Kütlesel şekillendirme işlemi metalin üç boyutlu olarak bir kuvvet altında şekil değiştirmesi işlemidir. Sac metal şekillendirme işleminde deformasyon sac yüzeyindeyken kütle şekillendirme işleminde her üç koordinat ekseninde de oluşmaktadır. Kütlesel şekillendirme işlemi sıcak, soğuk ve ılık işlemler olarak gerçekleştirilir. Genellikle büyük kütlelere sahip malzemelerde dayanımı düşürmek amacıyla sıcak işlem yapılmaktadır. Soğuk işlemlerle malzemelerde sertleşme ve mukavemet artışı oluşur. Kütlesel şekillendirme, dörde ayrılmaktadır ayrılır. Bunlar;
• Dövme
• Ekstrüzyon
• Tel/Çubuk Çekme
• Haddeleme işlemidir.
Dövme: Dövme işlemi iş parçası malzemesine basma kuvvetinin uygulanmasıyla metal kütleye istenilen şeklin verildiği plastik şekillendirmedir. Dövme işlemi sanayide karmaşık parçaların üretilmesinde kolaylık sağlayarak malzeme işleme ihtiyaçlarını azaltmaktadır. Perçinler, cıvatalar, türbin milleri, çubuklar, paralar, dişliler, madalyalar, el aletleri ve hava araçlarının parçaları dövme yoluyla üretilmektedir. Dövme işlemlerinin pek çoğu sıcak olarak yapılmaktadır. Fakat bazı metaller soğuk dövme işlemine tabi tutulmaktadır. Sıcak dövme işlemiyle malzemenin dayanımı düşürülerek süneklilik özelliği arttırılır. İki tür dövme şekli bulunmaktadır. Dövme işlemi darbe ve pres yöntemleriyle yapılmaktadır. Darbe, dövme şahmerdanlarıyla anlık darbe yükünü çekiçlemeyle gerçekleştirilir. Pres ise özel olarak tasarlanan kalıp tezgâhlarında yavaş basınç ile işlemi yapmadır. Dövme işlemleri kullanılan kalıp türlerine göre açık kalıpta dövme ve kapalı kalıpta dövme olmak üzere ikiye ayrılır. Açık kalıpta dövme işleminde malzeme iki düz kalıp arasında sıkıştırılır. Kapalı kalıp dövme işleminde, kalıp malzemeyi içerisine alacak boşlukları ihtiva eder. İş parçası malzemesi tamamen kapalı kalıp içerisinde şekil alır ve fazladan çapak oluşumu meydana gelmez ise bu tür kapalı kalıp içinde dövme işlemine çapaksız dövme denir.
Ekstrüzyon: Ekstrüzyon metal bir kütlenin kalıp açıklığından basma kuvvetiyle zorlanılarak geçirilmesi suretiyle istenilen kesit biçimini elde ederek yapılan plastik şekillendirme metodudur. Bu yöntem uzun ve düz metal malzemelerin üretilmesinde kullanılmaktadır. Ekstrüzyon işlemi oda sıcaklığında veya yüksek sıcaklıklarda iş parçası malzemesinin sünekliğine göre yapılmaktadır. Oda sıcaklığında yapılan işlemler genellikle dövme işlemi ile beraber yapılır. Ekstrüzyon üç farklı alt kümede sınıflandırılmaktadır. Bunların birincisi en yaygın olarak kullanılanı doğrudan ekstrüzyon, kalıbın sabit metalin hareketli olduğudur, ikincisi ise dolaylı ekstrüzyon kalıbın hareketli malzemenin ise sabit olduğu ve sonuncusu doğrudan ekstrüzyona benzeyen lakin sürtünmenin bir akışkanla yok edildiği hidrostatik ekstrüzyondur. Bu ekstrüzyon gruplarının dışında dövme işlemiyle birlikte oda sıcaklığında gerçekleştirilen özel bir işlem olan darbeli ekstrüzyon işlemi de bulunmaktadır.
