, deformasyonsertleşme üssü, üniform birim şekil değişimi gibi plastik deformasyonda önemli olanözellikler belirlenebilir.

2.3.3. Deformasyon hızının etkisi

Deformasyon hızının malzemenin mekanik özellikleri üzerine önemli etkileri vardır.Deformasyon hızı arttıkça genellikle malzemenin mukavemeti artar. Deformasyon hızının,malzemenin akma mukavemetini çekme mukavemetine göre daha fazla etkilediği

bilinmektedir. Ayr ıca, çeşitli malzemelerin deformasyon hızına kar şı duyarlılıklar ı farklıdır.

Yüksek sıcaklıklarda (T>0.5Tm) deformasyon hızının mukavemete etkisi çok dahafazladır. Diğer bir değişle, yüksek sıcaklıklarda hızlı olarak gerçekleştirilen bir şekillendirmeişleminde gerekli kuvvet daha fazla olmaktadır. Bunun nedeni, yüksek sıcaklıklardadislokasyonlar ın yapıda daha kolay hareket etmesini sağlayacak gevşeme mekanizmasınınyayınmaya dolayısıyla süreye ihtiyaç duymasıdır. HMK yapılı metaller, deformasyon hızınakar şı diğer metalik malzemelerden daha duyarlıdır.

Şekil değişimi hızının, akma gerilmesi üzerindeki etkisi yüksek sıcaklık aralığında;m

C .

.ε σ = ilişkisiyle verilmektedir.

Burada,.

ε : Deformasyon hızı σ: Malzemenin akma gerilmesi,C: Malzemeye ait dayınım sabiti,m: Deformasyon hızı duyarlılık üssü

Deformasyon hızının soğuk şekillendirme aralığında akma dayanımı üzerindeki etkisiyok denecek kadar azdır.

Deformasyon hızı duyarlılık üssü (m) logσ-logε grafiğinin eğimine eşittir. Böyle birgrafik, sabit sıcaklıkta ancak farlı deformasyon hızlar ında yapılan çekme veya basmadeneyleri sonucunda çizilebilir.





Şekil 2.13. Farklı deformasyon hızlar ında yapılan çekme deneylerinden m değerinin belirlenmesi.

Deformasyon hızı duyarlılık üssünü daha hassas belirlemek için kullanılan diğer birmetot ise deformasyon hızını değiştirme deneyidir. Sabit sıcaklıkta yapılan çekme deneyiesnasında aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi herhangi bir ε1 birim şekil değiştirme miktar ına

ulaşıldığında, deformasyon hızının aniden değerinden değerine artır ılması sonucu plastik gerilme değerinde meydana gelen değişimden yaralanılarak deformasyon sertleşmeüssü (m) aşağıdaki bağıntı yardımıyla bulunur.

1

.

ε 2

.

ε

Şekil 2.14. Deformasyon hızını değiştirerek deformasyon hızı duyarlılık üssünün (m) belirlenmesi [Dieter].

.

12

.

12

.

1

.

2

12

loglog

loglog

)/log(

)/log(

ε ε

σ σ

ε ε

σ σ

−

−==m

Öte yandan, genellikle deformasyon hızı arttıkça malzemenin sünekliği azalır.

Deformasyon hızı duyarlılık üssü oda sıcaklığında genellikle düşüktür (m⟨0.1), fakat sıcaklıkarttıkça m’in değeri de artar ve en yüksek 1 değerini alabilir. m= 1 olması durumunda





malzeme cam gibi akar. Bu nedenle deformasyon hızı duyarlılık üssü aynı zamandamalzemenin sünekliğini de karakterize eder. Şöyle ki;

m≤0.1 : malzeme sünek değildir,m≅0.3-0.4 : malzeme sünektir,

m≥0.5 : malzeme süperplastiktir,m=1 : malzeme cam gibi akar.

Çekme deneyinde m değerinin büzülmeye önemli bir etkisi vardır. Deneyselgözlemler, yüksek m değerine sahip malzemelerin hasara uğramadan önce büyük miktardauzadığı yani yüksek m değerinin büzülmeyi geciktirdiğini göstermiştir. Büzülme başlamaküzere iken, bu bölgede mukavemet geri kalan k ısma k ıyasla pekleşme nedeniyle dahayüksektir. Ayr ıca büzülme bölgesinde uzamanın daha hızlı olması nedeniyle, şekil değiştirmehızı da deney çubuğunun geri kalan k ısmına k ıyasla daha büyüktür. Bu da büzülme bölgesininmukavemetini artıran bir faktördür. Büzülme bölgesinde malzeme mukavemetindeki artışın

büzülme oluşumunu zorlaştıracağı açıktır. Sonuç olarak yüksek m değerinin büzülmeoluşumunu geciktireceği ve kopmadan önceki toplam uzama miktar ını artıracağı anlaşılır.

Deformasyon hızının plastik şekil verme üzerine etkisi aşağıdaki gibi özetlenebilir.

a) Deformasyon hızın artmasıyla yüksek sıcaklıklarda akma gerilmesi ve dolayısıylaşekil değiştirme kuvveti artar,

b) Hızlı şekillendirmeden dolayı birim zamandaki ısı kaybı azalacağından adyabatikısınma (deformasyondan kaynaklanan ısı artışı) nedeniyle iş parçasının sıcaklığı artar.

c) Artan hız, varsa yağlayıcı filmin dağılmadan ve ısıdan etkilenmeden

şekillendirilmenin tamamlanması

nı

ve yağlayı

cı

etkisinin tam olarakgerçekleşmesini sağlar.

Teknik uygulamalarda, birim deformasyon hızının sabit kaldığı örnekler çok azdır.Ayr ıca iş parçasının değişik bölgelerinde gerçekleştirilen deformasyon miktarlar ı genelliklefarklıdır.

Deformasyon hızının plastik şekil verme üzerinde etkileri aşağıdaki şekildeözetlenebilir.

a) Hızın artmasıyla yüksek sıcaklıklarda akma gerilmesi, dolayısıyla şekillendirme

kuvvetleri yükselir, b) Hızlı şekillendirmeden dolayı birim zamandaki ısı kaybı azaldığından adyabatikısınma (deformasyondan kaynaklanan ısı artışı) nedeniyle iş parçasının sıcaklığı artar,

c) Artan deformasyon hızı yağlayıcı filmin dağılmadan ve ısıdan etkilenmedenşekillendirilmenin tamamlanmasını ve yağlayıcının etkisinin tam olarakgerçekleşmesini sağlar.

Teknik uygulamalarda, birim deformasyon hızının sabit kaldığı örnekler çok azdır.Ayr ıca iş parçasının değişik bölgelerinde gerçekleştirilen deformasyon miktarlar ı genelliklefarklıdır.





3.3.4. Sıcaklığın etkisiMalzemenin çekme deneyi ile elde edilen gerilme-uzama eğrisinin şekline, elde edilen

mukavemete ve malzemenin k ır ılma özelliklerine deformasyon sıcaklığının etkisi oldukçafazladır. Genel olarak deformasyon sıcaklığı artarken; mukavemet değerleri azalır ancaksüneklik değerleri ise artar.

Aşağıdaki şekilde, orta karbonlu bir çeliğin mühendislik çekme dayanımına sıcaklığınetkisi verilmiştir.

Şekil 2.15. Orta karbonlu bir çeliğin gerilme-uzama diyagramına sıcaklığın etkisi

Farklı kristalografik yapıdaki malzemelere sıcaklığın etkisi aynı değildir. ÖrneğinHMK yapılı metallerde sıcaklığın artmasıyla akma gerilmesi hızlı azalırken, bu etki YMKmetallerde çok daha düşüktür. Aynı şekilde HMK yapılı metaller düşük sıcaklıklarda gevrekk ır ılma eğilimi gösterirken, YMK metallerde bu durum gözlenmez.

Metalik malzemelerde k ır ılma tipinin sıcaklık arttıkça transgranüler (tane içi)k ır ılmadan intergranüler (taneler arası) k ır ılmaya geçiş gösterdiği bilinmektedir.Transgranüler k ır ılmada, klivaj düzlemleri veya kayma düzlemleri tane sınırlar ından dahazayıftır ve k ır ılma bu düzlemler boyunca olur. İntergranüler k ır ılmada ise tane sınırlar ınındaha zayıf olması nedeniyle k ır ılma tane sınırlar ı boyunca olur.

Şekil 2.16. (a) Transgranüler (tane içi) ve (b) intergranüler (taneler arası) k ır ılma

Benzeş sıcaklık (Homologous temperature): Malzemelerin gerek çalıştıklar ı ve gerekseşekillendirildikleri sıcaklıklar, malzemeler üzerinde etkin olabilecek plastik şekil değiştirmemekanizmalar ını belirler. Metal cinsinden bağımsız olarak soğuk ve sıcak çalışma alanlar ını tanımlayabilmek için “Benzeş sıcaklık (T b) kavramı geliştirilmiştir. Bu sıcaklık metalinçalışma veya şekillendirme sıcaklığının (Tç), mutlak sıcaklık cinsinden metalin ergimesıcaklığına (Te) oranı olarak tanımlanmaktadır.





T b=Tç[K] /Te [K]

Birimsiz bir büyüklük olan bu sıcaklık 0-1 arasında değerler almaktadır.

T b≤0,2 : Soğuk deformasyon bölgesi,

0,2< Tb≤0,5 : Ilık deformasyon bölgesi,

0,5≤ T b : Sıcak deformasyon bölgesi

Özellikle soğuk ve sıcak şekillendirme bölgesindeki şekil değişimi mekanizmalar ı belirgin farklar göstermesine rağmen, ılık şekil değişimi bölgesinde etkin olan mekanizmalariçin böyle bir ayır ım yapmak mümkün değildir ve burada soğuk ile sıcak deformasyonözellikleri beraberce kendisini hissettirir.

a)

Soğuk şekil verme

Soğuk şekil değişimi ile metalin dayanımında elde edilen artış artan deformasyon miktar ı ile sürekli artmaktadır. Aşağıdaki şekilde, soğuk şekil değişim oranı arttıkça gerilme-birimşekil değişimi diyagramında meydana gelen değişim verilmiştir. Görüldüğü gibi, uygulanandeformasyon oranı arttıkça malzemenin akma ve çekme dayanımlar ı da artmaktadır. Bu artış malzemenin akma dayanımında daha fazla oranda meydana gelmekte ve deformasyon oranı arttıkça akma ve çekme dayanımlar ı arasındaki fark gittikçe azalmaktadır.

Şekil 2.15. Soğuk şekil değişimi oranının metallerin gerilme-birim şekil değişimi diyagramınaetkisi

Plastik şekil verme olaylar ında şekil değiştirme miktarlar ı büyüktür ve bu işlemlersırasında malzemenin tane yapısı bozulur. Bu süreçte birincil katılaşma sırasında oluşandislokasyonlar yapıdaki bazı kusularla beraber uygulanan gerilmenin de etkisiyle yenidislokasyonlar meydana getirerek dislokasyon yoğunluğunun artmasına neden olmaktadırlar.Böylece yoğunluğu artan dislokasyonlar ın,

• Birbirleriyle,

•

Kafesteki noktasal kusurlarla,• Tane sınırlar ıyla





etkileşerek hareketleri zorlaşır. Böylece plastik şekil değişime kar şı malzemenin direncisürekli artar. Bu olaya pekleşme olarak adlandır ılır. Diğer bir değişle, malzemenin sertlik vedayanımı artar, süneklikleri azalır ve elektronlar ın kafes içerisindeki hareketleri güçleştiği içinelektriksel iletkenlikleri azalır. Deformasyonun daha ileri aşamalar ında malzemede artık daha

fazla şekil değişimlerini kaldıramaz ve iç çatlaklar oluşur. Yani her malzemeye uygulanacaksoğuk deformasyon miktar ı için her zaman bir sınır değer vardır.Çatlama ve ayr ılmalar oluşturmadan şekil vermeye devam edilebilmesi için ve

malzemeyi başlangıçtaki durumuna getirebilmek için yeniden kristalleşme tavına baş vurulur.Soğuk şekillendirme ve ardından uygulanan tavlama işleminin malzemenin özelliklerine etkisiaşağıdaki şekilde verilmiştir.

Şekil 2.17. Soğuk deformasyon ve ardından uygulanan yeniden kristalleşme tavlamasınınmalzemenin yapı ve özellikleri üzerindeki etkisi.

Yukar ıdaki şekilde görüldüğü gibi, deformasyon sonrası uygulanan tavlam işlemisırasında iç yapısal değişikliklere bağlı olarak üç aşama gerçekleşir.

• Toparlanma : 0.3<T b≤0.4• Yeniden kristalleşme :0.4<T b≤0.6• Tane irileşmesi :0.6<T b

Isıl işlemin toparlanma safhasında malzeme özelliklerinde belirgin bir değişim görülmez.Ancak elektrik iletkenliği artar. Bu durum, dislokasyon yoğunluğunun azalmadan yeni birdüzene girmeleri ile ilgilidir. Bu sayede dislokasyonlar küçük açılı sınırlarla ayr ılmış alt





taneler oluşturmakta ve bu taneler içerisinde dislokasyon bulunmaması veya çok az bulunması nedeniyle elektronlar rahat hareket etmeye tekrar başlarlar.

Yeniden kristalleşme bölgesinde ise yeni ve dislokasyon yoğunluğu düşük büyük açılı tane sınır ına sahip taneler oluşur. Bu durumda sertlik ve mukavemet düşerken, süneklikdeğerleri artmaktadır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı (TYK ), soğuk şekil değişimine uğrayan

bir malzemede yeniden kristalleşmenin bir saatlik süre içerisinde tamamlanması için gerekensıcaklık olarak tanımlanır. Bu sıcaklık artan şekil değiştirme oranı ile azalır. Yenidenkristalleşme sıcaklığı çoğu kaynaklarda yaklaşık olara, TYK = Te/0.3≅0.3Te olarakverilmektedir (Te: K cinsinden ergime sıcaklığı).

Kur şun, kalay ve çinko gibi bazı metaller oda sıcaklığında yeniden kristalleşir.Dolayısıyla bu metaller oda sıcaklığında şekil değiştirdiklerinde pekleşmezler. Malzemeninyeniden kristalleşme sıcaklığı sabit olmayı p aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişir.

1. Ergime sıcaklığı,2. Kimyasal bileşim,3. Soğuk deformasyon miktar ı,

4.

İlk tane boyutu,5. Tav süresi ve sıcaklığı

Yeniden kristalleşme sıcaklığını etkileyen en önemli faktör, malzemeye uygulanasoğuk deformasyon miktar ıdır. Malzemenin yeniden kristalleşebilmesi için bir eşik şekildeğişimi miktar ının (yaklaşık olarak %10-15 seviyelerinde) uygulanmış olması gerekmektedir.

Tavlama süresinin uzatılması, tanelerin büyümesine neden olmaktadır. Tavlamasıcaklığı arttıkça difüzyon hızlanacağından tanelerin büyüme hızı da artar. Dolayısıylasıcaklık yükseldikçe yeniden kristalleşme kolaylaşır veya yeniden kristalleşme daha k ısasürelerde gerçekleşir.

Soğuk şekil değişiminin en belirgin özellikleri aşağıda sıralanmıştır.

a) Soğuk şekil değişimi sırasında oluşan pekleşme nedeniyle şekillendirme için gerekliolan kuvvet ve enerji yükselir,

b) Ara tav uygulaması yapılmadan verilebilecek şekil değişimi miktar ı sınırlıdır,c) Şekillendirme sonrası elde edilen boyut ve yüzey hassasiyetleri iyidir,d) Şekillendirme sonrası iç gerilmeler oluşur,e) Malzemenin mekanik özellikleri, soğuk şekil değişimi miktar ı ve daha sonra

uygulanacak ısıl işlemler ile ayarlanabilir.

b) Sıcak şekil vermeSoğuk şekil verme işlemi sırasında malzeme tane yapısı bozulur ve deformasyon

sertleşmesi meydana gelir. Ancak, sıcak şekil verme işleminde deformasyon yükseksıcaklıklarda yapıldığından oluşan yeniden kristalleşme sayesinde bu etkiler giderilir. Buyöntemde dislokasyon yoğunluğunda artış meydana gelmediği için pekleşme söz konusudeğildir. Bu nedenle büyük orandaki deformasyonlar ancak sıcak işlemle mümkündür. Sıcakişlem sırasında meydana gelen toparlanma ve yeniden kristalleşme gibi mekanizmalardayüksek sıcaklığın yanı sıra belirli bir zaman gerektiği için, sıcak şekil vermede şekillendirmehızının da önemli bir parametre olarak dikkate alınması gerekmektedir. Diğer bir değişle,

şekil değişim hızı, yeniden kristalleşme süresini belirlediği için pekleşme etkisininhissedilmemesi için yüksek hızlarda daha yüksek şekillendirme sıcaklıklar ı gerekmektedir.





Dolayısıyla sıcak şekil vermede sıcaklık-şekil değişim hızının beraberce değerlendirilmesigerekmektedir.

