TEL ve ÇUBUK ÇEKME Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi TEL ve ÇUBUK ÇEKME • Bu işlemde en genel ifadesiyle çubuk veya telin kesit alanı küçültülmekte ve boyu uzatılmaktadır. • Ekstrüzyona prensip olarak benzemekte olup temel fark ekstrüzyonda takoz (iş parçası) ıstampa (piston veya koç) ile kalıp içerisine bastırılarak (ittirilerek) gerçekleştirilirken, • Tel ve çubuk çekmede ise işlem, çubuk veya telin matris (kalıp) dışından tutulup çekilmesiyle gerçekleştirilmektedir. İşlem sırasında oluşan çekme gerilmeleri ile birlikte matris içerisinde basma gerilmeleri de önemli bir etkiye sahiptir. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 2 • Yandaki şekilde bir çubuk çekme düzeneği görülmektedir. Burada hidrolik silindir vasıtasıyla çekme işlemi uygulanıyor. • Hidrolik silindire bağlı çekme arabasındaki çenelere tutturulan çubuk (veya tel) malzeme matris (kalıp) içerisinden geçecek şekilde çekilerek soğuk şekillendirme yoluyla kesiti küçültülüp boyu uzatılmış olur. • Çubuk ve tel çekme arasındaki temel fark işlem görecek stok (malzeme) boyutudur. Çubuk çekme büyük çaplı çubuk stok için kullanılan bir terimdir. • Tel çekme ise çok daha küçük (0.03 mm den aşağı) tel çapları mümkündür. • Çubuk çekme genellikle tek bir operasyon olarak yapılır. Büyük bir çapa sahip olan başlangıç stoku bir kalıp açıklığından çekilir. Stok tambura sarılmamış haldeki doğrusal silindirik parça formundadır. • Yandaki şekilde ise bir tel çekme düzeneği görülmektedir. Burada ise işlemin arka arkaya gerçekleştirildiği çok tamburlu (4 ile 12 arasında değişen kalıp sayısı) sistemler ve yağ hazneli çekme matrisleri vasıtasıyla çekme işlemi uygulanıyor. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 3 • Yukarıdaki şekilde tipik bir çubuk veya tel çekme matrisine (kalıp) ait kesit görünüş verilmiştir. • Çekme işleminde matris ile malzeme (stok) arasında çok büyük sürtünme gerilmeleri oluşmaktadır ve bu durum da işlemi güçleştirmektedir. Sürtünmeleri azaltmak için çok iyi yağlama yapılması gerekir. Bunun için matris içerisinde yağ bulunan bir haznenin (kutu) içerisinde bulunur ve dolayısıyla tel bu kutunun içerisindeki yağa daldırılmış olarak matris içerisinden geçer. Böylece sürekli bir yağlama işlemi garanti edilmiş olur. • Matris girişinde matris açısı ile daraltılan bir şekillendirme bölgesinden geçen tel kesiti matris açıklığındaki son boyuta daraltılır. Matris açısı malzemeye bağlı olarak 6 ile 20 derece arasında değişir. Çıkış bölgesi yaklaşık 30 derece açılı konik işlenmiştir. • Genelde kalıp malzemesi olarak soğuk iş çelikleri ile birlikte sinterlenmiş (toz metalurjisi ile üretilmiş) malzemelerden üretilen kalıplar da kullanılmaktadır. İnce tel çekme işlemi için yapay elmas kalıplar da kullanılmaktadır. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 4 Çekme işlemine hazırlık aşamaları • 1- Yumuşatma tavlaması: malzemenin sünekliğini veya şekillendirilebilme özelliğini iyileştirmek için yeniden kristalleşme tavı uygulanır. Böylece mevcut iç gerilmeler sıfırlanmış olur. • 2- Yüzey temizleme: ısıl işlem sonrası veya bekletilme sonrasında yüzeyde oluşan tufal (oksit tabakası) ve pasın temizlenmesi gerekir. Aksi takdirde bu tufal tabakası oldukça sert olduğundan matrisin normalden daha kısa sürede aşınmasına neden olabilir. Temizleme işlemi kimyasal (asidik) banyolarda veya kumlama (aşındırıcı küçük partiküllerin malzeme yüzeyine hızla püskürtülerek yüzeyi temizleme işlemi) gibi mekanik işlemlerle yapılır. Temizleme işlemi sonrası yüzeylere bir ön yağlama da uygulanabilir. • 3- Malzeme ucunun kesitini küçültme: malzemenin kalıp boşluğundan geçmesi için yapılır. Bunun için tokaçlama (eksenel dövme), dövme, tornalama gibi yöntemler kullanılabilir. