Özet Tasarımı iyi yapılmış ve konstrüksiyon hatası bulunmayan kalıpların endüstriye büyük yararı vardır. Kesme kalıplarında, üretim sırasında ne kadar titiz çalışılsa, ne kadar hassas üretim yapılsa da, kalıbın ilk günlerindeki verimi zamanla bozulur. Verimin ve kesilen yüzey kalitesinin zamanla değişmesinin…
Özet
Tasarımı iyi yapılmış ve konstrüksiyon hatası bulunmayan kalıpların endüstriye büyük yararı vardır. Kesme kalıplarında, üretim sırasında ne kadar titiz çalışılsa, ne kadar hassas üretim yapılsa da, kalıbın ilk günlerindeki verimi zamanla bozulur. Verimin ve kesilen yüzey kalitesinin zamanla değişmesinin en büyük nedeni “kesme boşluğu” değerlerinin bozulmasıdır. Kesme boşluğunun bozulmasıyla kesilen yüzeylerde çapaklar oluşmaya başlar. Çözüm olarak taşlama işlemi ile oluşan bu çapaklar giderilmiş olur. Ancak üretim devam ettiğinde çok kısa süre sonra çapaklanma tekrar kaçınılmazdır. Bu durumda taşlama işleminin çözüm olmadığını, kalıbın zamanla aşınmalardan dolayı kullanılmaz hale geldiği görülür.
1. Kesme Boşluğu
Kesme boşluğunun bozulması için pek çok neden vardır. Sorun giderme çalışmaları sırasında kesme boşluğuna neden olan kriterlerden pek çoğu gözümüzden kaçar. Bu nedenler küçük ayrıntılar olmasına rağmen büyük sorunlara ve masraflara yol açarlar. Kalıpta malzemeyi rahat kesmek, çapaksız ve uygun bir yüzey elde etmek amacı ile dişi çakı ile erkek zımba arasında bir ölçü farklılığı sağlanır, bu ölçüsel farklılığa kesme boşluğu denir. Zımba ile matris arasındaki eşit uzaklığa kesme aralığı denir. Kesme boşluğu ise iki kesme aralığına eşittir [2]. Zımba ve kesme plakası (matris) arasında bir kesme boşluğunun olması zorunludur. Kesme boşluğunun büyüklüğü malzemenin kalınlığına, kesme mukavemetine, gerekli imalat miktarına ve kesici ağız yüzeylerinin kalitesine bağlıdır. Kural olarak kesme aralığı hassas kesmede kesilen malzemenin kalınlığının % 0.5’i kadar alınırken diğerlerinde ise % 5’e kadar çıkar. Kesme boşluğunun doğru ölçüde olup olmadığı, kesme yüzeylerinden anlaşılır. Kesme yüzeyleri kaba, gevrek ve kalın çapaklı görünüyorsa, kesme boşluğu çok büyüktür demektir [7].
Kesme aralığı tüm matris boşluğunda üniform olmalıdır. Bu durumda kuvvet dağılımı dengeli olur. Kesme aralığı uniform olmazsa imalatta kalıbın ömrü azalır ve üretilen parçada normalin üstünde çapak olur. Genelde üretilen parçanın ham madde malzeme şeridinde çapak olur. Çapağın fazlalığı işlenmekte olan gerecin kalınlığına, kalıbın ve gerecin kesilme gerilmesine bağlı olarak değişiklik gösterir. Kesme boşluğu, kesme ağızları boyunca her tarafta eşit olmalıdır. Bu durum da kesim esnasında meydana gelen radyal kuvvetler dengede kalmış olur. Radyal kuvvetlerin dengede olmaması kalıbın çalışması esnasında kalıbın ömrü kısalır ve hatalı iş imalatı ile parçada çapak oluşmasına neden olur[3].
2. Kesme İşlemi
Kesme işleminde malzeme zımba vasıtası ile ilk önce yığılır. Bu esnada malzeme zımbanın kesim yüzeylerinde içeriye doğru çekilir ve büyüklüğü malzeme yapısına, kesilen malzemenin kalınlığına ve kesme boşluğuna bağlı olarak çekilme yuvarlakları oluşur. Zımbanın içeriye doğru devam etmesi halinde malzeme akmaya başlar. Kesme direncinin aşılmasından sonra kesme yüzeyi birbirinden uzaklaşır[7]. Şekil 1 de kalıpta kesme boşluğu ve matrislere ait zırh formları görülmektedir.
