tasarım

TASARIM
• Tasarım herkes için farklı şey ifade
etmektedir.
Bayanların şapkalarından tutun da dişli
kutularının yağdanlıklarına kadar üretilen her
nesne bir tasarım olarak nitelendirilebilir.
Ancak, tasarım daha çok şey de ifade
etmektedir. Örneğin doğa, bazıları için tanrısal
bir tasarım olarak kabul edilmektedir.
TASARIM
• Mekanik tasarım ve malzemelerin
tasarımdaki rolü, bizi ilgilendiren kısımdır.
Mekanik elemanların bir kütlesi vardır,yük
taşırlar,ısı iletirler,aşınmaya ve korozif ortamlara
maruz kalırlar.
Mekanik elemanlar tek bir malzemeden
yapılabileceği gibi, çok sayıda malzemeden de
yapılabilir,belirli bir tasarımları vardır ve imal
edilmek zorundadırlar.
TASARIM
• Tasarımda Malzeme
Bir fikirden yola çıkılarak tasarım yapılabileceği
gibi, pazardaki ayrıntılı bazı taleplerden yola
çıkılarak da tasarım yapılabilmektedir.
Her iki durumda da ürünün yapılacağı malzeme
hakkında karar vermek gerekmektedir.
TASARIM
• Bazen de malzeme seçimine karar
verilirken
zorlanılabilir.
Yeni bir ürün istenebilir yada mevcut bir ürünün
geliştirilmesi istenebilir yada mümkünse yeni bir
malzme ile imal edilmesi istenebilir.
Mühendislikte kullanılabilecek malzeme sayısı çok
fazla olup 40.000-80.000 arasında olduğu
tahmin edilmektedir. Bununla birlikte yürürlüğe
giren standartlarla bu rakam azaltılmaya
çalışılmaktadır.Bir yandan da yeni malzemeler
ortaya çıkarılmaktadır.
TASARIM
O halde bu kadar geniş malzeme
listesinden mühendisler amaçlarına
en uygun malzeme seçimini nasıl
yapacaklardır ???
TASARIM
• Tasarımın uygun olduğu seviyeye göre soru bir
çok düzeyde cevaplanabilir;
Başlangıçta tasarım akıcıdır ve opsiyonlar çok
fazladır.Tüm malzemeler göz önüne alınmalıdır.
Tasarım üzerine yoğunlaştıkça ve parça şekillendikçe
seçim kriterleri netleşir yani keskinleşir.Ve seçilecek
malzeme sayısı azalır.İşte bu durumda daha kesin ve
detay veriler gerekir ve seçim için farklı analiz yöntemleri
kullanılır.
Tasarım sonunda daha hassas veriler gerekir, malzeme
sayısı birkaça iner bazen de sadece birdir.
TASARIM
• Malzemelerin seçimi
Malzemelerin seçimi, şekillendirilme yani
imalat yöntemlerinden bağımsız olarak
yapılamaz. O halde imalat yöntemleri örn.
Talaşlı, talaşsız, birleştirme, yüzey işleme
ve diş açma vb. gibi tasarımın önemli bir
unsurudur.
Maliyet de malzeme seçiminde önemli bir
başka faktördür.
TASARIM
• Malzemelerin seçimi
İyi bir tasarımın tek başına bir ürünü satmak için yeterli olmadığı da göz
önünde tutulmalıdır.Ev aletlerinden otomobile ve uçağa kadar her
ürünün şekli , dokusu (yapısı), rengi, estetiği ve dekorasyonu her
zaman kullanıcıya bir haz vermektedir.
Çok önemli olan bu estetik unsurlar ,endüstri veya diğer bir deyişle
endüstriyel tasarım olarak bilinir ve bir çok mühendislik dersinde ele
alınmazlar.
Estetik unsurlar ihmal edildiğinde,üreticinin pazar payını kaybetmesine
neden olur. Çünkü, iyi bir tasarım çalışır ama mükemmel bir tasarım
ayrıca haz verir.
TASARIM
• Tasarım problemlerinin tek ve tam bir çözümü
yoktur.
Tasarımcının ihtiyacı olan tek şey,açık bir düşünce ve tüm
olasılıklar için karar vermeye istekliliktir. Atasözünün
dediği gibi; ‘’denize geniş ağ atılırsa çok balık tutulur ‘’
sözünde olduğu gibi en uygun malzemeyi seçmek için bir
prosedür gerekmektedir.
