İmalat yÖntemler ii - ekoendustri.com · İmalat yÖntemlerİ ii doç.dr.İrfan...

İMALAT YÖNTEMLERİ II Doç.Dr.İrfan AY-Arş.Gör.T.Kerem DEMİRCİOĞLU

İMALAT YÖNTEMLERİ II

PLASTİK ŞEKİL VERMENİN TEMEL ESASLARI Plastik şekil verme işleminde üç temel kuvvet uygulanır. Şekil değiştirmenin temel kuralı: (Hacim Sabitliği)

TOZ METALURJİSİ

ÜRETİM METALURJİSİ (Arındırma)

HAMMADDE (Cevher halinde)

PRİMER METALURJİ (Metaller)

KAYNAK

DÖKÜM

PLASTİK ŞEKİL VERME

TALAŞLI İMALAT

Çekme

Basma

Burma

l 0 l

hh 0

b 0

b

V0 = V


Şekil değiştirmenin temel kuralı: (Hacim Sabitliğinin Matematiksel Olarak Bulunması) Numunelerin çekme esnasındaki durumları Plastik şekil verme en güzel çekme deneyi eğrisi ile anlaşılır.

Çekme Deneyi Makinesi

lbh

000

000

000000

000

0

llln

bbln

hhln1ln

ll.

bb.

hh1

l.b.hl.b.h

l.b.hl.b.h

ϕ+ϕ+ϕ+=

++=

=

=

__

Her iki tarafın “ln” ini alırsak

45°

++ ++


Plastik şekil verme en güzel çekme deneyi eğrisi ile anlaşılır. Gevrek Malzemelerin Akma Mukavemetinin Bulunuşu

Hooke Kanunu

σ =E.Ɛ

Konstrüksiyon ve Tasarımcılar için

Plastik Şekil Verme Bölgesi (Dövme, haddeleme, ekstrüzyon,tel çekme)

Talaşlı İmalat

τ=G.γ

% Ɛ

σ Homojen

deformasyon

% Ɛ

σ

σak 0,2

Dökme Demir

Çelik

Bakır

0.002 %0.2


L 0 L

Ø D 0

ØØ DD

Çekme Eğrisinden Elde Edilen Mekanik Özellikler

1) Elastiklik Modülü E= σ / Ɛ = tan α Tan α küçük ise yumuşak zayıf malzeme Tan α büyük ise katı güçlü malzeme

2) Akma Mukavemeti 3) Çekme Mukavemeti

4) Kopma Mukavemeti

5) % Ɛ uzama

6) % Kesit Daralması A0 :Başlangıç kesit alanı Ak :Kırılma sonrası kesit alanı

7) Poisson oranı

υide = 0.50

υger = 0.25 – 0.40

υçel = 0.36 υZn = 0.32

8) Rezilyans Numunenin , kuvvet uygulandığında absorbe ettiği enerjiyi kuvvet kaldırıldığında geri verme özelliği olarak tanımlanır. Rezilyans çekme eğrisinin elastik sınırına kadar olan kısmın ε ekseni ile arasındaki alan ile ifade edilir.

σ

αα

αα αα

αα

αα

% Ɛ0

akak A

F=σ

0

maxçek A

F=σ

0

kopkop A

F=σ

100.uzunlukilk

uzunlukilk -uzunlukson % =ε 100.L

L -L %0

0=ε

100.A

A -A %0

k0=ψ

∆

∆

=υ

0

0

LL

DD

2.U akak

Rεσ

=

σ

% Ɛ


9) Tokluk Tokluk malzemeyi koparmak için harcanan enerjinin bir ölçüsü olup σ - Ɛ eğrisinin altında kalan alanı ifade eder Gerçek Eğri - Mühendislik Eğrisi

Mühendislik Gerilmesi Mühendislik Birim Şekil Değiştirme Gerçek Gerilme Gerçek Birim Şekil Değiştirme

σg B

% Ɛ müh , % Ɛ ger

σmüh

A

(σg – Ɛ g )

(σmüh– Ɛ müh )

C

σσ

%% Ɛ

0müh A

F=σ

0müh A

F=σ

=+

−=−=−

=

ε

ε

0müh

00

0

00

0müh

LL1

1LL

LL

LL

LLL

g

gger A

F=σ

=−===ε ∫

00

L

L

L

L LLlnLlnLlnLln

LdL

00

g


Mühendislik Uzaması ile Gerçek Uzama Arasındaki İlişki Bulmuştuk Bulmuştuk İki nolu denklemde L/L0’ ın yerine değeri yazılırsa Bulunur. Mühendislik Gerilmesi ile Gerçek Gerilme Arasındaki İlişki Bulmuştuk Bulmuştuk Hacim sabitliği ifadesinden ( V0 = V ) değerler yerine yazılırsa

Mühendislik Uzaması ile Gerçek Uzama Arasındaki İlişkinin Matematiksel Olarak Tespiti

Ɛ müh 0.01 0.05 0.20 1 2 5 10

Ɛ g 0.01 0.048 0.18 0.69 1.1 1.8 2.4

Mühendislik Gerilmesi ile Gerçek Gerilme Arasındaki İlişkinin Matematiksel Olarak Tespiti

Ɛ müh 0.01 0.05 0.20 1 2 5 10

σ g

σ müh = 20 kg/mm2 Alınırsa Formülünden

( )[ ] bulunur. . Buradan

olur. LL.

