Çelik Sac Şekillendirme

20. Yüzyılda, Metallere şekil verme yöntemleri arasında en hızlı gelişme metalik sacları şekillendirme yöntemlerinde görülmüştür. Düz sacları, yüksek üretim hızlarında ekonomik olarak ve çok değişik şekillerde biçimlendirmek, bu şekillendirme yöntemlerinin yaygınlaşmasını ve gelişmesini sağlamıştır. Kesme işlemi dışında, tüm sac şekillendirme yöntemlerinde malzeme bir yandan gerilerek (uzama) öte yandan sıkışarak (büyüme) son şeklini alır.

Eskiden el sanatları sınıfında bulunan sac şekillendirme işlemleri, günümüzde Mekanik veya hidrolik preslerde gerçekleştirilmektedir. Sac şekillendirme işlemlerinde kalıplar genellikle iki parçadan oluşur. Birincisi çıkıntılı bir şekle sahiptir ve zımba (punch) adını alır. İkincisi ise girintili şekle sahip olup, sadece kalıp (die) diye adlandırılır. Zımba için ıstampa veya erkek kalıp, kalıp için matris veya dişi kalıp terimleri de kullanılır. Zımba genellikle presin hareketli kısmına bağlanır, kalıp ise sabit tutulur. Zımba ve kalıbın birbirine göre eksenlenmesi son derece önemli olduğundan, bunlar önce birer plakaya bağlanıp eksenlenirler, daha sonra plakalar prese bağlanırlar. Çoğu kez metalik sacı kalıp çevresince sıkıştırarak şekillendirme esnasında, kırışmasına engel olacak yardımcı kalıba gerek vardır. Bu kalıp sıkıştırma kalıbı veya çember şeklinde olduğundan sıkıştırma çemberi diye adlandırılır. Bu kalıp için pot çemberi terimi de kullanılmaktadır. Tek tesirli preslerde sıkıştırma çemberine kuvvet, mekanik yay veya pnömatik sistem yoluyla uygulanır. Çift tesirli preslerde zımba ilerlerken önce sıkıştırma sistemini harekete geçilir, daha sonra şekillendirme işlemini gerçekleştirir.

Sac şekillendirme yöntemleri kesme, bükme, sıvama gererek şekillendirme ve derin çekme diye sınıflandırılabilirler. Karmaşık şekilli parçalar, uygun kalıplar kullanarak bu işlemlerin birden fazlasının presin bir tek çevrimi esnasında arka arkaya uygulanması ile hızlı ve ekonomik olarak üretilebilirler.

Sac şekillendirme işlemlerinde kalıp maliyetini azaltma amacıyla son yıllarda kauçuk kalıp yöntemi de uygulanmaktadır. Burada parça şeklinin profili zımbaya verilir. Kalıp yerine belirli boyutlarda kalın kauçuk parçası kullanılır. Zımba metalik sacı kauçuk parçasının içine doğru iter sıkışan kauçuğun tepki kuvveti ile metalik sac zımbanın şeklini alır. 

Şekillendirme yöntemleri içerisinde en önemlileri germe şekillendirmesi, derin çekme veya bunların müşterek olarak uygulandığı karışık yöntemlerdir.

Önerilen Makale: Çelik boru malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik sanayi boruları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Taslak kalıplar arasında uçlarından sıkıca bastırılır, kalıp arasında hiç bir hareket olmaz. Presin zımbası inerken, zımba burnunun, altındaki alanda deformasyon meydana gelir. 

Germe şekillendirilmesinde malzeme % 2 ile 4 oranında plâstik değişimine uğrar. Bu yöntemde boyun verme olayı sınırlandırıcı faktördür. Parça geometrisinden dolayı tek eksenli çekme gerilmesi söz konusu ise, çekme deneyinde elde edilen boyun verme noktasına ait homojen plâstik şekil değiştirme oranı, kriter olarak kullanılır. Şekillendirme sırasında parçada meydana gelen deformasyon, bu kritik sınırı aşarsa parçada hasar meydana gelir. 

Parça geometrisi iki eksenli çekme gerilmesine yol açarsa, boyun verme olayı gecikir. Bu durumda metalik sacın kalınlığını daha fazla inceltmek mümkündür. İki eksenli çekme gerilmesi halinde, şekil değiştirme sınırı biçimlendirme sınır diyagramları ile belirlenir.
 
Germe yöntemi uygulamalarında diğer sac şekillendirme yöntemlerine göre % 10-15 oranında daha az malzeme kullanılır. 3u fark, bu yöntemde sac firesinin düşük olmasından kaynaklanır. Germe işleminde kullanılan kalıbın basit olması nedeniyle uygulanan şekillendirme kuvveti de daha az olmaktadır. Makina ve kalıp yatırımının düşük olması, germe yönteminin diğer bir avantajıdır. Eğrilik yarıçapı büyük olan geniş parçalar, uçar gövde parçaları gibi, en kolay ve en ekonomik olarak germe yöntemiyle üretilir. 
 

Germe ile derin çekme şekillendirme yöntemleri arasındaki en büyük fark pot çember basıncının şiddetine bağlıdır. Germede bu basınç çok yüksektir ve pot çemberinin içinde kalan sacda deformasyon meydana gelmektedir. 

Derin çekme işleminde ise pot çember basıncı az olduğundan zımba ilerlerken sac malzemenin kalıp içerisinde kontrollü olarak hareket etmesine müsaade edilmektedir. Böylece pot çemberin dışında kalan metal kısımda deformasyon meydana geldiği için yırtılmalar ve çatlamalar bu bölgede meydana gelir. Zımba burnunun altında kalan kısımda deformasyon görülmez. 

Derin çekmeye maruz kalan taslak dairesel, dikdörtgen veya daha komplex şekilde olabilir. Zımba ilerlerken flanştaki malzeme azalarak kalıp içerisine doğru akma gösterir. 

Derin çekme işleminde malzeme radyal çekme kuvvetleri ile kalıp içerisine çekilirken, Taslağın kalıp içine henüz girmemiş bölgesinde çevresel basma kuvvetleri oluşur. Çevresel basma kuvvetleri malzemenin büzülerek kalınlaşmasına ve önlem alınmazsa malzemenin kırışmasına sebep olur. Kırışma olayı taslağın kalıp içine henüz girmemiş bölgelerinin uygun bir kalıp (pot çember') yardımıyla sıkıştırılması sonucunda önlenir. 

Sıkıştırma kuvveti öylesine uygulanmalıdır ki taslak çevresi ve parça yan duvarlarında kırışıklık olmamalıdır. Sıkıştırma kuvvetinin çok fazla olması halinde malzeme kalıplar arasında hareket edemez ve Radyal çekme kuvvetlerinin etkisiyle malzeme kalınlığı hızla azalır ve sonuçta erken hasar görülür.
 

Sadece germe veya derin çekme yönteminin uygulandığı şekillendirme operasyonu oldukça azdır. Genellikle parça üretiminde germe ve şekillendirme müşterek uygulanmaktadır. Preslenen bir sac parçasının muhtelif noktalarındaki deformasyon miktarı farklılık göstermektedir.