Sıcak şekil vermenin en belirgin özellikleri aşağıda sıralanmıştır.

a) Deformasyon sırasında bozulan tane yapısı “dinamik yeniden kristalleşme” sayesinde

eski konumuna gelmekte, bu da pekleşmenin oluşumunu engellemekte ve daha yüksekşekil değişimlerine imkan sağlamaktadır. b) Sıcaklık etkisi ile gerekli kuvvet ve enerji azalmaktadır,c) Döküm yapısındaki mevcut gözenekler ve gaz boşluklar ı gibi süreksizlikler

(oksitlenmiş olmamalar ı koşuluyla) ve kimyasal bileşim farklılığı giderilebilir.d) Döküm yapısındaki büyük ve sütunsal taneler küçük ve eş eksenli yapılara dönüşür.e) Metalik olmayan, oksit, nitrür ve sülfür gibi katışk ılar (enklüzyonlar) k ır ılarak metal

içerisinde daha üniform dağılır.f) Parça yüzeyinde sıcaklığın etkisiyle oksit ve tufal oluşumu meydana geldiğinden

yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti düşüktür.g) Yüksek sıcaklık donanımı maliyeti artır ır.

h)

Parçanın biçim ve boyutlar ına bağlı olarak, şekillenen parça içerisinde değişik bölgelerin farklı soğumasından kaynaklanan artık ısıl iç gerilmelere rastlamakmümkündür.

Sıcak şekil vermede uygulanacak sıcaklığın seçiminde dikkat edilecek hususlar;

a) Deformasyon sertleşmesinin oluşmaması için malzemenin yeniden kristalleşmesıcaklığının üzerinde seçilmelidir,

b) Malzemede ergime veya aşır ı oksidasyon meydana gelmeyecek şekilde üst sınır belirlenmelidir. Bunun için seçilebilecek maksimum sıcaklık ergime sıcaklığının 50-100°C altında olmalıdır.

c) Ilık şekil vermeBu sıcaklık aralığında yeniden kristalleşme görülmez. Ancak toparlanma

mekanizmalar ının çalışmasıyla dislokasyonlar yeniden düzenlenir. Bu aralıktagerçekleştirilecek deformasyon miktar ı sıcak ve soğuk şekillendirme ile elde edilecek değerlerarsındadır. Sıcak işleme göre en önemli avantajı enerji tasarrufudur. Soğuk işleme göreavantajı ise, gerçekleştirilecek deformasyon oranının daha yüksek olması, aynı zamandasoğuk işlenmiş malzeme mukavemetine yak ın değerler elde edilmesidir.

Bu işlem çeliğin dövülmesinde soğuk işlem ile kombine bir şekilde kullanılmaktadır. Ilıkişlem ile elde edilen deformasyon sertleşmesinin etkisi soğuk işlem kadar yoktur. Ilık işlemde

malzemede genellikle yeniden kristalleşme olmaz, fakat dinamik toparlanma olur. Dinamiktoparlanma ile malzemede alt tane yapısının oluşması malzemenin mukavemetinin artmasınaneden olur. Aynı zamanda malzemenin süneklik ve tokluk özellikleri de soğuk şekil vermeyegöre çok daha iyidir.

2.3.5. Sürtünme ve yağlamanın etkisiPlastik deformasyon, kalı p veya bir alet ile iş parçasının etkileşimi sonucu

gerçekleşmektedir. Bu etkileşim sırasında, iş parçasıyla kalı p yüzeyleri arasında sürtünme ve buna bağlı olarak sıcaklık yükselmesi ve aşınma meydana gelir. Bu olayın etkilerini azaltmakiçin yağlama yapılır.

Plastik şekil verme işlemlerinde, iş parçası plastik deformasyona uğrar ve daha sert

olan kalı p veya tak ım yüzeyinden sürtünerek kayar. Bu sırada sürtünme gerilmesi (τi) oluşur.





Bu gerilme iş parçasının kayma gerilmesinden (τf ) büyük olmaz. τi>τf olduğunda iş parçası tak ım üzerinden kayamaz ve sürtünme etkisiyle deformasyona uğrar.

Sürtünme katsayısı arttıkça iş parçasının deformasyon kabiliyeti azalır. Sürtünmeyiazaltmak için en efektif yol yüzeylerin yağlanmasıdır. Plastik şekil verme işlemlerindeyağlamanın etkisi şöyle sıralanabilir.

a) Sürtünmeyi azaltır, b) Aşınmayı k ısmen veya tamamen önler,c) Deformasyon için uygulanan kuvveti azaltır,d) İş parçasının deformasyon oranını artır ır,e) Parça yüzeyinin daha düzgün çıkması sağlanır,f) Sürtünme nedeniyle oluşabilecek yüzey hatalar ını azaltır,g) Tak ım aşınmasını azaltarak ömrünü uzatır,h) Parça ile kalı p arasında, belli oranda ısıl yalıtkanlık sağlar.

Çeşitli sürtünme halleri için yağlayıcı maddelerin fonksiyonlar ı da farklıdır. Yağlayıcı

maddeler fiziksel durumlar ına göre; katı, sıvı ve gaz yağlayıcılar olarak dört ana gruptatoplanabilir. Katı yağlayıcılar olarak en çok grafit ve molipten disülfit (MoS2) kullanılır.Bunlar ın yanı sıra, mika, talk, aspest, sabun tozu ve plastikler de kullanılabilir. Sıvı yağlayıcılar, sürtünme halindeki yüzeyler arasında rahat girip çıktıklar ından ve ısıyı dışar ı taşıdıklar ından sanayide yaygın olarak kullanılırlar. Yar ı katı yağlayıcılar greslerdir. Gresler,katılaştır ıcı bir madde içeren sıvı yağlayıcılardır. Gaz yağlayıcılar, yüksek hızlı ve küçükyüklü sıvı sürtünmeli sistemlerde kullanılmaktadırlar. En çok kullanılanlar; hava, hidrojen,azot, kükürt hegzafloridler, sıvı azot, buhardır.

2.3.6. Kalıntı gerilmelerKalıntı gerilmeler, dışar ıdan herhangi bir etki olmadığında bir malzemede mevcut

gerilmelerdir. Kalıntı gerilmeler, plastik şekil verme sırasında veya malzeme içerisindekisıcaklık gradyantı nedeniyle oluşabilir.

Plastik şekil vermede artık gerilmeler;

a) Plastik şekil verme sırasında iş parçasının farklı bölgelerinin farklı oranda şekildeğiştirmesi ve

b) Sıcak işlem sırasında soğuma farklılıklar ından kaynaklanabilir.

Örneğin haddeleme sırasında plastik şekil değişiminin sadece yüzeyde veya yüzeye yak ın

bölgelerde gerçekleştiği düşünüldüğünde sadece yüzeye yak ı

n tanelerin uzayacağı

,diğerlerinin ise bundan etkilenmeyeceği düşünülebilir. Ancak bu durumda dış bölgedekiuzayan taneler içerideki taneleri de uzatmaya, iç k ısımdaki taneler ise dış bölgedeki tanelerineski boyutlar ının değişmemesine çalışacaktır. Bu iki zorlama arasında oluşan dengesonucunda; dış bölgede basma, iç bölgelerde çekme artık gerilmeleri ortaya çıkacaktır.

İş parçasında oluşan artık gerilmeleri daha iyi anlayabilmek için iç içe geçmiş silindirik bir yapıyı ele alalım. Bu yapıda, geniş tüp şeklindeki silindirik parçanın içerisine

boyu daha uzun olan bir çekirdek parça geçirilmektedir (Şekil 2.17(a)). Ardından, uzun olançekirdek basılarak tüp ile aynı boya getirildikten sonra birbirlerine rijit bir şekilde

bağlanmaktadır (Şekil 2.17(b)). Ardından çekirdek üzerindeki yük kaldır ılmaktadır (Şekil17(c)). Bu durumda, çekirdek eski boyuna gelmek için uzamaya çalışırken, tüp ise mevcut

formunu korumaya çalışacak ve kar şılıklı oluşan kuvvetler dengesi sonucu, tüpte artık çekme





gerilmeleri, çekirdek malzemede ise artık basma gerilmeleri oluşacaktır. Bu durum aşağıdaşematik olarak verilmiştir.

Şekil 2.18. (a) Tüp ve çekirdek şeklindeki iki parçanın iç içe geçirilmesi, (b) çekirdeğin basma kuvveti ile aynı boya getirilmesi ve bu konumda rijit bir şekilde bağlanması, (c) basıncın kaldır ılmasıyla oluşturulan yapıda meydana gelen artık gerilme durumu.

Artık gerilmeler üniform olmayan soğumalar (kalın kesitli ve kar ışık şekilli parçalar)nedeniyle de oluşabilir. Soğuyan parçalarda, önce soğuyarak büzülen k ısımlar (yüzey vek ısmen ince kesitler), o sırada hala sıcak olan (iç ve kalın kesitler) bölgelerindeformasyonun neden olurlar. Daha sonra soğuyarak büzülen iç k ısımlar ve kalın kesitlerise önceden soğuyarak büzülen bölgelerde herhangi bir plastik şekil değişlimioluşturamazlar. Büzülmelerin farklı zamanlarda oluşmasıyla ortaya çıkan bu boyutfarklılıklar ı elastik gerilmelere neden olur.

Artık gerilmeler, parçada daha sonradan oluşturulacak plastik şekil değişimi ileazaltılabilir veya tamamen yok edilebilir. Bu ise farklı iki yöntem ile yapılır.

a) Malzemeye bir ilave gerilme uygulayarak akma gerilmesinin üzerine çık ılır ve oluşan plastik şekil değişimi sonucu malzeme içinde daha düşük bir gerilme dengesi oluşur.

b) Malzemeye gerilme giderme tavı uygulanır. Sıcaklık etkisi ile malzemenin akmadayanımı düşeceğinden, artık gerilmeler malzemenin plastik şekil değişimi ile büyükoranda boşalır.

2.4. Malzemelerde plastik şekillendirme sınırı

Malzemeler ancak belirli sı

nı

rlara kadar plastik şekil değişimine uğrar. Bu sı

nı

r ı

naşılması durumunda, örneğin çekme deneyinde olduğu gibi, malzemenin şekillendirilebilmekabiliyeti tükenir ve örneğin kopma şeklinde bir mekanik hasar oluşur. Şekillendirmesırasında oluşan diğer hasar türleri ise, serbest yüzey çatlaklar ı, sürtünmenin yüksek olduğuyüzeylerde görülen çatlaklar ve iç çatlaklar sayılabilir.

Bu tür hasarlar ın hangi koşullarda oluşacağını belirleyen şekillendirme sınır ını saptamada kuramsal yaklaşımlar yeterli olmadığından, genellikle deneysel bulgulara dayanankalitatif kriterlerden yararlanılır. Bir malzemenin şekillendirme sınır ı genellikle üç faktördenetkilenir,

a) Şekillendirme sırasında uygulanan veya oluşan gerilme durumu,

b)

Şekil verme sıcaklığı,c) Şekil verme hızı





Şekil 2.19. Malzemenin şekillendirme sınır ını etkileyen faktörler

Plastik şekil değişimi çekme gerilmeleri altında gerçekleştiriliyorsa, kopma şeklinde

oluşan hasar, basma gerilmeleri altında oluşan hasardan daha kolay meydana gelir.Dolayısıyla, etkiyen gerilmelerin ortalamasını basma bölgesine kaydıran düzlemlerde şekilverme sınır ı artır ılabilir.

Sıcaklık artışı şekillendirme sınır ını yükseltmektedir. Yüksek sıcaklıklardakişekillendirme sırasında meydana gelen dinamik toparlanma ve yeniden kristalleşmeneticesinde malzeme pekleşmemekte, dolayısıyla dislokasyonlar ın engeller üzerinde yığılarakmikro-çatlaklar oluşturması gecikmektedir.

Şekil verme hızının yüksek olması durumunda, özellikle sıcak şekillendirme sırasındatoparlanma ve yeniden kristalleşme mekanizmalar ının çalışması için gerekli sürelerkalmayacağından, şekil değiştirme kabiliyeti azalacaktır. Ayr ıca artan şekillendirme hızı düşük sıcaklıklarda gevrek k ır ılma eğilimini de artırmaktadır. Çok yüksek sıcaklıklarda artan

deformasyon hızının deformasyon miktar ını sınırlaması, yüksek hızlarda oluşan adiyabatikısınmanın yerel gerilmelere yol açmasıdır.

Bazı şekil verme uygulamalar ında, şekillendirme sınır ı olarak malzemenin boyunverme sınır ı alınabilir.

2.5. Plastik şekil verme sonrası yöne bağımlılık

Plastik şekil değişimine uğrayan çok taneli malzemelerin mekanik özellikleri yöne bağımlı hale gelir. Anizotropi olarak isimlendirilen bu durumda mekanik özellikler değişikdoğrultularda farklılıklar gösteriri. Plastik şekil verme işleminden kaynaklanan anizotropi üçk ısımda incelenir:

a) Kristalografik anizotropi, b) Mekanik anizotropi,c) Önceki deformasyondan kaynaklanan anizotropi (Baushinger etkisi)

Kristalografik anizotropide, polikristalin malzemenin her bir tanesine ait konumu farkl ı kayma düzlemleri, şekil değişimi sırasında uygulanan dış gerilmelerin etkisiyle oluşan kayma

bantlar ına uygun yönlere yönlenmektedir. Böylece başlangıçta rastgele konumlanmış taneler,

şekil değişimi sonrası

nda belirli doğrultularda yönlenmiş olarak düzenlenirler.





Şekil 2.20. Haddeleme sonrası tanelerin kristalografik yönlenmesi ile oluşan doku (tekstür).

Mekanik anizotropide ise metaller şekillendirilirken içindeki kalıntılar (enklüzyonlar)ve boşluklar malzemenin akma doğrultusunda sıralanarak, bazılar ı deforme olup uzayarak

bantlı bir yapı oluşmasına neden olur. Böylece plastik şekil verme yönü ile buna dikyönlerdeki malzeme özelliklerinde, özellikle süneklik ve k ır ılma tokluğu değerlerinde önemlifarklılıklar oluşur. Şekil değişimine dik yönlerde mekanik özelliklerin çok daha düşük olduğugörülür.

Önceki deformasyonun yönünden kaynaklanan anizotropi ise k ısaca “BaushingerEtkisi” olarak da adlandır ılmaktadır. Soğuk şekillendirme bölgesinde yapılan bir plastik şekilverme işleminde deformasyonun yönü değiştirildiğinde (örneğin bir metale önce çekmeyönünde ve hemen arkasından basma yönünde plastik deformasyon uygulanırsa) ikinciişlemde malzemenin akması için gerekli gerilme seviyesi daha düşük olmaktadır. Aşağıdakişekilde bu etki şematik olarak verilmiştir.

Şekil 2.21. Bauschinger etkisi: önce çekme gerilmeleri altında şekil değişimine uğrayan

malzemeye basma gerilmeleri uygulandığında akma gerilmesi düşmektedir.





3. DÖVME

Dövme işlemi, darbe veya basınç altında kontrollü bir plastik deformasyon sağlanarak,metale istenen şekli verme, tane boyutunu küçültme ve mekanik özelliklerini iyileştirmeamacıyla uygulanan bir plastik şekil verme yöntemi olarak tanımlanır.

Dövme insanlığın kullandığı en eski metal şekillendirme yöntemidir. Özellikle sanayidevriminin ardından makine gücünün de devreye girmesi ile dövme işlemi metalşekillendirmede önemli bir yer almıştır. Günümüzde mühendislik amaçlı olsun ya da olmasın

birçok parça dövme yöntemi ile üretilmektedir. Krank milleri, el aletleri, cıvata kafalar ı,dişliler, tekerlekler, biyel kollar ı ve kancalar gibi sayısız makine parçası bu yöntemleüretilmektedir.

Dövme işlemi, sıcaklık kriter olarak alındığında benzeş sıcaklığa göresınıflandır ılabilir.

Tb<0,3 : Soğuk dövme0,3≤Tb<0,5 : Ilık dövme

0,5≤Tb : Sıcak dövme

Soğuk dövme, çok yüksek kuvvetler gerektirdiği için genellikle küçük parçalar ınşekillendirilmesinde kullanılır. Bu nedenle daha çok cıvata ve somun gibi parçalar ınimalatında kullanılır. Dövme uygulamalar ının çoğu günümüzde sıcak olarakgerçekleştirilmektedir. Böylece, çok büyük boyutlu parçalar pekleşme oluşmadanşekillendirilebilmektedir. Bu sayede hem daha az kuvvet gerekmekte hem de büyük orandaşekil değişimleri sağlanabilmektedir.

Dövme işlemi için daha uygun sınıflandırma türü ise dövme işleminde izlenen yolveya kullanılan kalı p özelliklerine göre yapılmaktadır.

3.1. Dövme yöntemleri

3.1.1. Açık kalıpta dövmeDüz ve basit şekilli kalı plarla gerçekleştirilen bu tür dövme işlemleri genellikle boyut

ve şekil hassasiyeti aranmayan kaba şekillendirme işlemlerinde uygulanır.

(a) Düz kalıplarda dövme (yığma): Bu yöntemde parçalar genellikle düzlemsel iki kalı parasında uygulanan basma kuvveti etkisiyle şekillendirilir. Bu işlemde parçalar ın boyuk ısalırken, kuvvet doğrultusuna dik kesiti ise genişler.





