MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAK 435-Mekanik Sistem Tasarımı
Doç. Dr. Naci KURGAN
Tasarımda Malzeme Seçimi
Hafta-4
MAK 435-Mekanik Sistem Tasarımı
1.3. Tasarımda Malzeme Seçimi
• Genel anlamda; insanların ihtiyacı olan her şeye malzeme denir. Özel anlamda; üretim yapmak için kullanılan her türlü araç ve gerece malzeme denir.
• Teknik anlamda ise mühendislik
uygulamalarında kullanılan katı maddelere malzeme adı verilir.
• Bir başka deyişle mühendislik ürün ve
sistemlerinin imalinde kullanılan mekanik,
fiziksel ve kimyasal olarak arzu edilen özelliklere sahip maddelerdir.
• Malzeme seçimi önemli bir konudur. Günümüzde yüz bin demir esaslı malzeme (özellikle çelik)
olmak üzere yüz altmış binden fazla bir malzeme spektrumu vardır. Ayrıca günlük hayatta
karşılaştığımız ve sıklıkla kullanılan araçlarda çok sayıda parça kullanılabilmektedir.
• Kullanılan her bir parçayı ayrı ayrı saydığımızda bir traktörde 15-20 bin, bir otomobilde 20-25 bin, bir tankta 40 bin, bir denizaltıda 120 bin ve bir
uçakta 2-6 milyon adet parça bulunmaktadır. Çok sayıda parçanın bir araya getirildiği bu karmaşık sistemlerin her biri önemli görevleri yerine
getirmektedir.
• Tasarımı yapılan ürün için malzeme seçimi önemlidir. Burada performans, yapılabilirlik, şekillendirme, ekonomik olma gibi problemler karşımıza çıkar. Tasarımcı bu problemler
arasında bir denge kurmalıdır. Bu nedenlerle de tasarımcının malzeme bilgisinin olması gerekir.
• Bu gün herhangi bir imalatta aynı iş için kullanılabilecek malzeme sayısı oldukça çoğalmıştır. Bir tasarımcının malzeme
konusunda tüm seçenekleri bilmesi gereksizdir.
Ama ihtiyacı olunca kime soracağını bilmelidir.
• Eskiden kalıp yaparken kullandığımız üç çeşit çelik vardı. Hava çeliği dediğimiz malzemeyi kesme kalıplarında, yağ çeliği dediğimiz
malzemeyi pahalı plastik enjeksiyon kalıplarında, imalat çeliği dediğimiz malzemeyi ise orta halli
enjeksiyon kalıplarında kullanırdık.
• Oysa bu gün çelikler konusunda büyük bir
seçenekler yelpazesine sahibiz. Gelişen rekabet koşulları da firmaları müşterilerine hizmet vermeye zorlamaktadır. Siz bir kalıp yapacaksanız herhangi bir çelik firmasının teknik servisine
başvurduğunuzda ücretsiz büyük yardımlar alabiliyorsunuz.
• Firma o imalat konusunda size yardım ettiği gibi, malzemesinin işlenmesi, gereken ısıl işlemler vb. konularda da sizi
yönlendirmektedir. Bu tip hizmeti artık ülkemizdeki tüm satıcı ve imalatçılar
vermektedir. Sizin yapmanız gereken ilgili firmalar ile temasa geçmeyi bilmektir.
•
• Bazen malzeme seçiminde daha dikkatli
araştırmalar ile biraz değişiklik veya ilaveler
yaparak tasarım daha ekonomik veya dayanıklı hale getirilebilir.
• Bununla ilgili bir örnek verilirse, plastik kırma makinelerinin bıçaklarını hava çeliği dediğimiz malzemeden yapılır. Örneğimizdeki makinenin bıçakları 600*150*25mm ölçülerindedir.
• Hava çeliği ısıya ve aşınmaya karşı dayanıklı ama sert darbelere karşı dayanıksız bir malzemedir.
Çok da pahalıdır. Kırma makineleri, plastik
atölyelerinde atık plastikleri kırarak geri kazanım için kullanılır. Bıçaklar hava çeliği olduğu için
makine içine yabancı bir eleman özellikle bir metal parçası (örneğin küçücük bir cıvata) kaçarsa bu
hava çeliği bıçaklar paramparça olabiliyordu.