AF

LA.L

F

konursa yerine de 2 bulunur. degerinin A' LA.L

LA.L

bölünürse ye L tarafikiHer olur. A.LA.L

1g

0000g

00

00

mühmüh +εσ=σ

==σ

=

=

=+ε

0müh L

L1 1

=ε

0LLlng 2

( )1ln mühg +=ε ε

0müh A

F=σ

g

gger A

F=σ1 2

)1g mühmüh.( +εσ=σ


Gerçek Çekme Diyagramı Mühendislik Çekme Diyagramı Gibi Bir Maksimumdan Geçmez

Denklemlerin Yorumu: Gerçek çekme eğrisinin eğimi gerçek gerilme değerine eşit olduğu anda, çekme kuvveti de maksimum değerini almaktadır. Bu sonuç fiziksel bakımdan, gerilme artışının kesit küçülmesi nedeni ile gerilmedeki düşmeyi dengelediğinin göstergesidir. Çekme kuvvetinin maksimum olduğu noktaya kadar pekleşme nedeni ile gerilmedeki artış, kesit küçülmesi nedeni ile gerilmedeki düşüşten fazladır. Çekme eğrilerinde, plastik alanda pekleşme derecesi sürekli küçülür. Bunun sonucu pekleşme sebebi ile gerilmenin yükseltilmesi gereğini azaltır. Sonuçta çekme kuvvetinin maksimum olduğu noktada 4 no lu denklem elde edilir. Şekil

değişiminin daha da artması plastik dengesizliğe yol açar çubuk büzülmeye başlar ve bu bölgede yoğunlaşan şekil değiştirme sonucunda parça kopar. Bununla beraber tüm çekme deneyi boyunca ve çekme kuvvetinin maksimum olmasından sonrada pekleşme devam ettiği için gerçek çekme diyagramı mühendislik çekme diyagramı gibi bir maksimumdan geçmez ve gerçek gerilme kopma anına kadar artmaya devam eder. Dairesel kesitli çubuklarda gerçek şekil değiştirmenin çubuğun o anındaki çapının ölçülmesi ile hesaplanabileceği aşağıdaki denklemden görülür.

gg

g

g

gg

g

g

gg

dd

0ddF

A.dd

.AddF

AddL.

LA

ddA

σ=σ

=

σ−σ

=

−=−=

ε

ε

εε

εε 3Elde edilir

Denklem 1 ve 3 ten

yazılırsa

Maksimum çekme kuvvetinde

olacağından

bulunur. 4

LdLd

0ddL.A

ddA.L)L.A(

dd

ddV

A.L)(V

ddA.

dd

.A)A.(d

dddF

g

gggg

gg

g

gg

gg

=

=+==

=

σ+σ

=σ=

ε

εεεε

εεεε

Gerçek Kuvvetin Gerçek Şekil Değiştirme İle Artış Hızı

2

1

Bulunur

olduğu göz önüne alınarak

Şeklinde

Plastik şekil değişiminde çekme çubuğunun boyunca hacmin sabit kaldığı düşünülürse

L.AL.A 00 =

=

=

=ε

DDln2

AAln

LLln 00

0g


Ludwig’in Değişik Malzemeler İçin Yaklaşık Gerçek Gerilme - Gerçek Şekil Değiştirme Eğri Denklemleri

1) Tam Elastik Malzemeler (Cam, seramik, dökme demir)

2) Rijit, Tam Plastik Malzemeler ve Dinamik Modeli

3) Rijit, Lineer Pekleşen Malzemeler ve Dinamik Modeli

4) Elastik, Tam Plastik Malzemeler ve Dinamik Modeli

5) Elastik,Lineer Pekleşen Malzemeler ve Dinamik Modeli

PP

σσ

Ɛ

σg = K. Ɛ n n = 0

PP

σ

Ɛ

σg = σak + K. Ɛn n = 0 K = ∞

Pσ

Ɛ

σg = σak + K. Ɛn n ≠ 0 K ≠ 0

P

σ

Ɛ

σg = K. Ɛn + K. Ɛn n = 0 n = 0 K = ∞ _

P

σ

Ɛ

σg = K. Ɛn + K. Ɛn n = 0 K ≠ 0 n ≠ 0


Soğuk Şekil Verme Pekleşme Üsteli (n)’nin (σg – Ɛ g ) eğrilerine etkisi:

Soğuk şekil vermenin temeli, pekleşme (sertleşme) nin meydana gelmesidir. Pekleşme üsteli (n = 0 – 1 ) arasında değişir. Malzemeyi soğuk olarak deforme ettiğimizi farz edelim. Dökümden çıkmış 6-7 numuneyi ayrı ayrı %10, %20, %30, %40 olacak şekilde deforme edip çekelim. Gerilme – Uzama – Deformasyon Eğrisi

σ

Ɛ

K

n = 1

n = 1/2

n = 0

0 1

%%1100 %%2200 %%3300 %%4400 %%00

σ

% Ɛ 0

%10

%20

%30

%40

% φ σakk

σçek

σçek σak


Soğuk Şekil Verme – Toparlanma (Poligonizasyon) ve Yeniden Kristalleşme Eğrileri

Sıcak Şekil Verme Genellikle 0.5 Tm’nin üstündeki deformasyon sıcaklıklarında yapılır. Sıcak işlemle gaz boşlukları giderilir. Uzayan taneler küçük ve eş eksenli olur. Oksit, sülfür, nitrür gibi istenmeyen maddeler kırılır ve üniform şekilde dağılır. Şekil verme için gerekli enerji azalır, şekillendirme kolaylığı artar. Sıcak şekil vermede deformasyon hızı (Ɛ˙ ) çok önemlidir. Sıcak

şekil vermede (σg – Ɛ g ) eğrisi aşağıdaki gibidir. Sıcak şekil vermede mühendislik deformasyon hızını aşağıdaki şekilde bulabiliriz.

SSooğğuukk ŞŞeekkiill VVeerrmmee TTooppaarrllaannmmaa ((PPoolliiggoonniizzaassyyoonn))

YYeenniiddeenn KKrriissttaalllleeşşmmee

% φ t zaman t zaman

σσ %% Ɛ

%% Ɛ

σσççeekk

σσaakk

AAlltt ttaannee YYeenniiddeenn kkrriissttaalllleeşşmmee

OOrriijjiinnaall YYaappıı

OOrriijjiinnaall YYaappıı

UUzzaammıışş TTaanneelleerr

TT<<00,,33TT 00,,33TTmm<<TT<<00,,55TTmm TT>>00,,55TT

SSeerrttlliikk

σσ

%Ɛ ger

0

0müh L

LL −=ε

olur. 0L

Vmüh

0L

V

dt

dL.

0L

1

dt0L

0LL d

müh

=

=

•

•

ε

ε ==

− VdtdL

=

Deformasyonu yapan takımın hızı


Gerçek deformasyon hızı ise aşağıdaki şekilde bulunur. Deformasyonu yapan takımın hızı

Gerçek gerilmenin hıza bağlı formülü aşağıdaki şekilde yazılır. C : Mukavemet katsayısı m : Şekil verme hızı hassasiyet katsayısı

(m) şekil verme hızı hassasiyet katsayısının şekil verme yöntemine göre değerleri aşağıdaki şekildedir.