Şekil 3.1. Silindirik bir parçanın düzlemsel iki kalı p arasında basılması. (a) Sürtünmesiz ideal

homojen şekil değişimi hali, (b) Sürtünme nedeniyle iş parçasının f ıçılaşması

Yukar ıdaki şekilde görüldüğü gibi ideal durumda (ara yüzeyde sürtünme yok)silindirik numune dövme sonucu h2 yüksekliğine düşerken dış çapta d2’ye genişlemektedir.Gerçek şartlarda ise iş parçası ile kalı p ara yüzeyinde daima sürtünme etkisi olduğundan parçaara yüzeylerde tutunacak ve f ıçı oluşumu meydana gelecektir (Şekil 3.1(b)). Aşağıda verilenşekilde, homojen ve homojen olmayan (sürtünmeli) şekil değişimi ve bunun neden olduğugerilme ve basınç dağılımı verilmiştir.

Şekil 3.2. Homojen ve homojen olmayan dövme işlemleri ve oluşan gerilme değişimleri: (a)Sürtünmesiz durumda uygulanan gerilme malzemenin akma gerilmesine eşit, (b) Sürtünmeetkisiyle gerilme tepesinin oluşması, (c) Gerilme tepesinin d/h oranının artması ile yükselmesive (d) dövülen bir malzemede ak ış çizgilerinin görünüşü.

Yığma işlemi sırasında malzemede meydana gelen ak ışı gösteren şematik resimaşağıda verilmiştir. Ayr ıca aşağıda homojen olmayan şekil değişimi sonucu çelik malzemenindeformasyonu ve meydana gelen f ıçılaşma gözükmektedir.





Şekil 3.3. Dövme işleminde malzeme ak ışı: (a) Dövmeden öncesi durum, (b) dövmeden sonra(sürtünmesiz durum) ve (c) dövmeden sonra (sürtünmeli durum).

Şekil 3.4. Çelik bir bilyenin dövülmesinde ortaya çıkan homojen olmayan deformasyonugösteren resim.

Homojen olmayan şekil değiştirmeye sadece temas yüzeylerindeki sürtünme neden

değildir. Sıcak şekil değiştirme esnasında soğuk kalı bın temas yüzeyi parça yüzeyini desoğutarak şekil değiştirme kabiliyetini k ısıtlar ve benzer olaylar oluşur. Homojen olmayanşekil değişimini azaltmak için ara yüzeyler yağlanır.

a) Dar kalıplarda dövme:

Dar kalı pta dövmede parçadaki şekil değişimi, sürtünmenin malzeme ak ışının daha azengellediği kalı bın dar doğrultusu boyunca meydana gelmektedir. Bu sayede, parçada uzatmave genişletme işlemleri gerçekleştirilmektedir.

Şekil 3.5. Dar kalı pta dövmeye ait bazı örnekler.





Dar kalı plarda aynı zamanda iç bükey ve dış bükey şekiller de verilerek parçadamalzeme ak ışı değişik türlerde yönlendirilebilir.

Şekil 3.6. İçbükey ve dış bükey dar kalı plarda dövmeye ait örnekler

c) Şekilli kalıplarda dövmeAmaca uygun olarak şekillendirilmiş kalı plar ve bazı yardımcı aletler kullanılarak

serbest dövme ile bir metal bloğuna basit ve kaba şekiller verilebilir. Bu parçalar doğrudankullanılabileceği gibi, daha sonraki hassas dövme için ara kademe parçası olarak dakullanılabilir.

Şekil 3.7. Şekilli kalı plarda dövmeye ait örnekler.

3.1.2. Kapalı kalıplarda dövmeKarmaşık şekilli parçalar ı açık kalı pta imal etmek çoğu kez mümkün değildir. Dar

toleranslarda karmaşık şekilli parçalar ın üretilmesi için bir biri üzerine kapanan vekapandığında elde edilmek istenilen parçanın hacmine sahip bir kalı p boşluğu oluşturankalı plardan yararlanılır. Kalı p maliyeti yüksek olduğundan yöntem ancak seri üretimler içinekonomiktir. Bu dövme yöntemi, çapaklı dövme ve çapaksız (hassas) dövme olmak üzere iki

başlıkta incelenebilir.





a)

malar ı gerçekleşmez. İş

parçasın n çevreleyen çapak dövme işleminden sonra kesilerek atılır.

Çapaklı dövmeKapalı kalı pta sağlam parça elde edebilmek için, kalı plar arasına yeterli miktarda

malzeme yerleştirmek gerekir. Bunun tam olarak sağlanması güç olduğundan, malzemeninhacmi kalı bın hacminden fazla tutulur ve artan malzeme çapak halinde kalı p boşluğunundışında birikir ve bu yüzden alt ve üst kalı plar ın tam olarak kapan

ı

Şekil 3.8. Kapalı kalı pta çapaklı dövme.

şlemlere bi tutulur. Aşağıda dört kademede gerçekleştirilen bir dövme işlemi gösterilmiştir.

Kapalı kalı pta çapaklı dövme işleminde, malzemeyi bir defada son biçimine getirmekgenellikle mümkün değildir. Bu nedenle parça ön şekillendirme ve ara dövme gibi ita

Şekil 3.9. İçten yanmalı motorlarda kullanılan bir biyelin dört kademeli bir çapaklı dövmelemi ile elde edilmesi

vvetinin hızla artmasına çapağınce ve geri kalan malzemeden daha soğuk olması yol açar.

iş

Aşağıda verilen şekilde kapalı kalı pta çapaklı dövme işleminde dövme kuvvetininstrok ile değişimi verilmiştir. Kalı p boşluğu k ısmen dolana ve çapak oluşumu başlayana kadardüşük olan dövme kuvveti çapak oluşumunun başlaması ile hızla yükselmektedir. Kalı p

boşluğunun tamamen dolduğundan emin olmak için çapak oluşumundan sonra dövme kuvveti bir miktar daha artır ılır. Çapak oluşumu ile birlikte dövme kuin





Şekil 3.10. Kapalı kalı pta çapaklı dövmede kuvvet-strok eğrisi.

b) Çapaksız (Hassas) dövmeBu yöntemde çapak oluşumu söz konusu değildir. Üretilen parçalar genellikle ek bir

işleme gerek duymadan veya çok az bir talaş kaldırma işlemiyle kullanılırlar. Ancak, buradakalı ba yerleştirilen malzeme miktar ının çok hassas olarak ayarlanması gerekmektedir.

Şekil 3.11. Kapalı kalı pta çapaksız dövme

Hassas dövme uygulamasının klasik örneği günümüzde paslanmaz çelik gibidövülmesi zor alaşımlardan üretilen türbin kanatlar ıdır. Hassas dövme için kapalı kalı ptaçapaklı dövmeye göre çok daha ince ve titiz işlenmiş kalı plara, ayr ıca bazen özel dövme

makinelerine ihtiyaç vardır. Bu işlemde kalı p aşınması ön plana çıkar. Bu nedenle, nispetendüşük sıcaklıklarda ve küçük dövme kuvvetleriyle şekillendirilebilen ve daha az kalı paşınmasına yol açan Al ve Mg alaşımlar ı bu yönteme özellikle uygun malzemelerdir.

3.1.3.Kafa şişirmeKafa şişirme genellikle dairesel kesitli metal bir çubuğun ekseni doğrultusunda

uygulanan basma kuvveti etkisi ile bir ucundan yığılarak şekillendirilmesidir. Aşağıdakişekilde bir kafa şişirme kalı bı ve kullanılan iticiler gösterilmiştir.





Şekil 3.12. Bir kafa şişirme kalı bı ve kullanılan iticiler

Aşağıda bir kafa şişirme kalı bı ile bu işlemin adımlar ını gösteren şekiller verilmiştir.

Şekilden görüldüğü gibi ucu ısıtılan çubuk sabit sık ıştırma kalı bına yerleştirilir ve yığma boyunu ayarlamak için kullanılan durdurucu (stoper) kadar itilir. Daha sonra hareketlisık ıştırma kalı bı sabit kalı p üzerine kapanırken, stoper geriye çekilir. Bundan sonra yığmakalı bı harekete geçerek işlemi gerçekleştirir.

Şekil 3.13. Kafa şişirme presinde işlem kademelerinin şematik gösterimi

Cıvata kafalar ının şişirilmesinde de kullanılan bu yöntemde burkulma olasılığını

önleyecek tedbirlerin alınması gerekir. Bunun için de aşağıdaki kurallar ın uygulanması gerekir.

a) Birinci kurul: Dairesel kesitli bir çubuğun sıcak dövülmesinde, çubuğun kalı p dışındakalan serbest k ısmının uzunluğu çapının 3 katından büyük olamaz. Uygulamada ençok l =2.5d alınması tavsiye edilir.

b) İkinci kural: Sıcak dövme, çapı D≤1.5d olan bir boşlukta yapıldığı takdirde l >3dolabilir. Uygulamalarda D=1.4d alınması tavsiye edilir.

c) Üçüncü kural: İkinci kuralın koşullar ı için çubuğun kalı plar arasından dışar ıyataşması halinde, taşan k ısmın uzunluğu en çok çubuk çapına eşit olabilir.

Bu yöntemin uygulandığı tipik örnekler, cıvata ve somun imalatı, valflar vekeplinlerdir.





Bu yöntemle üretilmiş tipik parçalar ı gösteren resim aşağıda verilmiştir.

Şekil 3.14. Kafa şişirme yöntemiyle üretilen tipik parçalar.

3.1.4. Haddeleyerek dövmeUzun ve ince parçalar ın üretiminde ön şekillendirme işlemi olarak uygulanan bu

yöntemde sıcak iş parçası uygun şekilde profillendirilmiş haddeler arasından geçirilir.

Malzeme hadde merdanelerinin sadece profilli yüzeyleri arası

nda şekil değiştirir. Buyöntemin kapalı kalı pta dövmeye taslak hazırlama uygulamalar ına en uygun örneklerden birikrank üretimidir.

Şekil 3.15. Bir krank ı

n dövülerek üretilmesi (ilk iki kademe dövme haddeleri ileşekillendirilmiştir)





Şekil 3.16. Haddeleyerek dövme işlemi

3.2.Dövme hataları

1) Küçük parçalar ın şahmerdanla dövülmesinde, plastik şekil değiştirme yüzeyde

kalı

yorsa iç k ı

sı

mda dendritik yapı

k ı

r ı

lmadan kalacaktı

r. Bu da mukavemet açı

sı

ndanzayıflık doğurur. Bunun önlenmesi için şahmerdan yerine presle dövme yapılmalıdır.2) Yüzey çatlaklar ı: Genellikle nispeten soğuk yüzeylerin çok fazla plastik şekil

değiştirmesinden ileri gelir veya sıcak yırtılma şeklinde oluşur.3) Çapakta çatlak oluşumu: Eğer çapak ana parça kalınlığına oranla çok ince ise oluşur.

Çapak kalınlığını artırmak veya çapağı parçanın önemsiz bölgesine getirerek bu problem önlenebilir.

4) Katmerleşme: Bir işlemde oluşan ince bir parça diğer işlemde kendi üzerinekatlanabilir ve ara yüzeyde kaynama olmayacağından katmerleşme gözlenir. Keskinköşeler, bölgesel aşır ı soğuma ve aşır ı sürtünme olayı katmerleşmeye neden olur.

5) Dairesel kesitli parçalar açık kalı pta dövüldüğü zaman, çevresel çekme

gerilmelerinden dolayı çatlaklar oluşabilir. Bunu önlemek için kalı p tasar ımı değiştirilir ve genellikle iç bükey kalı plar kullanılır. Kapalı kalı pta dövme işleminde bu olaya çok daha az meydana gelir.

6) Dövme sırasında taneler ve segregasyonlar, metalin ak ış yönünde uzarlar ve lifli birgörünüm oluştururlar. Bu bir hata olmasa da özelliklerin anizotropisine nedenolduğundan istenmez.

7) Kalın kesitli parçalar hızlı soğutulmamalıdır. Aksi taktirde, iç bölgelerde çatlamalaroluşabilir. Çatlaklara hem sıcaklık değişiminden ötürü oluşan kalıcı iç gerilmeler, hemde çelikteki hidrojen basıncı neden olabilir.

8) Kalı p aşınmasından dolayı, parçanın boyut toleranslar ının dışına çık ılabilir. Belirlisayıda dövmeden sonra iş parçası veya kalı p boyutlar ı kontrol edilmelidir.

9)

Kalı p yüzeyinin temiz olmaması iş parçası yüzeyinde kar ıncalanmaya neden olur.Dövme arasında kalı p yüzeyi basınçlı havayla temizlenmelidir.

10) Kapalı kalı pta dövme işleminde alt ve üst kalı plar birbirlerini iyi kar şılamıyorsa, iş parçasında ayırma düzlemi içinde kaçıklık gözükür.

11) Uzun süre yüksek sıcaklıkta bekleme durumunda parçada tane irileşmesi görülür vetane sınırlar ının oksidasyonu (yanma) söz konusu olabilir.

12) Isıtma süresince çeliklerde yüzeyde karbon kaybı (dekarbürizasyon) olur. Bu damalzemenin sonraki sertleşebilme kabiliyetini, dolayısıyla mekanik özelliklerinietkiler.





3.2. Dövme makineleri

Bir dövme işleminin başar ılı bir şekilde yapılabilmesi için şekillendirme için gereklikuvvet ve enerji değerleri iyi hesaplanmalı ve bu değerleri kar şılayacak dövme makinesidikkatli seçilmelidir.

Dövme makineleri çalışma prensipleri kriter olarak alındığında; enerji sınırlı makineler, strok sınırlı makineler ve kuvvet sınırlı makineler olmak üzere üç sınıfa ayr ılırlar.

3.2.1. Enerji sınırlı dövme makineleri

a) Çekiçler (şahmerdanlar)

Bu tip makinelerde üst kalı bı içeren bir ağırlık (koç) belirli bir yüksekliğe çıkar ılı phareketsiz ağırlığa (örs) bağlanan alt kalı p üzerine yerleştirilen iş parçası üzerine serbest veya

basınçlı olarak düşürülmektedir. Şekil değişimini sağlayan koçun kinetik enerjisi olduğundanenerji sınırlı bir makine olarak sınıflandır ılırlar. Kendi aralar ında üç guruba ayr ılırlar.

i) Serbest düşmeli çekiçler: Bu makinelerde koç değişik yöntemlerle (tahta, kayış,zincir, basınçlı hava vb.) kaldır ılarak yerçekimi kuvveti ile serbestçe düşürülürler.Çekiçlerin koç kütleleri 50-4500kg arasında, stroklar ı (koçun iniş kalk ış hareketiaralığı) 0.8-2 m arasında değişmektedir. Enerji kapasiteleri ise 600-400.000 Nmaralığında olan bu çekiçler dakikada 60-150 vuruşa kadar çıkabilmektedir.

ii) Güç düşmeli çekiçler: Daha yüksek enerji kapasiteli çekiçler elde etmek için, serbestdüşme ile kinetik enerji kazanan koç, ayr ıca buhar veya hava basıncı ilehızlandır ılmaktadır. Böylece, 3000-800.000 Nm aralığında değişen enerji kapasitesineulaşılmaktadır. Dakikada, 70-190 darbe gerçekleştirebilen bu çekiçlerde vurma hızlar ı 8 m/s mertebesine kadar çıkmaktadır. Koç kütleleri ise genellikle 250-25.000 kgarasındadır.

Şekil 3.17. Tahtalı çekiç (serbest düşmeli)





Şekil 3.18. Serbest düşmeli ve güç düşmeli çekiçler

iii) Karşı vuruşlu çekiçler: Bu çekiçlerde alt ve üst kalı plar kar şılıklı olarak hareket ederekhemen hemen tüm enerjilerini iş parçası üzerinde harcarlar. Böylece titreşim sorunu daçözülmüş olan bu makinelerin yatay tipleri de vardır. Alt kalı bın bereketi kayış, zincir veya

hidrolik bir donanımla gerçekleştirilebilir. Düşey kar şı vuruşlu çekiçlerde 1.250.000 Nmenerji seviyelerine ulaşılmıştır.





Şekil 3.19. Kar şı vuruşlu çekiç

Çekiçler 0.5 kg’dan birkaç tona kadar değişik ağırlıktaki parçalar ı dövebilmektedir.Dövme sırasında koçun parçaya temas süresi 1-10 milisaniye gibi çok k ısa olduğundansoğuma miktar ı azdır. Diğer makinelerle kar şılaştır ıldıklar ında en ucuz dövme makinelerininçekiçler olduğu görülür. Ancak çekiçler ile hassas parça üretmek zordur. Diğer bir sorunlar ı da titreşim ve gürültüleridir. Ayr ıca koçun enerjisinin iş parçası üzerinden örse oradan datemele iletimi hem titreşime hem de enerji kaybına neden olur. Bunun için çekiçlere uygun birtemel hazırlanması şarttır. Bu temel aynı zamanda darbe sönümleme özelliğine de sahipolmalıdır. Bazı durumlarda temel maliyeti çekiç maliyetlerine ulaşabilir. Kar şı vuruşluçekiçlerde enerji iki kalı bın kar şılıklı hareketi neticesinde tamamen iş parçasına aktar ıldığı için enerji kaybı söz konusu değildir.

b) Vidalı (freksiyon) preslerVidalı preslerde koç her iki yönde dönebilen bir vidaya bağlanmıştır. Presin üst k ısmında

dönen ve bu şekilde kinetik enerji depolamış olan bir çift volan bulunmaktadır. Dövme işlemisırasında sürtünmeden yararlanılarak volanın kinetik enerjisi vidaya ve oradan da koçaaktar ılarak parçanın plastik şekillendirilmesi için harcanmaktadır. Volan enerjisi tükendiktensonra; volan, koç ve vida durmakta vida ters yönde döndürülerek koç yukar ı alınmaktadır.Koç kütleleri 50-8000 ton arasında değişen fonksiyon preslerde, koç hızlar ı 0.6-1.2 m/sdeğerlerine ulaşmaktadır.