• Bu sorunu çözmek için bıçaklar St37 demir malzemeden yapıldı. Sadece kesici ağızlar
5mm derinlikte, 20 mm genişlikte boşaltılıp sert çelik elektrotlar ile kaynak yapılarak dolduruldu, taşlanarak bilendi.
• Neticede bu bıçaklar gövdeleri yumuşak demir olduğu için hiçbir zaman kırılmadı. Kırma
makinesi içine metal bir obje kaçsa dahi sadece kendisi kadar bıçaklara hasar verdi.
• Bu tip uygulamalara bir başka örnek de, BMW otomobillerin magnezyum esaslı motor
bloklarıdır.
• Magnezyum pahalı ve suyla temas etmesi
sakıncalı olduğu için önce basınçlı enjeksiyon makinelerinde magnezyum blok dökülmekte daha sonra bu çekirdek blok bir kalıp içine yerleştirilmekte, ikinci bir enjeksiyon
makinesinde, üzerine alüminyum kaplanarak içi magnezyum dışı alüminyum bir motor
bloğu elde edilmektedir.
1.3.1 Malzemelerden Beklenen Özellikler
• Malzemelerden beklentilerimiz görev ve üretilebilirliktir.
• Görev Özellikleri: Malzemelerin görev özellikleri bazı mekanik ve fiziksel özelliklerin varlığıdır.
Sertlik, mukavemet, ısı direnci malzemenin mekanik özellikleridir. Isı, elektrik iletkenliği, paslanma direnci fiziksel özellikleridir. Ancak beklenen özelliklerin tamamı bazen bir
malzemede olmayabilir. Örneğin pasa dirençli sert bir malzeme arıyorsak, alüminyum
paslanmaz ama sert değildir.
• Üretim Özellikleri: Malzemelerin şekil
verebilme, işleyebilme, kaplama yapılabilme, döküme uygunluk gibi özellikleridir. Kaynak edilebilme de üretim özellikleri arasındadır.
Malzeme seçimi yapılırken görev ve üretilebilirlik özelliği birlikte değerlendirilmelidir.
•
• Bunlarla birlikte günümüzde malzeme seçiminde göz önüne alınacak genel karakteristikler vardır.
Birçok uygulama bütün bu faktörlerin olmasını
gerekli kılmaz. Bazı uygulamalarda ek faktörlerin de göz önüne alınması gereken durumlar olabilir.
• Malzeme seçiminde genel olarak dikkate alınacak faktörler aşağıdaki gibidir:
• Mekanik mukavemet
• Süneklik
• Kararlılık (stabilite)
• Elde edilebilirlik
• İmal edilebilirlik
• Korozyon direnci
• Isı transfer özellikleri
• Maliyet
• Malzemelerin davranışı, bileşim, yapı, çalışma koşulları ve bunların kendi aralarında
etkileşimleri ile tanımlanmaktadır.
•
• Bütün malzemelerin iyi performans gösterdikleri ancak tatmin edici kullanılmadıkları limitleri de vardır. Malzemelerin davranışı birçok
karakteristiğin, özelliğin ve çalışma koşullarının birleşik etkileşimidir.
• Sıcaklık, çevre koşulları, uygulanan gerilmenin derecesi ve diğer faktörleri de içine alan imalat ve çalışma koşulları bilinmeden ve anlaşılmadan uygun malzemeyi seçmek zordur.
Örneğin bir araba kaportasından beklenen özellikler aşağıdaki gibi olabilir;
• Yolcuları kaza anında korumak.
• Yolcuları atmosferik etkilerden izole etmek.
• Hırsızlık için aracın içini muhafaza etmek.
• Aerodinamik bir yapıya sahip olmak.
• Müşteri beğenisini kazanmak.
Burada uygun mukavemet ve güzel dış görünüm malzemenin görev özelliğidir. Bu özelliklerin
korunması için paslanma direncinin yüksek olması da görev özellikleri arasındadır.
• Dış görünüm aynı zamanda üretim özellikleri arasındadır. Kaporta, ağırlık sorun yaratacağı için ince sacdan üretilmelidir.
• Malzeme pres altında iyi şekil alabilmelidir. Bu durumda kolay şekillendirilebilme ve
yırtılmanın önüne geçmek için yüksek süneklik istenir. Kullanılan sac punta kaynağına uygun yapıda olmalıdır.
