Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > İmalat Teknolojileri > MIM Büyücülerinin Sırları:

Sinterlemedeki Sürpriz:

Gelin 1 gr paslanmaz çelik tozunu sinterleyelim. Toz çapı d=10 mikron olan küresel taneciklerden meydana gelsin ve yoğunluğu ?=7.8 gr/cm3 olsun. Bu taneciklerin tıpkı bir tesbihteki boncuklar gibi birbirine değecek şekilde yanyana ve üstüste dizildiğini varsayalım. Çelik tozunu ısıtmaya başladığımızda sıcaklığın yeterince yükselmesiyle birlikte taneciklerin merkezleri arasındaki uzaklığın küçüldüğünü ve birbirleri ile kaynaştıklarını (sinterlendiklerini) görürüz. Eğer sıcaklık arttırılmaya devam edilir ve tanecikler arasındaki sürtünme ihmal edilirse, sonuçta tek bir paslanmaz çelik küre tanesi elde edilir. Bu tanenin çapı aşağıdaki formülle hesaplanır:

D aynı zamanda ideal sinterlenme ölçüsüdür ve taneciklerin arasındaki boşlukların tamamen kapandığı durumu göstermektedir. Buraya kadar herşey normal gözükmektedir değil mi? Ancak gelin bir de başlangıçtaki tesbihimizin uzunluğunu hesaplayalım:

Bu hesaplama sinterleme esnasında meydana gelen inanılmaz kendini çekme özelliğini eğlenceli bir biçimde ortaya koymaktadır. Formüllerden de görüleceği gibi kendini çekme (büzülme) miktarı partikül büyüklüğüne bağlı değildir. Bu nedenle MIM teknolojisinde yeşil parçaların bünyelerindeki plastik bağlayıcıların tane büyüklüğü büzülmeyi etkilemez. Tek önemli faktör hammadde (karışım) içerisindeki hacimsel doluluk oranıdır.

Bir sonraki aşama kalıp setinin oluşturulmasıdır. Kalıp dizaynı ve yapısının MIM'e özel olmasının haricinde kalıp imalatı hemen hemen tüm yönleriyle plastik enjeksiyon kalıplarına

benzemektedir. Bu nedenle günümüzde tüm MIM kalıpları, plastik enjeksiyon kalıp üretimi konusunda eğitimli ve tecrübe sahibi olan profesyonel kişiler tarafından imal edilebilmektedir. Tabi ki bu kişilerin MIM konusunda ilave eğitim ve pratik yapmaları da gerekecektir. Bu ilave eğitimlerin en can alıcı kısmı, MIM teknolojisindeki büyük miktardaki kendini çekme (büzülme) faktörünün kalıp setine yansıtılmasıdır. MIM konusuna yeni giren bir plastik kalıp imalatçısına nihai parçanın resmi verildikten sonra, "parçanın tüm ölçülerini %20 büyüterek kalıp setini imal et" dendiğinde, yüzündeki hayret ve şaşkınlık dolu ifadeleri gözlemlemek her zaman eğlenceli olmaktadır.

İdeal durumda sinterleme esnasındaki büzülme oranının hassas bir biçimde bilindiği ve sabit kaldığı kabul edilse bile (ki bu, gerçekte çok nadir rastlanan bir durumdur), kalıp imalatçısı sadece belli bir yaklaşıklıkla kendisine verilen şekli kalıba işleyebilmektedir. Parça şekli nasıl olursa olsun veya parça teknik resmi hiç hata içermese dahi kalıp seti kaçınılmaz bir biçimde, kalıp imalatçısının tarzına, bilgi ve deneyimlerine bağlı olarak işleme hatalarına sahip olacaktır. Kuşkusuz kalıp imalatçısının MIM konusundaki eğitim ve tecrübesi ne kadar fazla ise, kalıp setindeki işleme hatalarının büyüklüğü o kadar az olacaktır. Özetle her kalıp seti tıpkı bir parmak izi gibi kendine özel işleme hatalarına sahiptir. İşleme hatalarına hammaddenin büzülme faktörünün belirlenmesinden kaynaklanan hatalar da eklenince "toplam hata" bulunmuş olur. Bu toplam hata her kalıp seti için farklıdır, hatta aynı kalıp seti içerisindeki her bir kavite için birbirinden farklıdır.

Sonuçta; en iyi ihtimalle kalıp setindeki toplam hata bitmiş parça toleranslarından daha küçükse MIM parça uygun biçimde üretilebilir. Diğer tüm durumlarda en azından üretim partisinin bir bölümü, istenen spesifikasyonların dışına çıkılmış olacağından reddedilecek veya hurdaya ayrılacaktır. Hazır hammadde kullanan ve hammadde imalatçısının verdiği kendini çekme faktörünün doğruluğuna güvenen MIM parça üreticileri için, bu durum kalıp setinin ilave işlemelerle tashih edilmesi anlamına gelmektedir. Diğer bir çözüm de sinterlenmiş MIM parçaların talaşlı imalat metodlarıyla yeniden işlemeye tabi tutulmasıdır. Tabi ki bu halde de MIM teknolojisinin ekonomik olma avantajı ortadan kalkacakır.

