Tel çekme matrislerinde aşınma mekanizmalarının incelenmesi

Abstract

Günümüzde imalat sektöründe plastik şekil verme yöntemleri sık kullanılmaktadır. Tel çekme işlemi de bu yöntemlerden biridir. Bir çok farklı malzeme farklı ihtiyaçlar doğrultusunda tel çekme işlemi ile şekillendirilerek kullanılmaktadır. Tel çekme işlemi esnasında kesiti daralan malzemenin uzunluğu artmakta ve mekanik özellikleri değişmektedir. Kesit daralma işlemi, malzemenin çekme matrisi adı verilen belirli geometrilere sahip kalıplardan çekme tamburları tarafından çekilmesi ile gerçekleştirilir. Çekme matrisleri genel olarak giriş açısı, matris açısı, silindir/yatak boyu ve çıkış açısı bölümlerinden oluşmaktadır. Bahsi geçen tüm bölümlerin proses üzerinde farklı görev ve etkileri mevcuttur. Özellikle matris açısı ve silindir/yatak uzunluğu bölümleri çekilen malzeme ile temas halinde olan bölümlerdir. Bu temas miktarlarının azaltılarak çekme işleminin daha kolay ve sürekli bir şekilde devam ettirilebilmesi amacıyla yağlayıcı adı verilen malzemeler kullanılmaktadır. Yağlayıcı malzemeler çekilen malzeme ile çekme matrisi arasında ince film tabakası oluşturmaktadır. Yağlayıcıların bu oluşturduğu film tabakasına rağmen bu işlem esnasında çekme matrisleri ile çekilen malzemeler arasında temas kaçınılmazdır. Bu temas noktalarında yüksek sıcaklık ve basınç oluşmaktadır. Çekme matrislerinin bu koşullar altında uzun süre hatasız olarak çalışması proses devamlılığı ve ekonomisi açısından çok kritik öneme sahiptir. Bu nedenle tungsten karbür malzemeler iletkenlik, aşınma direnci, kolay işlenebilirlik gibi bir çok üstün özelliği ve finansal açıdan sağlamış olduğu avantaj ile çekme matrisi imalatında yoğun olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda imalat sektöründe artan rekabet ve maliyet baskısı firmaların daha verimli çalışma yollarını aramasına neden olmaktadır. Tel çekme işleminde çekme matrislerinin değişim sıklığı ve değişim sürelerinin verimliliğe etkisi oldukça yüksektir. Bu nedenle tel çekme işlemi esnasında çekme matrislerinde meydana gelen aşınmalar ve bunları tetikleyen konular üzerinde hem endüstri hem de akademik alanda bir çok çalışma gerçekleştirilmektedir. Çalışmaların bir çoğu tel çekme işlemi esnasında kullanılan yağlayıcılar ve çekme matrislerinin geometrisi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Artan teknolojik gelişmeler ile tel çekme işleminde yüksek hızlı makineler kullanılmaya başlanmıştır. Bu gelişme ile birlikte verimlilik artışı sağlanmasına rağmen gerçekleşen bu hız artışı kesit daralması ile oluşan sıcaklık, basınç değerlerini ve aşınma hızlarının artışına neden olmuştur. Meydana gelen bu aşınma hızlarındaki artış çekme matrislerinin değişim periyotlarının kısalmasına bununla birlikte verimliliğin düşmesine neden olurken, arzu edilen nihai ürün çapı ve yüzey kalitesine de olumsuz etki yaratmaktadır. Tüm bu gelişmeler ile birlikte çekme matrislerindeki aşınma konusu çok daha önemli olmaya başlamıştır. Genel olarak bakıldığında aşınmalar adhesif ve abrazif olmak üzere iki ana türde gerçekleşmektedir. Her bir aşınma türü için geçerli farklı mekanizmalar olduğu görülmüştür. Meydana gelen bu aşınmaları iyileştirebilmek amacıyla bu çalışmada, öncelikle aşınma mekanizmaları ve bu mekanizmalara etki eden faktörler ayrıntılı şekilde ele alınmış ve incelenmiştir. Yapılan incelemeler sonucu çekme matrisinin yüzey pürüzlülüğü, sertliği ve kimyasal ilgi seviyesinin aşınma mekanizması üzerinde önemli etkiye sahip olduğu anlaşılmıştır. Bir çok plastik şekil verme işleminde takımlarda sertlik değerlerini yükseltmek ve aşınma performansını iyileştirmek için kullanılan PVD yöntemi ile 4.70mm çapında 15x14 mm boyutlarında tungsten karbür çekme matrislerinin yüzeyleri kaplanmıştır. Elde edilen kaplamalara ait kaplama kalınlığı ölçümleri gerçekleştirilerek hem kalınlık hem de homojenlik durumu irdelenmiştir. Aşınma mekanizması üzerindeki etkisi bilinen sertlik ve yüzey pürüzlülük değeri de ölçülmüş elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Yapılan aşınma testleri ile kaplanan yüzeylerin aşınma performansları hesaplanmış ve ilk durum ile karşılaştırmalar yapılmıştır.