Chapter 15:
Metal Şekillendirmenin
Temelleri
DeGarmo’s Materials and Processes in
Manufacturing
15.1 Giriş




Şekil değişimi kullanarak şekil verme işlemi,
mühendislik malzemelerinin plastisite
(yoğrulabilirlik) özelliğinden faydalanır.
Plastisite, bir malzemenin özelliğini
kaybetmeden katı olarak akabilme
kabiliyetidir.
Şekil değişimi büyük kuvvetlere ihtiyaç duyar.
Bu şekil değişimleri, üç boyutta kütlesel şekil
değişimi, basit kayma veya bileşik eğilme
şeklinde olabilir.
Gerilme Durumları
Tablo 15-1: Gerilme durumları
15.2 Şekil Verme İşlemi: Bağımsız
Değişkenler


Şekil verme işlemi, bağımsız ve bağımlı değişkenler
içerir.
Bağımsız değişkenler, mühendis veya operatörün
süreçte direkt olarak karar verdiği parametrelerdir.







Başlangıç malzemesi
Çalışma parçasının başlangıç şekli
Takım veya kalıp geometrisi
Yağlama
Başlangıçtaki sıcaklık
İşlemin hızı
Şekil değişiminin miktarı
Şekil Verme İşlemi
Tablo 15-2: Yaygın şekil verme işlemleri ve gerilme durumları
İş parçasındaki gerilme durumunu belirten sayılar, Tablo 15-1 de parantez içinde verilmiştir.
Forming Operations
15.3 Bağımlı Değişkenler

Bağımlı değişkenler, bağımsız değişkenlerin
seçimi ile belirlenir.





Kuvvet veya güç gereksinimi
Ürünün malzeme özellikleri
Çıkış (en son ) sıcaklık
Yüzey bitirme ve hassasiyet
Malzeme akışının niteliği
15.4 Bağımsız-Bağımlı İlişkiler


Bağımsız değişkenler- kontrolü doğrudan ve
ilk başta
Bağımlı değişkenler- kontrolü tamamen
dolaylı


Süreç tarafından belirlenir.
Bir bağımlı değişken kontrol edilmesi gerekiyorsa,
tasarımcı bağımlı değişkeni değiştiren uygun
bağımsız değişkeni seçer.
Bağımsız-Bağımlı İlişkiler

Bağımsız ve bağımlı
değişkenler arasındaki
ilişki üç şekilde
öğrenilebilir:



Tecrübe
Deney
Modelleme
Figure 15-1 Schematic representation of a
metalforming system showing independent variables,
dependent variables, and the various means of linking
the two.
15.5 Modelleme




Sonlu elemanlar modeli kullanılarak
simülasyonlar yapılır.
Bu modeller sayesinde, bir malzemenin
haddeleme işlemindeki davranışı, dövme
kalıbını dolduruşu, ekstrüzyon kalıbı içinde ki
akışı, dökümdeki katılaşması hakkında
önceden tahmin yürütebiliriz.
Isıl işlemlerin de simülasyonu
gerçekleştirilebilinir.
Pahalı deneme ve hata önleme döngüleri
ortadan kaldırılır.
15.6 Genel Parametreler

Şekil verilecek malzemenin özellikleri
tanımlanmalıdır.






Şekil değişimine gösterilen mukavemet veya
direnç
Farklı sıcaklıklardaki koşullar
Şekil vermenin limitleri
Yağlandırıcılar ile tepkime
Şekil değişim hızı ve etkileri
Hıza duyarlı malzeme- aynı sonucu elde
etmek için daha fazla enerji gereklidir.
15.7 Çalışma Koşullarında Sürtünme ve
Yağlama




Şekil değişimi için büyük kuvvetlere ve basınçlara
ihtiyaç vardır.
Bazı işlemlerde enerjinin %50’si sürtünmeyi
yenebilmek için harcanır.
Yağlamadaki yapılan değişiklikler: malzemenin
akışını değiştirir, kusurları yok eder veya ortaya
çıkarır, yüzey kalitesini ve boyutsal hassasiyeti
değiştirir, ürün özelliklerinde değişikliğe yol açar.
Üretim hızı, takım tasarımı, takım aşınması, ve
proses optimizasyonu, sürtünmeyi belirlemek ve
kontrol etme becerisine bağlıdır.
Sürtünme Koşulları