1) Soğuk şekil vermede -0.05 < m < 0.05 2) Sıcak şekil vermede +0.05 < m < 0.3 3) Süper plastisitede 0.3 < m < 0.7 4) Newton sıvılarında m = 1 olarak alınır.

m < 0.1 ise malzeme sünek değildir, gevrektir. 0.3 < m < 0.4 ise malzeme sünektir. m > 0.5 ise malzeme süper plastiktir. m = 1 ise malzeme cam gibi akar

Plastik Şekil Verme Mekanizmaları

1. Kayma Mekanizması - (%99) 2. İkizlenme Mekanizması - (%1) 3. Yayılma Sürünmesi – (%-) 4. Tane Sınırlarının Kayması – (%-)

Kayma Mekanizması İle PŞV

bulunur.olarak LV

dtdL

L1

dtLLLn d

LLLn

gerger

0ger

0ger

=

=

==

••

•

εε

εε

VdtdL

=

m

ger.Cger

•ε=σ

b b

a

KKaayymmaa ÖÖnncceessii KKaayymmaa SSoonnrraassıı

a


Kritik Kayma Gerilmesi Hesabı (Schmid Kanunu)

Kritik kayma gerilmesini hesaplamak istersek ; Açılara değer verirsek φ = λ = 0° iken; Örn: Cam ve dökme demirler Açılara değer verirsek φ = λ = 45° iken; İkizlenme Mekanizması İle PŞV:

Alan İlişkileri

λ=

=λ

cos.FF

buradan FFcos

r

r

ϕ=

=ϕ

cosAA

buradan A

Acos

0

0

[ ] olur cos . λ .cosσ

buradan λ.cos .cosAF

cosA

λ F.cosAF

nk

00r

k

τ

τ

ϕ=

ϕ=

ϕ

==

Kuvvet İlişkileri F

Fr φ

λ

A0

A

[ ]nk 0 cos . 0 cosnk σ .σ ττ =⇒=

=⇒==

= °°

2σ

2σ

2

2 .σ

.σ

nk

n2 .

2nk

45 cos . 45 cosnk

ττ

τ

İkiz öncesi İkiz sonrası


Kayma ile ikiz arasındaki farklar ;

1. Atomların yer değişimi açısından ─ a, 2a, 3a, 4a (kayma) ─ a, a, a, a (ikiz)

2 3 4 2. Oluşum açısından ─ T° normal, Ɛ° kritik (kayma)

─ T° ↓↓, Ɛ° ↑↑ (ikiz) 3. Oluşum düzlemleri açısından ─ Tek bir kayma düzlemi üzerinde kayarak (kayma) ─ Referans düzleme göre simetrik harekette (ikiz)

Yayınma Sürünmesi Yoluyla PŞV: Oluşum şartı T° ↑↑, Ɛ°↓ ise Atomlar plastik deformasyonun olduğu tarafa doğru sürüklenerek

Tane Sınırı Kayması Yoluyla PŞD: Oluşum şekli ; T° ↑↑, Ɛ°↓ Tanelerin birbirine göre konumlarını değiştirmesiyle P.Ş.D’ ye katkısı olur.

SOĞUK VE SICAK ŞEKİL VERMEDE "KUVVET" ve "İŞ" HESABI Malzemenin sağlamlığı :(kf) (kp/mm2) Gerekli olan kuvvet: A.kf=mm2.kp/mm2=kp İdeal kuvvet : (Fid) = A.(kfid) Gerçek Kuvvet : (Fg) = A.(kfg)

ϕ=⇒ϕ=

===

ϕϕ

=

=

−==

=⇒=

=

∫∫

kf. VW V.kf.W

kfkf

kfkf

.V.kf.V.kf

WW

hh

ln kf. V. W

)hln h(ln hln kf. V. W

hdhA.h.kfdw

(h)(h)A.kf.dh. dw

∆h .FW

g

id

g

id

g

id

ger

id

1

0

10h

h

h

h

h

h

0

1

0

1

0

1

ηη

Küçük şekil değiştirmeler için

F V

Bazen "Özgül iş" kullanılır

φ

(verim)

İş Hesabı Ø d0

h0

Ø d1

h1


Problem Yumuşak tavlı C35 (% 0,35 C) çeliğinden çapı d0= 20 mm olan silindirik parça 10 mm yükseklikten 5 mm’ lik yüksekliğe soğuk dövmeyle indirilmektedir. Verim 0,80 kabul edildiğine göre;

a) Fger= ? b) Wger=? (Verilen kf ve özgül iş diyagramı veriliyor)

Diyagramdan takip edilerek % 69,3 deformasyon oranı için kf = 800 N/mm bulunur. Diyagramdan bulunan kf = kfideal’dir.

3,69 %693,01

0

2

00

00

20

220

0

gerger

2ln5

10ln hhln

miktarınDeformasyo

mm628AA5

10.314

Ah

hAhh.A

hh.A

kuralından sabitliği Hacim

mm314A4

)20.(14,34

π.dA

kf .A F a)

=⇒=== ϕϕϕ ⇒=

=⇒=

=⇒=

=⇒==

=

40 80 120

a

1000

800

600

400

200

0

kf

a

φ %φ

Nmm/mm3

N 6280001000.628F

mm/N 1000kf 80,0kf800

kfkf

ger

2ger

gerger

id

==

=⇒=⇒= η

Nmm 217602000.0,693(628.5).10

.kf )..h(A

.kf.VW )b

ger11

gerger

==

ϕ=

ϕ=


DÖVME YOLUYLA PLASTİK ŞEKİL VERME

Dövmenin Tanımı: Yanlızca basma kuvvetlerinin etkisi altında genellikle sıcak, yarı sıcak veya soğuk olarak parçaya plastik şekil verme işlemine dövme (forging) denir.Birçok parça yüksek mukavemet istendiğinde dövme yoluyla şekillendirilir. Dövme Yöntemleri Açık Kalıpta Dövme (Open-Die Forging): Bu dövmenin özelliği parçanın yanlara doğru rahatça genişleyebilmesidir. Silindirik bir parçada dövme sonucu fıçılaşma oluşur.

