1
SAC ŞEKİLLENDİRME İŞLEMLERİ
Kalınlıkları diğer iki boyutlarına (genişlik ve uzunluk) göre küçük olan nispeten ince başlangıç
parçalarının kesme ve şekillendirme işlemleridir. 6 mm ve altında kalınlığa sahip olan parçalar sac, 6
mm üzerinde kalınlığa sahip olan parçalar plaka olarak adlandırılır. Sac şekillendirme ile imal edilen
parçalar; otomobil, uçak, tren, lokomotif gövdeleri, inşaat ekipman ve aletleri, beyaz eşya, ofis
mobilyası, mutfak eşyaları ve içecek kutuları başta olmak üzere çok geniş bir alanda kullanılan ticari
önemi yüksek ürünlerdir. İş parçası çok kalın ve gevrek olmadığı sürece genellikle işlem soğuk şartlarda
gerçekleştirilir. Sac metal şekillendirme işlemleri dört ana grupta incelenir: Kesme, Bükme, Derin
çekme, Gererek şekillendirme.
1. KESME: Sac metalin biri sabit biri hareketli iki keskin kenar arasında makaslama işlemidir.
Uygulamada basıncı yoğunlaştırarak işlemi kolaylaştırmak için giyotin de denilen zımba eğimli
yapıdadır.
Kesme işleminde ana iş parçasından ayrılan kısım ürün veya hurda olabilir.
2
Sac metal kesmedeki işlem parametreleri zımba ile kalıp arasındaki boşluk, sac kalınlığı, malzeme cinsi,
mukavemeti ve kesme uzunluğudur. Kesme işlemindeki boşluk ( c ) zımba ile kalıp arasındaki mesafe
olup malzeme özelliğine ve sac kalınlığına bağlı olarak belirlenir. Geleneksel işlemlerde sac kalınlığının
% 4 ila 8’i kadar olan boşluk çok hassas tıraşlama ve parça çıkarma işlemlerinde sac kalınlığının % 1’i
kadardır. Boşluk optimum değerinden küçük olduğunda gerekli kesme kuvveti büyürken, boşluğun
fazla olması çapağı büyüterek ürün kalitesini olumsuz etkiler.
Sac metalin cinsine ve kalınlığına bağlı olarak boşluk;
cc tA
şeklinde ifade edilir. Burada; t sac kalınlığı ve cA müsaade edilebilir boşluk değeri olup; düşük
dayanımlı malzemeler için 0,045; orta dayanımlı malzemeler için 0,060 ve yüksek dayanımlı
malzemeler için 0,075 değeri kullanılır. Buna göre bD çaplı yuvarlak bir iş parçası için zımba çapı
2bD c ve kalıp boşluğu çapı bD iken
hD çaplı yuvarlak bir delik için zımba çapı hD ve kalıp boşluğu
çapı 2hD c olmalıdır.
3
İş parçası veya hurdanın kalıptan dışarı kolay çıkabilmesi için kalıp boşluğuna 0,25o ila 1,5o eğim verilir.
Gerekli kesme kuvveti;
F tL
bağıntısı ile hesaplanır. Burada; iş parçasının kayma dayanımını, t sac kalınlığını ve L kesme kenarı
uzunluğunu ifade eder. Bu hesaplamada tüm kesitin aynı anda kesildiği kabul edilmekle birlikte,
uygulamada eğimli zımba ile işlemin zamana yayıldığı unutulmamalıdır.
Örnek: 150 mm çapındaki yuvarlak bir disk 3,2 mm kalınlığındaki sert çelikten kesilerek çıkartılmıştır.
İş parçasının kayma dayanımı 310 MPa olduğuna göre zımba ve kalıp çapları ile kesme kuvvetini
hesaplayınız.
(3,2)(0,075) 0,24cc tA mm
Kalıp boşluğu çapı= 150bD mm
Zımba çapı= 2 150 2(0,24) 149,52bD c mm
( ) 310(3,2) (150) 467 469bF tL t D N
Kesme işleminin pek çok farklı uygulaması bulunur.