Metalforming friction differs
from the friction
encountered in mechanical
devices
For light, elastic loads,
friction is proportional to the
applied pressure


μ sürtünme katsayısı
At high pressures, friction is
related to the strength of the
weaker material
Figure 15-2 The effect of contact pressure
on the frictional resistance between two
surfaces.
Sürtünme


Sürtünme, bir arayüzey boyunca kaymaya
karşı gösterilen dirençtir.
Sürtünmeye bağlı olaylar:



Aşınma
Tutma (adezyon)
Direnç, zayıf malzemenin mukavemeti ve
temas alanı ile orantılıdır.
Yüzey Bozulmaları





Yüzey aşınması (wear), sürtünmeye bağlıdır.
Çalışma parçasındaki aşınma bazen kabul
edilebilinir. Fakat tezgahtaki aşınmalar kabul
edilemez.
Takım aşınması ekonomik olarak maliyetlidir
ve boyutsal hassasiyeti etkileyebilir.
Toleranslar, düzgün yapılamayabilinir.
Takım aşınması yüzey kalitesini etkileyebilir
Yağlama



Birçok metal şekil verme yönteminin başarılı
olmasında kilit rol oynar.
Öncelikle sürtünmeyi ve takım aşınmasını
azaltmak amacıyla en uygun olanı seçilir. Isıl
bariyer, soğutma sıvısı, korozyon önleyici
olarak da kullanılabilirler.
Diğer faktörler

Kolay temizlenmesi, zehirsiz ve kokusuz olması ,
alev alma , sıcaklığı, hız, ıslatma özellikleri
15.8 Sıcaklık İlişkileri





İş parçasının sıcaklığı, işlemin en önemli
değişkenlerinden biridir.
Genellikle, sıcaklıktaki artış,süneklikte artışa,
mukavemette azalmaya ve şekil değişim
sertleşmesinin derecesinde azalmaya neden
olur.
Sıcak işleme
Soğuk işleme
Ilık çalışma
Sıcak İşleme




Tekrar kristalleşme sıcaklığının üstünde bir
sıcaklıkta uygulanan plastik şekil değişimi
Sıcaklık, malzeme ile büyük ölçüde değişir
Yeniden kristalleşme, pekleşmenin etkilerini
ortadan kaldırır.
Sıcak işleme, metal ve çevresinde
istenmeyen reaksiyonlara neden olur.
Sıcak İşlemede Yapı ve Özellik Değişimi



katılaşma sonrası tanelerin büyüklükleri
genellikle aynı değildir.
İstenmeyen tane şekilleri görülebilir.
(sütunsal taneler gibi)
Tekrar kristalleşmeyi aşağıdaki olaylar takip
eder:



Tane büyümesi
İlave şekil değişimi ve tekrar kriştalleşme
Sıcaklık düşüşü sonucu, difüzyon son bulur ve
tekrar kristalleşmiş yapı donar.
Sıcak İşleme


Kalıntı ve çökeltiler
yeniden yönlendirilerek,
mühendislik özellikler
iyileştirilebilinir.
Plastik şekil değiştirme
sırasında, çökeltiler
metalin tabanı
doğrultusunda akar
Figure 15-3 Cross section of a 4-in.diameter case copper bar polished and
etched to show the as-cast grain structure.
Figure 15-4 Etched surface of a sectioned
crankshaft showing the grain flow pattern that
gives forged parts enhanced strength, fracture
resistance, and fatigue life. (Courtesy of the
Forging Industry Association, Cleveland, OH)
Sıcak İşlemede Sıcaklık Değişimleri




Sıcak şekil verme işleminin
başarısı ya da başarısızlığı
sıcaklığın kontrol
edilebilme yeteneğine
bağlıdır.
İş parçasının şeklini
değiştirmek için uygulanan
enerjinin %90’ı ısıya
dönüşür.
Düzgün olmayan sıcaklık
dağımı oluşabilir ve
çatlamalara yol açabilir
İnce kesitler kalın kesitlere
göre daha hızlı soğur.
Figure 15-5 Schematic comparison of the
grain flow in a machined thread (a) and a rolled
thread (b). The rolling operation further
deforms the axial structure produced by the
previous wire- or rod-forming operations, while
machining simply cuts through it.
Soğuk İşleme