Açık Kalıp Örnek

Fıçılaşma Olayı:

Fıçılaşma dövülen parçanın bombeleşmesidir. İki nedenle meydana gelir.

a. Sürtünme: Dövülen parça alt ve üst kalıpla temas halinde olduğundan temas eden yerlerde malzeme kolay akamaz orta kısmı daha kolay akar.

b. Sıcaklık Farkı: Tav fırınından çıkan parça kalıp içine konulur. Değen kısımlarda ısı kaçışı hızlı olur.Parçanın ortası hala sıcaktır. Bu sıcaklık farkından malzemenin ortası kolay akar kenarlar zor akar.


Fıçılaşma Olayından kurtulmak için: a. Alt kalıp sarkaç şeklinde hareket ettirilir. b. Alt kalıp aşağı yukarı hareket ettirilir. c. Alt kalıp sağa sol hareket ettirilir.

Böylece sürtünme yarı yarıya azalır. Bombeleşmede yarı yarıya düşer. Kapalı Kalıpta Dövme (Closed-Die Forging) Bu dövmenin özelliği karmaşık şekilli parçaların dar toleranslar içinde elde edilebilmesi için yapılmasıdır. Çapaklı dövme, çapaksız dövme ve damgalama (stamping) gibi çeşitleri vardır. Çapaklı dövme Bu dövmenin özelliği V+∆V hacminin çok iyi ayarlanması gerektiğidir.

Çapaksız dövme (Hassas Dövme) Bu dövmenin özelliği asla ∆V hacmini kabul etmemesidir. Dolayısıyla V hacmi çok iyi ayarlanmalıdır. Dövmeden sonra makinede işlem gerektirmeyebilir.


Yığma dövme (Upset Forging) Bu dövmenin özelliği kapalı kalıpla dövme sınıfına girmesidir. Cıvata başı gibi yığma gerektiren parçalara uygulanır.

Damgalama (Stamping) Bu dövmenin özelliği paralar madalyalar ve küçük kabartma parçalarının genellikle soğuk olarak kapalı bir kalıpta hassas olarak dövülmesidir. Malzemeye akma mukavemetinin 5-6 katı kuvvet uygulanır. Çok ince detaylar elde edilir. Yağ kullanılmaz.

Örnek Damgalama (Stamping)


DÖVMENİN MEKANİĞİ

Rijit tam plastik bir ideal malzeme sürtünmesiz şekilde dövüldüğünde ; Kuvveti Hesabı: İş Hesabı:

Pekleşen bir malzeme ise kuvvet hesabı ; Toplam dövme işi ;

Şayet dövülen parça dikdörtgen prizması şeklinde ise; Plastik şekil verme hesap yöntemlerinden “gerilme teorisi” esas alındığında Dövme gerilmesi: Malzeme pekleşen ise dövme gerilmesi:

ε

σm σak

σ=

=

=

=

σ=

σ==

1

00akdöv

1

00fdöv

1

001

1100

1akdöv

akfdir. 1fdöv

hh.A .F

hh.A .kF

hh.AA

.hA h.A

A . F)(k A .kF

Hacim sabitliğinden;

bulunur Buradan

bulunur

σ=

σ=

σ=

σ=

=

=

∫ ∫

1

01aktopiş

1

01akiş

01akiş

01akiş

döviş

döviş

hhln .A ..VW

hhln .A .W

.A .W

dA .dw

d.Fdw

.FW

ε

ε

ε

ε

εε

[ ] .olur A )..K( F

A . F

1n

döv

1gerdöv

ε=

σ=

σ=

+=

=

=

∫

∫

1h0h

ln.A..h.AW

1h0h

ln.A.1n

.K.h.AW

d .A..K.h.AW

dF.VW

1m00topiş

1

n

00topiş

1n.00topiş

.dövtopiş

εεε

ε

2w

h 0

2a a x

y σy

σx σx

µ.σy

h/)xa(2µaky e ).(- −σ=σ

h/)xa(2µaky e )..

32 (- −σ=σ


Dövme kuvveti: Şayet parça silindirik koordinatlarla verilmişse;

Dövme gerilmesi: Malzeme Pekleşirse Dövme gerilmesi: Dövme kuvveti:

Problem 1: Çapı 150 mm olan yüksekliği 100 mm olan silindirik bir parça oda sıcaklığında açık kalıpta dövülecektir. Dövülecek malzemenin mukavemet katsayısı K=103 kp/mm2 dir. Pekleşme üsteli n=0,17 Sürtünme katsayısı µ=0,2 alınarak yükseklik 50 mm indiğinde dövme kuvveti ne olur? Çözüm

[ ]

olur. 2.a.wF

zamanda Aynı ha.µ1.

2.w.a. Fsonucu integralinBu

)dx.e .-(2w F

dx )-(2w F

dövm

akm

mdöv

a

0

h/)xa(2µakdöv

a

0ydöv

=σ

+σ=σ

σ=

σ=

σ=

∫

∫

−

R

r

δθ

h/)rR(2µakz e ).-( −σ=σ

h/)rR(2µakz e )..

32 (- −σ=σ

)h3R21.( akm

µ+σ=σ

...kp .R. F m2

döv =σπ=

µ.Fz

Fz

Fr ∂d dr

FFθθ

Ø d0=150 mm

h 0=1

00 m

m

h 1=5

0 m

m


Problem 2: Çapağı dahil izdüşüm alanı A=19355 mm2 olan çok karmaşık şekilli bir parça 10 000 tonluk bir preste dövülecektir. Parçanın minimum ve maksimum akma sınırları ne olabilir? Verilenler:

φ = düzeltme katsayısı Parça şekli

3-5 Basit şekilli çapaksız5-8 Basit şekilli çapaklı8-12 Karışık şekilli

Çözüm

10.2

02

1

1

21

0

20

1100

10

m

m2

döv

hh

dd

buradan h.4d.

h.4d.

h.Ah.AVV

;densabitliğinHacimımhesaplayal i veR

).R.( F

için parçalarSilindirik

=

π=

π

==

σσπ=

bulunur. ton 4378124).106.14,3( F

mm/kp12450.3

106.2,0.21.97

mm/kp97)693,0.(103

Buradan

bulunur. 693,02ln50

100lnhh

ln

z.yazabiliri .Kk

formülünde h3R2

1.