Şekil 3.20. Vidalı pres (friksiyon presi-sürtünmeli tahrik).

3.2.2. Strok sınırlı Dövme makineleriStrok sınırlı mekanik preslerin eksantrik veya kranklı tipleri mevcut olup, bunlar

çekiçlerden sonra en yaygın olarak kullanılan dövme makineleridir. Bu preslerde gerek koçhızı, gerekse kuvvet strok boyunca değişmektedir. Mekanik presler strokun sonunda ortayaçıkan kuvvete göre sınıflandır ılırlar. Kuvvet ve enerji hesabı dövme öncesi çok iyiyapılmalıdır. Aksi taktirde koçun alt ölü noktayı geçmemesi, yani presin “bloke” olması tehlikesi vardır. Mekanik preslerin stroklar ı k ısadır ve bu nedenle küçük stroklu dövmeişlemlerinde veya çapak kesme işlemlerinde kullanılır. Alt ölü noktada koçun hızı sıf ırolduğundan dövme sırasında darbeden ziyade ezme etkisi söz konusudur ve bu nedenle küçüktemel ve kalı plar yeterli olur. Koç hızlar ı 0.06-1.5 m/s arasında değişir.

Şekil 3.21. Eksantrik pres.





3.2.3. Kuvvet sınırlı dövme makineleriHidrolik presler kuvvet sınırlı makinalar grubuna girer. Hidrolik preslerde silindir içindeki

basınç sabit olduğundan tüm strok boyunca kuvvet değişmez. Ayr ıca koç hızını kontrol etmekve hatta programlamak mümkündür. Diğerlerine göre yavaş sayılabilecek bir makine olup, hızaralığı 0.06-0.3 m/s arasındadır. Dövme sırasında kalı plar ın malzemeye temas süresi uzun

olduğu için ısı kaybı ve malzemenin ısınması sorun oluşturabilir. Bu nedenle kalı plar erkenaşınabilir. Hassas ve büyük parçalar ın üretiminde kullanılmaktadır. Kapasiteleri 2500-500.000kN arasındadır.

Hidrolik presleri hızlandırmak için bir akümülatör sistemi eklenebilir. Bu sistemde,hidrolik grubun pompaladığı sıvı ile bir gaz sık ıştır ılır ve gerektiğinde kullanılarak basınçlı hidrolik sıvının büyük bir hızla sevk edilmesi mümkün olur.

Şekil 3.22. Hidrolik pres: (1) üst plaka, (2) alt plaka, (3) koç, (4) ana piston, (5) ana silindir,(6) kalı plar, (7) kaldırma pistonlar ı, (8) kaldırma silindirleri.





4. HADDELEME

İş parçasını, eksenleri etraf ında dönen silindirler (merdaneler) arasından geçirerekuygulanan basma kuvvetleri etkisiyle plastik şekil verme işlemine haddeleme denir. Seriüretime ve ürünün özelliklerini tam olarak kontrol edebilmesine imkan verdiği için

haddeleme, plastik şekil verme yöntemleri içerisinde en yaygın olarak kullanılanıdır. Plastikdeformasyonun yapıldığı bütün malzemelerin yaklaşık %90’ı haddeleme ile şekillendirilir.

Şekil 4.1. Haddeleme işleminin şematik resmi.

Haddelemede merdaneler aynı hızla ve birbirine zıt yönde dönerler. Malzememerdaneler arasından geçerken istenen şekli alır. Merdaneler arasındaki açıklık malzemeningiriş kalınlığından daha az olduğundan haddelenen malzemenin çık ış kalınlığında bir azalmaolur. Malzemenin merdaneler arasından her geçişine paso denir. Haddeleme dolaylı bir basmamekanik işlemi olup, genellikle uygulanan tek kuvvet merdanelerle sağlanan radyal basmakuvvetidir.

Malzemenin deformasyonu, merdanelerin malzemeyi sık ıştırmasıyla sağlanan radyal basma gerilmeleri ve malzeme ile merdaneler arasında sürtünmeyle oluşan yüzey kaymagerilmeleriyle sağlanır. Sürtünme kuvvetleri aynı zamanda malzemenin merdaneler arasında

ilerlemesini de sağlar. Bu işlemde haddelenen malzemenin kesiti küçülürken boyunda uzamave genişliğinde de bir miktar artma meydana gelir. Buna yayılma adı verilir. Yayılmanınmiktar ı haddelenen malzemenin boyutlar ına uygulanan deformasyon oranına ve merdanelerinçapına bağlıdır.

Haddeleme, işlem sıcaklığına göre sıcak ve soğuk haddeleme olarak sınıflandır ılır.İngot ve kütük dökümlerin haddelenmesinde olduğu gibi büyük oranlarda kesit daralması yapılıyorsa, haddeleme sıcak işlem olarak yapılır. Malzemenin yeniden kristalleşmesıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda yapılan sıcak haddeleme ile döküm yapısı bozulurken,daha küçük kesitli ürünler elde edilebilir. Kokil kalı plara dökülen veya sürekli döküm tekniğiile katılaştır ılan metallerin, birincil kristalleşmeleri sonucunda oluşan kaba taneli ve dendritikiç yapılar ının k ır ılması, ancak sıcak haddeleme sırasında büyük oranda deformasyonlar ın

uygulanması ile olur. Çelik ingotlardan sıcak haddelemeyle slab, blum ve kütük gibi yar ı ürünler ile levha, sac, çubuk, boru, ray ve profiller gibi çeşitli ürünler elde edilebilir .





Metallerin soğuk haddelenmesi de önemi giderek artan bir üretim tekniğidir. Soğukhaddeleme ile elde edilen çubuk, tel, sac, bant ve folyolar ın yüzey kalitesi çok yüksek olup,ürün boyutlar ı çok dar toleranslar içinde kontrol edilebilmektedir. Ayr ıca soğuk haddelemesırasında oluşan pekleşme yardımıyla malzemenin dayanımının da istenilen düzeyeçıkartılması mümkündür. Özellikle demir dışı metal ve alaşımlar için soğuk haddeleme,

yaygın olarak kullanılan bir dayanım artırma tekniğidir. Belirli bir kalınlığa kadara sıcakhaddelenerek inceltilmiş ara ürünlerin yüzeyleri asit banyolar ında temizlenip tufaldanar ındır ılarak şekil verme işlemine soğuk haddeleme ile devam edilebilir.

Şekil 4.2. Çelik ingotlardan çeşitli yar ı ürün ve ana ürünlerin haddeleme yöntemiyle üretimineait ak ış şeması.

4.1. Hadde ürünlerinin isimlendirilmesi

Haddelenmiş ürünler için kesit, boyut ve şekillerine göre özel terimler kullanılır.Dolayısıyla mühendislikte yar ı mamul olarak yaygın bir biçimde kullanılan haddelenmiş ürünlerin adlandır ılmalar ının bilinmesi ve doğru olarak kullanılması çok önemlidir. Ancak bu

konuda genel bir sınıflama mevcut olmayı p, örneğin demir esaslı ve demir dışı metallerinhadde ürünlerinin adlandır ılışlar ında farklılıklar olabilmektedir.

Haddelemeye genellikle dökülerek veya Cu, Al gibi malzemelerde elektroliz yoluylaelde edilmiş bir ingot veya yassı kütükle (slab) başlanır. Demir esaslı malzemelerde ingotunilk haddelenmesi ile elde edilen ürün iri kütük (blum) olarak adlandır ılır. Genellikle blumlarkare kesitlidir ve kesit alanı 200cm2’den büyüktür. Haddeleme ile kesitin daha küçültülmesihalinde kütük (bilet) elde edilir. Kütük kesitinin alt sınır 50x50 cm2 dir. Demir dışı metalleriçin bu terimler farklı olabilir. Nitekim döküm yoluyla elde edilmiş ara ürünler için kütük(billet) adı kullanılmaktadır. Kesit alanı 300cm2 den büyük ve eni kalınlığının en az iki katı olan ürünler yassı kütük (slap) olarak adlandır ılır. Blum, kütük ve yassı kütük (slab) araürünler olup haddelemeye devam ederek son ürünlere dönüştürülür.

Ara ürünlerin haddelenmesi ile elde edilen yassı ürünler kalınlıklar ına göre sac veyalevha olarak adlandır ılır. Genellikle, 5 mm’den kalın ürünler levha, inceler ise sac olarak





adlandır ılır. Kalınlığı 5 mm’den az, eni de 50-60 cm’den az olan haddelenmiş yassı ürünlerise bant olarak adlandır ılır. Profil haddelemeyle elde edilen son ürünler, biçim ve kesit

büyüklüklerine göre tel, filmaşin, çubuk, I-profil gibi değişik isimlerle anılabilir. Bu ara ürünve ürünlerin tanımlanmasında kesit boyutlar ı ile ilgili kesin sınır değerleri olmamasınarağmen, genellikle kullanılan boyut sınır değerleri aşağıdaki şekilde verilmiştir.

Şekil 4.3. Haddelenmiş çelik ara ürünler ile yassı ürünlerin adlandır ılması.

Haddeleme, demir dışı metalik malzemelerde genellikle yalnız yassı ürünlerinyapımında kullanılır. Bu uygulamada haddeleme çoğunlukla ingot dökümle başlar. Demir dışı metalik malzemelerden yuvarlak ürünlerin veya profillerin üretimi genellikle ekstrüzyonlayapılır. Bu işlemde hammadde olarak kullanılan silindirik metal bloklara takoz ismi verilir.

Takozlar, ingottan sıcak dövme veya sıcak haddeleme ile elde edilmiş ara ürün ya dagenellikle ekstrüzyonda olduğu gibi döküm ile elde edilmiş olabilir.

4.2. Merdaneler

Haddeleme işleminde, merdaneler plastik deformasyonu sağlarlar. Merdaneler,haddelenen malzeme taraf ından kendilerine uygulanan basma kuvvetini yataklara iletirler. Birmerdane ve k ısımlar ını gösteren resim aşağıda verilmiştir.

Şekil 4.4. Haddelemede kullanılan tipik bir merdaneyi oluşturan k ısımlar: (1) Haddelenenmalzeme ile doğrudan temas eden gövde; (2) Yataklarda çalışan k ısımlar (muylular); (3) Mile

bağlanan k ısım (kavrama k ısmı).





Merdaneler, haddelenecek ürünün cinsine göre gövde k ısmı düz yüzeyli veya çeşitli profilli olabilir. Yassı ürünlerin haddelenmesinde silindirik gövdeli “düz merdaneler”, profillerin haddelenmesinde de merdane gövdesinde istenilen profile göre çeşitli şekildeoyuklar bulunan “kalibreli merdaneler” kullanılır. Aşağıdaki şekilde kalibreli bir merdanetak ımı görülmektedir.

Şekil 4.5. Kalibreli bir merdane tak ımı.

Genel olarak merdaneler dökme demir veya çelikten imal edilir. Çelik merdanelerde,karbon çeliği veya alaşımlı çelikten (Ni, Mo, Cr, W) dövme veya dökme yöntemleriyleüretilir, sonra ısıl işlem yapılarak istenilen mekanik özellikler sağlanır. Dökme demirmerdaneler de beyaz dökme demir, gri dökme demir ve küresel grafitli dökme demirdenyapılabilir. Merdanelerde, genelde aşınmanın önlenmesi için yüzey sertliğinin yüksek olması ve iç k ısımlar ının da eğme deformasyonuyla k ır ılmaması için k ır ılma tokluğunun yüksekolması gerekir.

4.3. Merdane Düzenleri

Hadde tezgahlar ı (Haddehaneler) genellikle merdanelerin sayısı ve diziliş durumlar ınagöre isimlendirilirler. En basit ve en genel merdane tertibi tek yönlü ikili tezgahtır. Aynı çaptaiki merdaneden oluşan bu düzende, metal bir yönde geçtikten sonra haddelemeye devamedebilmek için malzemenin giriş taraf ından tekrar elle veya bir platform yardımıylaaktar ılması gerekmektedir. Bu zorluğu gidermek için her iki yönde de dönebilen tersinir ikilihaddeler kullanılmaktadır. Ancak bu sistemde dönen merdanelerin durdurulup ters yöndetekrar hızlandır ılması, zaman ve enerji kayı plar ına yol açar. Bu soruna çözüm olarak çift etkiliveya üçlü merdane düzeni geliştirilmiştir. Üçlü düzende alt ve üst merdaneler tahrik edilir,orta merdane ise sürtünme ile döner.

Haddeleme kuvvetinin hesaplanmasında da görüleceği gibi küçük merdanelerinkullanılması ile haddeleme için gerekli kuvvet azalır. Ancak küçük çaplı merdanelerindayanımlar ı ve rejitlikleri düşük olduğundan bunlar ın eğilmelerini önlemek için destekmerdanelerinin kullanılması zorunlu olmaktadır. Bunun için dörtlü merdane tertiplerigeliştirilmiştir. Dörtlü düzende, haddelemeyi gerçekleştiren küçük merdaneler iş merdaneleri,

büyükler ise destek merdaneleri olarak anılır.Farklı tipteki bir merdane düzeni ise, planet hadde tezgâhıdır. Bu düzende, iki büyük

destek merdanesi ve bunlar ın çevresinde uydu gibi dönene çok sayıda küçük iş merdanelerivardır. Bu düzenin üstünlüğü, bir geçişte büyük merdane taraf ından desteklenen birden fazlaküçük iş merdanesinin kullanılması sonucu bir seferde daha büyük kesit daralmasınınsağlanabilmesidir. Yassı metalik malzemelerin sıcak haddelenmesinde kullanılan hadde

tezgahlar ı ile tek pasoda en fazla % 30-40 oranında deformasyon sağlanırken, planet haddetezgahlar ıyla bu oran % 90’a kadar artmaktadır.





Şekil 4.6. Merdane düzenlerine göre hadde tezgahlar ının tipleri: (a) Tek yönlü ikili, (b)tersinir ikili, (c) üçlü, (d) dörtlü, (e) onikili ve (f) planet tipi merdane düzenleri.

Birkaç hadde tezgahı birbiri ardı sıra sıralandığında haddeleme işleminde üretiminsürekli ve hızlı olması sağlanır. Aşağıdaki şekilde genellikle rulo halindeki saclar ınhaddelenmesinde kullanılan dört tezgahlı bir haddeleme sistemi şematik olarak gösterilmiştir.Her tezgahta farklı deformasyon oranı uygulanırken haddelenen sac her tezgahtan farklı hızlardan çıktığından, bir tezgahtan çıkan sacın çık ış hızı ile girdiği tezgahın merdanelerinindönme hızı ayarlanarak uyum sağlanır. Böyle bir haddeleme sisteminde sürekli üretimyapıldığından haddelenen sac boşaltma bobininden sisteme verilir ve haddelenmiş sac diğeruçtaki bobine sar ılır.

Şekil 4.7. Dört hadde tezgahının birbiri ardı sıra yerleştirildiği bir haddeleme sistemindesaclar ın haddelenmesi.

4.4. Haddelemede etkili kuvvetler ve geometrik ilişkiler

Haddelemede, wo genişliğindeki ve ho kalınlığındaki bir sac, vo hızı ile merdaneleregirmekte ve haddelenip h1 kalınlığında ve v1 hızında merdanelerden çıkmaktadır. Haddelenenmalzemenin merdaneler arasındaki herhangi bir düşey elementinin distorsiyona uğramaması için çık ış hızı (v

1), giriş hızından (v

o) büyük olmalıdır. Haddelenen malzemenin hızı

merdanelere girişten çık ışa doğru devamlı artarken merdanelerin yüzey hızı (v) sabit olup, vo ile v1 arasındadır





Şekil 4.8. Haddelemede etki eden kuvvetler

Şekil 4.9. Haddelemede deformasyon bölgesindeki temas yüzeyi boyunca merdanelerindönme hızına göre malzemenin geçiş hızının değişimi

Şekil 5.9.’da görüldüğü gibi malzemenin merdaneler arasındaki geçiş hızı sadece birnoktada merdanelerin yüzey hızına eşittir. Bu noktaya “Nötr Nokta” denir.

Merdanelerle sac arasındaki temas boyunda (L) her noktada malzemeye etki eden ikikuvvet vardır. Bu kuvvetler radyal Pr basma kuvveti ve merdane ile malzeme arasındaki F sürtünme kuvvetidir. Merdanelere giriş düzlemi (XX) ile nötr nokta (N) arasında malzemeninhızı merdanenin yüzey hızından daha azdır. Bu durumda F sürtünme kuvvetinin yönü, çık ış

yönünde olup sacın merdaneler arasında ilerlemesini sağlar. Buna kar şılık nötr nokta ile çık ış düzlemi (YY) arasında malzemenin hızı merdanelerin yüzey hızından daha fazla olduğundan

bu bölgede F sürtünme kuvvetinin yönü giriş yönünde olup sacın merdanelerden çık ışını engelleyecek şekilde etki eder.