Şekil 1. Kalıpta kesme boşluğu ve matrislere ait zırh formları
3. Kesme Boşluğunu Etkileyen Önemli Faktörler
• Kesilen malzemenin kalitesi
• Kesilen malzemenin kalınlığı
• Zımbanın ebat ve şekli
• Kalıbın hassasiyeti
• Sapın kalıp ağırlık merkezinde olması
• Matris ile zımbanın eşit olarak sertleştirilmesi
• Zımbanın zımba tutucusuna dik olmaması
• Kesme boşluğunun büyük olması
• Kesme boşluğunun olağandan küçük olması
• Kesme boşluğunun kesme ağızları boyunca eşit olmaması
• İş parçasının kesilen yüzey kalitesi
• Kesilen malzemenin geometrik yapısı [1,3,5].
Kesme boşluğunu etkileyen önemli faktörlerden biri de matriste oluşan körelmedir.Düz matriste oluşan körelme taşlama ile giderilir. Şekil 2 de görülen kalıpta matris için
yüzeyden yapılan taşlama, matrisin kesme boşluğunu değiştirmez. Matris ve zımba arasındaki kesme kalınlığı (t), kalıbın parça kesimini önemli ölçüde etkiler.
Şekil 2. Düz matriste üretilen parçalarda kesme boşluğu
Şekil 3 de görülen kalıpta matris ve zımba arasında oluşacak olan aşınmayı yüzeyden veya çaptan yapılan taşlama ile giderilmeye çalışıldığında kesme boşluğu (Sp), boşluk açısına(ao) bağlı olarak değişir. Bu durum matriste, kalıp çapının dolayısı ile kesme boşluğunun artmasına neden olacağından uygun görülmemektedir.
Şekil 3. Boşluk açılı (ao) matriste üretilen parçalarda kesme boşluğu
Üretilen parçanın önemine göre kesme boşlukları zımbaya veya matrise verilir. Eğer üretilecek olan parçada üretilen parça boşluğu önemli ise, kesme boşluğu matrise verilir. Çıkan parça önemli ise kesme boşluğu zımbaya verilir[2].
Şekil 4. Üretilen parça boşluğu önemli ise, Kesme boşluğu matrise verilir
Şekil 5. Çıkan parça önemli ise, kesme boşluğu zımbaya uygulanır
Şekil 4 ve 5 de görüldüğü gibi eğer belirli ölçülerde parçalar üretilecekse kesme boşluğu erkeğe verilmelidir. Yani, erkek kesme boşluğu kadar küçük yapılmalıdır. Burada esas kesmeyi dişi yapar dolayısıyla parçanın ölçüsünü dişi tayin etmiş olur. Eğer malzeme üzerinde belirli çaplarda delikler açılacaksa kesme boşluğu dişiye verilir. Yani, dişi esas ölçüden kesme boşluğu kadar büyük yapılır. Burada esas kesmeyi erkek yapar, dolayısıyla parçanın ölçüsünün erkek tayin etmiş olur.
Kesme boşluğunun büyüklüğü kesilen malzemenin cinsi ve kalınlığına bağlıdır. Kesme boşluğu küçüldükçe kesilen yüzey daha düzgün olur. Bununla birlikte çok küçük kesme aralığı bırakılırsa artan sürtünme ve yığılmadan dolayı kesme için gerekli güç çok artar. Bu durum kesici kenarların veya kesici çevrenin erken körlenmesine, kesici kenarlarında ise ufak atmalara neden olur[2]. Kesme aralığının istenenden büyük olması da zararlıdır. Kesme aralığının büyük olması kesilecek malzemede aşırı çapak yapmasına, yüksek gerilmelere neden olmasına ve matrisin ağzının kırılmasına neden olur.
Tablo 1. Malzeme ve saç kalınlığına bağlı olarak kesme mukavemeti ve kesme boşluğu değerleri [4].
4. Kesme Boşluğunun Hesaplanması
3 mm ye kadar olan saçlar için kesme boşluğu şu formülle hesaplanır.
5. Boşluk Açısı 
Kesme olayında da açıklandığı gibi bir malzemenin kesilebilmesi için basma ve çekme gerilmelerinin belirli bir seviyeye ulaşması gerekmektedir. Bu koşullar içerisinde kesilen parça veya artık parçanın birtakım dahili basınçları bulunacağı kesindir. İşte bu parçalarda meydana gelen dahili basınçları serbest bırakmak için, dişi kalıbın deliğine verilen açı veya konikliğe “boşluk açısı” denmektedir[3].
6. Boşluk Açısının Önemi
Eğer boşluk açısı verilmezse, delikten geçmekte olan parça kalıp deliğini oldukça zorlayacaktır. Bu zorlama sonucunda malzeme deliğinden geçerken ısınacak, çarpılacak ve kalıbın aşınmasına yol açacaktır. Yetersiz boşluk açılarının büyük basınç birikimlerine ve sonunda zımbanın kırılmasına, dişi kalıbın da parçalanmasına yol açacağı hiçbir zaman göz ardı edilemez. Bu durum çok büyük basınçlarda presin dahi zarar görmesine neden olabilir.