mm106R

mm21250

100150hh

dd

2döv

2m

217,0ak

1

0

nfak

akm

1

.2

1

0.201

εε

≅=

≅

+=σ

==σ

====

==σ

µ+σ=σ

=⇒

===

bulunur

mm/kp 5,64mm/kp 4319355.8

000 000 10 19355.12

000 000 10.A

F

.AF

için akma minumum veMaksimum.A

Fburadan.A F

..Ak F

2maxak 2

minak

maxakminak

1

dövmaxak

1

dövminak

1

dövak

1akdöv

1fdöv

=σ=σ

=σ=σ

=σ=σ

=σ

σ==

ϕϕ

ϕ

ϕϕ


DÖVMEDE BAZI KAVRAMLAR

1. İZOTERMAL DÖVME: Kalıbın iş parçası sıcaklığına kadar ısıtılması izotermal dövmedir. Pahalı bir yöntemdir. Titanyum ve Nikel gibi malzemeler dövülür.

2. ORBİTAL DÖVME: Dövülecek olan malzemenin yörünge hareketi yapan bir üst kalıp ile rotasyon hareketi olmayan bir alt kalıp arasında dövülerek şekillendirilmesidir.

Kapalı kalıpta sıcak dövme İzotermal


Orbital Dövme Örnek

3. RADYAL DÖVME: Genellikle soğuk, gerektiği zaman sıcak olarak 2 veya 4 tane çekicin radyal hareketiyle çubuk veya tüp şeklindeki parçaların (kademeli miller, tabanca tüfek namluları ve tüpler) dövülmesidir.

(a) Various movements of the upper die in orbital forging (also called rotary, swing, or rocking-die forging); the process is similar to the action of a mortar and pestle. (b) An example of orbital forging. Bevel gears, wheels, and rings for bearings can be made by this process.


(a) Schematic illustration of the rotary-swaging process. (b) Forming internal profiles on a tubular workpiece by swaging. (c) A die-closing type swaging machine, showing forming of a stepped shaft. (d) Typical parts made by swaging.

(a) Swaging of tubes without a mandrel; not the increase in wall thickness in the die gap. (b) Swaging with a mandrel; note that the final wall thickness of the tube depends on the mandrel diameter. (c) Examples of cross-sections of tubes produced by swaging on shaped mandrels. Rifling (spiral grooves) in small gun barrels can be made by this process.


DÖVME MAKİNALARI Hidrolik Presler: Bu preslerde koç hızı nispeten düşüktür. 0,06-0,30 m/s ve strok boyunca hız sabit kalır. Hem açık hem kapalı kalıplarda kullanılırlar. Günümüzde en büyük hidrolik presin kapasitesi ≈ 80 000 ton dur.

Mekanik Presler:Kranklı veya eksantrikli olabilir. Koç hızları strok boyunca değişkendir.Alt ölü noktada yük çok yükseldiğinden aşırı yük emniyeti tertibatı olmak zorundadır. Koç hızları 0,06-1,5 m/s arasında ve en büyük mekanik pres 12 000 tonluk tur.

Vidalı Presler: Kare dişli çok büyük adımlı bir vida sistem içinde serbestçe döner. Bir mile bağlı iki disk vardır.milin ucuna volan bağlanmıştır. Kare vida ucundaki disk sürtünme ile kendisine dik olan iki diske inme ve çıkma durumuna göre sürterek aşağı yukarı iner çıkar.Koç hızları 0,6-1,2 m/s arasındadır.Türbin kanadı gibi hassas parçaların dövülmesinde kullanılır en büyük vidalı pres 160 MN ≈ 17 000 ton dur.

5000 TON 6500 TON 10000 TON

5-150 TON 5-150 TON 10-250 TON

1. ElectricMotor 2. Bush 3. Main Shaft 4. Gear Wheel 5. Oil Cup 6. Rolling Key 7. Clutch 8. Pinion 9. Check Nut 10. Ram (Slide) 11. Bolster Plate 12. Clutch Rod 13. Ram Guides 14. Sleeve 15. Fly Wheel 16. V-Belt 17. Pressure Screw 18. Main Body 19. Stand 20. Die Clamp

50-350 TON50-350 TON


Vidalı Pnömatik Pres: Çekiçler (Şahmerdanlar): En ucuz dövme makineleridir. Koç hızları 3-9 m/s arasında değişir. Ağırlık düşmeli çekiç, Güç düşmeli çekiç, karşı vuruşlu çekiç ve pnomatik çekiç tipleri mevcuttur. En çok kullanılan dövme makinesidir. Günümüzde maksimum çekiç kapasitesi ≈ 120 ton dur.

30-500 TON


DÖVME KUSURLARI DÖVME KUSURLARI

1. Hammaddeden gelen kusurlar: a. Katmer Kusuru:

c. Gözenek (porozite) kusuru: Dövme ile yalnızca bu kusur düzeltilebilinir.

2. Kalıp Tasarımından Gelen Kusurlar: a. Keskin Köşe Kusuru

b. Gereğinden fazla malzeme(∆V):

d. Kalıntı (inclusion) kusuru:


b. Fazla hammadde dar kalıp alanı kusuru

c. İkincil çeki gerilmeleri sebebiyle çatlak oluşumu


3. Isıl İşlemden Kaynaklanan Kusurlar a. Tufal Oluşumu: Dövme işleminden önce tufal mutlaka giderilmelidir.

b. Dekarbürizasyon (Karbonsuzlaşma): Karbon kaybına uğrayan tabaka dövme sonrası talaş kaldırılarak giderilecekse sorun olmaz.