Önerilen Makale: Otomat çeliği malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
otomat çeliği sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Tel/Çubuk Çekme: Bir çekme kuvvetinin yardımıyla tel veya çubuk biçimindeki metal malzemeyi bir kalıptan geçirerek malzeme kesitinin azaltılması veya değiştirilmesi biçiminde gerçekleştirilen metal şekillendirme yöntemine tel/çubuk çekme denilir. Ekstrüzyon işlemiyle zıt mantık ile gerçekleştirilir ve ekstrüzyonda malzeme kalıba doğru itilirken burada malzeme kalıptan çekilmektedir. Güç aktarım şaftları, elektrik kabloları, yaylar, kaynak elektrotları gibi pek çok ürün bu yöntemle üretilmektedir. Malzemenin kesitinde %45’e kadar azalma gerçekleştirilebilir. Çoğu çekme işlemi oda sıcaklığında yapılsa da çekme kuvvetini azaltmak için sıcaklık arttırılabilir.
Haddeleme: Basma kuvvetinin etkisiyle aynı hızda ama zıt yönde dönme hareketi yapan iki merdane arasından geçirilerek yapılan plastik şekil verme yöntemine haddeleme denilir. Haddeleme işleminin ana girdisi kütüklerdir. Kütüklerin haddelenmesi sonucunda slab (yassı kütük), ince kütük ve bloom (kaba kütük) elde edilir. Karmaşık yapılı farklı malzeme şekilleri sebebiyle pek çok farklı haddeleme süreci bulunmaktadır. Şekilsel olarak haddeleme yassı ve profil haddeleme olarak ikiye ayrılırken sıcaklık olarak da soğuk ve sıcak haddeleme şeklinde iki ana kolda incelenmektedir.
Sıcak Haddeleme: Haddeleme işlemine maruz kalan malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde bir sıcaklıkta şekillendirilmesi işlemine denir. Şekillendirme esnasında sıcaklığa bağlı olarak kristaller sürekli yenilenerek şeklin değişmesine karşı bir direnç söz konusu olmaması sayesinde daha büyük boyutlarda şekillendirme gerçekleştirilebilir.
Soğuk Haddeleme: Yeniden kristalleşme sıcaklığının altında bir sıcaklıkta haddeleme işlemine maruz kalan malzemenin şekillendirilmesi işlemine denir. Soğuk haddeleme işleminde ana girdi sıcak haddeleme işlemiyle şekillendirilen sac ve levha malzemeleridir. Soğuk haddeleme işlemiyle malzemenin mukavemetinde artış ve yüzey kalitesinde iyileşme sağlanır. Soğuk haddeleme yassı haddeleme biçimidir. Meneviş hadde işlemi soğuk haddeleme işleminin bir evresidir.
Yassı Haddeleme İşleminin İncelenmesi: Yassı haddeleme ünitesinde işlenen malzemenin plastik deformasyona uğratılması veya kütlesel değişimini en büyük düzeylerde yapabilmek için çok yüksek kuvvetlere gereksinim vardır. Bu kuvvetlerin elde edilebilmesi için ise çok güçlü motorlara ve sağlam konstrüksiyonlara ihtiyaç vardır.
Hadde sisteminin üzerinde bulunan motor güçleri merdanenin üzerinde oluşturulması istenilen kuvvetlere göre değişim göstermektedir. Merdane çaplarının küçülmesiyle haddeleme için gereken kuvvet azalmaktadır. Küçük merdanelerin dayanımları az olduğundan bu merdanelere aktarılan güç sonrasında merdanelerde oluşacak deformasyonun engellenmesi için destek merdaneleri kullanılmaktadır. İşlenecek malzemelerin dayanımlarına göre kullanılacak destek merdane sayısı arttırılır. Bu kapsamda meydana getirilen hadde sistemlerinde birbirinden farklı şekilde merdane düzenleri ortaya çıkar.