4
2. BÜKME: Tarafsız eksen etrafında eğilen sacın çekme ve basma gerilmeleri altında
şekillendirilmesi işlemidir. Metal plastik deformasyona uğrayarak kalıcı şekil değiştirir. Yük
kalktıktan sonra şekil değişiminin elastik kısmı geri yaylanmaya neden olur. Bükme işlemi sac
kalınlığında özellikle eğilme bölgesinde az da olsa bir incelmeye neden olur.
Bükme işleminde kullanılan yaygın iki yöntem; V bükme ve kenar bükmedir (kıvırma). Genellikle
abkant preslerle yapılan V bükme ile çok ve çok geniş açılar elde edilebilir.
5
Kenar bükmede basınçlı bir sac tutucu iş parçasını kalıba bastırırken zımba parçayı kalıp kenarı üzerine
eğer. Maksimum kıvırma açısı 90o’dir. Daha yüksek açılar için silme kalıbı denen karmaşık ve pahalı
ekipmanlar gerektiğinden yüksek imalat miktarlarında kullanılırlar.
Pek çok farklı uygulama şekli bulunur.
Kanal bükme U bükme Serbest (havada) bükme
6
Dirsek bükme Kırıştırma Tüp bükme
Bükmede eğme (bükme) yarıçapı ( R ) sac kalınlığına göre küçükse, bükme esnasında sac uzama eğilimi
gösterir. Son bükülmüş kesitin gerdirme olmadan önce tarafsız eksen boyunu ifade eden ve eğme
toleransı veya müsaade edilebilir eğme olarak adlandırılan değer bükmede önemli olup;
2 ( )360
b baA R K t
bağıntısı ile ifade edilir. Burada; '180o eğme açısını ( ' ) 180o’ye tamamlayan açı değeri ve
baK ise gerdirme tahmin faktörü olup eğme yarıçapının sac kalınlığına göre küçük olduğu durumlarda;
2R t için 0,33 ve 2R t için 0,50 değeri kullanılabilir. Şekil vermeden sonra zımba kaldırıldığında
bükülen parçada kalan elastik enerji toparlanma ile parçayı orijinal şekline döndürmeye çalışır. Özellikle
saclarda kesitin zayıflığı nedeniyle önemli olan bu olay geri yaylanma olarak adlandırılır.
Geri yaylanma ile bükme açısı büyür. Geri yaylanma;
' '
'
t
t
SB
bağıntısı ile ifade edilir. Burada, '
t zımba açısıdır. Elastiklik (Young) modülünün ( E ) ve akma
dayanımının (akma ) artışıyla artan geri yaylanmayı telafi etmek için kullanılan iki yaygın yöntem
bulunur: aşırı bükme ve ezme (aşırı yükleme). Aşırı bükmede zımba açısı ( '
t ) ve radyüsü (tR ) istenen
7
bükme açısından biraz daha küçük yapılır. Ezmede ise parça kalıp ile zımba arasında belirli bir kuvvet
ile sıkıştırılarak bükme bölgesinde plastik deformasyon arttırılır ve pekleşme sağlanarak geri yaylanma
azaltılır.
Bükme işleminin etkin şekilde gerçekleşebilmesi için gerekli kuvvet; zımba ve kalıbın geometrisi, sacın
dayanımı, kalınlığı ve enine bağlı olup en yüksek kuvvet;
2
bf çK wtF
D
bağıntısı ile hesaplanır. Burada; ç sac metalin çekme dayanımı, w sac genişliği, t sac kalınlığı, D
kalıp açıklık boyutu ve bfK ise bükme faktörü olup bükme işleminin türüne bağlıdır. V bükme için bu
faktör 1,33 iken kenar bükme için 0,33 değerini alır.
