PLASTİK ŞEKİL VERME

1.PLASTİK ŞEKİL VERME ESASLARI

1.1.Tanım : Genellikle metal malzemelere katı halde hacim sabit kalarak ve bileşiminde değişim olmadan kalıcı şekil verme işlemleridir.

1.2.Sınıflandırma :

a) Kütle Deformasyon Yöntemleri

ü  Dövme

ü  Haddeleme

ü  Ekstrüzyon

ü  Çekme ( Tel, çubuk, boru )

b) Levha biçimlendirme yöntemleri

ü  Kesme

ü  Bükme

ü  Derin çekme

ü  Özel yöntemler

İşlem sıcaklığına göre sınıflandırma ; Soğuk, Ilık, Sıcak.

a.Bağımsız Değişkenler :

Mühendisler şekillendirilecek malzemenin kimyasını, içyapı durumunu ve böylelikle de özelliklerini ve karakterlerini tanımlamada özgürdürler. Mühendisler bunları şekillendirme işleminde kolaylık olacak şekilde veya bitmiş mamul için arzu edilen son özellikleri verecek şekilde seçebilirler.

1) İş parçasının başlangıç geometrisi : Bir önceki işlem veya mühendis tarafından belirlenmiş olabilir.

2) Takım veya kalıp biçimi : Haddeleme hadde çapı, sac şekillendirme bükme yarıçapı, tel çekme veya ektrüzyon kalıp açısı ve dövmede kalıp boşluğu gibi ayrıntıları içerir.

3) Yağlama : Yağlayıcılar soğutucu olarak, ısıl engel olarak, korozyon engelleyici olarak kullanılır.

4) Başlangıç sıcaklığı : Çoğu malzeme özellikleri sıcaklıkla büyük oranda değişir. Sıcaklığın denetimi işlemin başarısını doğrudan etkileyebilir.

5) İşlem hızı : Deformasyon işlemi donanımların çoğu bir hız aralığında çalışabilir. Hız yağlayıcı etkinliğinde, deformasyon için gereken kuvvete ve ısı geçişi için verilen zamana doğrudan tesir eder.

6) Deformasyon miktarı : Bazı işlemlerde kalıp tasarlanırken kalıp tasarımcısı tarafından, haddeleme gibi işlemlerde ise mühendis tarafından göz önüne alınır.

b.Bağımlı Değişkenler :

Bağımsız değişkenler tespit edildikten sonra, uygulanan işlem bağımlı değişkenlerin karakterini ve değerini belirler.

1) Kuvvet veya güç ihtiyacı : Seçilen malzemeyi son haline getirmek için belli bir miktar kuvvet ve güç gerekir. Mühendisler sadece bağımsız değişkenleri belirlerler ve buna bağlı  olarak ortaya çıkan durum yapılan ilk seçimlerin sonucu olur. Mühendisler işlem için gerekli bilgileri ve güç, kuvvet tahminlerini birleştirerek işlemi maksimize edebilirler.

2) Mamulün malzeme özellikleri: malzemelerin başlangıç özellikleri belli olmasına karşın deformasyonun ve sıcaklığın etkisiyle işlem sırasında bu özellikler tamamen değişir. Müşteri ise ortaya çıkan sonuç ile ilgilenir. Böylelikle başlangıç özelliklerini imalata uygunluğa dayanarak seçmenin yanında, bu özellikleri işlemin nasıl değiştireceğini bilmek veya tahmin edebilmek de gereklidir.

Bağımlı ve Bağımsız Değişkenler Arası İlişkiler:

1) Tecrübe: İşlemin uzun zaman uygulanmasına bağlıdır. Belli bir malzeme, donanım ve mamul için sınırlıdır.

2) Deneme: En az hata veren yaklaşım olmasına rağmen doğrudan deney yapmak hem zaman alıcı, hem de pahalı olmaktadır.

3) Modelleme: Burada probleme yaklaşımlar yüksek hızlı bilgisayar ve işleme ait bir yada birçok matematik modeller aracılığıyla olmaktadır. Modellerde kullanılan çoğu teknikler, olayı basitleştiren kabuller içeren uygulamalı plastisite teorilerine dayanmaktadır.

1.3.ÇALIŞMA KOŞULLARI ALTINDA SÜRTÜNME VE YAĞLAMA

Mamulün yüzey pürüzlülüğü ve boyut hassasiyeti genelde sürtünme ile orantılıdır. Yağlamadaki değişiklik deformasyon esnasında malzeme akışını ve tamamlanmış mamul özelliklerini değiştirir. Çoğu durumlarda, istenilen sürtünmenin etkisini ekonomik açıdan en aza indirmektir. Oysa, haddelemede olduğu gibi, bazı işlemler yeterli sürtünme sağlandığında ancak gerçekleştirilebilir.

