Dikilebilirliğin Ölçümü İçin Cihaz Geliştirilmesi

Abstract

Günümüzde hazır giyim ve konfeksiyon endüstrisinde model çeşitliliği artmış ve üretim süreleri çok kısalmıştır. Daha önceki yıllarda üç koleksiyon hazırlanırken yılda altı koleksiyon hazırlama gereksinimleri doğmuştur. Bu da hazır giyim imalatı sırasında sürekli model değişimi ve dolayısıyla farklı kumaşlar ve farklı dikiş ipliklerinin aynı anda kullanılmasını gerektirmektedir. Bunlara ilaveten satış noktalarında stoklar mümkün olduğu kadar minimum tutulmaktadır; ancak bu durum da küçük partiler halinde ve kısa teslim süreli üretimlere neden olmaktadır. Konfeksiyon imalatında, üretici bu devamlı değişen ve küçük partiler halinde olan taleplere en kısa sürede uyum sağlayarak cevap vermek mecburiyetindedir. Moda endüstrisindeki bu gelişmelerin yanı sıra, dikiş makinalarında da büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Dakikada 5.000 – 6.000 dikiş gerçekleştiren otomatik diken, ilik açan, cep takan makinalar geliştirilmiştir. Yüksek dikiş hızları nedeniyle ipliklere gelen gerilimler ve iğne kuvvetleri artmakta ve dikiş işlemi sırasında hem dikiş iplikleri hem de dikilen malzemedeki iplikler hasar görmektedir. Dikilen parçalarda oluşan dikiş hasarı, denim kumaş gibi kalın ve ağır gramajlı kumaşlarda daha fazla önem kazanmaktadır. Çünkü dikiş işleminden sonra mamul yıkama işlemine tabi tutulmakta ve iğnenin kumaşta oluşturduğu hasarlar bu ağır yıkama koşullarında daha da fazla büyümektedir. Dikiş iğnesi, dikiş işlemi sırasında kumaşa batarken, kumaşın sürtünme makavemetini yenmek zorundadır.Yüksek hızlı dikim işlemleri sırasında iğne ile kumaş arasındaki sürtünme sonucunda iğne ısınma problemleri de ortaya çıkmaktadır. Bu şekilde iğne sıcaklıkları 200°C nin üzerine çıkarak kumaşa ve dikiş ipliğine zarar vermektedir. Teknolojik gelişmelerin artmasıyla birlikte dikiş makineleri daha fonksiyonel hale getirilmiş bununla birlikte yüksek hıza sahip motorlarla donatılmıştır. Yüksek hızlı motorlar sayesinde önceki makinelere göre daha yüksek hızda dikim işlemleri gerçekleştirilmektedir. Yüksek hız sebebiyle ipliklere gelen gerilimler ve iğne batış kuvvetleri çok artmıştır. İğne batış kuvvetlerinin artması kumaş hasarlarının oluşmasına sebep olmaktadır. Yüksek hızlı dikim makinaları kullanılmaya başlandıktan sonra ortaya çıkan çeşitli dikiş problemleri ve dikilebilirlik sorunları yüksek maliyetli tamirlere, müşteri memnuniyetsizliğine ve geri iadeler sebebiyle artan maliyetlere neden olmaktadır. Yüksek kaliteli üretimin artan ihtiyaçlarına cevap verebilmek, oluşan herhangi bir hatayı saptayabilmek için eş zamanlı izleme ve proses kontrolü gereklidir. Bu düşünceyi gerçekleştirebilmek için de, dikiş makinasının hareket prensibi incelenmeli, dikim sırasında iğne, iplik ve kumaşa gelen kuvvetlerin irdelenmesi gerekmektedir. Dikiş makinasının dinamik yapısının çok iyi şekilde anlaşılması gerekmektedir. Kumaş yapıları, gramajı, kalınlığı, iplik özellikleri, üretim prosesi, boyama ve son işlem prosesleri gibi son ürün kalitesini etkileyen birçok parametre vardır. Bu sorunları ortadan kaldırabilmek için farklı özelliklerdeki kumaşlar ve dikiş şartları için uygun makine ayarlarını sağlayan bir sistem dikim otomasyonuna doğru bir adım sağlayacaktır. Gelişmiş bir dikiş makinası otomatik olarak ayarlanabilmeli, dikiş hatalarını saptayabilmeli ve gerekli ayarları kendisi yapabilmelidir. Bu tez çalışmasında dikilebilirliğin ölçümü için bir cihaz geliştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı farklı hızlarda ve farklı kumaş parametreleri ile iğne batış kuvvetlerini ölçebilen ve ölçüm sonuçlarının on-line olarak izlenebildiği bir sistem geliştirmektir. Bu sistemden elde edilecek iğne batma kuvvet değerleri ile farklı kumaş, dikiş ve iğne parametreleri için veri tabanı oluşturulması, makinaların değişen kumaş ve iplik özelliklerine göre ayarlarının on-line olarak izlenmesidir. Oluşturulan ölçüm sistemiyle farklı denemeler yapılmış farklı hızlarda, gramajlarda ve farklı iğne tiplerinde yapılan ölçümlerle bir data base oluşturularak en uygun eşlemelerin yapılması mümkün olmuştur. Böylece dikim operasyonlarında farklı ağırlık ve konstrüksiyonlardaki kumaşların en uygun kombinasyonlarda biraraya getirilmesi ve optimum hızların belirlenmesiyle dikiş hasarlarının tespiti ve önlenmesi üretimde hata maliyetlerinin düşürülmesi ve operasyon verimliliğinin arttırılmasını sağlayarak, daha verimli bir süreçlerin oluşturulması sağlanacaktır. Bu sistemin oluşturulmasu için Brother marka düz dikiş makinesi, CEA-06-125UN-350 tipi 2 adet strain gauge, amplifikatör ve verilerin işlenmesini sağlayan bilgisayar kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda 6 farklı özelliklere sahip denim kumaş kullanılmıştır. Kumaşların 3 tanesi %100 Pamuk, bir tanesi %98 Pamuk- %2 Elastan, bir tanesi %98.5 Pamuk- %1.5 Elastan ve bir tanesi %74 Pamuk- %24 PA- %2 Elastan’dır. Coats epic %100 spun polyester 40/2 tex çift katlı dikiş ipliği kullanılmıştır. Deney gruplarında 2 farklı numarada Groz- Beckert marka dikiş iğnesi kullanılmıştır. 