Örnek: V bükme ile şekildeki gibi bükülen bir sac metalin elastiklik modülü 205 GPa, akma dayanımı
270 MPa ve çekme dayanımı 450 MPa olduğuna göre başlangıç sac boyunu ve kalıp açıklık boyutu 2,5
mm için bükme kuvvetini hesaplayınız.
4,5 2 6,4 0,33baR mm t mm K
'180 180 1202 ( ) 2 ( ) 2 (4,75 0,33*3,2) 6,08
360 360 360b ba baA R K t R K t mm
Sac boyu; 38 25 69,08bL A mm
8
V bükme için 1,33bfK
2 2(1,33)(450)(44,5)(3, 2)109 090
2,5
bf çK wtF N
D
Sac bükme ile flanş bükme, katlama, dikme ve kıvırma gibi işlemler gerçekleştirilir.
Düz flanş bükme Germeli flanş bükme Sıkı flanş bükme
Katlama Dikme Kıvırma
Bükme ile tüp ve boru şeklindeki iş parçaları da şekillendirilir.
Germeli bükme
9
Derin çekmeli bükme
3. DERİN ÇEKME: Silindirik ve prizmatik kap şekillerin veya daha karmaşık konkav parçaların
imalatında kullanılan yöntemdir. İşlem, iş parçasının kalıp boşluğu üzerine yerleştirilerek zımba
ile sacın boşluğa doğru itilerek akıtılmasıyla sağlanan sac şekillendirme işlemidir.
Çapı bD olan sacın çapı
pD olan zımba ile kalıp boşluğuna itilerek derin çekilmesi işleminde malzeme
akışının etkin şekilde gerçekleşebilmesi için yaygın olarak bir baskı plakası (sac tutucu) ile sacın etek
kısımlarına basınç uygulanarak hareketi yavaşlatılır. Bu nedenle yırtılma olmaması için kalıp ve zımba
köşeleri yuvarlatılır. Köşe yuvarlatma olmaması durumunda istenmeyen delme işlemi gerçekleşir. Kalıp
ve zımba kenarları arasındaki boşluğa kalıp boşluğu ( c ) denir ve değerinin sac kalınlığından ( t ) en az
% 10 fazla olması gerekir ( 1,1c t ). Derin çekme işlemi esnasında sac dar bir bölgeye akmaya
zorlandığından dolayı parçada karmaşık gerilme ve deformasyon durumları ortaya çıkar. Sac tutucu
kuvvetinin gereğinden fazla olması sacın yırtılmasına, az olması ise kırışmaya neden olur.
Derin çekme oranı işlemi ölçmede kullanılan en önemli parametre olup;
b
p
DDR
D
10
bağıntısı ile hesaplanır. Derin çekilebilirliğin ifadesi olan bu değer zımba ve kalıp köşe yuvarlatmalarına,
sürtünme şartlarına, çekme derinliğine ve sac metalin süneklik ve anizotropi gibi özelliklerine bağlı olup
normal şartlarda maksimum değeri 2 civarındadır. Derin çekmeyi karakterize eden diğer önemli bir
parametre indirgeme olup;
b p
b
D Dr
D
bağıntısı ile hesaplanır. 2DR kabulüyle 0,5r olur. Sac kalınlığının sac çapına oranı ( / bt D ) da
önemli bir derin çekme parametresi olup değerinin % 1’den büyük olması istenir. Bu oran küçüldükçe
sacın kırışma eğilimi artar. Bu üç değerin sınır değerleri aşması durumunda genellikle derin çekme
işlemi ılık veya sıcak şartlarda gerçekleştirilir veya işlem kademelendirilerek kademeler arasında
yumuşatma işlemi yapılır.
Derin çekme için gerekli kuvvet yaklaşık olarak;
( ) ( )( 0,7)bp ç
p
DF D t
D
bağıntısı ile hesaplanır. Sac tutucu kuvveti ise yine yaklaşık olarak;
2 20,015( ) [ ( 2,2 2 ) ]h akma b p dF D D t R
bağıntısı ile hesaplanır. Burada, dR kalıp köşe yarıçapıdır. Sac tutucu kuvveti genellikle derin çekme
kuvvetinin % 30’u kadardır.
