|
KOMPOZİT MALZEME MAKALEM
POLİMER-METAL HİBRİT TEKNOLOJİSİ
SAMET UYAR
KARABÜK ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ MAKİNE EĞİTİMİ A.B.D TASARIM ve KONSTRÜKSİYON ÖĞRETMENLİĞİ
(17.ARALIK.2010)
Anahtar kelimeler otomotiv yapısal bileşenler, malzeme seçimi, polimer metal melezler, toplam yaşam döngüsü
ÖZET
Son yıllarda, polimer metal hibrit (PMH) teknolojileri otomotiv gövdeleri gibi yük taşıyan ve beyaz bileşenleri bulunan hafif kullanım yerleri için uygun alternatif olarak bulunmuştur. PMH teknolojileri içinde, saç metal ve oluşan damgalı termoplastik enjeksiyon alt bileşenleri tekil bir bileşen yani modül olarak entegre edilmiştir. PMH bileşenin performansı genellikle alternatif tek malzeme teknolojileri olması nedeniyle sinerjik etkilerinin katıldığına ulaşılır.Bu çalışmada, toplam yaşam döngüsü (TLC) metalik ve termoplastik malzemeler (aynı zamanda uygun yapısal yapıştırıcılar) olarak kabul edilir ve buna yaklaşımlı olarak bir seçim yapılır.TLC malzeme seçimi, sonuçları ve etkileri araç üretim süreci zincirinin (kuvvet bölümü, enjeksiyon bölümü, kaporta, boyahane ve montaj gibi) her önemli aşamasında, hem de araç performansı ile ilgili gördüğü dayanıklılık ve aracın hayata katılım sürecindeki hususlara göre yaklaşımlı olarak yapılır. BirsonrakiYaklaşım prototip PMH’de yük taşıyan otomotivlerin beyaz gövde bileşeni olarak kullanıldığında güçlendirilmiş naylon kısa cam elyafa optimal sınıf tanımlamak için enjeksiyon döküm teknoloji durumunda uygulanır.
1-GİRİŞ
1.1-CAM ELYAFI ÜRETİM SÜRECİ
Cam elyafı, silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda, magnezyum oksit v.b gibi geleneksel cam üretim ham maddelerinden üretilmektedir. Hammadde bileşimi, çok ince öğütülerek, homojen bir karışım elde etmek üzere karıştırılır ve yaklaşık 1600 °C sıcaklıkta çalışan bir ergitme fırınına beslenir. Fırın içinde, karışım yavaşça sıvı hale geçer.
Prosese uygun olarak yerleştirilmiş bir sarma sistemi ile 50-70 m/sn gibi yüksek bir hız ile daha sonraki uygulama türüne bağlı olarak 5 ila 20 mikron çapında çekilen cam lifleri bir mandral üzerine sarılarak “kek” adı verilen bir bobin üzerinde toplanır.
Cam lifleri, demet haline getirilmeden önce, bağlayıcı adı verilen bir kimyasal bileşim ile kaplanır. Bağlayıcı cinsi, kompozit malzeme içinde cam elyafının performansını etkileyen en önemli faktörlerden birisidir.
Kompozitin mukavemeti, reçine-cam bağının kuvveti ile orantılıdır. Bu bağın kuvveti, kullanılan bağlayıcı içindeki bağlama gruplarının cinsine bağlıdır. Bağlayıcı, "film oluşturucu", "bağlama grupları", "antistatik katkı", "plastifiyan" "Lübrikant" adı verilen malzemelerin karışımından oluşmaktadır
Kek adı verilen bir bobin üzerine sarılan cam lifleri kurutulduktan sonra, kırpılmış demetten keçe, çok uçlu fitil, kırpılmış demetler gibi cam elyafı ürünlerinin elde edilmesi amacıyla prosese tabi tutulur.
1.2-POLYESTER ÜRETİM SÜRECİ
Doymamış polyester reçineler, takviyeli plastikler içinde en yaygın olarak kullanılan termoset reçinedir.
El yatırması gibi basit kalıplama tekniklerinden en karmaşık makineleşmiş kalıplama tekniklerine kadar her tür kalıplama tekniğine hitap eder.
Polyester reçineler, çok geniş bir kimyasal aileyi kapsar ve genel olarak dibazik asitlerle polihidrik alkollerin kondensasyon reaksiyonu sonucunda elde edilirler.
Dibazik Asit + Polihidrik Alkol Polyester Reçine + H2O
Doymamış Polyester Reçine’ nin başlıca üretim aşamaları şunlardır :
•Hammadde hazırlama
•Reaksiyon
•Dilüsyon
•Modifikasyon
2-DENEYE ÖN HAZIRLIK UYGULAMALARI
UYGULANAN YÖNTEM
Deney öncesi malzemelerin oluşturulması için daha kolay ve anlaşılır bir yöntem olan genel amaçlı el yatırması yöntemi kullanıldı. Bu yöntem sayesinde malzemenin kolay ve çabuk ıslanması, daha düşük reçine tüketilmesi, kolay kıvrım verme olanağı sağlandı.