Örneğin malzeme seçimini diyagramlar yardımı ile
yapmak, potansiyel malzeme adayları arasında ilk seçimi
basitleştirmektedir. Malzeme ve tasarım (biçim)
arasındaki etkileşim ayrıntılı olarak
tartışılmalıdır.Ayrıca,kullanıcıya tasarımı doğrudan imalat
prosesi ile gerçekleştirmesine imkan veren proses seçim
diyagramları geliştirilmiştir
TASARIM
• Mühendislik Malzemelerinin Gelişimi
Tarih boyunca malzemeler sınırlı olarak tasarlanmıştır. Eski çağlar,
insanların kullandığı malzemelerin isimleri ile örneğin taş devri, bronz
devri, demir devri gibi adlandırılmıştır.
İnsanlar öldüklerinde hazineleri de kendileri ile birlikte gömülmekteydi.
Mısır firavunlarından Tutankamun,taş lahit içine renkli camdan yapılmış
eşyaları ile, Agamennon ise bronz kılıcı ve altın maskı ile
gömülmüşlerdir. Firavunun eşyaları,yaşadıkları zamanın en yüksek
teknolojisine ait ürünleri temsil etmekteydi.
Düşünün arkadaşlar,eğer firavunlar bügün yaşasalar ve ölselerdi
yanlarında neler gömülebilirdi?Titanyum saatleri mi? yoksa karbon elyaf
ile takviye edilmiş tenis raketlerini mi? Yoksa metal matrisli kompozit
dağ bisikletlerini mi? Yada polieter etil keten kasklarını mı?
TASARIM
• Günümüz tek bir malzeme çağı değildir ve
çağımızda malzemelerin sınırı yoktur.
Şimdiye dek günümüzdeki kadar malzemelerin
çok hızlı geliştiği ve özelliklerin bu kadar
değişkenlik gösterdiği asla başka bir çağ
olmamıştır.
Mühendislerin temin edilebileceği malzeme listesi
öyle hızlı gelişmektedir ki, üniversiteden 30 yıl
önce mezun olan birinin bu malzemelerin
yarısından bile haberi yoktur.Ama yeni
malzemelerin bilinmemesi tasarımcı için risk
oluşturmaktadır.
TASARIM
• Tarih öncesi malzemeler
M.Ö.10000 den önce taş devrinde taş daha sonraları ise
seramikler ve camlar,doğal polimerler ve kompozitlerdi.
Her zaman teknolojinin en üst noktasında olan
silahlar,ahşap ve çakmak taşından
yapılmaktaydı.Bölgesel olarak bulunan altın ve gümüşün
ise teknolojideki rolü çok azdı.Bakır ,bronz ve daha
sonrada demirin bulunuşu(bronz devri M.Ö.4000-1000
arası ve demir devri M.Ö.1000-M.S.1620 arası)
sonrasında bu malzemeler, ahşaptan ve taştan yapılmış
eski silahların ve takımların yerini alarak teknolojinin
ilerlemesini geliştirmiştir.
TASARIM
• Dökme demir teknolojisi;
1620-1850 yıllarında mühendislikte metallerin
hakimiyet kurmasını sağlamıştır.Ve daha sonra
çelikler,hafif alaşımlar ve özel alaşımlardaki
gelişmeler de metallerin konumun
sağlamlaştırmıştır. 1960’ lı yıllarda mühendislik
malzemeleri denilince akla ilk gelen metaller
olmaktaydı.
TASARIM
• Seramikler sınıfından Portland çimentosu,
refrakterler ve silika , polimer sınıfından
kauçuk , bakalit ve polietilen gibi
malzemelerde de gelişim devam
etmekteydi.
Ancak, bu malzemelerin toplam malzeme
pazarındaki payları başlangıçta çok azdı.
TASARIM
Daha sonraki yıllarda metal alaşımlarının gelişme
hızı yavaşlamıştır.
Bir yandan çeliğe ve dökme demire olan talep
azalırken, diğer yandan yüksek performanslı
seramiklerin üretimi, polimer ve kompozit
endüstrisi hızla gelişmektedir.
Malzemelerde görülen hızlı değişimi tasarımcılar
görmemezlikten gelemezler.