1. iğne DP*5, numara 10, Nm 120/19, 2. iğne DP*5, numara 10, Nm 130/21 tiptedir. Dikiş makinesi hızı sırasıyla 1000 devir/dk ve 2500 devir/dk. Dikiş sıklığı 3 dikiş/cm ve 5 dikiş/ cm olarak seçilmiştir. Dikim sıarsında kumaşlar daha çok çözgü yönünde gerilmelere maruz kalmaktadır. Bu çalışmada kumaşların çözgü yönünde iğne batış kuvvetleri incelenmiştir. 6 farklı kumaş ASTM – D 1908 standartına göre kesilmiş ve standart koşullar sağlandıktan sonra dikim işlemine başlanmıştır. Makinenin standart yapısında yeralan iğne çubuğu çıkartılmış yerine belirli analizler yapılarak ANSYS programıyla elde edilen ölçülere göre hazırlanmış alüminyum çubuk yerleştirilmiştir. Bu çubuk hazırlanmadan önce ANSYS programında belirli gerilim altında çubuğun tepki verdiği noktalar belirlenmiş ve strain gaugeler bu bölgelere karşılıklı olarak yapıştırılmıştır. Strain gaugelerin herbiri kendi başına çeyrek köprü yapacak şekilde çalışmaları sağlanmıştır. Strain gaugelerin yapıştırıldığı bu çubuk içerisinden geçirilen kablo sistemi ile iğneye gelen gerilmelerin ESAM amplifikatör sistemine aktarılması sağlanmıştır. Daha sonra ESAM sistemine aktarılan veriler MATLAB programı yardımıyla kuvvet eğrilerine dönüştürülmüştür. Ölçüm işlemlerine başlamadan önce sistemin doğru çalıştığının tespit edilmesi gerekmektedir. Bunun için deneysel çalışmalara başlamadan önce kalibrasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve doğrusal kalibrasyon eğrileri elde edilmiştir. Deneysel çalışmalarda her grup için kumaşsız yani boşta ölçüm alınmıştır. Bunun sebebi iğneye gelen dış kuvvetleri (iğne sürtünmeleri, makine içerisinde oluşabilecek dış kuvvetler) elimine ederek sadece kumaşa uygulanan batış kuvvetini hesaplayabilmektir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde minimum kuvvetin çekme kuvveti, maksimum kuvvetin iğne batış kuvveti olduğu görülmüştür. Yapılan literature çalışmalarında olduğu gibi bu tezde de iğne batış kuvvetlerinin çekme kuvvetinden büyük olduğu saptanmıştır. Deneysel gruplarda 4 farklı karşılaştırma yapılmıştır. Birinci grup için iğne batış kuvvetini etkileyen en önemli parametrelerden biri olan dikiş hızı incelenmiştir. 1000 devir/dk ve 2500 devir/dk da dikilen kumaşlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, diğer koşulların sabit tutulduğu ve dikiş hızının arttılımasıyla iğne batış kuvvetlerinin arttığı görülmüştür. Böylece dikiş makinelerinin hızları arttıkça kumaş üzerine uygulanan kuvveti arttığı ve çok daha yüksek hızlara çıkıldığında dikiş hasarlarının meydana gelebileceği gözlemlenmiştir. İkinci olarak kumaş kat sayısının iğne batış kuvveti üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Aynı hızlarda ve farklı katlarda dikilen kumaşlar karşılaştırılmıştır. En yüksek iğne batış kuvveti 6 kat dikilen kumaşta ortaya çıkmıştır. Bunun sebebi sürtünme kuvveti ile ilişkilidir. Kat sayısının artmasıyla birlikte iğne ve kumaş arasındaki sürtünme kuvveti de artmaktadır. Bu da doğrudan iğne batış kuvvetinin artmasına sebep olmaktadır. Üçüncü deneysel çalışma grubunda kumaş gramajlarının iğne batış kuvvetleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen kuvvet eğrileri ve sonuçlar doğrultusunda kumaş gramajının iğne batış kuvveti üzerinde önemli bir etkisi olduğu gözlemlenmiştir. En düşük gramaja sahip olan 5. kumaşta en düşük iğne batış kuvveti ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte en yüksek gramaja sahip 6. kumaşta ise en yüksek iğne batış kuvveti değerleri elde edilmiştir. Kumaşların gramajları büyükten küçüğe doğru 6>1>3>4>2>5 şeklinde sıralanmaktadır. İğne batış kuvvetleri için de bu sıralamanın geçerli olduğu görülmüştür. Son olarak dikiş iğne numarasının kuvvet üzerinde etkisi değerlendirilmiştir. Bunun için 2500 devir/dk. hızdaki kumaşlar karşılaştırılmıştır. En düşük iğne batış kuvveti düşük iğne numarasıyla dikilen kumaşlara aittir. Bunun sebebi iğne sürtünme yüzeyi ile ilgilidir. Dikiş iğnesinin numarası arttıkça iğnenin sürtünme yüzeyi artmakta bununla birlikte sürtünme kuvveti de artmaktadır. Sonuçlar SPSS istatistik programı ile istatiksel olarak incelenmiş. Dikiş hızı ve kumaş kat sayısının iğne batış kuvveti ile yüksek bir ilişkiye sahip olduğu görülmüştür. Dikiş hasar sonuçları ASTM D-1908 standartına göre değerlendirilmiştir. En yüksek hasar değeri 5 numaralı kumaşta ortaya çıkmıştır. Farklı hızlarda alınan ölçümlere göre hızın artmasıyla iğne kesme indeksinin arttığı gözlemlenmiştir.