2.1-KULLANILAN MALZEMELER VE TEKNİK-MEKANİK ÖZELLİKLERİ
2.1.1-CAM ELYAFININ TEKNİK-MEKANİK ÖZELLİKLERİ
CAMELYAF GLASS FIBER / MAT8 keçeleri, “E” camı elyafından, genel amaçlı el yatırması uygulamaları için geliştirilmiştir.
iyi ağırlık dağılımı, çabuk ve kolay ıslanma, elyaf yapısı sayesinde düşük reçine tüketimi, kalıba çok kolay yatma, çok kolay işlenebilirlik, özellikleri sayesinde geniş bir kulanım alanına sahip olup, silan esaslı bağlayıcısı polyester reçinelerle uyumludur.
Ürün adı :MAT8 Birim alan ağırlığı : 225
CE bağlayıcı kodu  01) Split teks sayısı : 30
Toz bağlayıcı  B Rulo genişliği :100
ÜRÜN SPESİFİKASYONU
Cam tipi :E Reçine uyumu olyester
Elyaf çapı (μ) :Nom.12 Birim alan ağırlığı (g/m2) :225 ± %7
Split teksi (g/1000 m) :30 Islanma :Çabuk
Bağlayıcı türü :Silan Kırpılmış demet uzunluğu (mm):50
Rulo genişliği, 100-300 cm arasında temin edilebilir.
Rulo uzunlukları, birim alan ağırlığına bağlı olarak, 75-170 m arasında değişim gösterir.
MAT8 keçeleri, talep üzerine kenarları kesilmeden de teslim edilebilir:
UT1 = Tek kenarı kesilmemiş.
UT2= iki kenarı kesilmemiş. (240 - 300 cm enler arasında)
CAMELYAF GLASS FIBER / MAT1(M) keçeleri, “E” camı elyafından, genel amaçlı el yatırması ve renklendirilmiş devamlı levha uygulamaları için geliştirilmiştir.
•çabuk ıslanma,
•kalıba çok kolay yatma,
•çok kolay işlenebilirlik
özellikleri sayesinde geniş bir kullanım alanına sahip olup, silan esaslı bağlayacısı polyester reçinelerle uyumludur.
Ürün adı : MAT1(M) Birim alan ağırlığı : 225
CE bağlayıcı kodu : (01) Split teks sayısı : 30
Toz bağlayıcı : PB Rulo genişliği : 100
ÜRÜN SPESİFİKASYONU
Cam tipi : E Reçine uyumu : Polyester
Elyaf çapı (μ) : Nom.12 Birim alan ağırlığı (g/m2) : 225 ± %5 (*)
Split teksi (g/1000 m) : 30 Islanma : Çabuk
Bağlayıcı türü : Silan Kırpılmış demet uzunluğu (mm) : 50
Rulo genişliği, 100-300 cm arasında temin edilebilir.
Rulo uzunlukları, birim alan ağırlığına bağlı olarak, 75-170 m arasında değişim gösterir.
MAT1(M) keçeleri, talep üzerine kenarları kesilmeden de teslim edilebilir:
•UT1 = Tek kenarı kesilmemiş.
•UT2= iki kenarı kesilmemiş. (240 - 300 cm enler arasında)
(*) Birim alan ağırlığı toleransı, yalnız 175 g/m2 için %10 dur.
CAM ELYAF GLASS FIBER / EMAT 1 sıvı bağlayıcılı keçeleri, “E” camı elyafından, genel amaçlı el yatırması uygulamaları için geliştirilmiştir.
•düzgün ağırlık dağılımı,
•minimum rulolama,
•kolay ıslanma,
•düşük miktarda reçine kullanımı,
•iyi gerilme özellikleri,
sayesinde, genel amaçlı el yatırması uygulamaları için uygundur. Silan esaslı bağlayıcısı, polyester reçine ile uyumludur.
Ürün adı : EMAT1 Birim alan ağırlığı : 450
CE bağlayıcı kodu : (01) Split teksi : 30
Sıvı bağlayıcı : EB Rulo eni : 100
ÜRÜN SPESİFİKASYONU
Cam tipi : E Reçine uyumu : Polyester
Elyaf çapı (μ) : Nom.12 Birim alan ağırlığı (g/m2) : 450 ± %5 (*)
Split teksi (g/1000 m) : 30 Islanma : Hızlı
Bağlayıcı türü : Silan Kırpılmış demet uzunluğu (mm) : 50
İsteğe bağlı olarak; rulo eni 320 cm’e kadar mevcuttur.
EMAT 1 rulo uzunluğu, birim alan ağırlığına bağlı olarak 75 - 240 m arasında mevcuttur.
EMAT1 keçeleri, talep üzerine kenarları kesilmeden de teslim edilebilir:
•UT1 = Tek kenarı kesilmemiş.
•UT2 = iki kenarı kesilmemiş. (240-320 cm enler arasında)
(*) Birim alan ağırlığı toleransı, yalnız 175 g/m2 için %10 dur.