Örnek: Çapı 75 mm ve yüksekliği 50 mm olan silindirik bir kap derin çekme ile imal edilmektedir.
Başlangıç sacının akma dayanımı 175 MPa, çekme dayanımı 300 MPa, çapı 138 mm ve kalınlığı 2,4 mm
olduğuna göre işlemin uygunluğunu inceleyerek derin çekme ve sac tutucu kuvvetini hesaplayınız.
138 1,84 275
b
p
DDR
D
11
138 750,46 0,5
138
b p
b
D Dr
D
/ 2,4 /138 0,017 0,01bt D
olduğundan işlem uygundur.
138( ) ( )( 0,7) (75)(2,4)(300)( 0,7) 193 396
75
bp ç
p
DF D t N
D
2 20,015( ) [ ( 2,2 2 ) ]h akma b p dF D D t R
2 2(0,015)(175) [138 (75 2,2(2,4) 2*6) ] 86 824hF N
Derin çekme işleminin farklı bir uygulaması ters (zıt veya karşıt) derin çekmedir.
Derin çekme işleminin sac tutucu kullanmadan gerçekleştirilen uygulamaları da bulunur.
12
Derin çekme işleminde, sacın dar bir bölgeye akmaya zorlanmasından dolayı parçada karmaşık gerilme
ve deformasyon durumları ortaya çıktığından ve hassas olarak analiz edilmesi gereken bir işlem
olduğundan pek çok farklı kusur ortaya çıkması söz konusudur.
Etek (Flanş) buruşması Duvar buruşması
Yırtılma Kulaklanma Çizilme
Derin çekilmiş bir parçada sac etek kısımlarından tutulduğundan kabın yan yüzeylerinde incelme
gerçekleşir ve kalınlık homojen olmaz. Daha düzgün bir duvar kalınlığı elde etmek için ütüleme işlemi
yapılır.
13
4. GEREREK ŞEKİLLENDİRME: İş parçasının uç kısımlarından çenelerle tutularak gerdirildiği ve
istenen şekle eğildiği sac şekillendirme işlemidir. Gerdirme ve eğmenin bileşke etkisi işlem
sonundaki geri yaylanmayı azaltır. Düşük imalat miktarlarında da ekonomik olan yöntem
havacılık ve uzay endüstrisinde yaygın kullanılır ve karmaşık geometrilerin elde edilmesine
imkân sağlar.
Yaygın kullanılan diğer sac şekillendirme işlemleri; merdane ile eğme, sıvama, patlatma, elektrohidrolik
şekillendirme ve elektromanyetik şekillendirme işlemleridir.
Merdane ile eğme
14
Geleneksel sıvama
Kanal sıvama
15
Dıştan tüp sıvama İçten tüp sıvama
Patlatarak şekillendirme
Elektrohidrolik şekillendirme
16
Elektromanyetik şekillendirme
Sac metalin belirli bölgelerinin şekillendirilmesi için çeşitli sac şekillendirme işlemleri kullanılır.
Kabartma
Çentik açma
Özellikle havacılık ve uzay endüstrisinde uzun yıllardır kullanılan bir yöntem olan kauçuk zımba ile
şekillendirme elastik zımba sayesinde iş parçasındaki yüzey hasarlarını azaltır.
17
Bu yöntemin daha gelişmiş ve etkin bir uygulaması kauçuk diyaframla birlikte hidrostatik etkinin
kullanıldığı hidro şekillendirme işlemidir.
Sac metal işlemlerinde kullanılan presler sabit alt tabla ve hareket verilen zımbadan (koç) oluşan bir
makina takımıdır. Koç zemine doğru hareket eder ve tekrar zeminden uzaklaşarak çeşitli kesme ve
şekillendirme işlemlerini yapar.
18
Sac metal pres makinalarında tahrik için üç temel yöntem kullanılır.
Eksantrik Kranklı Oynar bağlantılı