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 5 ÇEKME ANALİZİ • Çekme işleminin gerilme ve kuvvet analizi için öncelikle şekil değişim miktarı ε tanımlanmalıdır. • Bunun için uygulamada redüksiyon (azaltım), (r) terimi kullanılır ve 𝑟= 𝐴0 −𝐴𝑠 𝐴0 (1) ile ifade edilir. Birim şekil değişimi ise; 𝜀 = 𝑙𝑛 𝐴0 𝐴𝑠 = 𝑙𝑛 1 1−𝑟 (2) olarak tanımlanır. İdeal durumda yani sürtünme ve iç şekil değişimi işinin olmadığı varsayıldığında çekme gerilmesi; 𝜎ç = 𝜎𝑜𝑟𝑡 . 𝜀 = 𝜎𝑜𝑟𝑡 . 𝑙𝑛 𝐴0 𝐴𝑠 (3) şeklinde belirlenebilir. Burada akma gerilmesi olarak 𝜎𝑜𝑟𝑡 kullanıldığına dikkat edilirse işlemin pekleşme şartında yani soğuk işlem olarak gerçekleştirildiği anlaşılır. Çekme işlemi genelde soğuk şekillendirme işlemi ile yapılır. Aksi takdirde sıcak şekillendirme işlemi yapılacak olursa bu durumda dayanımı düşecek olan malzemenin çekme işlemini gerçekleştirmek mümkün olamaz. Ayrıca hidrodinamik yağlamayı sıcak koşullarda sağlamak mümkün değildir. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 6 • Sürtünmenin ve iç şekil değişimi işinin dikkate alındığı gerçek durumda çekme gerilmesi; 𝜎ç = 𝜎𝑜𝑟𝑡 . 𝑙𝑛 𝐴0 . 𝐴𝑠 1+ 𝜇 tan 𝛼 .∅ (4) ile hesaplanır. Denklem 4’te parantez içerisinde verilen ifade sürtünme etkisini, sondaki ф ise iç şekil değişimi işinden kaynaklanan ve homojen olmayan deformasyonu hesaba katan bir faktörü temsil eder. Burada μ kalıp-iş sürtünme katsayısını, α ise kalıp (matris) açısı (yarım açı)dır. Şekil değişimi etkisi kesit geometrisine bağlı olarak; 𝐷 𝐿𝑐 (yuvarlak kesitli malzemeler için) ℎ 𝐿𝑐 (prizmatik kesitli malzemeler için) ∅ = 0,88 + 0,12. ∅ = 0,80 + 0,20. İle tanımlanmaktadır. Burada D ortalama çapı, Lc malzemenin matrise temas uzunluğu, h ise prizmatik kesitli malzemede ortalama yüksekliktir. D ve Lc değerleri geometriden 𝐷= 𝐷0 +𝐷𝑠 2 , 𝐿𝑐 = 𝐷0 −𝐷𝑠 2.𝑠𝑖𝑛𝛼 (5) ile belirlenir. Bu durumda çekme kuvveti ise çekme gerilmesi ile kesit alanının çarpımı ile hesaplanabilir. 𝐹ç = 𝐴𝑠 . 𝜎ç = 𝐴𝑠 . 𝜎𝑜𝑟𝑡 . 𝑙𝑛 𝐴0 . 𝐴𝑠 1+ 𝜇 tan 𝛼 .∅ (6) Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 7 • Uygulanacak Çekme gerilmesi için dikkat edilmesi gereken husus: • Uygulanacak çekme gerilmesi malzemenin akma gerilmesinden daha küçük olmalıdır!! • Aksi takdirde malzeme bir süre sonra kopar ve çekme işlemi başarısız olur. • Bu durumda 𝜎ç < 0,8. 𝜎𝑜𝑟𝑡 gibi bir ifadenin geçerli olabileceği belirtilmektedir. • Diğer bir ifade ile uygulanacak çekme gerilmesi malzemenin pekleşmiş haldeki ortalama akma gerilmesinin %80’inden daha az olması gerekmektedir. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 8 • Çekme işleminin önemli bir bölümünü de içi boş profillerin (örneğin boru) çekilmesi oluşturur. Bu işlemlerde gerek et kalınlığının gerekse çap veya çevresinin küçültülmesi sağlanır. Genellikle borular ekstrüzyonla veya Mannesmann usulü haddelemeyle üretilir. Ancak bu işlemlerin doğası gereği küçük çap ve et kalınlıkları elde edilemez. Belirtilen yöntemlerle üretilen dikişsiz borular ile sac veya levhadan merdaneler ile kıvırarak daha sonra kıvrılan alınlardan kaynakla birleştirilen dikişli boruların et kalınlığı ve çapını düşürmek için boru çekme işlemi uygulanır. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 9 Soru-1 Bir tel çekme işlemi tel giriş açısı 15 derece olan bir kalıpta gerçekleştirilecektir. Tel başlangıç çapı 2,5 mm ve son çapı 2 mm dir. Malzeme ile kalıp arayüzeyindeki sürtünme katsayısı 0,07 dir. Tel malzemesinin dayanım katsayısı 205 MPa ve pekleşme üsteli 0,2 olduğuna göre bu işlemi gerçekleştirmek için gerekli çekme gerilmesi ve çekme kuvvetini hesaplayınız. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 10 Soru-2 Bir çubuk çekme işlemi giriş açısı 13 derece olan bir kalıpta gerçekleştirilecektir. Çubuk başlangıç çapı 1,25 cm ve son çapı 0,9 cm dir. Malzeme ile kalıp arayüzeyindeki sürtünme katsayısı 0,1 dir. Çubuk malzemesinin dayanım katsayısı 275 MPa ve pekleşme üsteli 0,2 olduğuna göre; a) Alanın azalma miktarını (redüksiyon) b) Bu işlemi gerçekleştirmek için gerekli çekme kuvvetini c) Çıkış hızı 0,6 m/sn ise işlem için gereken beygir gücünü hesaplayınız. Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 11