2.1.2-POLYESTER REÇİNENİN TEKNİK-MEKANİK ÖZELLİKLERİ
POLYESTER REÇİNELER VE KİMYASAL YAPILARI
Polyester reçineler koyu kıvamlı ve zor akan, neredeyse renksiz sıvılardır. İki bileşenli bir reçine olup, sertleşmesi için katalizör etkisi gösteren MEKP adıyla bilinen organik peroksit’lerin ilavesi gerekir. (% 1-2 oranında) Sertleşme süresi ortam sıcaklığına bağlı olup, sertleştirici de denilen katalizörlerin karışımdaki payına bağlıdır. Reaksiyonu yavaşlatmak gerektiğinde inhibitör adı verilen katkılar kullanılır. Reçinenin normal oda sıcaklığında sertleşebilmesi için 3. bir malzemeye ihtiyaç vardır. Hızlandırıcı adı verilen bu malzeme bazen reçinenin içine önceden karıştırılmakta ve reçine bu şekilde piyasaya verilmektedir. Hızlandırıcıyı polyestere karıştırmak dikkat ister, karışım sırasında oluşan kimyasal reaksiyon bir patlama oluşturabilmektedir. Polyester reçinelerinin temel maddesi Styrol hafif zehirleyici özellikte ve reaksiyon sırasında buharlaşan bir malzemedir. Polyester atölyelerinden veya yeni teknelerden bildiğimiz koku uçan Styrol ’ün kokusudur.
Polyester reçineleri soğuk ve rutubete duyarlıdırlar. Kaliteli tekneler üretmek için yapım işlemi ve teknenin sertleşmesi süresince atölyede sıcaklık ve rutubetin kontrol altında tutulması gerekir.
Polyester kelimesi, bileşik bir kelime olup, “çok anlamındaki “ POLY ” ve organik bir tuzu ifade eden kimyasal bir terim olan “ ESTER ” den oluşur. Polyester ifadesini “ÇOK SAYIDA ORGANİK TUZ” olarak ta ifade edebiliriz. Ayrıca ester molekülleri zincirini POLİMER olarak da tanımlayabiliriz.
Doymamış polyester reçinelerin ilk pratik uygulama örneği, 2. Dünya savaşındadır. Fakat cam elyafı ile takviye edilmesi, çok sağlam ve hafif bir malzeme olduğunun anlaşılması 1950 ‘ dedir. Günümüzde doymamış polyester reçineleri ilk hallerine göre çok daha üstün özelliklere sahiptirler.
Hem Türkiye’de hem de dünyada CTP üretiminde en yaygın olarak kullanılan doymamış polyester reçineler, (kullanılan reçinelerin yaklaşık kabaca % 75’ni temsil ederler.) takviyeli plastikler içinde termoset gurubunda yer alan bir reçinedir. El yatırması gibi basit kalıplama tekniklerden en karmaşık makineleşmiş kalıplama tekniklerine kadar her tür kalıplama tekniğine hitap eder. Polyester reçineler, çok geniş bir kimyasal aileyi kapsar ve genel olarak dibazik asitlerle polihidrik alkollerin kondensasyon reaksiyonu sonucunda elde edilirler.
Dibazik Asit + Polihidrik Alkol Polyester Reçine + H2O
Kullanılan dibazik asit türüne bağlı olarak, doymamış polyester reçineler, kompozitin genel amaçlı veya kimyasal dayanımlı olmasını sağlayacak şekilde “ortoftalik” veya “izoftalik” olarak adlandırılır.
3- KOMPOZİT MALZEMELER
Kompozit Malzeme Nedir?
İki veya daha fazla sayıdaki aynı veya farklı gruptaki malzemelerin, en iyi özelliklerini bir araya toplamak yada ortaya yeni bir özellik çıkarmak amacıyla, bu malzemelerin makro seviyede birleştirilmesiyle oluşan malzemelere “Kompozit Malzeme” denir. Başka bir deyişle birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özellikler elde etmek amacı ile bir araya getirilmiş değişik tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzemeler olarak da adlandırılabilir. Kompozit malzeme türleri şunlardır:
1. Polimer Kompozitler,
2. Metal Kompozitler,
3. Seramik Kompozitler.
Kompozit malzemelerin üç ana elemanı bulunmaktadır. Bunlar:
1. Matris Elemanı: Kompozit malzemelerde matrisin üç temel fonksiyonu vardır. Bunlar, elyafları bir arada tutmak, yükü elyaflara dağıtmak ve elyafları çevresel etkilerden korumaktır. İdeal bir matris malzemesi başlangıçta düşük viskoziteli bir yapıda iken daha sonra elyafları sağlam ve uygun bir şekilde çevreleyebilecek katı forma kolaylıkla geçebilmelidir. Matris malzemesi, termoset veya termoplastik polimer malzeme olarak sürekli fazı oluşturur. Termosetler grubunda ağırlıklı olarak polyesterler kullanılır. Bunun yanı sıra vinil ester/bisfenol, epoksi reçine ve fenolik reçinelerin kullanımı da giderek yaygınlaşmaktadır. Termoplastik grubunda yaygın olarak poliamid ve polipropilen kullanımını görmekteyiz (yaklaşık % 68.3), bunların yanı sıra hibrid formda polietilen ve polibutilen tereftalat, polietereterketon ve polietersulfon kullanımı da dikkat çekmektedir.
2. Takviye Elemanı: Matris malzeme içinde yer alan takviye elemanı kompozit yapının temel mukavemet elemanlarıdır. Düşük yoğunluklarının yanı sıra yüksek elastite modülüne ve sertliğe sahip olan elyaflar kimyasal korozyona da dirençlidir. Günümüzde kompozit yapılarda kullanılan en önemli takviye malzemeleri sürekli elyaflardır. Bu elyaflar özellikle modern kompozitlerin oluşturulmasında önemli bir yer tutarlar. Aramid, karbon, grafit, boron, silisyum karbür (SiC), alümina, cam ve polietilen malzemelerin kısa veya uzun sürekli elyaf formunda kullanıldığı ve matrisi yaklaşık % 60 hacim oranında pekiştirici işlevi olan malzemelerdir.