Kavrama açısı veya temas açısı ise giriş düzlemi ile merdanelerin merkezlerini birleştiren düzlem arasındaki α açısıdır. Eğer radyal basma kuvvetinin yatay bileşkesi(Pr .sinα), sürtünme kuvvetinin yatay bileşkenin den (F.cosα) küçük ise sac merdanelerarasında çık ış yönünde ilerler.





F.cosα > Pr .sinα

α α

α tan

cos

sin=>

r P

F sürtünme katsayısı

r P

F =μ olduğundan α tan>

bulunur. Denklemden anlaşıldığı gibi sürtünme katsayısı kavrama açısının tanjantından büyükse malzeme merdaneler arasında çık ış yönünde ilerleyerek haddelenebilir. Eğerkavrama açısının tanjantı sürtünme katsayısından büyükse haddelenen malzeme merdanelerarasında ilerleyemez, geriye doğru itilir. Sürtünme katsayısı sıf ır ise haddeleme yapılamaz.Sürtünme katsayısı artarsa daha kalın malzemelerin kavranması ve haddelenmesi mümkünolur. Bu nedenle sıcak haddelemede her pasoda büyük kesit küçültmeleri sağlamak içinmerdaneler yüzeyine merdane boyunca yivler yapılarak sürtünme katsayısının değeri arttır ılır.

4.5. Haddeleme basıncı ve gücünün hesabı

Haddeleme sırasında deformasyon bölgesinde malzemeye etki eden kuvvetlerdenradyal Pr kuvvetinin düşey bileşkeni haddeleme kuvveti (P) olarak bilinir. Haddeleme kuvvetimerdaneleri malzemeye bastırmak için kullanılan kuvvettir. Bu kuvvet aynı zamandahaddelenen malzemenin mukavemetine bağlı olarak malzemenin merdaneleri birbirindenuzaklaştırmaya çalıştığı kuvvete eşittir. Bu nedenle haddeleme kuvveti merdaneleri birbirinden ayırma kuvveti olarak da isimlendirilir.

Hadde basıncı, haddeleme kuvvetinin (P) temas yüzeyine bölünmesiyle hesaplanır.Temas yüzeyinin alanı ise haddelenen sacın genişliği (w) ile temas boyunun (L) çarpımınaeşittir. Buna göre;

Hadde basıncı = Lw

P

bağıntısı ile hesaplanabilir. Hadde basıncının deformasyon bölgesindeki dağılımı aşağıdakişekilde görülmektedir. Hadde basıncı nötr noktada en yüksek değerine ulaşır ve sonra azalır.Eğrinin altındaki alan haddeleme kuvveti ile orantılıdır ve haddeleme kuvvetinin, hadde

basıncının dağılım eğrisinin ağırlık merkezinde etki ettiği kabul edilir. Bu sebeple hadde basıncı dağılım eğrisinin şekli önemlidir. Haddeleme kuvvetinin etki ettiği noktanın merdane

merkezlerine göre konumu haddeleme için gerekli momenti ve gücü belirler.

Şekil 4.10. Hadde basıncının deformasyon bölgesinde temas boyunca dağılımı





Yukar ıda görülen hadde basıncı dağılım eğrisi altındaki taralı alan merdane ilemalzeme arasındaki sürtünme kuvvetini yenmek için gereken kuvveti gösterir. AB çizgisialtında kalan alan ise malzemeyi düzlem birim şekil değişiminde ezmek için gereken kuvvetigösterir.

Haddeleme tezgahına uygulanan güç, merdaneleri çevirmek için gerekli momentisağlar. Harcanan toplam güç şu dört iş için kullanılır:

a. Malzemenin plastik deformasyonu için gerekli enerji,

b. Merdanelerin muylu yataklar ındaki sürtünme kuvvetlerini kar şılamak için gereklienerji,

c. Gücü motordan tezgaha taşıyan sistemdeki dişli ve şaftlardaki enerji kaybını kar şılamak için gerekli enerji,

d. Jeneratör ve motorlardaki elektrik kayı plar ını kar şılamak için gerekli enerji.

Haddeleme toplam momenti (iki merdane kullanıldığında) ;

MT = 2Pa = 2PL/2 = PL

İki merdane olduğundan yapılan iş ;

İş = 2 (2πa) P = 2πMT = 2πPL

bağıntısından bulunabilir. Haddeleme için gerekli güç, beygir gücü (BG) veya kilowatt (kW)cinsinden ;

Güç (BG) =44650

PLN 2π

Güç (kW) =60000

2 PLN π

Bağıntılar ı ile bulunabilir. Burada ;

P : Toplam haddeleme kuvveti (Newton)

L : Temas boyu (m)

N : Merdanelerin dönme hızı (devir/dak.)

Burada hesaplanan haddeleme gücü malzemenin plastik deformasyonu için gerekliolan güçtür. Toplam gücü hesaplarken bulunan bu haddeleme gücüne sürtünme kuvvetlerini,gücü motordan tezgaha taşıyan sistemdeki ve motordaki enerji kayı plar ını kar şılamak içingerekli olan gücü de ilave etmek gerekir.





4.6. Paso sayısının hesaplanması

Malzemenin başlangıçtaki kesit alanı Ao, bir paso sonraki alanı A1 ile gösterilirse kesitküçültme katsayısı (a) ;

a = A1/Ao

olur. Kesit küçültme katsayısı (a) her pasoda sabit olursa n paso sonraki kesit alanı (An) ;

An = Ao.an

veya (a) sabit değilse ;

An = Ao.a1.a2.a3…..an = Ao.a-n

olur. Buna göre profilin ilk kesit alanı (Ao) ve son kesit alanı (An) ve uygulanacak kalibre

düzenindeki paso sayısı (n) biliniyorsa ortalama kesit küçültme katsayısı ( a ) ,

nn

A

Aa

0

= → a

A An n

ln

lnln 0−=

bağıntısından hesaplanabilir.

Yassı ve profil hadde ürünlerinin sıcak ve soğuk işlemlerinde, genellikle ilk pasolardaen fazla, son pasolarda en az deformasyon oranı uygulanır. Bunun sebebi soğuk işlemde artan

paso sayısı ile malzemeye uygulanan toplam deformasyon oranı arttıkça malzemenindeformasyon sertleşmesi ile mukavemetinin artarak sünekliğinin azalmasıdır. Sıcak işlemdeise artan paso sayısıyla azalan malzeme sıcaklığına bağlı olarak süneklik azalmaktadır.

4.7. Haddelemeyle dikişsiz boru üretimi

a) Mannesmann Yöntemi

Mannesmann haddesinde iş merdanelerinin eksenleri paralel düzlemler içinde olup her biri haddelenen malzemenin ekseniyle 6…12° arasında bir açı yapar. Bu açı, aynı yöndedönen iş merdaneleri arasına giren silindirik hammaddenin (çubuk veya kütük) helisel bir

hareketle, yani ekseni etraf ında dönerek, delme malafasına doğru ilerlemesini sağlar. Konikmerdanelerde, girişte ve çık ışta koni açısı 4…12° arasındadır (genel olarak 7°). Merdanelerarsındaki uzaklık hammaddenin çapından biraz (yaklaşık % 10 kadar) küçüktür. Hammadde,sıcak olarak ve ekseni merdanelerin ekseniyle eşit açı yapacak şekilde ileri sürüldüğünde,çevresine merdaneler taraf ından uygulanan basınç merkezde çatlak oluşmasına yol açar. Bu

boşluk, malzemenin malafaya doğru ilerlemesiyle, malafa taraf ından genişletilir ve böylece borunun iç çapı elde edilir. İş merdanelerinin kesik koni şeklindeki k ısımlar ı arasındasilindirik bir kesit bulunur; işlem sırasında hammaddenin düşey düzlemde iş merdanelerininarasından düşmemesi iki adet k ılavuz merdane vasıtasıyla sağlanır.





Şekil 4.11. Mannesmann yöntemiyle boru üretimi.

(b) Stiefel yöntemi

Boru uzunluğu malafa uzunluğu ile sınırlıdır. Mannesmann yöntemiyle ancak kalıncidarlı ve boyut kontrolü hassas olmayan borular üretilebilir. Ayr ıca 300…400 mm den büyükçaplı borular ın Mannesmann yöntemiyle üretilmeleri de ekonomik değildir. DolayısıylaMannesmann yöntemiyle üretilen borular tekrar haddelenerek daha büyük çaplı ve et kalınlığı daha ince borular elde edilmektedir. Bu amaçla uygulanan yöntemlerden biri konikmerdanelerle haddeleme işlemi olan Stiefel yöntemidir.

Şekil 4.12. Konik merdanelerle boru haddeleme





5.EKSTRÜZYON

Silindirik bir metal bloğun (takoz), bir kovana (alıcı) yerleştirilerek bir ıstampavasıtasıyla uygulanan basma kuvveti etkisiyle, matris deliğinden geçirilmesi işlemineekstrüzyon denir. Bu yöntemle tek bir işlemde büyük deformasyon oranlar ı sağlanabilir. Bu

yöntemle özellikle demir dışı malzemelerden çubuk, boru ve profil gibi çeşitli yar ı mamullerüretilir. Ekstrüzyon işleminde büyük kuvvetler gerektiğinden, işlem genellikle metalikmalzemelerin en iyi plastik deformasyon özelliği gösterdiği yüksek sıcaklıklardagerçekleştirilir. Bu yöntemle çok karmaşık şekilli ve hatta içi boş profiller bile üretilebilir.

5.1. Ekstrüzyon YöntemleriEkstrüzyon işlemi direkt (ileri) ve endirek (geri) olmak üzere iki ana yöntemle yapılır.

Bunlara ek olarak hidrostatik ve darbeli ekstrüzyon ile enine ekstrüzyon yöntemleri de vardır.

Şekil 5.1. (a) Direkt, (b) endirekt ve (c) hidrostatik ekstrüzyon yöntemleri.

Direkt ekstrüzyon yönteminde kalı p ve kovan hareket etmemekte ve plastik şekildeğiştirme metal bloğunun (takoz) kalı ba (matris) doğru hareket eden bir piston ilesık ıştır ılması ve metalin kalı ptan çıkması sonucunda sağlanmaktadır.

Endirekt ekstrüzyonda ise, takoz kovanla birlikte içinde matrisi bulunduran pistonüzerine itilmektedir. Bu yöntemin direk ekstrüzyondan fark ı, takozla kovan arasında bağıl bir





hareketin ve dolayısıyla sürtünmenin olmaması ve bu nedenle daha az kuvvet gerektirmesidir.Ancak, bu yöntemde içinde matrisi de bulunduran kesiti incelmiş piston ile çok yüksekekstrüzyon kuvvetlerinin uygulanması oldukça zordur.

Hidrostatik ekstrüzyonda ise prensip direk ekstrüzyon ile aynıdır. Bu yöntemde piston basıncı takoza kovan içerisine doldurulmuş olan bir ak ışkan vasıtasıyla iletilir. Bu

sayede, kovan ile takoz arasındaki metal-metal teması engellenmiş ve bu sayede sürtünmekuvveti de ortadan kalkmıştır.Darbeli ekstrüzyon yöntemi ise genellikle k ısa ve içi boş parçalar ın (ilaç tüpü, diş

macunu tüpü gibi) yapımında kullanılır. İşlem soğuk olarak uygulanır ve bunun içingenellikle, kur şun, kalay ve alüminyum gibi sünek malzemeler kullanılır. Bu işlem direkt veendirekt ekstrüzyon yöntemleri ile genellikle yüksek hızlı mekanik preslerde yapılır.

Enine ekstrüzyonda ise ürün, piston hareketine dik yönde çıkar. Bu yöntemin anauygulama alanı kablo gibi ürünlerin ekstrüzyon ile kaplanmasıdır.

(a) (b)Şekil 5.2. (a) Darbeli ekstrüzyon ve (b) enine ekstrüzyon (elektrik kablolar ının kur şunkaplanması)

Ekstrüzyon işlemi soğuk ve sıcak olarak uygulanabilen bir yöntemdir. Sıcakekstrüzyon işleminde takoz kovan içerisine konulmadan önce ısıtılır. Ayr ıca, çok düşük

ekstrüzyon hı

zlar ı

için ise kovanı

n daı

sı

tı

lması

gerekebilir.5.2. Ekstrüzyon ile boru üretimi

Ekstrüzyon yöntemi ile borular ve içi boş profiller de üretilebilmektedir. Bu amaçlamalafalardan veya köprülü matrislerden yararlanılır. Malafalı ekstrüzyonda ortası öncedendelinmiş bir takozlar kullanılabildiği gibi, dolu takoz kovan içerisinde malafa ile dedelinebilir. Aşağıdaki şekilde direk ekstrüzyon ile boru üretilmesi verilmiştir. Görüldüğü gibi,malafanın ucu takozun delinmesi için özel olarak şekillendirilmiştir. Hidrolik bir sistemle

pistondan bağımsız hareket edebilen malafa takozu deler. Bu sırada ortaya çıkan malzememalafa taraf ından itilerek matris deliğinden dışar ı atılır. Delme işleminden sonra ıstampailerler ve ekstrüzyon işlemini gerçekleştirir.





Şekil 5.3. Delme malafası ile boru üretimi.

5.3.

Matrisler (kalıplar)Ekstrüzyon işleminde matrislerin (kalı plar ın) önemli işlevleri vardır. Sıcak ekstrüzyonmatrisleri genellikle sıcak iş tak ım çeliğinden üretilir. Malzeme ve ürün şekline göre matrislerdüz veya konik girişli olabilirler.

a) Düz girişli matrislerMetal kendi içinde kesme yoluyla kalı ba girer ve matrise giriş bölgesinde kovanın her

iki yanında ölü bölgeler oluşur. Düz yüzeyli matrisler aşındıklar ında kolayca taşlanarakdüzeltilebilir. Matrisin giriş kenarlar ı genellikle yuvarlatılır. Daha çok demir dışı malzemelerin ekstrüzyonundu kullanılırlar.

Şekil 5.4. Düz girişli matris ve bu matristeki malzeme ak ışı

(b)

Konik girişli matrislerİyi bir yağlamayla kullanılabilir. Kalı p açısının küçülmesi homojenliği artır ır ve

ekstrüzyon basıncını azaltır. Ancak belli bir kalı p açısından sonra kalı p yüzeyinde sürtünmeçok artabilir. Optimum kalı p yar ım açısı (α) 45-60° arasındadır. Daha çok demir esaslı malzemelerin ekstrüzyonundu kullanılırlar.





Şekil 5.5. Konik girişli matris

5.4. Ekstrüzyon işleminin temel parametreleriEkstrüzyon işleminde gerek prosesi ve gerekse ekstrüzyon kuvvetinin etkileyen temel

parametreler aşağıda verilmiştir.

a) Ekstrüzyon türü: Direk ve endirekt ekstrüzyon türleri için piston hareketine bağlı olarakekstrüzyon kuvvetinin değişimi aşağıdaki şekilde verilmiştir. Başlangıçta takozun kovanı tamamen doldurması için piston taraf ından sık ıştır ılması basıncın hızla artmasına neden olur.

Bası

nç maksimum değerini aldı

ğı

nda ekstrüzyon başlar, yani malzeme matris içerisindeakmaya başlar. Direk ekstrüzyonda, kovan içindeki takoz uzunluğu küçüldükçe sürtünmekuvvetinin de azalması ekstrüzyon basıncının maksimum değerini aldıktan sonra düşmesineneden olur. Direkt ve endirekt ekstrüzyon kuvvetleri arasındaki fark ın nedeni ise direktekstrüzyonda sürtünme etkisinin ortaya çıkardığı ekstra kuvvet ihtiyacı olmasıdır. Endirekekstrüzyonda takozla kovan arasında sürtünme olmadığı için ekstrüzyon basıncı pistonhareketine bağlı değildir. Dolayısıyla, endirek ekstrüzyonda basınç malzemenin matriste şekildeğiştirmesi için gerekli olan değere yükseldikten sonra sabit kalır. Takozun kovan içerisindekalan uzunluğu küçüldükçe direkt ekstrüzyon basıncı giderek endirekt ekstrüzyon basıncınayaklaşır. İşlemin sonuna doğru gerek direkt gerekse endirekt ekstrüzyonda basınç yenidenartmaya başlar. Bunun nedeni ise ölü bölgede toplanan malzemenin deformasyonun

güçleşmesi ve bu malzemenin matrisin içinden geçmesi için gerekli kuvvetin hızla artmasıdır.Pratik olarak ekstrüzyon takozun sonuna kadar sürdürülemez. Zaten bu safhadan sonra üretimkusuru oluştuğu için, takozun geri uç k ısmı ekstrüzyona dahil edilmez ve kesilerek atılır.

Şekil 5.6. Direkt ve endirekt ekstrüzyonda ekstrüzyon kuvvetinin pistonunun hareketi (strok)

ile değişimi





b) Ekstrüzyon oranı (R): Ekstrüzyon ile gerçekleştirilen plastik şekil verme miktar ı, takozun başlangıç kesit alanın çık ış kesit alanına oranı olarak tanımlanan ekstrüzyon oranı (R) ileverilir.