HADDELEME YOLU İLE İMALAT

Slab Blum Kütük

Levha Saç Şerit Çubuk Filmaşin Çubuk

İnce Tel Dikişsiz Boru

Teneke Dikişli Boru

Ray Çubuk Profil

E-Profil Köşebent T-Profil I-Profil

Yuvarlak Yassı Çokgen Kare


HADDELEME: İki tane döner merdanenin basma kuvvetinin etkisiyle araya giren malzemeye soğuk yada sıcak olarak plastik şekil verme işlemine haddeleme denir. Haddeleme yoluyla kare, yuvarlak, yassı, çokgen, kesit, köşebent, T demiri, I demiri, U demiri, ray gibi mamuller üretilir. Haddelemenin en temel hammaddesi 1x1x1,5 m boyutlarında çok büyük ingotlardır. Bunlar yere döşeli tav fırınlarında tavlandıktan sonra vinçlerle kaldırılarak blok haddelerinden geçirilirler.Ve ilk yarı mamuller olan slab, blum ve kütük adını verdiğimiz yarı mamuller elde edilir. Slab dikdörtgen kesitli; blum ve kütük kare kesitlidir. Her 3 yarı mamulden sırasıyla elde edilen diğer yarı mamuller yukarıdaki şekilde görülmektedir.Bu tablonun önemli olduğu unutulamamalıdır. MERDANE YAPISI HADDE DÜZENEĞİ Şekle göre çok büyük güçlü bir motor (400 - 1500 BG) önce yavaş hızla dönerek volan’ı belli bir kritik hıza getirir. Böylece volan dönme enerjisi ile yüklenmiş olur. Merdaneler arasında haddelenecek malzemenin geçmesinde bu enerjiden istifade edilir. Motor devri haddeleme olayı için çok yüksek olduğundan düşürülmesi gerekir. Küçük dişli, büyük dişli ikilisinde bu istek yerine getirilir.Hareket ileten dişlilerin her birinde aynı devir ve güç bulunur. Hareket millerle merdanelere iletilir. Böylece merdaneler çalışır. En sondaki üçlü merdaneye ayak tabir edilir. Piyasada tekli, ikili, üçlü ayaklarla çalışıldığı gibi on, on bir ayaklı düzeneklerde mevcuttur.

Kavrama Muylu Gövde Merdanenin Yapısı: Malzemesi: DD (alaşımlı alaşımsız) DÇ (alaşımlı alaşımsız)

Merdaneler Miller Dişliler Volan Devir Motor Düşürücü


MERDANE DÜZENLERİ

ARTIK GERİLMELER

Üçlü

İkili İkili Tersinir

Dörtlü Altılı

1800 m/dak 1060 m/dak 640 m/dak 398 m/dak 248 /d k

Seri Haddeleme

2.25

1.45

0.90

0.56

0.34

0.26

Planet Düzeneği

Büyük Çaplı

←Çeki Bası→ ←Çeki Bası→

Küçük Çaplı


ÇUBUK VE PROFİLLERİN HADDELENMESİ

Profiller Kalibre: Merdanenin yüzeyine açılmış uygun profiller

Paso: Karşılıklı iki merdane bir araya geldiğinde ortaya çıkan şekle denir.

ÇUBUK VE PROFİLLERİN HADDELENMESİ AÇIK PASO - KAPALI PASO

Ara Çizgi

Haddeleme Çizgisi

Alt Ezme

Üst Ezme

Açık Paso Kapalı Paso

Ara çizgi paso içinde kalıyorsa açık paso

Ara çizgi paso dışında kalıyorsa kapalı paso


HADDELEMENİN MEKANİĞİ KALINLIK AZALMASI HESABI

HADDELEMEDE HIZ HESABI

h0

R

R

h

∆h/2

∆h/2

θ

θ

)Cos1.(R2h

)Cos1.(R)Cos1.(R2h

2hh

)RCosR()RCosR(hhh 0

θ−=∆

θ−+θ−=∆

+∆

=∆

θ−+θ−=−=∆

V0 V1 N

Vm

Vm.Cos θ θ

N=Nötr Düzlem

θ=

>θ−

<θ−

θ=

CosVV

0CosVV

0CosVV

Cos.VV

.ms

.ms

.ms

HIZI.MERDHIZISAÇ

GİRİŞ BÖLGESİNDE

ÇIKIŞ BÖLGESİNDE

NÖTR DÜZLEMDE


HADDELEME KUVVETLERİ

MAKSİMUM KALINLIK AZALMASI HESABI

Fhad Fsür θ θ

θ θ

θ

olur tgCos

Sin Sin.FCos..F

ise Sin.FCos.F )c

olur tgCos

Sin Sin.FCos..F

ise Sin.FCos.F )b

olur tgCos

Sin Sin.FCos..F

ise Sin.FCos.F )a.FF

Cos.F Sin.F

hadhad

hadsür

hadhad

hadsür

hadhad

hadsür

hadsür

sürhad

θ<µθθ

<µ

θ<θµ

θ<θ

θ=µθθ

=µ

θ=θµθ=θ

θ>µθθ

>µ

θ>θµθ>θ

µ=

θθ

ilişkisi vardır. Eğer

Eğer

Eğer

Haddeleme başlar

Haddeleme sınır şartıdır.

Haddeleme olmaz

ile kuvvet bileşenleri etkilidir.

[ ]

( ) [ ] bulunurtgtg.RHRHtg

RH

RH.Rtg

2HR

H.Rtg

)c

H.RLH.RL

R4H

2H.R.2RL

R2HRL

)b2HR

Ltg yazarsak; tg )a

22

2

p

2

p

22

22

p

22

2p

p

2max R.µ∆H =⇒µ=θ⇒θ=∆⇒

∆=θ

∆=

∆=θ⇒

∆−

∆=θ

∆≅⇒∆=

=∆

+∆

−+

=

∆

−+

∆

−=θθ

Pisagor bağıntısını yazarsak

İhmal

(a)’ da yerine koyarsak

İhmal Her iki tarafın karesi alınırsa;

θ

R

∆h/2 Lp Lp


HADDELEME İŞLEMİNDE BASINÇ

HADDELEME BASINCI EĞRİSİ

β

β

σ=

σ=σ⇒σ=σσ=

θ=

θ=

µβ

β−βµ

1hR.Arctg.

1hR.2

1hR.Arctg.

1hR.2

e..hhp

.15,13

2e..hhp

m0

mo

akmakmmo

)( 0

Giriş Bölgesinde

Çıkış Bölgesinde

Katsayılar

α θ

θm

N

dθ

Basın

ç P

kp/m

m2

θ açısı (Radyan)

∫∫θ

α

α

θ+θ=m

d.R.b.pd.R.b.pF0

Giriş Çıkış


HADDELEME GÜCÜ HESABI

PROBLEM Eni b=230 mm olan bir (Al) bant 25,4 mm den 20,3 mm ye sıcak haddelenecektir. Merdanelerin çapı 610 mm dönüş hızı 100 dev/dak. Haddelenen malzemenin mukavemet katsayısı K= 21 kp/mm2 , pekleşme üsteli n=0,2 olduğuna göre Nmotor gücünü hesaplayın? ÇÖZÜM

π

=

==

π

=

π=⇒=

=

=

≅

∆≅⇒σ≅

σ=σ=σ

=

KW60000

.L.nF..2N

NF,mL1000

1.60

n..2.2L.F.2N

60n..2ww.