3.Katkılar Maddeleri: Dolgular, kimyasallar ve diğer katkılar matrise niteliklerine göre özelliklerin geliştirilmesi amacıyla ilave edilirler.
Bu gruptaki kompozit malzemeler uçak-uzay, savunma, yapı-inşaat, tüketim mallarında, korozyon dayanımı gerektiren uygulamalarda, elektrik-elektronik, denizcilik, kara taşıtlarında ve özel amaçlı uygulamalarda kullanılmaktadır. Özellikle otomotiv sektöründe giderek artan ve % 6’ya yaklaşan bir uygulama artış hızı görülmektedir.
Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması:
Yapılarında çok sayıda farklı malzeme kullanılabilen kompozitlerin gruplandırılmasında kesin sınırlar çizmek mümkün olmamakla birlikte, yapıdaki malzemelerin formuna göre bir sınıflama yapmak mümkündür. Bu sınıflama şekli aşağıda verilmektedir.
Kompozit malzemelerin sınıflandırılması
a. Elyaflı kompozitler,
b. Parçacıklı kompozitler,
c. Tabakalı kompozitler,
d. Karma kompozitler.
Kompozitler Malzemelerin Sağladığı Avantajlar:
1. Yüksek mukavemet : Kompozitler yüksek mukavemet değerleri sağlayan malzemeler arasında en etkin olanlardan birisidir.
2. Hafiflik : Kompozitler birim alan ağırlığında hem takviyesiz plastiklere, hem de metallere göre daha yüksek mukavemet değerleri sunmaktadır.
3. Tasarım esnekliği : Kompozitler bir tasarımcının aklına gelebilecek her türlü karmaşık, basit, geniş, küçük, yapısal, estetik, dekoratif yada fonksiyonel amaçlı olarak tasarlanabilir.
4. Boyutsal stabilite : Çeşitli mekanik, çevresel baskılar altında termoset kompozit ürünler şekillerini ve işlevselliklerini korumaktadırlar.
5. Yüksek Dielektrik Direnimi : Kompozitlerin göze çarpan elektrik yalıtım özellikleri, birçok komponent’in üretimi konusunda açık bir tercih nedenidir.
6. Korozyon dayanımı : Kompozitler’ in antikorrozif özelliği, diğer üretim malzemelerinden üstün olan niteliklerinden biridir.
7. Kalıplama kolaylığı : Kompozit ürünler, çelik türündeki geleneksel malzemelerde karşılaşılan birçok parçanın birleştirilmesi ve sonradan monte edilmesi işlemini tek parçada kalıplama olanağı ile ortadan kaldırmaktadır.
8.Yüzey uygulamaları : Kompozit ürünlerde kullanılan polyester reçine, özel pigment katkıları ile renklendirilmek suretiyle, amaca uygun kendinden renkli olarakta üretilebilir.
9.Şeffaflık özelliği : Kompozitler, cam kadar ışık geçirgen olabilir. Tam şeffaf olması nedeni ile ışığı yayması sayesinde, diffüze ışığın önem kazandığı seralarda ve güneş kolektörü yapımında önemli avantaj sağlar.
10.Beton yüzeylere uygulama imkanı : Beton yüzeylere, kompozitler mükemmel yapışır. Özellikle, betonun gözenekli olması nedeniyle, kompozit’i oluşturan ana malzemelerden polyester reçinenin beton gözeneklerinden sızması ve beton kütle içinde sertleşmesinden dolayı mükemmel bir yapışma sağlanır.
11.Ahşap yüzeylere uygulama imkanı :Kompozitler ahşap yüzeylere yapışma özelliğine sahiptir. Ancak ahşabın kuru olması ve stiren ihtiva eden polyester reçine ile iyi bir şekilde emdirilmesi gerekir.
12.Demir yüzeylere uygulama imkanı :Demir yüzeydeki pas ve yağ kalıntıları temizlendikten sonra kompozitlerle kaplanabilir. Bu sayede demir ve çelik yüzeyler, kompozitlerle kaplanarak korozyon etkilerinden korunmaktadır.
13.Yanmazlık özelliği :Kompozitlerin alev dayanımı, kullanılan polyesterin özelliğine bağlıdır. Alev dayanım özelliğinin arandığı yerlerde “Alev dayanımlı” polyester kullanılmalıdır.
14.Kompozitler sıcaklıktan etkilenmez :Kompozit ürünler, termoset plastikler grubundan polyester reçineler ile yapıldığı için yumuşamaz ve şekil değiştirmez. Isı dayanıklılığı kullanılan polyester reçinenin cinsine bağlıdır.
15.Kompozitler içine farklı malzemeler gömülebilir : Kompozitler çine demir, ahşap, halat, tel, mukavva, poliüretan sert köpük gibi malzemeler gömülerek mekanik özellikleri farklılaştırılabilir.
16.Tamir edilebilirlik özelliği :Tamir izlerinin görünmemesi için, onarım işleminin bir kalıp üzerinde yapılması, yada onarımdan sonra zımpara veya boya yapılması gerekir.