Boşluk açısı;
• Üretilen parçanın kalitesine,
• Üretilen parçanın kalınlığına ve şekline,
• Üretim kapasitesine,
• Kalıbın konstrüksiyon şekline bağlıdır [3].
Boşluk açısı verilirken şu hususlara dikkat edilmelidir;
• Sert malzemelere genel olarak sert olmayanlardan daha az boşluk açısı verilir. Bilhassa alüminyum büyük boşluk açısı gerektirir.
• Kalın malzemelere, ince malzemelerden daha çok boşluk açısı verilmelidir.
• Küçük ve ince zımbalar için boşluk açısı çok az miktar arttırılır.
• Kalıp tecrübe edilirken birkaç parça basıldıktan sonra pres durdurulmalı, parça kalıp deliğinden sert olmayan bir madde ile seri olarak yapılan çok hafif darbelerle düştükleri görülmelidir.
Şekil 6 da zımba, matris üzerindeki formları aşındırır. Matrisin üzeri taşlanarak temizlenir. Bu durum açıdan dolayı deliğin çapını büyüterek kesme boşluğunda artışa neden olur. Genellikle silisyumlu ve paslanmaz parçaların kalıplarında kullanılır. En az kullanışlı metottur.
Şekil 6. Silisyumlu ve paslanmaz parçaların kalıplarında kullanılan kesme kalıbı ve boşluk açısı
Şekil 7 de teknolojinin ilerlemesi ile bu formu işlemek daha kolay olduğundan (CNC, tel erozyon) genellikle bu boşluk açılarına sahip olan kesme kalıpları tercih edilmektedir. Diğer matris formlarına göre daha sağlıklıdır. Kademeli konik oluşu kullanımda avantaj sağlar. İşleme zorluğu olan yerlerde kullanılır. En kullanışlı metottur.
Şekil 7. İşleme zorluğu olan yerlerde kullanılan kesme kalıbı ve boşluk açısı
Şekil 8 de matris, tasarımda ilgili kesite gelecek olan yükler göz önünde bulundurularak t kalınlığı tayin edilir. Form işlenirken kalıp en az iki aşamada imalatı gerçekleştirilir. Hassas çap (d) üstten işlenerek gerçekleştirilir. Formun (do) çapında hassaslık istenmez. Delik ölçüleri 5 mm den küçük olan hallerde kullanılır. Bu kalıbın imalat formu işlenirken iki aşamalı olarak gerçekleşir. İmalatın iki aşamalı olması maliyeti artıracağından ekonomik değildir.
Şekil 8. Delik ölçüleri 5 mm den küçük olan hallerde kullanılan kesme kalıbı boşluk açısı
Silisyumlu ve paslanmaz parçaların kalıplarında kullanılan boşluk açısı değerleri tablo 2 de gösterilmiştir.
Tablo 2. Saç kalınlığı ve boşluk açısı değerleri
İşleme zorluğu olan imalat işlemlerinde ve delik ölçüleri 5 mm den küçük olan hallerde boşluk açısı değerleri tablo 3 de verilmiştir.
Tablo 3. Saç kalınlığı, matriste kesme yüksekliği ve boşluk açısı değerleri
7. Kesme Kalıbında Kullanılan Malzeme Şeridi ve Örnek Uygulama
Kesme kalıplarında kullanılmak üzere hazırlanmış, üretilecek işe göre uygun genişlikte ve kalınlıkta kesilmiş parçaya malzeme şerit halinde verilerek imalat gerçekleşir. Malzeme şeridi işlenmek üzere kalıba sürülür. Her pres kursundan sonra malzeme şeridi gerekli ilerleme miktarı kadar bant yolunda yeniden ilerletilerek üretim sağlanır.
İşlem sonucunda kesme yönteminde sadece üretilen parça üzerinde var olan boşluklardan çıkan fireler ve malzeme şerit iskeleti artan malzeme olarak kalır. Amaçlanan imalat gerçekleşen menteşe takımları ile elde edilmiş olur. Şekil 9 da Kesme kalıbında kullanılan malzeme şeridi ve kesimi gerçekleştirilen menteşe takımının işleme aşamaları görülmektedir.
8. Tasarım İşlemi
Tasarım işlemi ölçülebilir, yönetilebilir ve geliştirilebilir [1]. Modelde görüldüğü gibi önce menteşe vida delikleri sonra da 1 ve 2 no’lu parçalar kalıpta aynı anda kesilerek işlem yapılır. Kesme esnasında 3 no’lu fire şerit malzemenin kalıpta fazlalık olan kısımdır. 4 no lu parça menteşe vida deliklerinden çıkan firedir. Üretimde 1 ve 2 no’lu menteşeler malzeme şeridinde az fire için birbirine bakacak şekilde tasarlanmıştır.