2MN

L.4,05,2

L

L.5,02L

2L.F

2M

olur h.RL.b.LF

.15,13

2alanb.L

had

hadhad

had

mhad

akakm

Bant eni b, Yay uzunluğu L, ortalama mukavemet σm, küçük sürtünme katsayısı değerleri için haddeleme kuvveti

Sıcak Haddeleme için Soğuk Haddeleme için

Tek merdane

Çift merdane

GÜÇ FORMÜLÜ

∫∫

∫∫

∫∫

αθ

α

αθ

α

αθ

α

θµ−θµ=

θµ−θµ=

θµ−θµ=

0

22

0

0hadhad

d.R.p..bd.R.p..b2M

d.R.R.p..bd.R.R.p..b2M

d.RF.d.RF.2M

m

m

m

Sürtünme kuvvetini esas alarak moment bulmak istersek;

h 0

KW487N00060

dak/dev100.m10.44,39.N1179260..2N

)cN117926013.230.44,39F

mm/kp1312,0

224,0.21

224,03,204,25ln

hh

ln1n

.K

.b.LF)bmm44,391,5.305)3,204,25.(305hRL)a

NF,mL bulunur. [KW] 60000

n.L.F.2N

3

had

2m

0m

mhad

hadhad

mot

2,0

n

=⇒π

=

≅=

=+

=σ

===⇒+

=σ

σ=

==−=∆=

==π

=

−

εε

İki merdane için güç

R θ h θ R


HADDE KUSURLARI Basma Kuvvetleri Sebebiyle Doğan Kusurlar:

1. Haddelerin eğilip farklı kalınlıkta ürün çıkması:

Merdanelerin eğilmesi sonucu kenarlarda basma ve ortalarda çekme gerilmeleri doğar.

2. Saçlarda dalgalı kenar oluşumu: Kenarlarda kalınlığın orta kısma kıyasla daha düşük olması, orta kısımda fazla uzama, fakat serbestçe yayılamama sonucu kenarlarda dalgalanmaya sebep olur.

3. Saçların ortasında ve kenarlarında çatlaklar: Orta kısım fazla uzarken malzeme yeteri kadar sünek değilse ortası çatlar. Şekil değişimi homojen değilse malzemede yeteri kadar sünek değilse kenarı çatlar.

4. Timsah ağzı çatlaması: Bu kusur şekil değişiminin homojen olmamasına ve başlangıçta ingotta var olan bir kusura bağlı olarak oluşur.

Sürtünme Kuvvetleri Sebebiyle Doğan Kusurlar:

1. Sacın iki ucunun yuvarlaklaşması: Saç boyca uzarken yayılır sürtünme kuvvetleri buna engel olur orta kısımda sürtünme fazla olduğundan kenarlar çok genişler. Sonuçta kenarlardaki kalınlık azalması ortada boyca uzamaya dönüşür. Sacın başı ve sonu yuvarlak olur.

2. Sacın ortadan ikiye ayrılması: Sürtünme sebebiyle ortada basma kenarlarda çeki gerilmeleri doğar, bu çeki gerilmeleri malzeme sünek olmadığı taktirde orta kısım kenarlara kıyasla çok fazla uzarsa saç ortadan ikiye bölünür.


EKSTRÜZYON YOLU İLE İMALAT EKSTRÜZYON TANIMI Bu imalat yöntemi genellikle hafif metaller (Al,Cu,Mg, vs gibi için uygulanır.Metal bir takoz bir alıcı kovan içine konur bir ıstampa vasıtasıyla metal takoza baskı yapılır. Metal takoz zorla matris adını verdiğimiz kalıp içerisinden geçirilir. Böylece ekstrüzyon yoluyla imalat gerçekleşmiş olur. Dört tip ekstrüzyon yöntemi vardır.

1. Direkt Ekstrüzyon Yöntemi: Alttaki şekilden de görüleceği gibi metal takoz alıcı kovan içine konur ıstampayla bastırılır. Matris içerisinden geçirilir. Ürün çıkar. Bu yöntemde metal takozun son safhalarında kuvvet ihtiyacı çok artar. “Artık malzeme” kalıbın içine giremez kesilip atılması gerekir. Hacmin %18-20 si artık malzemedir. Takozla alıcı kovan arasında sürtünme çoktur. Kuvvet ihtiyacı da fazladır. DİREKT EKSTRÜZYON YÖNTEMİ


2. İndirekt Ekstrüzyon Yöntemi: Bu yöntemin direkt ekstrüzyondan farkı metal takozun sabit durması kalıbın metal takoza doğru gelmesidir. Böylece alıcı kovanla metal takoz arasında sürtünme olmaz. Ürün ıstampanın içinde kalmak zorundadır. “Artık malzeme” hacmin %5-6 sı kadardır. Kuvvet ihtiyacı direk ekstrüzyondakinin %75 i kadardır. Sürtünme yoktur.

3. Hidrostatik Ekstrüzyon Yöntemi: Alıcı ile takoz arasındaki sürtünmenin bir akışkan vasıtasıyla yok edildiği yöntemdir. Direkt ekstrüzyona benzerdir. HİDROLİK EKSTRÜZYON PRESİ (1000 TONLUK)


4. Darbeli Ekstrüzyon Yöntemi: Bu yöntem Pb, Al, Mg, Cu gibi hafif metallerin soğuk olarak ekstrüze edilmesidir. Macun ve ilaç tüpleri bu yolla üretilirler.