Merdane yerleşimlerinin, gereksiniminin hesabı ve uygulaması hadde mekaniğinin incelenmesini gerektirmektedir. Hadde mekaniğini etkileyen unsurlar ise;
• Merdanenin çapı
• Bir pasoda azaltılan kalınlığın miktarı
• Malzemenin ilk kalınlığı
• Haddelemenin hızı
• Önde ve arkada bulunan gerginlikler
• Merdanenin ve malzemenin arasındaki doğal sürtünme
• Merdanenin ve malzemenin sıcaklığı
• Haddelenmiş malzemenin fiziksel özellikleri
• Yük altında bulunan haddenin davranışı
• Malzemenin üzerine uygulanmış olan daha önceki bir işlemin etkisi
• Yük altındaki merdanelerin elastik deformasyonu
• Metal malzemenin sıcaklık ve gerinme hızından etkilediği deformasyon direnci.
• Malzemenin anizotropik yapısı
• En/boy oranı
Meneviş Hadde (Skin Pass): Düşük karbonlu çeliklerin sac şekillendirilmesi sırasında, malzeme içyapıları karmaşık zorlanma yollarından geçer. Malzeme içerisinde plastik deformasyon artıkları kalır. Darbe direnci düşük içyapısı düzensiz ve yüksek gerilmelere sahip olan bu malzemenin tokluğunu arttırmak, iç gerilmelerini azaltmak için gerginlik giderme işlemi yapılır bu işleme menevişleme denir. Meneviş hadde işlemi, soğuk haddeleme sürecinin içinde bulunan hattın üzerinde veya hattın dışında kurulabilen son işlem ünitesidir. Doğrudan tavlama veya galvanizleme hattının sonuna yerleştirilebileceği gibi bir boy kesme hattında da sistemin en başına yerleştirilebilir.
Günümüzde gelişen teknolojiyle metal işleme tezgâhlarının hızı ve hassasiyetlerindeki artışa paralel olarak kullanılan ham maddelerinde bu işlemlere imkân sağlayacak özelliklere sahip olması istenir. Yüzey kalitesi, malzeme düzgünlüğü ve haddeleme sonrasında metal malzemedeki akma noktasının kararsızlığı çeşitli üretim yöntemlerinde kesinlikle istenilmemektedir. Malzeme işleminin tamamlanarak yüzeye yapılacak boya işleminde oluşan yüzey pürüzlülüğü, lazer kesim sırasında makinenin kesme toleransı haricinde olan bir kenar dalgası ve alevli kesim işlemi sonrasında kesilen malzemede meydana gelen çarpılma üretim evrelerinde istenilmeyen durumlardır. Meneviş hadde işleminde esas gaye bu durumların düzeltilmesidir. Kalınlıkta bir düşüş amaçlanmaz, bunun nedeni malzemedeki en büyük uzama oranının %3 civarında olmasıdır.
Elastik şekil değişiminin son bulması ve plastik şekil değişimine başlanılan nokta sonrasında gerilme-gerinim eğrisindeki ufak dalgalanmaların (Lüder bantlarının) ortadan kaldırılmasıyla malzeme istenilen mekanik özelliklere sahip duruma getirilir. Akma noktası, elastik şekil değişiminin sona erdiği ve plastik, kalıcı şekil değişiminin başladığı, gerilme-gerinim eğrisi üzerindeki noktadır. Bazı malzemelerde, bu geçişin malzeme boyunca homojen bir şekilde değil, bölgesel olarak, heterojen bir şekilde olduğu görünür. Bu tür malzemelerdeki plastik şekil değişimi, malzemenin bazı kısımlarında, yük eksenine 45 derecelik açıda konumlanan bantların oluşmasıyla başlar. Malzemenin bir kısmı plastik şekil değişimine girdiğinde, yani ilk bant oluştuğunda, gerilme-gerinim eğrisi üzerindeki gerilme değerinde bir düşüş gözlemlenir. Plastik şekil değişiminin gerçekleştiği bantlar malzemeye yayılırken, gerilme-gerinim eğrisi üzerindeki akma noktası da az çok sabit bir gerilme değeri etrafında minik dalgalanmalar yaparak uzamaya devam eder. Bantlar bütün numuneye yayıldıktan sonra, malzeme tümden plastik şekil değişimine girdiği için, gerilme-gerinim eğrisi üzerinde de gerilmenin tekrar artmaya başladığını görüyoruz. Plastik şekil değişiminin bölgesel gerçekleştiği bu bantlara Lüder bantları adını veriyoruz. Meneviş hadde işlemi ile plastik şekil değişimi esnasında malzeme içerisinde Lüder bantlarının oluşmasından dolayı tam plastik şekil değişimine uğramayan malzemelerin tam geçişini sağlamaktadır.