Şekil.4 - Hassas ve karmaşık şekilli mini boyutlu MIM parçalar

Diğer taraftan kalıp setinin tashih edilmesi işlemi oldukça riskli bir prosestir. Kalıp imalatçısı için revizyon işlemine ait toleransların çok dar olması kalıbı daha da kötü hale getirebilir. Çoğu durumda düzeltme pasoları tehlikeli bir biçimde birbirini izler ve en kötü durumda kalıp seti komple kullanılamaz hale gelir. Konuyu daha iyi açıklayabilmek için gerçek hayattan alınma bir olayı inceleyelim ve konunun başında değindiğimiz paslanmaz çelik saat gövdesi imal etmek için hazırlanan MIM kalıp setini ele alalım:

Hata için çok az pay var!

Ticari olarak hazır hammadde kullanmaktayız ve üretici tarafından kendini çekme faktörü K=1.176±0.004 olarak verilmektedir. Bunun doğru olduğunu kabul ettiğimizde büzülme faktörü 1.172 ila 1.180 arasında demektir. Şimdi kalıp imalatçımıza kalıp setini imal etmesi için kritik ölçülerden birini -örneğin saat gövdesinin çapını, D=32.00±0.05 mm olarak verelim. Buna göre hedeflenen kalıp kavitesinin çapı Dt=32mm*1.176 = 37.632 mm olacaktır. Kalıp imalatçıları mikron ile çalışmamaktadırlar, hatta yüzdelikli (milimetrenin yüzde biri) değerler bile kalıpçılıkta çok hassas kabul edilmektedir. Aksi halde kalıp imalatçıları kısa sürede iflas ederler. Bizim olayımızda kalıpçımıza biraz avans verelim ve onun MIM kalıp imalatında yeterince eğitimli ve tecrübeli olduğunu kabul ederek, kalıbı

-0.032 mm toleransla imal edebileceğini kabul edelim. Bu halde gerçek kalıp kavitesinin ölçüsü Dg=37.632-0.032 = 37.600 mm olacaktır.

Şimdi gerçek büzülme faktörünün 1.178 olduğu durumda kalıptan çıkacak parça ölçülerine bakalım: Sinter sonrası gövde çapı D1=37.600/1.178 = 31.918 mm olacaktır. Ne oldu? Bozuk bir parça ürettik. Hadi gelin, kendimizi çok şanslı kabul edelim ve kalıp imalatçımızın hiç bir işleme hatası yapmadan kalıbı tam istediğimiz ölçüde yaptığını varsayalım. Bu halde sinter sonrası parça çapı D2=37.632/1.178 = 31.946 mm olacaktır. Hala bozuk parça üretmekteyiz.

Saat gövdesi imalatı orta seviyede hassas kabul edilebilecek bir parçadır. Yukarıdaki hesaplamalardan da anlaşılacağı gibi istenilen toleranslar içerisinde parça üretmek için kalıptaki işleme hataları sıfır bile olsa, ihtiyacımız olan şey büzülme faktörü 1.176±0.00184 olan bir hammaddedir. Paslanmaz çelik hammadde için verilen 1.176±0.004 büzülme faktörü ağırlık olarak; karışıma konacak 1000 gr paslanmaz çelik tozu için 0,75 gr hata payı içerdiği anlamına gelmektedir. Bu halde bile saat gövdesi olayımızda istenilen toleranslara erişmede yetersiz kalmaktadır.

Ticari hammadde üreticileri eczacı değillerdir. Küçük miktarlarda ve hemen hemen hiç hata payı olmayan karışımlar üretmezler. Daha da ötesi ürün boyutları küçüldükçe hata için marjlar da küçülür ve imalat toleransları daha sıkı hale gelir. Örneğin mikro-hassas bir parça üzerindeki 0.050 mm'lik bir ölçü için verilen ±0.005 mm'lik bir tolerans normal kabul edilebilir. Ancak dünyadaki en iyi kalıp imalatçısı dahi bu değerleri yakalayamayacaktır. O halde çözüm nedir? Önceden hazırlanmış bir hammaddenin büzülme oranını kontrol etmek ve ayarlayabilmek ya da yeni bir hammadde hazırlarken istenilen büzülme oranını hassas ve sürekli bir şekilde karışıma uygulayabilmek bu nedenle büyük bir ekonomik fayda sağlamaktadır. Aslında bu, çok hassas toleranslara sahip gelişmiş mikro parçaların imal edilebilmesi için bir önşarttır.

Temel kural oldukça basittir: Karışımın içerisindeki hacimsel doluluk oranını değiştirmek suretiyle büzülme faktörü ayarlanabilir. Karışımın içerisindeki metal veya seramik tozu miktarı arttırıldıkça (başka deyişle bağlayıcı miktarı azaltıldıkça) büzülme oranı düşer. Tersi durumda da artar.

Şekil.5 - MIM yöntemiyle imal edilmiş bir traş bıçağı kafası büyük bir parça değildir, ancak hassas olmak zorundadır (solda). Hidrolik konnektör (sağda) ise 0.9 mm çapında bir deliğe ve 0.2 mm et kalınlığına sahiptir.

Bununla birlikte gerçek hayatta durum; "daha fazla büzülme için bağlayıcı ekle, daha az büzülme için toz (metal, seramik) ekle" kadar basit değildir, biraz daha karmaşıktır. Herşeyden önce karışımın kompozisyonu hassas bir şekilde bilinmelidir ki gerekli değişikliklerin ne şekilde yapılabileceği tesbit edilebilsin. Bu ticari olarak satılan ve kullanılmaya hazır karışımlar için imkansızdır. Zira genelde karışım (hammadde) kompozisyonları ticari bir sır olarak saklanır.

         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.