17.Kompozitler kesilip delinebilir :Kompozitler, tahta gibi kolayca kesilir, delinir, zımparalanır. Bu amaçla kullanılan aletlerin sert çelik veya elmas uçlu olması halinde daha iyi sonuç alınmaktadır.
Kompozitler için uygun test yöntemleri:
|
Mekanik / Fiziksel özellikler
|
ASTM 1
|
|
Eğilme dayanımı
|
D7 90
|
|
Eğilme modülü
|
D7 90
|
|
Çekme dayanımı
|
D638/D3039
|
|
Çekme modülü
|
D638/D3039
|
|
Sıkıştırma dayanımı
|
D695/D3410
|
|
Çekmede kopma
|
D638/D3039
|
|
İzod darbe testi
|
D256
|
|
Isı iletkenliği
|
D256
|
|
Yanabilirlik
|
C177
|
|
Rockwell sertliği
|
D785
|
|
Dielektrik sabiti
|
D150
|
|
Dielektrik dayanımı
|
D149
|
|
Spesifik ağırlık
|
D792
|
|
Yoğunluk
|
D792
|
|
Isı yayılma derecesi
|
D648
|
|
Isı yayılma katsayısı
|
D696
|
|
Reçine korozyon dayanımı
|
C581
|
4-KOMPOZİT MALZEME OLUŞTURULMASINDA KULLANILAN ALÜMİNYUM TELİN TEKNİK-MEKANİK ÖZELLİKLERİ
Çeliğin neredeyse üçte biri olan 2,7 g/cm3'lük yoğunluğu ile en hafif metallerdendir. Bu özelliği sayesinde yük taşıyan bir aracın mutlak ağırlığını önemli ölçülerde hafifleterek taşıyabileyeceği yük miktarının artmasını sağlar. Bu uygulamanın ihtiyaç duyacağı malzeme mukavemetini sağlayabilmek için alaşım kimyası değiştirilerek çok daha güçlü bir malzeme yaratılabilir.Alüminyum metali yüzeyinde yarattığı koruyucu oksit tabakası sayesinde korozyona karşı yüksek dayanç gösterir. Bu tabaka çok ince olmasına rağmen önemli bir koruma sağlar. Herhangi bir sebeple bölgesel olarak bu tabakanın ortadan kalkması durumunda metal o bölge için oksit tabakasını yeniler. Bazı uygulamalarda korozyona karşı dayancı arttırmaya yönelik olarak eloksallama, boyama veya laklama gibi yüzey işlemleri de uygulanır, Bu uygulamlar korumayı daha da güçlendirir.
5-KOMPOZİT MALZEMENİN YAPILMA AŞAMASI
5.1-LAMA PROFİL OLUŞTURULMASI
Kullanılan malzemeler:78 gram polyester ( içerisinde % 2 oranında Kobalt,% 5 oranında MEK
Cam elyafı,Alüminyum tel
Yapılışı:50x20 ölçülerinde kesilen cam elyafının üstüne bir kat alüminyum tel konuldu.Daha sonra telin üstüne bir kat daha cam elyafı konuldu.Hazırlanan polyester reçine malzemelerin üstüne sürüldü.Oluşturulan malzeme düz bir zemine (resim 5.1.1) konulup kompozit malzemenin zemimde rahat ayrılması için vazelin sürüldü (resim 5.1.3) ve reçinenin kuruması için dinlenmeye bırakıldı.Bu kompozit malzemenin oluşturulmasından sonra polyester reçine tekrar tartıldı(resim 5.1.2) ve 57 gram kaldığı gözlendi.Sonuç olarak 20 gram polyester reçine kullanıldığı gözlendi.
Resim 5.1.1
Resim 5.1.2
Resim 5.1.3
5.2-U PROFİL OLUŞTURULMASI
Kullanılan Malzemeler : 75 gram polyester reçine
Cam Elyafı,Alüminyum Tel
Yapılışı:U şeklindeki bir yardımcı malzeme (resim 5.2.1) üzerine 40x20 ölçülerinde kesilen cam elyafı yerleştirildi.Cam elyafının üzerine alüminyum tel (resim 5.2.1) ve telin üzerine de tekrar cam elyafı yerleştirildi.Daha sonra polyester reçineyle (resim 5.2.2) üzeri kaplandı.Ve üzerine telin kabarmaması için destek bir parça koyuldu(resim 5.2.2).Ve daha sonra kompozit malzeme kuruması için bekletilmeye başlandı.Bu malzemenin oluşturulması için de 21 gram polyester reçine kullanıldı.
Resim 5.2.1
Resim 5.2.2
5.3-BORU PROFİL OLUŞTURULMASI
Kullanılan Malzemeler : 59 gram polyester
21 gram cam elyafı,Alüminyum tel
Plastik Boru
Yapılışı:Önce plastik bir borunun (resim 5.3.1) etrafına oluşturulmak istenen kompozit malzemenin daha rahat çıkması için vazelin sürüldü.50x40 ölçülerinde kesilen cam elyafı borunun etrafına sarıldı (resim 5.3.2).Daha sonra alüminyum tel ve onun üstüne de tekrar cam elyafı sarıldı.Ve oluşturulan kompozit malzemenin kuruması için bekletilmeye alındı.(resim 5.3.2)
Resim 5.3.1
Resim 5.3.2
6-OLUŞTURULAN KOMPOZİT MALZEMELERDEN ÇEKME DENEYİ İÇİN NUMUNE HAZIRLANMASI
Çekme deneyi için oluşturulan kompozit malzemelerden lama profil ve u profilden numune ölçülerine göre resim numune örnekleri kesildi.Ve bu numuneler çekme deneyine tabii tutuldu.Deney sonucunda malzemelerin çekme dayanımlarının birbirlerine yakın olduğu ancak u profillerin lama profillere göre daha fazla maksimum güçle çekildiği gözlendi.