Aşınma davranışı da sürtünmeye benzer bir olgudur. İş parçası takımlarla tek bir kez temasta bulunduğu için, onun maruz kaldığı herhangi bir tür aşınma genellikle gözlemlenemeyecek kadar azdır. Gerçekte, aşınma sonucu oluşan parlak yeni yüzey genellikle arzu edilen bir durum olmasına rağmen, takımdaki aşınma iş parçasının boyutlarının değişeceği anlamına gelmektedir. Sonuçta tolerans kontrolü kaybedilir ve bir noktada takımın yenilenmesi gerekir.

Yağlama metal şekillendirme işlemlerinde anahtar noktadır. Yağlayıcılar esas olarak sürtünmeyi azaltma ve takım aşınmasını yavaşlatma özelliklerine göre seçiliyor olmalarına karşın, ikincil beklentiler; ısı geçişine engel olup iş parçası sıcaklığını koruma ve takımı yüksek sıcaklıktan uzak tutma yeteneği, yeni iş parçası yerleştirilene kadar geçen sürede soğutucu olarak etki yaparak, takımı soğutma yeteneği ve mamulde sıvalı kalan yağın parçayı korozyondan koruma yeteneği olarak sıralanabilir. Ayrıca yağın kolay uygulanıp temizlenebilmesi, zehirli olmaması, kokusu ve tutuşabilirliği, temas ettiği yüzeylerle reaksiyona girmemesi, çalışma-basınç-sıcaklık aralığına uygun olması, yüzey ıslatma karakteri, fiyatı, piyasada bulunabilirliği ve akıcılığı önem taşımaktadır.

1.4.SICAKLIK İLİŞKİLERİ

İş parçası malzemesi özelliklerinin değişiminde sıcaklığın rolü bilinmektedir.

Sıcaklıktaki yükseliş;

- şekillendirmeyi kolaylaştıran dayanımda düşüş

- süneklikte artış

- pekleşme hızında düşüş yaratır.

Şekil verme işlemleri hem sıcaklığa, hem de şekillendirilen malzemeye bağlı olarak; SICAK, SOĞUK ve ILIK işlem olarak sınıflandırılabilir.

a.) Sıcak Şekillendirme: Metalin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerindeki kalıcı şekil değişimi olarak tanımlanır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı malzemeden malzemeye değişir. Ayrıca kristalleşme pekleşmenin etkisini ortadan kaldırır.

Yüksek Sıcaklıklar;

1. Atom yayınımını hızlandırarak kimyasal homojensizliği giderir.

      2. İç boşluklar deformasyon esnasında kapanır.

      3. Özelliklerde iyileşme yapan yeniden kristalleşme ile iç yapı değişir.

Sıcak Şekillendirmenin Olumsuz Yanları;

1. Metal ile çevresinde istenmeyen reaksiyonların oluşması

2. Isıl büzülmeler ve yerel farklı soğuma hızları nedeniyle toleransların daha zayıf olması

Ayrıca, düzgün olmaya soğuma, sıcak şekil verilmiş mamulde önemli miktarda artık gerilmelerin oluşumuna neden olabilir.

b.)Soğuk Şekillendirme: Metallerin yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki plastik deformasyonu soğuk şekillendirme olarak adlandırılır.

Üstünlükleri;

•  Isıtma gerektirmemesi
• Daha iyi yüzey kalitesi elde edilmesi
• Boyut toleranslarının iyi olup, kendinden sonra talaşlı imalat gerektirmemesi
• Mamullerin benzerlikleri ve birbirleri yerine kullanılabilirliklerinin iyi olması
• Pekleşme aracılığıyla, dayanım, yorulma, aşınma gibi özelliklerin arttırılması
• Yöne bağımlı özelliklerin görülebilmesi
• Katışıkların oluşturduğu sorunların en aza indirilebilmesi

Sınırlamaları;

•  Deformasyonu başlatmak ve sürdürmek için yüksek kuvvetler gerekir.
• Daha büyük ve güçlü tezgahlar gerektirir.
• Süneklik daha azdır.
•  Metal yüzeyleri temizlenmiş olmalıdır.
• Pekleşme ile azalan sünekliği arttırmak için ara tav gerekebilir.
•  Yöne bağlı özellik oluşumu sorun çıkarabilir.
•   İstenmeyen artık gerilmeler oluşabilir.
•       Ayrıca soğuk şekillendirme iç yapıyı değiştireceğinden mamulün çekme dayanımı başlangıç  malzemesinden farklı olacaktır.

c.) Ilık Şekillendirme: Sıcak ve soğul şekillendirmelerin arasındaki sıcaklıklarda yapılan deformasyonlar ılık şekillendirme olarak bilinir.

Soğuk Şekillendirme ile Karşılaştırıldığında;

• Takım ve kalıplara gelen kuvvetler azalır.
• Malzeme sünekliği artar.
•  Pekleşme miktarı azaldığından ara tavlama sayısı düşer.
• Sıcaklık yükseldikçe belli bir donanımla veya işlem süreciyle şekillendirilebilecek malzeme türü ve geometrisi artabilir.