Meneviş hadde, hat üzerinde kullanılan yağlama veya soğutma durumlarına göre kuru, ıslak, en küçük miktarda yağlama (MMY) olarak üçe ayrılmaktadır. Kuru tip işlemde herhangi bir su bazlı kimyasal veya yağ kullanılmamaktadır. Kuru tip ile parlak bir malzeme yüzeyi elde edilmesine karşın sıcaklık artışı merdanelerin ve malzemenin üzerinde yüksek oranlardadır. Sıcaklık kontrol altında tutulmaz ise malzeme veya merdane üzerinde oksitleme başlayabilir. Islak tip meneviş hadde işleminde malzeme üzerine su bazlı emülsiyonlar veya yağ uygulanır. Bu uygulamayla işlem sırasında soğutma ve temas yüzeyinde yağlama neticesinde sürtünme azalır. Kuru tip kadar parlak bir yüzey elde edilmez ve hat hızı malzeme üzerine uygulanan emülsiyonun hattan uzaklaştırılmasına paralel olarak artabilir. Yağlama sisteminin kurulum ve bakım maliyeti çok yüksektir. MMY tipte ise yüksek oranlarda sürtünmede düşüş olsa dahi bu tip yağlama soğutma sağlamaz ve kuru tip gibi yavaş hat hızına sahiptir.
Bir meneviş hadde mekanizması incelenirse iki ana öğe öne çıkar. Bunlar, destek ve çalışma merdanesidir. Tüm ünite üzerinde bulunan donanımlar bu merdanelere güç aktarmak veya bu merdanelerin hareketi için yardımcı görev üstlenirler. Tüm hadde sistemlerinde iş, destek ve ara merdaneler olmak üzere üç farklı merdane tipi kullanılmaktadır. Günümüzde iki çalışma ve iki destek merdanesinden meydana gelen 4’lü hadde tipi meneviş hadde hatları sanayide yaygın haldedir.
İş parçası üzerinde istenilen kalitenin yakalanabilmesi için çalışma merdanelerinde burulma hareketinin oluşturulması gereklidir. Bu hareketlerle merdanelerde elastik sınırlar içinde deformasyonlar oluşur. Bu deformasyonlar, basit kiriş modeli, dilimli kiriş modeli ve sonlu elemanlar analizi modeli olarak üç farklı şekilde incelenir.
Basit Kiriş Modeli: Sabit bir kesite sahip, homojen yapıda ve boy ve derinlik oranı en az 8 olan kiriş üzerindeki tüm yükler kiriş eksenine dik kabul edilir. Basit kiriş modeline ait eşitlikler ikili hadde sisteminden türetilmiştir. Haddeleme kuvvetinin iş parçası malzemesinin genişliği kadar merdane temas yüzeyinde etkidiği kabul edilmiştir. Haddehane uygulamalarında bu kuramsal hesaplamalar gerçek şartlar ile birebir uyuşmamaktadır.
Dilimli Kiriş Modeli: Dilimli kiriş modeli çalışma merdanesi ve iş parçası malzemesi arasındaki yük dağılımı, iki merdane arasındaki yük dağılımı ve çalışma merdanesi sabit cisim hareketinin tespitiyle merdanede oluşan eğimi bulmaktadır. Merdane m sayıda elemana dilimlenir. Malzemeyle temas etmekte olan dilim sayısı n, merdane genişliğinden daima küçüktür.
Sonlu Elemanlar Analizi Modeli: Bir cismin sonlu sayıda elemana bölünerek ifade edilmesi temeline dayanmaktadır. Bu elemanlar birbirleri arasında düğüm olarak adlandırılan noktalarla bağlandığı kabul edilir. Bu yöntemle merdanenin üzerinde inceleme yapılabilmesi için tüm sistemin bir ağ yapısının meydana getirilmesi gerekir.