Çekme numunesi ölçüleri
Çekme deneyi sonrası kompozit malzemelerin durumu
7-ÇEKME DENEYİ SONUÇLARI
Çekme deneyinde u profillere u1-u2-u3, lama profillere de l1-l2 harflendirilmesi yapıldı.Ve çıkan sonuçlar hem tablo (tablo 1) olarak hem de grafik (grafik 1) olarak Force ( kN,mm ) cinsinden aşağıda belirtildi.
Tablo 1
Grafik 1
8-ÖZET VE SONUÇLAR
Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre, şu ana görüş ve sonuçlar özet olarak çıkarılabilir:
1-Oluşturulan kompozit malzemelerin dayanıklı olduğu gözlendi.
2-Kompozit malzemelerin oluşturulmasında kullanılan polyester reçinenin kuruma süresinin her malzemede farklı olduğu gözlendi.
3-Kompozit malzemelere uygulanan çekme deneyinde u1 ve u2 numunesinin birbirine en yakın olduğu gözlendi.
4-Çekme deneyinde u profilden alınan numunelerin lama profilden alınan numunelere göre çekme dayanımlarının daha yüksek olduğu gözlendi.
TEŞEKKÜRLER
Bu makaledeki kompozit malzemelerin oluşturulmasında yüksek lisans öğrencisi Sevgi Hoyur ’a , yüksek lisans öğrencisi Gürsel Uğur’ a ve çekme deneyinin yapılmasında Karabük Üniversitesi Öğretim Üyesi Prof.Dr.Kerim ÇETİNKAYA’ ya teşekkür ederim.
REFERANSLAR
1- Suitability analysis of a polymer–metal hybrid technology based on high-strength steels and direct polymer-to-metal adhesion for use in load-bearing automotive body-in-white applications
M. Grujicic , V. Sellappana , S. Kotrikaa , G. Arakerea , Andreas Obieglob , Marc Erdmannc , Jochen Holzleitnerc.
2-Total Life Cycle-Based Materials Selection for Polymer Metal Hybrid Body-in-White Automotive Components
M. Grujicic, V. Sellappan, T. He, Norbert Seyr, Andreas Obieglo, Marc Erdmann, and Jochen Holzleitner
3-Hybrid Metal–Polymer Composites from Functional Block polymers
Robert B. Grubbs
4-Computational feasibility analysis of direct-adhesion polymer-to-metal hybrid technology for load-bearing body-in-white structural components
M. Grujicic a,∗, V. Sellappan a, G. Arakere a, Norbert Seyr b, Marc Erdmannc
KAYNAKLAR
Cam Elyaf Sanayii A.Ş 2009
Poliya Poliester Sanayi ve Tic. Ltd. Şti.
GÜÇ TAHRİKLİ TEL GERDİRME APARATI MAKALEM
GÜÇ TAHRĠKLĠ TEL GERDĠRME APARATININ ERGONOMĠK DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Soyut Düşünce Ve Sanayiye Uygunluğu
Metal telleri bağlamak için kullanılan bu tür bileĢenler Ģantiyelerde kullanmak için elveriĢlidir. Normal bir pense kullanılarak yapılmaya çalıĢılan iĢ büyük bir efor gerektirir. Ve aynı zamanda koldaki bazı kasların zorlanmasına sebep olabilir. Bu makale de metal telleri gerdirme ve sıkma görevleri için tasarlanmıĢ özel bir bileĢenin, elle yapılan gerdirme ve sıkma görevlerine göre farklılıkları anlatılmıĢtır. Ayrıca koldaki kaslarda oluĢan farklılıklar incelenmiĢtir. Deney ve analizler sonucunda hem tasarlanan bileĢenin üzerinde oluĢan deformasyonlar hem de kol kaslarında gözlenen değiĢimler incelenmiĢtir.
1-GİRİŞ
El ve kolda oluĢan travmatolojik bozukluklar genellikle gündelik yaĢamda gerçekleĢen aktivitelerle bağdaĢtırılmıĢtır. Bilim adamlarının yaptıkları araĢtırmalar sonucunda bel ağrılarından sonra el ve kol ağrılarının en yaygın ikinci problem olduğu gözlenmiĢtir.
Bu problemlerden yola çıkılarak el aletlerinin tasarımı veya yeniden tasarlanması gerçekleĢtirilmiĢtir.
El aletlerinden en yaygın olarak kullanılanı pense olarak gözlenmiĢtir. Daha çok inĢaat iĢçilerinin kullandığı penseler bu makale de incelenmiĢtir. Penseler genellikle tel kesme ve birbirine bağlamada kullanılır. Ucuz olmalarına rağmen tekrar tekrar kullanım aĢamasında bilek hareketlerinde zorlanmalar oluĢtururlar. Dirsek kemiği sağmaları, bilek çıkıkları, bilek ve dirsek dönmeleri bunlardan birkaçıdır.