5. Boru Ekstrüzyonu : Bu yöntemde dikişsiz burular ekstrüzyonla üretilirler. Silindirik takozlar dolu veya deliklidir. Direkt ekstrüzyonda hem dolu hem delikli takoz kullanılırken indirekt ekstrüzyonda yanlızca delikli takozdan boru üretilir. Istampaya bağlı bir mandrel kullanılır. MATRİSLER (KALIPLAR)

Sıcak ekstrüzyon kalıpları genellikle sıcak iş takım çeliğinden yapılır. İki tipi çok kullanılır. Birincisi demir dışı malzemeler için, ikincisi demir esaslılar için aşağıda görülmektedir. Düz yüzeyli matrislerin yuvarlatma yarıçapları olmasına karşılık, konik girişli matrislerde V giriş esastır. Düz yüzeyli matrislerin yatak uzunluğu daha fazla konik esaslılarınki daha kısadır

(a)

(b)

1.Düz yüzeyli matris

2.Konik girişli matris


EKSTRÜZYONUN MEKANİĞİ EKSTRÜZYON ORANI

[ ]

+=

σ+

σ⇒+=

σ=⇒σ=⇒πσ

=π

π=π

αµ=β−

ββ+

σ=

σ==

β

1,7.lnRD2L

σP0

0akext

)Rln..7,1(DL2

PPP

DL2

PL.2

D.PL.D..

24D.

.P

L.D..k4D.

.P

cot.)1R.(1.p

Rln..7,1pp

ak0

0akıssürext

0

0aksür0ak

0sür00

ak2

0sür

00

20

sür

akıs

akısext

Pekleşen malzemeler için:

Eğer sürtünme varsa (rijit tam plastik malzeme için):

45° Sürtünme kuvveti:

[ ]extısak pp.lnRσ ===⇒=

=

=⇒=⇒=

=

σ=⇒σ=⇒σ=

−≅==

ε

ıs00ıs00

ıstop

00ısıs0ısısıs

00

ak1

0akak

0

1

1

0

pUL.A.pL.A.U

WW

L).A.p(WL.FWYolxKuvvetW

)L.A.(UW

Rln.UAA

ln.U.U

100010RLL

RveyaAA

R

A0=İlk takoz kesidi A1=Ürün kesidi L0=İlk takoz uzunluğu L1=Ürün uzunluğu Ekstrüzyon Oranı:

Rijit tam plastik bir malzemede iş ifadesi:

Tüm hacimde yapılan iş ifadesi:

Istampanın yaptığı iş:

Her iki iş eşitlenirse:

bulunur.


PROBLEM Çapı 127 mm, uzunluğu 254 mm olan bir bakır takozdan 800 °C sıcaklıkta ekstrüzyonla 50,8 mm çapında bir çubuk elde ediliyor. Ekstrüzyon hızı 254 mm/s dir. Düz yüzeyli bir matris kullanılmaktadır. Sürtünmeyi de göze alarak gerekli ekstrüzyon kuvvetini hesap ediniz.

Verilenler: Gerçek şekil değiştirme hızı Ɛ·=6.(V0/D0).lnR

Cu için 300-900°C arasında C=13,36 kp/mm2 m=0,06 veriliyor.

EKSTRÜZYON BASINCI Yandaki eğride ekstrüzyon basıncı ile toplam kurs boyu arasındaki ilişki gösterilmiştir. Direkt ekstrüzyonda maksimum ekstrüzyon basıncına metal takozun yarısına kadar getirildiğinde ulaşılmaktadır.

EKSTRÜZYON BASINCINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

1. Sürtünme: µsür ne kadar yüksekse Pext o kadar yüksek olur. 2. Ekstrüzyon oranı [R = A0/A1 veya L1/L0 ]: Ekstrüzyon oranı büyük olursa Pext da

büyük olur. 3. Ekstrüzyon Hızı (vext): Bu hız büyük olursa Pext da büyük olur. 4. Ekstrüzyon Sıcaklığı (Text): Metal takozun sıcaklığı ne kadar yüksek olursa

ekstrüzyon basıncı Pext da o kadar düşük olur.

ton14504

127..5,1144D.

.F

mm/kp5,114.1,16

mm/kp1,16)22.(36,13.C

s12225,6ln.

127254.6Rln.

DV.6

25,68,50

127DD

4D.4D.

AA

R

220

ext

2

206,0

0

0

2

2

21

20

21

20

1

0

m

=π

=π

=

=

+=

+=

===σ

==

===π

π

==

•

•

ε

ε =

ext

0

0akext

P

1,7.ln6,25127

2.2541,7.lnRD2L

σP

Ekstrüzyon oranı ifadesi:

Gerçek şekil değiştirme hızı değeri:

Bu hızın mukavemete etkisi(σm):

σm= σak kabul edilerek ekstrüzyon basıncı:

Buradan ekstrüzyon kuvveti:

bulunur.

Istampa kursu

P ext

Direkt ekst.

İndirekt ekst.


EKSTRÜZYONLA İMALATTA MALZEME AKIŞI Ekstrüzyon işleminde alıcı kovanın köşelerinde bir miktar malzeme hareketsiz kalır. Bu bölgeye ölü bölge adı verilir. Ekstrüzyon basıncı – Istampa kursu eğrisinden de görüleceği gibi işlemin sonuna doğru bu ölü bölge fazla basınç gerektirir. EKSTRÜZYON PRESLERİ

EKSTRÜZYON KUSURLARI

1. Ürünün yüzeyinde çatlak oluşması: Sebebi: Takoz sıcaklığı yüksek, sürtünme yüksek, ekstrüzyon hızı yüksek veya Takoz sıcaklığı düşük, matris yatak uzunluğu boyunca metal yapışırsa Pext bir yükselir bir alçalır. Bu da çatlamaya neden olur.

2. Ürünün içinde oksit birikmesi: Metal takoz sıcakken soğuk olan alıcıya değince oksit oluşur ve yüksek sürtünme sebebiyle oksit malzeme akarken ürünün içine girer. Önlemek için ıstampanın önüne ön levha konur çapı biraz küçük tutulur. Böylece oksit alıcıda kalır.

3. Ürünün merkezinde çavuş işareti (>>) çatlaklarının oluşması: Sebebi: (h/L) oranıdır. Bu oran büyüdükçe şekil değiştirme homojenliğini kaybeder. Ortada ikincil çeki gerilmeleri adı verilen hidrostatik çekme gerilmesi doğar. Bu ise çavuş işaretli (>>) çatlakların doğmasına neden olur.

İmalat yÖntemler ii - ekoendustri.com · İmalat yÖntemlerİ ii doç.dr.İrfan...

Documents