1- TASARIM ÇEŞİTLERİ
Tasarım; orijinal tasarım ve
uyarlanan veya geliştirilen tasarım
olmak üzere ikiye ayrılır.
1-TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Orjinal Tasarım
Örn .tükenmez kalem, kompakt disk gibi
Orjinal tasarımda, yeni çalışma prensibi gerekir.
Tasarımcı, fikrini olabildiğince geniş tutarak, tüm
olası çözümleri dikkate almalı ve bunlar arasında
en uygun olanları seçmelidir.
Yeni malzemeler, orjinal tasarımlara imkan
veren yeni ve orjinal malzeme kombinasyonları
sunarlar.örn.süper alaşımların gaz türbinleri gibi
yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılması,
transistörler için yüksek saflıkta silisyum
kullanımı vb.
1-TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Bazen de yeni ürünler için yeni malzemeler
geliştirilir.örn.hem türbinler, hem nükleer
enerji, hem savunma sanayii için seramik
ve kompozit malzemelerin geliştirilmesi.
• Tankın mayına çarptığında zarar
görmemesi için 10 kg.TNT patlamasında
etkilenmeyen kompozit malzemeden
yapılan zırh TÜBİTAK tarafından
geliştirilmiş ve tanklarımızda kullanılmaya
başlanmıştır.
1-TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Uyarlanan veya geliştirilen tasarım
• Tasarımın amacı; çalışma prensiplerinin yetkinleştirilerek
•
verimin artmasının sağlanmasıdır. Bu amaçla da, çoğu
kez malzemenin geliştirilmesi yeterli olabilir.
Günümüzde, pazar payında rekabetin fazla olduğu
otomotiv sektöründe, ev araç ve gereçlerin yapımında
metalik malzemeler yerine plastik ve kompozit
malzemelerin kullanımı örn. tamponlar, çamurluklar, ön
panel vb. spor araç ve gereçlerin yapımında karbon fiber
takviyeli plastik matrisli kompozit malzemelerin kullanımı
örn.tenis raketleri, kayak takımları, kasklar vb.
1-TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Değişik tasarımlar; boyutlandırmada bir değişiklik veya
•
fonksiyon değiştirmeksizin ayrıntılarda yada metodda
değişiklikler gerektirebilir.
Boyut değişimi , malzeme değişimi gerektirebilir. Örn.
Model uçak balsa malzemesinden yapılırken gerçeği
alüminyum alaşımlarından, boyler kazanı modeli bakırdan
yapılırken gerçeği çelikten yapılır.
2-TEKNİK SİSTEMLER
• Bir işlevi yerine getirmek üzere bir araya
getirilen montaj grupları ve tek tek
parçalardan oluşan sisteme ‘’Teknik
Sistem’’ denir ve değişik şekillerde
tanımlanarak analiz edilir.
• Sistem analizi düşüncesi:sisteme giren
çıkan bilgi,enerji ve malzeme akışı ele
alınır.örn. Elektrik motoru enerjisini
mekanik enerjiye dönüştürür, dövme
prosesi malzemeye şekil verir.
2-TEKNİK SİSTEMLER
Sistem analizi düşüncesi yaklaşımında sistem; ilgili
alt sistemlere ayrılır ve alt sistemler birim
fonksiyonları oluşturur. Sonuçların düzenlenmesi
sistemin fonksiyon yapısı olarak isimlendirilir.
örn.insanın solunum sistemi, sindirim sistemi,
kan dolaşım sistemi toplam sistemi oluşturur.
Veya ektrüzyon makinasının hidrolik sistemi,
kalıpları, sonsuz vida çalışma sistemi makinanın
toplam sistemini oluşturur.
2-TEKNİK SİSTEMLER
Sistem analizi Düşüncesi:enerji, malzeme ve bilgi
dönüşümü olarak teknik sistemin analizi
TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Teknik sistemleri analiz etme: Sistemi
•
•
montaj grubu ve parçalara ayırmaya dayanan
analiz yoludur. Örn. Bir bisiklet teknik
sistemdir.Tekerlek montaj grubudur ve tekerlek
poyrası, dişliler, jant ve diğer parçalar gibi tek
tek parçalardan oluşur.
Malzeme seçimi parça düzeyinde olur ve her
parça farklı malzemelerden yapılmıştır.