[1]
Lii’ nin 2002 de yapmıĢ olduğu çalıĢmada yazar kabloları bağlamak için bir fikstür tasarlamıĢtır. Bu fikstür el hareketleriyle dönebilen bir maniveladan ve bir koldan meydana gelmiĢtir. Ancak bu fikstür bir tornavidaya bağlanabilir türden yapılmıĢtır. Yazarın amacı metal kablolar bağlanırken bilek ve kaslardaki eforların azalmasını sağlamaktır. Ve ayrıca bu fikstürle el ve bilek dönmelerini, dirsek kemiğinin sapmasını ve burkulma gibi olayların azalmasını sağlamaktı.
2-FİKSTÜR TASARIMI
Bu çalıĢmada da (
Fikstür 3 pim ile bağlanan 2 lama parçadan oluĢmuĢtur.
1Lii ) benzer bir fikstür tasarımı yapılmıĢtır. Ve bu fikstüre çeĢitli analizler uygulanıp değerlendirmeye alınmıĢtır.
2-1 FİKSTÜR YAPIM AŞAMALARI
2-1.1 Malzeme Seçimi
a)7×40×55 Lama (tel sıkması için)
b)18×28×82 Lama (sıkma kolu için)
c)Çap 12 mil (sıkma kolu ve lama eksenleme pimleri için)
d)Çap 23 mil (sıkma kolu bağlantı ve çanak yay yataklama mili için)
e)1,25×8,2×16 çanak yay Çap 8 segman
f) Altı köĢe 6’lık (mandren bağlantı mili)
2-1.2 Malzeme Temini ve Hazırlama
Kullanılan Ekipmanlar :
a)ġerit testere
b)Markalama için miğengir
c)freze tezgahı
d)torna tezgahı
e)taĢlama tezgahı
f)matkap tezgahı
g)kaynak makinesi
2-1.3 İşlem Sırası Ve Fikstür Maliyeti
A)
Frezede istenilen ölçülerde frezelenmesi
Miğengirde markalama iĢleminin yapılması. Çap 8 delinmesi.
Lamaların taĢlanması
Lamaların ĠĢlenmesi: Lama malzemesinin (tel sıkma lamaları ve sıkma kolu için) Ģerit testerede kesilmesi
B)
Yay baskı yüksüğü, eksenleme pimi ve sıkma kolu bağlantı milinin tornada iĢlenmesi
C)
Sıkma kolu bağlantı milinin ve sıkma kolunun frezede iĢlenmesi
D)
Toplam Malzeme Fiyatı : 38 TL
ĠĢçilik ve Makine Amortismanı : 76 TL
Toplam : 114 TL
Montaj: ĠĢlenen parçaların resme göre birleĢtirilip, sıkma pozisyonu ayarlandıktan sonra kaynak iĢleminin yapılması, kaynakların taĢlanarak temizlenmesi ve tel sıkma aparatının çalıĢır hale getirilmesi.
3-FİKSTÜR KULLANIM ŞEKLİ VE DENEYSEL TASARIM
Bağlanacak olan tel tasarımı yapılan fikstürün iki pimi etrafından geçirilir ve yaylar vasıtasıyla baskı yapılması için kol indirilir. Daha sonra telin bağlanacağı yere fikstür sabitlenir ve pense ya da tornavida yardımıyla gerdirme-sıkma iĢlemi gerçekleĢmiĢ olur.
Bu iĢlem sırasında fleksör digitorum süperfisiyalis, fleksör karpi ulnaris, fleksör carpi radialis gibi
kasların uyarıldığı gözlenmiĢtir. Ancak elle yapılana göre fikstürle yapılan bir gerdirme iĢleminin daha az uyarılmaya sebep olduğu gözlenmiĢtir. Ve bu çalıĢmayla ön kol yüzeysel kaslarının daha duyarlı çalıĢtığı gözlenmiĢtir.
3-1 KASLAR HAKKINDA BİLGİ
M. flexor carpi ulnaris:
En içte bulunur. Ġki baĢlıdır:
Caput
humerale: Medial epikondil’den,
Caput
ulnae: Olekranon’un iç yan kenarından, ulna’ nın arka kenarının üst 2/3’ünden baĢlar. Ospsiforme’de sonlanır. Bazı lifler os hamatum’a ve 5. metakarpa uzanır.Siniri; n. ulnaris’tir. Görevi; el bileğine fleksiyon ve ulnar abduksiyon yaptırmaktır.
M. flexor digitorum superficialis:
Yüzeyel kasların derininde bulunur. Ġki baĢlıdır:
Caput
humeroulnare: Medial epikondil ve coronoid çıkıntının iç yan kenarından,
Caput
radiale:Radius’un ön yüzünden baĢlar. N. medianus ve a. ulnaris, kasın iki baĢı arasındaki açıklıktan aĢağı doğru geçerler. Ön kolun ortasına doğru dört kiriĢ ayrılır. Yüzeyel iki kiriĢ 3. ve 4. parmaklara, derin iki kiriĢ 2. ve 5. parmaklara gider. KiriĢler proksimal falanksların bazisleri (tabanları) hizasında iki parçaya (Y harfi Ģeklinde) ayrılırlar. Parçalar arasından m. flexor digitorum profundus kiriĢleri geçer. Sonra iki parça kısmen çaprazlaĢarak tekrar birleĢirler ve orta falanksların cisimlerinin iki yanına yapıĢarak sonlanırlar. Siniri; n. medianus’tur. Görevi; 2-5 arası orta ve proksimal falankslara fleksiyon, aynı zamanda ön kola ve el bileğine fleksiyon yaptırmaktır.