Tasarımda en az fire, minimum zaman, minimum maliyet ve malzeme sarfiyatı dikkate alınarak kalıp sistemi tasarlanmıştır. İmalatta fonksiyonel performans üretim maliyetini ve üretim zamanını düşürür. Şekil 10 da kesme kalıbında kullanılan malzeme şeridi ve imalatı gerçekleştirilen menteşe imalatı modeli görülmektedir.
9. Kalıbın Aşınması
Kalıbın aşınması belli üretim adetlerinden sonra son derece normaldir. Bu durumda bir arıza söz konusu değildir. Kalıplar imalat tekniğine uygun ve çalışma durumunda işletme hataları yapılmasa da mutlaka aşınacaktır. Ancak kalıp envanter sistemi yardımı ile tutacağımız istatistik aşınmayı belirli üretim adetlerinde gösteriyor ise bu durumda bir işletim hatası söz konusu değildir. Fakat istatistik sonuçları çok değişken üretim adetleri veriyor ise bir işletim hatası söz konusudur. Bu durumda kalıp üzerinde bir tadilata girişmeden önce işletme şartları incelenerek kalıbın aşınmasına neden olan tedbirler alınmalıdır [6].
10. Çözüm Önerileri
Kalıp bakımında (tüm teçhizat ve makine bakımlarında olduğu gibi) arızanın oluşmadan önce saptanması esastır. Bu nedenle kalıpların üretim baskıları biter bitmez kalıba bakım yapmak en güzel çözümdür. Üretim neticesinde kalıp körelmemiş ise sadece bakım amacı ile kalıp bilenmez. Çünkü bileme yapılan her miktar kalıbın ömrünü kısaltacaktır. Bunun yanı sıra koruyucu bakım, kalıbın ömrünü artırdığı gibi üretim sürelerinin artmasını dolayısı ile kayıp zamanla gelen maliyet artışları da engellenmiş olur.
11. Sonuç
Sonuç olarak, kalıpların mahzurlu yönlerini asgari düzeye indirdiğimiz taktirde kesme kalıpçılığının imalat endüstrisine katkısı artacaktır. Teknolojik yeniliklere bağlı olarak gelişmiş ülkeler, kalıp yapımında kullanılan elemanların bazılarını standart hale getirmişler ve standartlaştırdıkları kalıp elemanlarını diğer ülkelere ihraç etmektedirler. Halen Türk Standartları Enstitüsü tarafından bu konuya gerekli ilginin gösterilmemiş olması, endüstrimizdeki eksikliğimizi his ettirmektedir. Bu eksikliği yaşayan sanayi kuruluşları kendilerine göre kalıp setlerini standartlaştırmış ve piyasaya sunmuştur.
Kaynaklar
[1] Nalbant, M., “Bilgisayarla Bütünleşik Tasarım ve İmalat”, Beta Yayınları,Yayın No:698, İstanbul, 1997.
[2] Uzun, İ., Y Erişkin., “Saç Metal Kalıpçılığı”, Milli Eğitim Bakanlığı Yayınları, Yayın No:81, İstanbul, 1983.
[3] Kurt, H., “Kalıpçılık Tekniği ve Tasarımı-Kesme Kalıpları”, Birsen Yayınevi, Sayfa:20-24, İstanbul, 1999.
[4] Kulaksız,Ö., M Gülesin., “Metal Mesleğinde Tablolar”, Milli Eğitim Bakanlığı Yayınları, Yayın No:2919, Sayfa:225, İstanbul, 2000.
[5] Sineklioğlu, H., “Kesme Kalıplarında Kesme Boşluğu’nun Bozulma Nedenleri”, Uzman kalıp, İstanbul, 2003.
[6] Kırmızı, C., “Kalıp Çiziminde Temel Kavramlar”, Mesleki ve Teknik Öğretim Kitapları, Etüt ve Programlama Dairesi Yayınları, Yayın No:156/4, Ankara, 1978.
[7] Tabellenbuch Metal, Ulrich Fischer, Verlag Europa- Lehrmittel,Nourney,Volimer GmbH & Co.1992, Çeviren; Kulaksız,Ö., Çakır,Ö., Ulusoy,O., Metal Meslek Bilgisi, MEB Yayınları,Yayın No:2918, Sayfa:69, İstanbul, 2000.
Yrd.Doç.Dr. Senai YALÇINKAYA
Elazığ Teknik Lisesini bitirdikten sonra Lisans Eğitimini Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümünden Mezun oldu, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde Yüksek Lisans ve Doktorasını Tamamladı, Çok sayıda yayınlanmış sempozyum, makale ve bildiri çalışmaları mevcuttur. Halen Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümünde Öğretim Üyesi olarak görev yapmaktadır.