ç A

A R 0=

Burada:A0 : Takozun kesit alanı Aç : Ürünün kesit alanı R : Ekstrüzyon oranı

R değeri uygulamalarda 10-100 arasında, bazen daha da büyük veya küçük seçilebilir.Bu değer; sert ve güç şekillendirilen metalik malzemelerde 20’den küçük, çeliklerde yaklaşık40, kur şun ve alüminyum gibi yumuşak metallerde ise 400’e kadar çıkabilir. Alt sınır ise 4

olarak alınır.

b) Deformasyon sıcaklığı: Malzemelerin plastik şekil değiştirme dirençlerinin artansıcaklıkla azalması ve düşük sıcaklıklara oranla daha az kuvvetle ekstrüzyon yapılabilmesinedeniyle malzemelerin ekstrüzyonlar ı genellikle yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Aksitaktirde, büyük deformasyon oranlar ının elde edildiği ekstrüzyon işlemlerinde çok büyükkuvvetlere ihtiyaç olurdu. Ancak malzemenin oksidasyonu ve kovan ile kalı bın sıcaktanetkilenerek yumuşaması sebepleriyle deformasyon sıcaklığının plastik deformasyona elverişliolduğu minimum sıcaklık seçilmelidir. Ayr ıca bu sıcaklık belirlenirken, sürtünme nedeniyleoluşacak ısı ile mekanik işin ısı işine dönüşmesinden doğacak sıcaklık artışını da göz önünealmak gerekir. Sıcak işlemin maksimum sıcaklığı alaşımlarda sıcak yırtılma, saf metallerde

ise ergime sıcaklığıdır.Aşağıda değişik malzemelerin ekstrüzyon işleminin gerçekleştirildiği sıcaklık

aralıklar ı verilmiştir.Kur şun için 200-250 °CAl ve Al alaşımlar ı 375-475 °CÇelik için 875-1300 °CBak ır ve alaşımlar ı 650-975 °CRefrakter alaşımlar 975-2200 °C

c)

Deformasyon hızı: Deformasyon hızı artarsa ekstrüzyon basıncı da artar. Bu hızın artışı

10 katına ulaştığında basınç %50 oranında artar. Deformasyon hızı düşük olursa takoz çabuksoğuyacağından malzemenin şekil değişim direnci de artar. Deformasyon sıcaklığı arttıkçasoğuma daha hızlı olacağından deformasyon hızının da nispeten yüksek seçilmesi gerekir.Deformasyon hızı arttıkça iç sürtünmelerden kaynaklanan iç ısınma da fazla olur, bu durumsıcak yırtılmaya yol açar.

d) Sürtünme kuvveti ve yağlama: Endirekt ekstrüzyon sürtünme bak ımından direktekstrüzyona göre çok daha avantajlıdır. Ekstrüzyon işleminde uygun yağlayıcılar kullanılarakoluşan sürtünme kuvvetleri azaltılabilir ve daha homojen bir malzeme ak ışı sağlanabilir. Al,Cu, Pb, Mg ve Zn ile bu metallerin alaşımlar ının sıcak ekstrüzyonu yağlamasız olabilir.Ayr ıca çeşitli demir dışı metallerle alaşımlar ının sıcak ekstrüzyonunda kullanılabilenyağlayıcılar aşağıda verilmiştir.





• Al: Grafit• Be: Grafir, molipten disülfit• Cu: Mineral yağ+grafit• Ni: Cam• Ti: Cam

5.5. Ekstrüzyon kuvvetiEkstrüzyon kuvvetine takozla kovan (alıcı) ve matris arasındaki sürtünme, ekstrüzyon

oranı, ekstrüzyon hızı ile sıcaklık ve matris geometrisi etki eder. Bu faktörlere bağlı olarakekstrüzyon basıncı ve kuvvetinin hesabı aşağıda verilmiştir.

Ekstrüzyon işlemi için gereken kuvvet plastik şekil verme enerjisi yaklaşımı ilehesaplanabilir. L0 boyunda A0 kesitindeki bir takoz Lç ve Aç boyutlar ına getirilirsegerçekleşen birim şekil değişimi;

R

A

A

L

L

ç

çç lnlnln 0

0

===ε

Birim hacim başına düşen plastik şekil verme işi ise;

∫ ==ü

Rd U aa p

ε

σ ε σ

0

ln..

Toplam plastik şekil verme işini (W) bulmak için bu değerin hacim (V) ile çarpılması gerekir;

R L A RV U V W aa p p lnln... 00 σ σ ===

Pistonun itilmesi sı

rası

nda yapı

lan mekanik iş ise;

00. . L A P W mek =

Bu iki eşitlik birbirine eşitlenirse (P: ekstrüzyon basıncı);

00

00 ln

L A

R L A P aσ

=

R P a lnσ =

Sürtünme ve iç deformasyon kaynaklar ının kayı plar ını göz önüne almak için işlemin

verimi η ile tanımlanır. Bu durumda gerçek ekstrüzyon basıncı;

η

σ

η

R P P a

ger

ln==

6.03.0 −=η

Gerçek ekstrüzyon kuvveti ise;

0. A P F ger ger =





Matris giriş açısının ekstrüzyon kuvvetine ve dolayısıyla şekil değişimi işine önemlietkisi vardır. Sürtünmenin ve/veya başka bir etkinin yol açabileceği herhangi bir kaybın sözkonusu olmadığı ideal bir işlemde, ideal birim hacim şekil değiştirme işi yalnız ekstrüzyonoranına bağlı olup ekstrüzyon giriş açısından bağımsızdır. Matris giriş açısı azaldıkça takozla

matris arasındaki temas yüzeyi büyüdüğü için sürtünme işi de artar. Üniform olmayan şekildeğişiminden doğan iç şekil değiştirme işi matris giriş açısı ile birlikte artar. Ekstrüzyonkuvveti aşağıdaki şekilde de görülebileceği gibi, belirli bir giriş açısı için minimum olur.

Şekil 5.7. Matris giriş açısının ekstrüzyon kuvvetine etkisi. (a) Toplam kuvvet, (b) Sürtünmev.b kayı plar ın olmadığı ideal kuvvet, (c) İç sürtünme için gerekli kuvvet, (d) Sürtünmekuvveti.

5.6. Soğuk ekstrüzyonSoğuk ekstrüzyon, direkt ve endirekt ekstrüzyon ve dövme gibi plastik şekil vermeyöntemlerinin bir bileşimini belirten genel bir terimdir. Soğuk ekstrüzyonda, şekillendirilenmalzeme bazen hem pistonla aynı hem de aksi yönde hareket edebilir. Soğuk ekstrüzyonda

piston yatay ve düşey hareket eder ve piston basıncı darbeli uygulanabileceği gibi hidrolik preslere benzer şekilde daha yavaş ta uygulanabilir.

Soğuk ekstrüzyonun sıcak ekstrüzyona göre üstünlükleri aşağıda verilmiştir.

a) Soğuk ekstrüzyonda pekleşme nedeniyle mekanik özellikler iyileşir. b)

Çok daha iyi boyut toleranslar ı elde edilebilir. Bu nedenle proses sonrası ekstra

işlemlere gerek kalmaz.c)

İyi bir yağlamayla düzgün yüzeyler elde edilebilir.d) Yüzeyde oksitlenme oluşmaz.

Soğuk ekstrüzyonda yağlama önemli bir faktördür. Metal yüzeyi bir yağ tabakasıylakaplanarak ekstrüzyon gerçekleşir.

Yüksek ekstrüzyon oranlar ında iş parçasının sıcaklığındaki artış malzemenin yenidenkristalleşmesine neden olacak kadar yüksek olabilir. Bu durum ise soğuk deformasyonungetirdiği üstünlükleri yok eder.

Aşağıdaki şekilde soğuk ekstrüzyon işleminin kullanıldığı bir cıvatanın üretimkademeleri verilmiştir.





Şekil 5.8. Bir civatanın üretim safhalar ı. Sırasıyla; boy kesme, soğuk ektrüzyon, soğuk kafaşişirme, uç açma ve ovalama

Aşağıdaki şekilde soğuk ekstrüzyon ile üretilen bir başka parçanın işlem kademeleriverilmiştir. Malzeme önce dairesel kesitli bir çubuktan uygun boyda kesilir. Elde edilensilindirik hammaddede soğuk ektrüzyonla şekillendirilir ve bu işlem sırasında aynı anda içine

kör delik açılır. Daha sonra kör delik zımba ile delinir. Zımbalama sonunda küçük silindirik bir hurda malzeme dışar ı atılır elde etmek istediğimiz geometride parça üretilir.

Şekil 5.9. Soğuk ekstrüzyonla üretilen bir malzemenin üretim kademeleri





Uygulama: 200 mm çapında bir alüminyum takozdan direkt ekstrüzyonla 50 mm çapında birçubuk elde edilmek isteniyor. İşlem verimi η=0.5, pistonun ilerleme hızı V=5mm/s olduğunave malzemenin işlem sıcaklığındaki akma gerilmesi σa= 30N/mm2 olduğuna göre bu işlemigerçekleştirecek presin özelliklerini kuvvet ve güç olarak belirleyiniz.

..5.6335.47/10.5.10.47.9.

95010.47.94

2502.193.

4.

/2.19325ln5.0

30ln

2550250

36

62

.

2

0.0.

2.

2

2

2

200

G BkW sn N v F Güç

ton N P D

P A F

mm N R P

D D

A A R

gerç gerç gerç

a gerç

çç

====

=====

===

====

−

π π

η

σ





6. ÇEKME YÖNTEMİYLE PLASTİK ŞEK İL VERME

Çekme yönteminde malzemeler matris olarak adlandır ılan bir kalı p geçirilerek kesitleridaraltılır ve biçimlendirilir. Bu plastik şekil değişimini gerçekleştirmek için parçaya çık ış taraf ından bir çekme kuvveti uygulanır. Bu yöntemde şekil değişimini sağlayan, metalin

kalı pla temas yüzeyinde ortaya çıkan dolaylı basma gerilmeleridir. Çekme yöntemiylegenellikle dairesel kesitli veya eksensel simetrisi olan ürünler elde edilir. Yöntem yüksek biryüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti elde etmek için uygundur. Başlangıç malzemesi olarakhadde, ekstrüzyon veya diğer yöntemlerle şekil verilmiş ara ürünler kullanılır. Genelliklesıcak şekil verme ile elde edilmiş olan bu ara ürünlere çekme öncesinde gerekli yüzeytemizleme ve hazırlama işlemleri uygulanır.

Şekil 6.1. Çekme işleminin prensip şeması

6.1. Çubuk ve tel çekme

Her ikisinde de prensip aynıdır. Tel çekmede ürün bobin veya kangal adı verilensistemlerle sar ılabilir. Buna kar şın çubuk çekmede ürünün düz çekilmesi gerekir. Bu nedenleher iki işlemde kullanılan teçhizatlar farklıdır.

6.1.1. Çubuk çekme

Çubuğun yüzeyine temizleme işlemi yapıldıktan sonra, ucu inceltilerek (örneğinradyal dövme yöntemi ile) matristen geçirilir ve çekme arabası üzerindeki bir çeneyetutturulur. Hareket zincirle tahrik edilerek veya bir hidrolik mekanizmayla verilir. 150 tonakadar kuvvetlerin uygulanabildiği, 30 metre boyunda, 10-100 m/dak hızlar ında çekme

teçhizatlar ı

vardı

r.

Şekil 6.2. Çubuk çekme işlemini gösteren şematik resim





Bir çekme makinesinin en önemli elemanı, içinde şekil değişimin gerçekleştiğimatristir. Tipik bir çekme matrisinin yapısı aşağıdaki şekilde görülmektedir. Matrislerde;giriş, konik deformasyon bölgesi, silindirik k ılavuzlama ve çık ış olmak üzere dört ayr ı bölgevardır. Çan biçimindeki giriş k ısmı yağlayıcıyı matris içine çekecek biçimdeşekillendirilmiştir. Matrisin en önemli karakteristiği şekil değişiminin gerçekleştiği konik

bölgenin tepe yar ım açısı (α)’dır. Her malzeme için farklı seçilen bu değer, çekme kuvvetini belirleyen en önemli parametredir. İç ve dış kuvvetlerin ihmal edildiği teorik çekme kuvvetimatris tepe açısından bağımsız olarak çıkmasına rağmen, gerçekte bu açının optimumdeğerinin bulunması çok önemlidir. Tepe açısı küçüldükçe deformasyon daha yumuşak birgeçişle gerçekleşir ve iç deformasyon kayı plar ı azalır. Ancak açı küçüldüğünde deformasyon

bölgesinin de uzunluğu artar ve buna bağlı olarak sürtünme kuvveti de artar. Bu nedenle tepeaçısı için optimum bir değer seçilmesi çok önemlidir. Şekil 5.4’de çekme kuvvetinin matristepe yar ım açısıyla değişimi verilmiştir. Görüldüğü gibi, çekme kuvvetinin minimum olduğu

bir tepe açısı değeri vardır. Pratikte zor şekil değiştiren metallerde küçük açılı, yumuşakmetallerde ise büyük açılı matrislerin kullanımı uygun olmaktadır. Örneğin çelik için bu açı 6° olarak seçilirken, bak ır için 12°, alüminyum için 24 ° olarak seçilmektedir. Matrisin çık ış

öncesi k ılavuzlama k ısmında ürün doğrultulur ve boyutlar ı hassas olarak belirlenir. Ayr ıcazamanla matrisin aşınması söz konusu olduğundan, ürün çık ış çapını belirleyen bu k ısmınuzun olması yaralıdır. Çekme matrisleri özel tak ım çelikleri, volfram karbür (sinterlenmiş sertmetal) veya elmastan yapılır.

Şekil 6.3. Çekme matrisinin yapısı (a: giriş, b: deformasyon bölgesi, c: silindirik k ılavuzlama,d: çık ış)

Şekil 6.4. Çekme kuvvetinin tepe yar ım açısıyla değişimi





6.1.2. Tel çekme

Tel çekme işlemine yüzeyi mekanik olarak veya asitle temizlenmiş, bobin veya kangalşeklinde sar ılmış malzemelerle başlanır. Çekilecek malzemenin yüzeyine genellikle birkaplama uygulanır. Matrisler çubuk çekmede kullanılanlar ın benzeridir. Yağlayıcı olarak kuru

çekmede gres veya sabun tozu kullanılırken yaş çekmede ise bütün matris sıvı yağlayıcı içindedir.

Tel çekmede birbirini izleyen kademeler genellikle arka arkaya yerleştirilir. Her birkademede gerçekleştirilecek kesit daralması, ince tellerde kademe başına %15-25, kalıntellerde ise %20-50 arasında seçilir. Modern cihazlarda çekme hızlar ı 1000 m/dak gibi çokyüksek değerlere ulaşabilmektedir. Soğuk çekmede pekleşen malzemeye, içyapının tekrarşekil değiştirme kabiliyeti kazanması için, yeniden kristalleşme veya normalizasyon gibi aratavlar ın uygulanması gerekebilir.

Şekil 6.5. Tel çekme işlemini gösteren şematik resim

6.2. Çelik tellerin çekme işlemi

Çelik tel üretimine, sıcak hadde ürünü olan filmaşinle (yaklaşık 10 mm çapında kangalhalinde sar ılmış sıcak hadde ürünü) başlanır. Malzemenin yüzeyi mekanik veya kimyasalyolla temizlenir ve yıkanır. Yüzey kaplaması olarak kuru çekmede kireç, boraks veya fosfatkullanılır. Kireç, hem asitle temizleme sonrası yüzeyde kalan kalıntılar ı nötralize eder hem deyağlayıcıyı matris içine sürükler. Yaş olarak çekilen çok ince tellerin yüzeyi ise bak ır veyakalay kaplanır.

Tel çekme işlemi için gerekli sünekliği sağlamak için, az ve orta karbonlu çeliklere

yeniden kristalleştirme veya normalizasyon işlemi uygulanır. Bileşiminde %0,4’den fazlakarbon bulunan çeliklere ise patentleme işlemi uygulanır. Bu işlemde ostenit bölgesinegirecek şekilde ısıtılan tel, yaklaşık 500°C sıcaklıktaki bir kur şun banyosuna daldır ılarak

beynitik bir içyapı elde edilir. Böylece içyapı hem yüksek dayanım, hem de yüksek sünekliközellikleri kazanmış olur.

6.3. Çekme kuvvetleri

Çekme yönteminde bir kademede verilebilecek maksimum kesit daralması miktar ını,matristen çıkan ve çekme kuvvetinin uygulandığı ürünün çekme dayanımı sınırlar.Malzemenin homojen kabul edildiği ve kayı plar ın ihmal edildiği ideal deformasyon

koşullar ında teorik çekme kuvveti matris tepe açısından bağımsızdır. Kuvveti veren bağıntı,ekstrüzyon bölümünde verilen hesap tarzı (plastik şekil verme işi yaklaşımı) izlenerek,





Fç= σ0.Aç.ln.A0/Aç

olarak bulunur. Çık ış taraf ında ürüne etkiyen çekme kuvveti nedeniyle oluşan gerilme, telinkopması için en fazla çıkan ürünün çekme dayanımına (σmax) eşit olabileceğinden,

σç=Fç/Aç=σ0ln(A0/Aç)=σmax

yazılabilir. Burada A0 giriş kesiti, Aç çık ış kesiti, σ0 malzemenin akma gerilmesini, Fç çekmekuvvetini ve σmax çık ış k ısmında malzemenin çekme dayanımını göstermektedir. Soğukçekilmiş telse σmax≅σ0 kabul edilebileceğinden, en büyük kesit daralması için

ln A0/Aç = σmax/σ0≅ 1 bulunur.