Bazı parçalar özel olup tasarıma özgüdür. O
zaman tasarımcı, uygun malzemeyi ve uygun
imalat yöntemini seçmek zorundadır.
2-TEKNİK SİSTEMLER
• Teknik sistemleri analiz etme;teknik sistemi montaj
ve parçalara ayırarak analiz etme
TASARIM ÇEŞİTLERİ
• Özetlenirse,
• Tasarımı yapılan parçanın
fonksiyonu; malzeme ve imalat
yöntemi ile etkileşmektedir.
3-TASARIM PROSESİ
• Tasarım;
geri dönüşlü bir süreç olup başlangıç
noktası ya bir pazar yada bir fikirdir. Son
noktası ise bir gereksinimi karşılayan ürün
ya da esinlenmiş bir tasarımdır.
3-TASARIM PROSESİ
• Tasarımın başlangıç ve son noktaları
arasında 3 basamak yer almaktadır.
-- kavramsal tasarım aşaması:
tasarımcı sistemi oluşturan fonksiyonlar
için alternatif çalışma prensiplerini veya
şemalarını, alt fonksiyonları ayırma veya
bir araya getirme yollarını, maliyet ve
performansa etki eden her diyagramı
dikkate alır.
3-TASARIM PROSESİ
--şekillendirme (biçimlendirme)
aşaması: fonksiyon yapısı ele alınarak,
bu fonksiyonlar analiz edilmeye çalışılır.
Analizle ortaya konan gerilmelere,
sıcaklıklara ve çevra koşullarına karşı
performans sağlayan malzemeler
seçilmeye çalışılır. Bu seçimde yanılma
payı çok azdır.
3-TASARIM PROSESİ
• --ayrıntılı tasarım aşaması: her
parçaya ait özellikler kesinleştirilir. Kritik
parçalar için sonlu elemanlar metodu
kullanılarak kesin mekanik ve ısıl analizler
yapılır.
3-TASARIM PROSESİ
--son basamak: ürünün nasıl üretileceği
tanımlanır. Parça ve parça gruplarına ait
performansları arttırmak için optimizasyon
yöntemleri kullanılır. Malzeme seçilir,
üretim sürec, analiz edilir ve tasarım
maliyeti çıkarılır. Ayrıntılı tasarım yapılır.
3-TASARIM PROSESİ
• Tasarım Araçları ve Malzeme Verileri
Tasarımın başarılı olabilmesi için;
--tasarımın analizine ve optimizasyonuna olanak veren
mühendislik bilim araçları,
--malzeme seçimi önem kazanır. Malzeme seçimi
tasarımın her
aşamasında büyük önem kazanmaktadır.
Malzeme seçerken hangi malzeme bu görevi daha iyi
yapar şeklinde tekrar tekrar sorgulama (iterasyon)
yapılmalıdır.En ucuz şekilde şekillendirilebilen,
birleştirilebilen ve bitirme işlemleri uygulanan
malzeme; tasarımda en çok istenen malzemedir.
3-TASARIM PROSESİ
• Fonksiyon, Tasarım, Malzeme, Prosesi
Malzeme seçimi biçimden ayrı düşünülemez.
Yani biçim; makroskopik anlamda dış biçim ve
boyutları kapsamaktadır. İç biçim ise mikroyapıyı
ifade etmektedir.
Biçimi sağlamak için kullanılan ve öznesi
malzeme olan prosese ise imalat adı verilir.
İmalat; döküm, dövme gibi ilk şekil verme
özelliklerini, talaş kaldırma özellikleirni
(tornalama,frezeleme vb.) ve bitirme işlemlerini
(polisaj gibi) kapsamaktadır.
3-TASARIM PROSESİ
• Fonksiyon, malzeme seçimini etkiler.
• Biçim; malzemenin kullanımı sırasında
fonksiyonun sağlanması için seçilir ve
prosese ve malzeme özelliklerine etkir.
• Proses; biçimi,boyutu, hassasiyeti ve
maliyeti belirler.
Özetle proses; fonsiyon,malzeme,
biçim ve maliyeti etkilemektedir.
• Kaynakça
Ashby,M.F. ‘’ Materials Selection In
Mechanical Design’’,Second Edition,ISBN 0
7506-4357 9