Sıcak Şekillendirme ile Karşılaştırıldığında;

•   Daha düşük olan sıcaklık, daha az tufal ve karbonsuzlaştırma oluşturur.
•  Daha iyi boyut ve yüzey kalitesi elde edilir.
•   En son uygulanması gereken talaşlı işlem azalır ve hurda çıkan malzeme miktarı azalır.
•    Daha küçük taneli iç yapı ve biraz pekleşmenin var olması sayesinde şekil değiştirme sonrası son ısıl işlem ile özellikleri iyileştirmeye gerek kalmaz.
•    Enerji tasarrufu sağlanır.
• Takım ömrü uzundur

d.)Eşsıcaklıkta (İzotermal) Şekillendirme: Sıcaklığa duyarlı malzemeleri uygun şekilde deforme edebilmek amacıyla deformasyonu eşsıcaklık koşulları altında yapmak zorunda kalınabilir. Mamul kalitesi için kalıp ömründen fedakarlık yapıp, kalıp ve donanımları iş parçası sıcaklığına ısıtmak gerekebilir. İmalat koşulları yüzünden eşsıcaklık koşulları altında imal edilmiş parçalar genellikle dar toleranslar, düşük artık gerilmeler ve oldukça düzgün metal akışı gösterirler.

2.) DÖVME YOLUYLA PLASTİK ŞEKİL VERME

Dövmenin Tanımı:Yalnızca basma kuvvetlerinin etkisi altında genellikle sıcak,yarı sıcak veya soğuk olarak parçaya plastik şekil verme yöntemine dövme denir. Bir çok parça yüksek mukavemet istendiğinde dövme yoluyla şekillendirilir. İş parçasının basma kuvvetlerinin etkisi altında plastik şekil değiştirdiği bir şekil verme yöntemleri ailesi oluşturur. Krank milleri, el takımları, cıvata kafaları, dişliler, tekerlekler, biyeller, kancalar dövme örneklerindendir.

Dövme sıcak, yarı sıcak ve soğuk olarak uygulanabilir.

A.)Açık kalıpla dövme: En basit açık kalıpla dövme işlemi, örneğin silindirik bir parçaya, iki düzlemsel kalıp arasında, ekseni doğrultusunda uygulanan basma kuvveti etkisiyle şekil verilmesidir.         

B.)Kapalı kalıpla dövme: Kapalı kalıpla dövmede, açık kalıpla dövmeye karşılık iş parçası tamamen kalıp tarafından çevrelenmiş bulunmaktadır.

Gerçek kapalı kalıpla dövme işlemlerinde ise iş parçası tamamen kalıplar tarafından çevrelendiği gibi ayrıca çapak da oluşmaz.Bu yöntemde hammadde hacmi çok dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir.

a).Kafa şişirme: Bu yöntem genellikle dairesel kesitli metal bir çubuğun ekseni doğrultusunda uygulanan basma kuvveti etkisiyle, bir ucunun yığılarak şekillendirilmesidir. Özel yatay makinelerde sıcak, yarı sıcak veya soğuk olarak bu işlem cıvata üretiminde kullanılmaktadır.

b).Delme: Delme, kalın cidarlı içi boş parçalar elde etmek için uygulanan bir yöntemdir.

c).Dar kalıplar arasında dövme, uzatma, toplama: Takım geometrisi değiştirilerek bir çubuk adım adım ilerletilip dövüldüğü takdirde malzeme çubuğun ekseni doğrultusunda uzar.

2.1.)Dövme haddeleriyle şekillendirme:

Önceleri kapalı kalıpla dövme için taslak hazırlama amacıyla uygulanan bu işlem daha sonra büyük bir gelişme göstererek bitmiş parça üretiminde de kullanılmaya başlanılmıştır. Bu yöntemin kapalı kalıpla dövmeye taslak hazırlama uygulamalarına en uygun örneklerden biri krank üretimidir.

2.1.1.)İzotermal dövme: Bu yöntemde, uygun bir teçhizat vasıtasıyla, kalıplar iş parçası sıcaklığına kadar ısıtılır. Dövme sırasında da kalıplarla iş parçası yaklaşık aynı sıcaklık mertebesinde tutularak iş parçasının soğuması önlenir. Böylece, yüksek sıcaklıkta akma sınırı nispeten düşük olan malzemenin kalıp boşluğunu tamamen dolması sağlanır.

2.1.2.Orbital Dövme: Orbital dövme, malzemenin yörüngesel hareket yapan bir üst ve herhangi bir rotasyon hareketi olmayan bir alt kalıp arasında dövülerek şekillendirilmesidir. Alt kalıp eksenal olarak üst kalıba doğru yükselirken üst kalıbın ekseni dairesel, spiral, doğrusal, veya episikloidal hareketler yapar.

2.1.3.Radyal Dövme: Yüksek enerjili dövme, alışagelmiş dövme yöntemlerine kıyasla, genel olarak şu üstünlüklere sahiptir: karmaşık şekillerin bir vuruşta elde edilebilmesi, ince kemerli ve yükseklik/en oranı büyük kaburgalı parçaların dövülebilmesi, yüzeylerin daha düzgün ve boyutların daha kusursuz olması, kenar eğikliği ile talaş kaldırma payının küçüklüğü veya hiç olmaması, ince taneli bir yapı elde edilmesi.