Burada her türlü kayı plar ın ihmal edildiği ideal hal için,

A0/Aç= e

1

= 2,72 = (D0/Dç)

2

D0/Dç= 1,65 elde edilir.

Çekmede sürtünmenin etkisi de dikkate alınırsa denklem,

Fç= Aç. σ0 [1+µcotα)φ]ln(A0/Aç) şekline dönüşür. Burada,

φ=0.88 + 0,12 dor /L

dor : ortalama tel çapı

L: matris temas boyuσ0: Ortalama akma gerilmesi





7. SAÇ ŞEK İLLENDİRME YÖNTEMLER İ

20. yüzyılda, metallere şekil verme yöntemleri arasında en hızlı gelişme metaliksaçlar ı şekillendirme yöntemlerinde görülmüştür. Düz saçlar ı, yüksek üretim hızlar ındaekonomik olarak ve çok değişik şekillerde biçimlendirmek, saç şekillendirme yöntemlerinin

yaygınlaşmasını ve gelişmesini sağlamıştır.Kesme işlemi dışında, tüm saç şekillendirme yöntemlerinde malzeme bir yandangerilerek (uzama) öte yandan sık ışarak (büzülme) son şeklini almaktadır. Daha eski yıllarda elsanatlar ı sınıf ında bulunan saç şekillendirme işlemleri, günümüzde mekanik veya hidrolik

preslerde gerçekleştirilmektedir.Saç şekillendirme işlemlerinde kalı plar genellikle iki parçadan oluşmaktadır.

Bunlardan birisi çık ıntılı diğeri ise girintili bir şekle sahiptir. Çık ıntılı olan zımba ) girintiliolan ise kal ı p olarak isimlendirilir. Zımba için ı stampa veya erkek kal ı p, kalı p için matris veya di şi kal ı p terimleri de kullanılmaktadır. Zımba genellikle presin hareketli k ısmına

bağlanır, kalı p ise sabit tutulur.Çoğu kez metalik sacı kalı p çevresince sık ıştırarak şekillendirme esnasında,

k ır ışmasına engel olacak yardımcı kalı ba ihtiyaç duyulur. Bu kalı p sık ıştırma kalı bı veyaçember şeklinde olduğundan sık ı şt ırma çemberi veya pot çemberi olarak adlandır ılır.

Sac şekillendirme yöntemleri; kesme, bükme, sıvama, gererek şekillendirme ve derinçekme gibi alt başlıklar altında incelenmektedir.

7.1. KesmeKesme işlemi, insanlığın metallere uyguladığı ilk plastik şekil verme yöntemi olan dövme

işlemi kadar eski bir yöntemdir. Saclarla ilgili imalat yöntemlerinde daha fazla kullanıldığı için bu işlem genellikle bir sac şekillendirme yöntemi olarak kabul edilmektedir. Kesme,metalik sac ve levhalar ın dilme, ayırma, taslak kesme (çevre kesme), delme, çentik açma,yarma, çapak (artık) keserek son boyutlara getirilmesi gibi işlemlerde kullanılır.

a) Dilme İşlemi: Bant şeklindeki metal veya sac metal kaybı olmadan belirli şekillerdekesilir. Kesme çizgisi düz, k ır ık veya eğri halinde olabilir. Metal kaybı, bazı hallerdesadece bant veya levhanın iki ucunda olur.

ATaslak rtı

Şekil 7.1. Dilme işlemine ait örnekler

b) Ayırma İşlemi: Ayırma işlemi dilme işlemine benzemektedir. Ancak, arka arkayakesilen iki yararlı parçanın kesilen kenarlar ı birbiriyle uyum göstermez, arada kalanufak metal parçası atılır.





Taslak Artık

Şekil 7. 2. Ayırma işleminin şematik gösterimi

c) Taslak kesme İşlemi (Çevre Kesme İşlemi): Bu işlemde imal edilmek istenen parçatüm çevresi boyunca kesilerek üretilmektedir. Taslak parçalar arasında kalan metal

atılmaktadır.

Şekil 7.3. Taslak kesme ve delme işlemlerinin beraber yapıldığı kalı p düzeni

d) Delme İşlemi: Taslak kesme işlemine benzer. Ancak taslak kesme işleminde kalı bındışında kalan parça, delme işleminde ise kalı bın içinde kalan parça atılır.

e) Çentik Açma İşlemi: Bu işlemde saç parçasının köşelerinden ufak metal parçalar ı kesilerek daha sonraki şekillendirme işlemine hazır parçalar üretilir.

Taslak

Çentik

Şekil 7.4. Çentik açma işlemine ait örnekler





f) Yarma İşlemi: Sacın belirli bir bölümünde metal kaybı olmaksızın basit kesmeişlemi veya işlemleri yapılır ve parça daha sonraki şekillendirme işlemine hazır halegetirilir.

Şekil 7. 5. Yarma işlemini gösteren bir örnek.

g) Çapak (artık) kesme: Şekillendirilmiş parçanın son boyutlara getirilmesi içinuygulanan işlemdir.

Şekil 7.6. Çapak kesme işleminin şematik gösterimi

7.2. Bükme

Saçlar ı

sekilendirmek bir veya birkaç yerinden basit şekilde bükme uygulayarak tamümkündür. Bükme işleminde malzemenin dış yüzeyinde çekme, iç yüzeyinde basmagerilmeleri oluşur. Orta bölgede ilk boyutunu sürekli saklayan nötr bir düzlem mevcuttur.Belirli bir malzeme kalınlığı için bükme yar ıçapı azaldıkça, dış yüzeydeki çekme birim şekildeğişimi artar. İri tane boyutuna sahip malzemede dış yüzeydeki aşır ı birim şekil değiştirme,

portakal yüzeyi gibi pürüzlü bir yüzeyin elde edilmesine yol açar. Minimum bükme yar ıçapı R b veya bükme yar ı çapı/kalınlık oranı (R b/h) iki koşula bağlı olarak tayin edilir. Birincikoşulda, kriter olarak boyun verme olayı göz önünde tutulur. Bükme esnasında dış yüzeydekiuzama, hacim sabitliğinden dolayı kalınlığın azalmasına yol açar. Bükme yar ı çapı küçüldükçe malzeme kalınlığı daha fazla incelir. Dış yüzeydeki et uzama miktar ı, malzemeninçekme deneyindeki eh homojen uzama miktar ını aşmamalıdır. Aksi halde bölgesel boyun

verme olayı sonunda malzemede zayıflama, dolayısıyla çatlama görülebilir.Malzemenin çatlamadan bükülmesi için bükme yar ıçapı belirli bir değerin altındaolamaz. Bu değer genellikle malzeme kalınlığına göre belirlenir. Bükme işleminde, bükmeyar ıçapı şekillendirme sınır ını oluşturur. Bu sınır malzemeden malzemeye değişir. Aynı malzemenin soğuk işlem görmüş durumunda R b daha büyük seçilmelidir. Bazı metallerde

bükme yar ı çapı sıf ır alınabilir, yani malzeme kendi üzerine katlanabilir. Ancak kalı p vezımbayı hasara uğratmamak için bükme yar ı çapı 0.8mm’den küçük tutulmaz. Yüksekmukavemetli malzemelerde ise bükme yar ı çapı kalınlığın beş katı seçilir.

Bükme yar ı çapının tayininde daha etkin sınırlandır ıcı koşul malzemenin k ır ılmaolayıdır. Burada malzemenin çekme deneyindeki kesit daralması değeri r=(A0-AS)A0 kriterolarak kullanılmaktadır. Bu durumda minimum bükme yar ı çapı aşağıdaki bağıntılara göre

seçilir.





)11

( −=r

h Rb r<0.2 için

2

2

2

)1(

r r

r h Rb

−

−= r ≥0.2 için

Bükme işlemlerinde dış yüzeyin şekil değiştirme kabiliyeti, yüzeydeki gerilme-birimşekil değiştirme durumuna bağlıdır. İki eksenli çekme gerilmesinin oluştuğu durumlarda,metalin şekil değiştirme kabiliyeti oldukça azalır. Bükülen parçalarda genişlik/kalınlık (b/h)oranı arttıkça, iki eksenli çekme gerilmesinde σ2 /σ1 oranı artar. Burada σ1 çevresel çekmegerilmesi, σ2 ona dik yöndeki çekme gerilmesidir.

Şekil 7.7. Bükme işleminde kullanılan terimlerin örnek üzerinde gösterimi

Bükme işleminde gerilme durumu oldukça karmaşıktır. Ancak nötr düzlemde

malzeme elastik davranış gösterir. Bükme kuvveti malzemeye uygulandığı sürece nötrdüzlemde var olan elastik gerilme, kuvvet kalk ınca yok olur. Böylece bükülen parçada, bükme kuvvetinin kalkması ile geriye yaylanma görülür. Bu arada bükme açısı ve bükme yar ı çapı da büyür.

Şekil 7.8. Geriye yaylanma olayının şematik gösterimi

Bükme miktar ı az (R b/h oranı büyük) ise elastik bölge daha yaygın, geriye yaylanmaolayı daha fazla olur. Malzemenin akma gerilmesi büyüdükçe ve elastisite modülüküçüldükçe elastik gerilme daha büyük olur. Bu durumlarda geriye yaylanma olayı aşağıdakiyaklaşık bağıntılardan da hesaplanacağı gibi daha fazla olur.

1)(3 _ )(4 2.032.0 +=hE

RhE

R R R bb

f

b σ σ





R b:Bükme kalı bının yar ı çapı R f : Parçanın geriye yaylanmadan sonraki yar ı çapı

Nötr düzlem boyunun bükme esnasında değişmediği kabul edilirse, bükme açısı α b

olduğunda, geriye yaylanma olayından sonraki αf açısı da yaklaşık aşağıdaki gibi hesap

edilebilir.

αf (R f +2

h )= α b(R b +2

h )

Metalik sacın kalınlığı malzeme özelliği homojen ise yukar ıdaki bağıntılar yardımıylageri yaylanma açısı hesaplanır. Malzeme, hesaplanan açı fark ı kadar daha fazla bükülerekdeneme yanılma yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek, istenen bükme açılar ı eldeedilebilir. Uygun kalı p sistemi kullanılarak, bükme işlemi sonunda, malzemenin tümkalınlığına basma gerilmeleri uygulanarak elastik gerilmeler giderilebilir. Bazı bükmesistemlerinde parçaya sürekli basma gerilmeleri uygulanarak bükme açısının sabit kalması sağlanır. Bu arada plastik şekil değiştirme bölgesinde oluşan hidrostatik basınç, yukar ıdaverilen R b bağıntılar ının ötesinde, malzemenin bükülme kabiliyetini artır ır.

Bükme için kullanılan cihaz ve aletlerin seçimi bükülecek parçanın boyutlar ınaözellikle uzunluğuna göre yapılır. Küçük parçalar mekanik preslerde, parçanın şekline göre

bir veya birden fazla kalı p sistemleriyle şekillendirilir. Uzun parçalar için uzun şasili özel preslere gerek vardır. Burada basit kalı p sistemleriyle parça birkaç kademedeşekillendirilebilir. Aşağıdaki şekilde presli bükme işlemlerine ait tipik örnekler vermektedir.Bazı durumlarda kalı p maliyetini azaltmak için dişli kalı p yerine kauçuk blok dakullanılabilir.

Şekil 7.9. Preste bükme işlemlerine ait örnekler : (a) 90º V bükme, (b) zikzaklı bükme, (c)yuvarlatılmış 90º lik bükme, (d) Kenar bükme, (e) 180º’lik kenar bükme, (f) Bükme veyassılaştırma, (g) ve (h) kenarlı parça bükme





7.3. SıvamaDüz saclar ın üretilecek parçanın şeklindeki dönen bir kalı p üzerine bastır ılması ile

dairesel simetriye sahip derin parçalar elde edilebilir. Bu tip biçimlendirme yöntemine sıvamadenir. Sıvama işlemi el ile sıvama ve kesme kuvveti ile sıvama olmak üzere iki türdeyapılabilir.

Şekil 7.10. Metalik saclar ın sıvama işlemlerine ait örnekler: (a) El ile sıvama ve (b) Kesmekuvveti ile sıvama.

El ile sıvama yönteminde malzemenin kalınlığında önemli bir değişme olmadan biçimlendirme gerçekleştirilir. Biçimlendirilecek sac kalı bın simetri eksenine dik olacakşekilde kalı ba doğru sık ıştır ılır. Daha sonra kalı p dönme hareketi yaparken, metalik sac birmandrel yardımıyla kalı bın üzerine bastır ılarak kalı bın şeklini alması sağlanır. Elle sıvamayöntemiyle, metalik sacdan dikişsiz olarak, içi boş silindir, koni, küre, çan vb. dairesel

parçalar üretilebilir. Bu yöntemde insan becerisi ve tecrübesinin önemi büyüktür.Düşük karbonlu çelik saclar 3mm kalınlığa kadar insan kuvveti ile

biçimlendirilebilmekte, biçimlendirilen metalik sacın boyutu 2m’ye varabilmektedir.Alüminyum saclarda 6 mm kalınlığa kadar insan kuvveti ile sıvama yapmak mümkündür.Sıvama işleminde malzemenin sünekliği ve yumuşaklığı sıvanabilme kabiliyetini tayinederler.

Kesme kuvveti ile sıvama işleminde sacın kalı bın şeklini alması sağlanırken, kalınlığı da inceltilir. Kalınlığı inceltme metalin sünekliğine bağlıdır. Bu işlem daha çok koni veya tüpşeklindeki parçalar ın üretiminde kullanılır. 25mm kalınlığa kadar malzemelere odasıcaklığında kesme kuvveti ile sıvama işlemi uygulanabilir. Kesme kuvveti ile sıvama işlemiiçin genellikle amaca uygun olarak yapılmış özel makineler kullanılır. Aşağıdaki şekilde butür makineler şematik olarak gösterilmiştir.

Şekil 7.11. Kesme kuvveti ile sıvama işleminde kullanılan makinelerin şematik olarak

gösterilişi





Sıvama işlemleri genellikle oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Ancak biçimlendirmekabiliyetini artırmak veya biçimlendirme kuvvetini azaltmak amacıyla malzeme uygunsıcaklığa da ısıtılabilir.

7.4. Gererek biçimlendirme

Gererek şekillendirme işlemi öncelikle uçak ve otomobil endüstrisinde yaygın olarakuygulanan bir saç şekillendirme yöntemidir. Otomobillerin tavan saçlar ıyla çamurluklar ı, uçakkanatlar ı bu yöntemle üretilen parçalara örnektir. Gererek biçimlendirme işleminde sac ikiucundan veya çevresi boyunca bağlanır. Daha sonra biçimlendirme kalı bı saca doğruilerleyerek, malzemenin gerilmesini ve kalı bın şeklini almasını sağlar. Bu arada malzemeakma noktasının ötesinde genellikle % 2-4 oranında plastik şekil değişimine uğrar.

Şekil 7.12. Metalik saclar ın gererek şekillendirilmesi

Şekil 7.13. Gererek şekillendirme kalı bı





Al, Mg ve bu metallerin alaşımlar ından başka karbonlu ve alaşımlı çelikler, Ti vealaşımlar ı gibi sıcaklığa ve aside dayanıklı malzemeler, Ni ve Be gibi özel metaller gererekşekillendirilebilir.

Gerilmelerin parçaya homojen olarak dağılması nedeniyle, gererek biçimlendirmeişleminde geriye yaylanma olayı büyük oranda önlenmiştir. Genellikle çekme gerilmelerinin

etkin olduğu bu şekillendirme yönteminde işlemin başar ılı olabilmesi için malzemesünekliğinin yeterli olması gerekir.Gererek biçimlendirme yönteminde, diğer sac biçimlendirme yöntemlerine göre % 10-

15 oranında daha az malzeme kullanılır. Kullanılan kalı bın basit olması nedeniyle uygulanankuvvet yaklaşık %70 oranında daha azdır. Makine ve kalı p yatır ımının da düşük olması,gererek biçimlendirme yöntemini cazip k ılmaktadır.

Bu şekillendirme yönteminde gererek biçimlendirme oranı (G.B.O.) önemli bir parametredir. Bu oran aşağıdaki gibi belirlenir.

Taslak

l

Biçimlendirilmiş hgParça

Şekil 7.14. Gererek biçimlendirme oranını tanımlayan şekil

Gererek biçimlendirme oranı(G.B.O)= hg/l g

G.B.O malzeme özellikleri ve işlem koşullar ına bağlı olarak değişmektedir. Buişlemde, malzeme kalınlığından kaybederek biçimlendiğine göre, bölgesel boyun verme olayı

(hızlı kalınlık azalması) önlenmeli veya geciktirilmelidir. Bir malzeme için kalınlık arttıkçaG.B.O artar, çünkü malzeme çatlamadan daha fazla şekil değiştirebilir. Malzemenin taneyapısının ince olması, kalıntılardan ar ındır ılmış olması, tek fazlı olması, G.B.O’nın artmasınaneden olur.