Tekrar kristalleşme sıcaklığının altındaki
sıcaklıkta gerçekleştirilen plastik şekil
değişimi.
Sıcak işleme ile karşılaştırıldığında
avantajları







Isıya gerek yoktur
Daha iyi yüzey kalitesi
Mükemmel boyutsal kontrol
Daha iyi yeniden üretilebilirlik
Mukavemeti, yorulmaya ve aşınmaya karşı
dayanıklılık artar.
Yön ile ilgili özellikler kazanılabilinir.
Kirlenme en aza iner.
Soğuk İşlemenin Dezavantajları







Şekil değişimini başlatmak ve bitirmek için daha
büyük kuvvetlere ihtiyaç vardır.
Daha ağır ve güçlü ekipmana ve dayanıklı takımlara
ihtiyaç duyulur.
Daha az süneklik
Metal yüzeyler temiz olmalıdır.
Süneklik kaybını telefi etmek ve bunun yanında
pekleşmeyi sağlamak için ara tavlamaya gerek
olabilir.
Kazanılan yönlü özellikler, zararlı olabilir
İstenmeyen iç gerilmeler oluşabilir.
Metal Özellikleri ve Soğuk İşleme

Soğuk işlem uygulanacak malzeme seçerken iki özellik çok
önemlidir



Akma noktasındaki gerilmenin büyüklüğü
Birim şekil değiştirme bölgesinin akma gerilmesinden kırılmaya
kadar olan uzunluğu.
Malzeme seçerken, Toparlanma( springback) göz önünde
tutulmalıdır.
Figure 15-6 Use of true stress-true strain diagram to assess
the suitability of two metals for cold working.
Soğuk İşlemede Başlangıç ve Nihai
Özellikler


Başlangıç ​malzemesinin
kalitesi, soğuk işleme
sürecinin başarı ya da
başarısız olmasını
belirler.
Başlangıç ​materyali
kalıp ya da merdanelere
aşınmasına neden
olabilir, temiz ve oksit
tabakası olmamalıdır.
Figure 15-7 (Below)
Stress-strain curve for a
low-carbon steel showing
the commonly observed
yield-point runout; (Right)
Luders bands or stretcher
strains that form when this
material is stretched to an
amount less than the
yield-point runout.
Additional Effects of Cold Working



Isıl işlemler, soğuk işleme
öncesinde veya soğuk
işleme sırasında aralıklı
olarak uygulanabilir.
Isıl işlemler, fazladan soğuk
işleme ve şekil değiştirmeye
izin verir.
Soğuk işleme, özellikleri
yöne bağlı bir yapı
oluşturur. Anizotropi
Figure 15-8 Mechanical properties of pure copper
as a function of the amount of cold work
(expressed in percent).
Ilık Şekil Verme


Şekil değişimleri, soğuk ve sıcak şekil
vermenin arasındaki sıcaklıkta gerçekleşir.
Avantajları






Takım ve ekipman üzerindeki yükler azalır.
Malzemenin sünekliği artar.
Daha az sayıda tavlamı işlemi yapılır.
karbonsuzlaştırma
Sıcak işleme göre daha pürüzsüz yüzeyler ve dha
iyi boyutal hassasiyet.
Dövme ve ekstrüzyon gibi işlemlerde kullanılır.
Ilık Şekil Verme
Figure 15-9 Increasing the temperature increases the
formability of aluminum, decreasing the strength and
increasing the ductility. (Adapted from data provided by
Interlaken Technology Corporation, Chaska, MN)
İzotermal Şekil Verme




Şekil değişimi sabit bir
sıcaklık altında gerçekleşir.
Kalıplar ve takımlar, iş
parçasıyla aynı sıcaklıkta
olacak şekilde ısıtılır.
Düzgün olmayan yüzey
sıcaklıklarında kaynaklan
çatlakları ortadan kaldırır.
İnert atmosfer kullanılabilir.
Figure 15-10 Yield strength of various materials (as
indicated by pressure required to forge a standard
specimen) as a function of temperature. Materials
with steep curves may require isothermal forming.
(From “A Study of Forging Variables,” ML-TDR-6495, March 1964; courtesy of Battelle Columbus
Laboratories, Columbus, OH.)
Download

CH 15: Metal Şekillendirmenin Temelleri