M extensor carpi radialis longus ve brevis
: Aynı etkiye sahiptirler. Crista supracondylaris lateralis ve lateral epikondil’den baĢlarlar. Longus; 2. metakarp tabanına, brevis 3. metakarp tabanına yapıĢır. Sinirleri; n. radialis’tir. Görevleri; ele ekstansiyon yaptırmaktır. Radial abduksiyona yardım ederler.
4-FİKSTÜR KULLANIM AŞAMASINDA GÖZLENEN EMG TEPKİSİ
EMG çekiminde gözlenen grafikler *
Elle yapılan (Ģekil 1) gerdirme-sıkma iĢlemi sırasında kasların kullanım sıklığı anlamsız olarak gözükmüĢtür.
Fikstür ile yapılan (Ģekil 2) gerdirme-sıkma iĢlemi sırasında kasların kullanım sıklığı ve aralığının düzenli bir etkileĢim içinde olduğu gözükmüĢtür.
1 elle yapılan gerdirme-sıkma *2 fikstür ile yapılan gerdirme-sıkma sonucunda oluĢmuĢtur.
Şekil 1
Şekil 2
5-FİKSTÜR KUVVET ANALİZİ
Tasarımı yapılan parçanın (ANSYS) analiz programında yük uygulanma durumundaki değiĢiklikleri incelenmiĢtir. Üst lamaya kuvvet uygulanmıĢ ve ne kadar tel sıkabileceği gözlenmek istenmiĢtir.
Üst lamaya tabanından 1000 N’ luk bir kuvvet uygulanmıĢtır ve oluĢan deformasyonun aĢağıdaki gibi olduğu gözlenmiĢtir.
AĢağıdaki analizde ise üst lama tabanına 1000 N. Kuvvet uygulandığında fikstürde oluĢan toplam deformasyon gözlenmiĢtir.
Daha sonra ise pense tutulan parçaya döndürme kuvveti olarak 1000 N.’ luk bir kuvvet uygulanmıĢtır.
Pense ile döndürülen parçadan sonra fikstürde oluĢan toplam deformasyonun aĢağıdaki gibi olduğu görülmüĢtür.
6-TARTIŞMA
Güç tahrikli el aletleri genellikle vidalama, sıkma gibi tekrarlayıcı ve zorlayıcı iĢlemler için kullanılır. Ve çoğu zaman efor gerektiren hareketler gerektirir. Ancak bir fikstür yardımıyla yapılan bağlama, sıkma ve gerdirme görevlerinin daha anlamlı ve daha kolay bir biçimde yapıldığı gözlenmiĢtir.
7-SONUÇ
Bu çalıĢmada, metal telleri bağlamak, gerdirmek ve sıkmak için kullanılmak üzere bir fikstür tasarımı yapılmıĢtır. Fikstür ile yapılan gerdirme iĢleminin, el ile yapılan gerdirme iĢlemine göre daha az efor gerektirdiği ve aynı zamanda daha az zamanla daha çok iĢ yapılabildiği görülmüĢtür. Fikstür ile yapılan bir gerdirme iĢleminin zaman, performans, efor, kas zorlanmaması gibi yararlarının olduğu gözlenmiĢtir.
8-TEŞEKKÜRLER
Bu çalıĢmada fikstür tasarımında, parça temini ve fikstür imalatında emeği geçen Oyak-Renault Vites Kutusu Departmanı Hat sorumlusu Veli UYAR’ a, fikstürün imalatında tezgahların kullanılmasını sağlayan Özak-nur Ltd. ġti Necdet UĞUR’a teĢekkür ederim.
9-REFERANSLAR
[1] Li, KW, 2002, Ergonomik tasarımı ve tel bağlama el aletleri değerlendirilmesi. Endüstriyel Ergonomi Dergisi 30, 149-161
[2] Kai Way Lii, (2003), Ergonomic evaluation of a fixture used for power driven wire-tying hand tools, International Journal of Industrial Ergonomics 32, 71–79
[3] Kulankara Krishnakumar, Shreyes N. Melkote, (2000), Machining fixture layout optimization using the genetic algorithm, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 40
[4] Jose F. Hurtado, Shreyes N. Melkote, (2002), A model for synthesis of the fixturing configuration in pin-array type flexible machining fixtures, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 42
[5] Yuguang Wu, Shuming Gao,, Zichen Chen, (2008), Automated modular fixture planning based on linkage mechanism theory, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 24, 38–49
[6] Özak-nur Yedek Parça San. Hidrolik Sistemleri Ve Tic. Ktd. ġti. www.ozaknur.com
[7] Karabük Devlet Hastanesi Fizik Tedavi Ve Rehabilitasyon Bölümü
[8] Kol Kasları Hakkında Bilgiler
www.saglikhatti.org
*SAMET UYAR
*Karabük Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Tasarım Ve Konstrüksiyon Öğretmenliği
( 27.MAYIS.2011)
Anahtar Kelimeler: Kas, Fikstür, Efor, Gerdirme, Travma, EMG
|
01) Split teks sayısı : 30
B Rulo genişliği :100