7.5. Derin çekmeSaç levhalardan kap şeklinde parçalar elde etmede kullanılan yöntemlerin en önemlisi

derin çekmedir. Derin çekme işlemi, yassı bir metalik sacdan üç boyutlu derin bir kap eldeetme işlemi olarak tanımlanabilir. Derin çekme işlemlerinde zımbanın, dolayısıyla elde edilenürünün tabanı düzdür. Küresel veya daha karmaşık taban şekline sahip parçalarda derin çekmeişlemi ile beraber aynı zamanda gererek biçimlendirme işlemi de uygulanır .

Şekil 7.15. Derin çekme işlemini gösteren şematik resim.





Bu işlemde D0 çapındaki metalik bir kasnak, Dz çapında bir zımba yardımıyla birkabın içine çekilerek üç boyutlu bir kap elde edilmektedir. Metalin köşelere tak ılı pyırtılmasını önlemek için zımba ve kalı p köşeleri belirli eğrilik yar ıçaplar ına (R z ve R k ) sahipolmalıdır. Biçimlendirilen parçanın işlem sonrasında zımbadan sıyr ılması gerekir. Bunun için

değişik yöntemler uygulanır. Yukar ıdaki şekilde görüldüğü gibi kalı plar ın belirli birderinlikten sonra çaplar ının genişlediği görülmektedir. Çapın genişlemesi hem kalı p ile parçanın yan duvarlar ı arasındaki sürtünme yüzeylerini azaltmakta hem de sıyırma işlemineyardımcı olmaktadır. Parçanın üst k ısımlar ı, kalı bın dar bölgesinden geçtikten sonra geriyeyaylanma etkisiyle bir miktar genişler. Zımba geriye çekilirken parça kalı bın kesitdeğişiminin bulunduğu girintiye tak ılarak zımbadan sıyr ılır. Bazı kalı p tasar ımlar ındasık ıştırma kalı bı sıyr ılma kalı bı olarak da görev yapar Burada zımba ile sık ıştırma kalı bı arasında çok az boşluk vardır. Zımba geriye çekilirken, biçimlendirilmiş parça sık ıştırmakalı bının alt yüzeyine tak ılarak zımbadan sıyr ılır. Sıyırma işlemini kolaylaştırmak için bazenzımbanın ortasına tabana kadar uzanan bir delik açılır. Sıyırma işlemi esnasında bu delikten parçanın tabanına basınçlı hava gönderilerek sıyırma işlemi kolaylaşır. Bazı hallerde mekanik

sistemle devreye giren özel sıyırma kalı plar ı kullanılır.Gererek biçimlendirme işleminde taslak uçlar ından veya çevresinden bağlanır. Kabın

derinliği malzeme kalınlığının azalması ile elde edilir. Derin çekme işleminde ise malzemeninanma kalınlığında büyük değişiklikler olmaz. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi çapı büyükolan taslak, zımba yardımıyla çapı daha küçük olan kalı bın içine itilerek biçimlendirilir.

Şekil 7.16. Derin çekme işleminde radyal çekme ve çevresel basma kuvvetleri

Derin çekme işleminde malzeme radyal çekme kuvvetleri ile kalı p içine çekilirken,taslağın kalı p içine henüz girmemiş bölgesinde çevresel basma kuvvetleri oluşur. Çevresel

basma kuvvetleri malzemenin büzülerek kalınlaşmasına ve önlem alınmaz ise malzemenin

k ır ışmasına neden olur. K ır ışma olayı taslağın kalı p içine henüz girmemiş bölgelerinin uygun bir kalı p yardımıyla (pot çemberi) sık ıştır ılması sonucunda önlenir. Şayet sık ıştırma kalı bı kullanılmadan derin çekme işlemi uygulanacak ise k ır ışmayı önlemek için derin çekme oranı (d0/dz)< 1.2 olmalıdır. Kalı p geometrisine bağlı olarak, taslağın yeterince kalın olması durumunda da sık ıştırma kalı bına gerek olmayabilir.

Derin çekmede kullanılan pot çemberi çekme saçı malzemesini radyal doğrultudaakmaya zorlayarak katlanmalara engel olur. Pratikte, D/d⟩21/20 olduğu taktirde pot çemberikullanılır. D/d<21/20 olduğunda ise karakterisitik üçgenleri meydana getiren malzeme miktar ı az olduğundan işlem pot çemberi kullanmadan ve katlanmalar meydana gelmeden yapılabilir.





Şekil 7.17. Derin çekme işlemi ve pot çemberi uygulaması

Derin kaplar elde etmek için derin çekme işlemini aynı parça üzerinde tekrarlamakgerekir. Bu işlemler yeniden derin çekme işlemleri olarak tanımlanırlar.

Şekil 7.18. Yeniden derin çekme işlemine ait örnekler

Direkt yeniden derin çekme işleminde bükme ve doğrultma işlemleri, iki keztekrarlanır ve deformasyon sertleşmesi veya şekil değiştirme sertleşmesi büyük orandagerçekleşir. Şekil değiştirme sertleşmesini azaltmak için kalı p tasar ımında değişiklikyapılabilir. Soğuk şekil değiştirmiş malzemede şekil değiştirme yönü değiştirilirse malzemesünekliğinde artış görülür. Şekil değiştirme yumuşaması veya deformasyon yumuşaması diyetanımlanan bu olay ters derin çekme işleminde görülebilmektedir. Bu özellikten dolayı

yeniden derin çekme işlemlerinde ters derin çekme olayı tercih edilir.Derin çekilmiş bir kabın derinliğini artırmak için uygulanan diğer bir yöntem ütülemeişlemidir. Bu işlemde kabın taban kalınlığı sabit kalır, yan duvarlar ın kalınlığı inceltilerekderinlik artır ılır. Ütüleme işleminde kuvvet hesabı tel çekme işlemine benzetilerek yaklaşıkolarak yapılabilir.





Şekil 7.19. Derin çekilmiş bir parçanın ütüleme yöntemi ile derinliğinin artır ılması

Derin çekme işleminde malzeme üç ayr ı bölgede farklı gerilme ve plastik şekil

değiştirmenin etkisi altındadır. Zımbanın hareketinden dolayı parçanın tabanında iki eksenliçekme gerilmesi vardır. Taslağın dış çevresi kalı p girişinde radyal olarak kalı p içine çekilir.Malzeme kalı p içine çekildikçe taslak çevresi πd0 değerinden πdz değerine doğru azalır.Böylece malzeme çevresel olarak basma, radyal olarak çekme gerilmelerine maruz kalır.Ayr ıca sık ıştırma kalı bı da taslak düzlemine dik yönde basınç uygulamaktadır. Malzeme kalı piçine çekildikçe çevresel büzülmeden dolayı kalınlığında artma olur. Malzeme, kalı p yar ıçapı üzerinden geçerken bükme ve doğrultma işlemine uğrar. Bu arada radyal çekme kuvvetinin deetkisi ile kalınlığında azalma olur. Bu kalınlık azalması daha önceki kalınlık artışını bir miktardengeler. Parçanın yan duvar ında sadece çift eksenli çekme gerilmesi söz konusudur. Zımbaile kalı p arasındaki mesafe, malzemenin artmış olan kalınlığından az ise, malzeme burada

basınç etkisi altında ütüleme işlemine uğrayacaktır. Genelde kalı p ile zımba arasındaki mesafe

sürtünme kuvvetlerini azaltmak ve kalı p ile zımbanın aşınmasını önlemek için malzemekalınlığından belirli oranlarda büyük tutulur. Sadece malzeme kalınlığının homojen istendiğidurumlarda söz konusu mesafe malzeme kalınlığından küçük tutulur.

Şekil 7.20. Derin çekme işlemi esnasında farklı bölgelerdeki gerilme durumu

Zımbanın uyguladığı kuvvet, ideal şekil değiştirme kuvveti, sürtünme kuvvetleri veşayet varsa ütüleme işlemi için harcanan kuvvetin toplamına eşittir.





Şekil 7.21. Derin çekme işleminde uygulanan kuvvetin zımbanın ilerleme mesafesine göredeğişimi

Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı plastik gerilme sürekli artacağından, idealşekil değiştirme kuvveti işlem boyunca sürekli artar. Sürtünme kuvvetlerinin büyük bir k ısmı sık ıştırma kalı bının yüzeyinde oluşur. Bu kuvvet bileşeni başlangıçta hızlı artar. İşlemilerledikçe taslağın sık ıştırma kalı bı ile temas eden yüzeyi azaldığından, sürtünme kuvvetleride azalır. Ütüleme olayı derin çekme işleminin sonlar ına doğru başlar.

Derin çekme kuvveti, zımba yoluyla üretilecek parçanın tabanına uygulanır. Bu kuvvetdolaylı olarak yan duvarlara iletilir. K ır ılma olayı genellikle zımba eğrilik yar ıçapının hemenüstündeki bölgede görülür. Bu bölgede malzeme bükme veya radyal çekmeye uğramadansadece çekme birim şekil değişimine uğramaktadır. Bu bölgedeki şekil değiştirme düzlemsel

plastik şekil değiştirme türünde olup, kalınlığın incelmesine neden olur. Hasar önce boyunverme daha sonra yırtılma şeklinde olur.





7.5.1. Uygulama (derin çekme ile içecek kutusu imalatı)

Şekil 7.22. Bir içecek kutusunun üretim adımlar ı





Bir içecek kabı gövdesinin üretimi bir çok adımdan oluşan ve büyük bir k ısmı derinçekme yöntemiyle şekillendirilen karmaşık bir işlemdir. Şekilden de görüldüğü gibi, ilk olarakara mamul olan ve haddelemeyle üretilmiş olan sac malzemeden dairesel kesitli bir taslakkesilir. Daha sonra bu taslak derin çekilerek kutu formuna benzetilir. Bu adımdan sonra kutu

yeniden derin çekilerek yaklaşık boyutlar ına getirilir. Ardından, yeniden derin çekilmiş kutuiki veya üç ütüleme bileziği yardımıyla ütüleme işlemine tabi tutulur ve sac kalınlığı inceltilerek kutu final boyutlar ına yak ın değerlere getirilir. Ardından, kutu özel bir kalı ptaşekillendirilerek taban geometrisi oluşturulur. Bundan sonraki adımda, kutunun üst boyunk ısmı dönen bir kalı p sayesinde oluşturulur. En son adım olarak ise kutunun kapağı özel birkalı p kullanılarak ana gövdeye sabitlenir.

Bu işlemler sonucu üretilen kutu iç yüzeyi henüz içecek koyulmaya elverişli değildir.Bu nedenle kutunun iç yüzeyi polimerik bir malzemeyle kaplanır ve ardından f ır ında

pişirilerek kaplamanın sac malzemesine tutunması sağlanır. En son aşamada ise kutudekoratif olarak hazırlanır ve gerekiyorsa etiketleri yapıştır ılarak piyasaya sunulur.

7.6. Biçimlendirme sınır diyagramları Özellikle karmaşık şekilli saç parçalar için şekillendirmenin analitik olarak

incelenmesi güç olduğundan, malzemenin üretim koşullar ındaki davranışlar ını belirlemekamacıyla, şekillendirme veya biçimlendirme sınır diyagramlar ından yararlanılır. Bu amaçlametalik saç yüzeyine, elektrokimyasal yolla, aşağıdaki şekilde verilen örneklere benzerşekilde dairelerden oluşan bir ağ çizilir. Daha sonra yağlama yapılmadan yırtılma görülenekadar sac değişik yöntemlerle şekillendirilerek incelme (boyun) ve yırtılma oluşan bölgelerdedairelerin şekil değişimi incelenir. Şekillendirmede, eşit olmayan iki eksenli gerilme durumuoluşturmak amacıyla, değişik ende sac örnekleri kullanılır. Kare şeklindeki bir saçınşişirilmesinde eşit iki eksenli gerilme söz konusuyken küçük enli bir örnekte gerilme tekeksenli hale yak ındır. Dolayısıyla aşağıdaki şekilde soldan sağa gerilme hali tek eksenliden ikieksenliye dönüşmektedir. Belirli bir malzemeden alınan değişik enli bir seri saç örneğinyırtılana kadar şişirilmesinden sonra incelme ve yırtılma olan bölgelerde dairelerdeki şekildeğiştirme hesaplanarak şekillendirme sınır diyagramı çizilir.

Şekil 7.23. Metalik sac yüzeyine çizilen ağ örnekleri





Şekil 7.24. Kenarlar ından kenetlenmiş değişik endeki saç örneklerin şişirme deneyi

Şekil 7.25. Kenarlar ından kenetlenmiş değişik endeki saç örneklerin şişirme deneyi sonuçlar ı.Soldaki ilk örnekte yırtılmaya kadar oluşan şekil değiştirme sondakine k ıyasla daha büyüktür.

Şekillendirme sınır diyagramlar ının elde edilmesi amacıyla saç örneklerin üzerineçizilmiş olan dairelerdeki şekil değişimi şu şekilde incelenir: Aşağıda verilen iki şekilden degörülebileceği gibi şekillendirmeden sonra daireler elipse dönüşmektedir. Bir elipsin büyükekseni d1, küçük ekseni d2 ve şekil değişiminden önceki daire çapı d0 ise oluşan birim şekildeğiştirme miktarlar ı aşağıdaki gibi bulunur.

0

011

d

d d e

−= ve

0

022

d

d d e

−= veya )/ln( 211 d d =ε

Şekil değişiminin büyüklüğü nedeniyle gerçek şekil değiştirme (ε1 ve ε2) değerlerininkullanılmasının daha uygun olması gerekirken bir çok araştır ıcı şekillendirme sınırdiyagramlar ının çiziminde belirli bir neden olmadan e1 ve e2 değerlerini tercih etmektedir. e1 (veya ε1) daima pozitif, e2 (veya ε2) ise pozitif veya negatif olabilir.





Şekil 7.25. Çeşitli saç malzemelerin şekillendirme sınır diyagramlar ı. e1 daima pozitif, e2 ise pozitif veya negatif olabilir (solda). Elips alanı başlangıçtaki daire alanından büyük olduğu

taktirde, hacim sabitliği nedeniyle saç kalınlığı başlangıç değerine k ıyasla daha düşüktür. Birşekillendirme sınır diyagramında, eğrinin üzerinde kalan k ısım yırtılma bölgesini, altındakalan k ısım ise emniyetli bölgesini göstermektedir.

Şekil 7.26. Az karbonlu bir çeliğin şekillendirme sınır diyagramı. Beyaz noktalar yırtılmaolmadığını, siyah noktalar yırtılmayı, siyah-beyaz noktalar ise incelmeyi (boyun)

göstermektedir.





Şekillendirme sınır diyagramlar ının çizilmesinde, deney sonuçlar ına etki edenfaktörler saç kalınlığı, deformasyon sertleşme üssü (n), deformasyon hızı duyarlılık üssü (m),ıstampa-saç ara yüzeyindeki sürtünme şeklinde sıralanabilir. Saç kalınlığının artması malzemenin şekillendirme sınır diyagramının yükselmesine neden olur. Bunun anlamı saçınkalınlığı arttıkça şekillendirilebilirliğinin iyileşmesidir. İyi bir yağlama ise şekil değişiminin

daha üniform olmasını sağlar. Etkin bir yağlamanın yapıldığı saç şekillendirme işlemlerindesürtünme katsayısı soğuk şekil değişimi için 0.05-0.1, sıcak şekil değişimi için 0.1-0.2arasındadır.

Her malzemenin kendine has bir şekillendirme sınır diyagramı vardır. Eğri ne kadar

yüksekse malzemenin şekillendirilebilirliği de o kadar iyidir. Belirli bir 2e değeri için e2’nin

negatif olması halinde (örneğin -%20), pozitif olmasına k ıyasla (örneğin +%20) e1 değeridaha büyüktür. Başka bir değişle, bir şekillendirme işleminde e2’nin negatif olması saçınşekillendirilebilirliğinin iyileştirir ve dolayısıyla istenen bir durumdur.

YARARLANILAN KAYNAKLAR

1. E. Sabri Kayalı, C. Ensari, Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve Uygulamalar ı, İTÜKimya-Metalürji Fakültesi, Ofset Atölyesi, İstanbul, 2000.

2. L. Çapan, Metallere Plastik Şekil Verme, Çağlayan Kitapevi, Beyoğlu, İstanbul, 1999.

3. S. Anık, A. Dikicioğlu, M. Vural, İmal Usulleri, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2006.

4. S. Kalpakjian, S.R. Schmid, Manufacturing Processes for Engineering Materials, Prentice

Hall, Pearson Education, Inc., New Jersey, USA, 2003.

5. J.A. Schey, Introduction to Manufacturing Processes, Mcgraw-Hill Book Company, USA,1987.

6. G.E. Dieter, Mechanical Metallurgy, Mc Graw Hill, USA, 1988.

7. T. Savaşkan, Malzeme Bilgisi ve Muayenesi, 4. Bask ı, Trabzon, 2007.

Plastik Şekil Verme_ders Notu

Documents

Transcript of Plastik Şekil Verme_ders Notu