Today, the apparel and garment sector has increased the variety of models and shortened production times. Previous years they were preparing three collections yearly but they are producing six collections today according to requirements. This models are constantly changing therefore producers need to use different fabrics and materials simultaneously. Additionaly retailers prefer to keep go with minimum quantity of inventories in their storage but this leads production in small lots and shortened delivery period. The manufacturers have obliged to respond this ever-changing small lots of quantitiy by adapting themself to the new production methods. Biggest progress has been made for sewing machines, up to 5.000 to 6.000 stitches automatic spine, multi functions machines has been developed for these reasons, automation and automatic adjustments during production is important today. In modern garment manufacturing sector with increasing technological development, sewing machines have stronger motor components compare with previous machines. These strong motors are providing high-speed sewing operations. As a result of high-speed working, high needle penetration forces are occurred. During sewing at high-speed, the needle thread is subjected to repeated tensile stresses at very high rates. A high penetra¬tion force means a high resistance of the fabric and thus a high risk of damage. Seam damage can be a serious cost problem, often showing only after the garment has been worn. To extent of damage on the fabric becomes more critical problems if the fabric used as thick and heavy construction. The increasing variation of fabric structures, combined with the significant reduction of order size, boosts the need to decrease lead times and avoid quality problems, which normally introduce serious production delays. Due to the final product ready to wear all of the previous production processes affect the quality of the product, and hence the performance characteristics. There are many parameters, which are affected the quality of final product such as fabric type, weaving type, production process (joining of textile materials), dyeing and finishing process etc. The main objective for manufacturers makes high quality, cost-effective and efficient production. In clothing and apparel sector, it is difficult to reduce the cost because of the relation between rapidly changing of fashion. Development on the automatic sewing machine can provide many advantages to solve these problems and get high level in this compatitive sector. With just a simple push of a button, you have selected the stitch and the optimum settings for length, width, balance, pressure and tension. Improved sewing machine can be adjusted with automatically. The main aim of the producers to overcome this damage problem, increase the seam performance and quality, there are many parameters should be considered such as seam strength, slippage, puckering, stitch density, sewing type, needle cutting, and suitable needle size et. Also other most important parameters that have an influence on seam damage tendency are fabric construction, chemical treat¬ments of the fabric, needle thickness and sewing machine settings with sewing thread. Fiber content, yarn construction, tightness and density are important pa¬rameters for fabric construction on seam damage. To prevent the sewability problems which are caused by needle penetration force, at first, the forces acting during sewing must be analyzed. The aim of this thesis is; more sensible measurement for needle friction in sewing process and sewing dynamics (sewing needle penetration forces) when we compare with current systems and devices. And also to be obtained an ideal curve with the development of a database from this system according to the characteristics of machines ranging from fabric and thread settings for on-line monitoring. Sewing machine (Brother- industrial sewing machine), strain gauges, amplifier and computer system (to report the data) were used to establish the measremnt sytem for needle penetration forces. Six different denim fabrics were used for the experimantel stages. Three of them 100% cotton, one of them 98% cotton - 2% elastane, one of them 98.5% cotton - 1.5% elastane and one of them is 74% cotton - 24% PA – 2% elastane. Coats Epic yarn which is ticket number 80, 40/2 tex, 2 ply 100 % spun polyester sewing thread was used for all experiments. Two different needle sizes were used according to the fabric weights. Groz-Beckert industrial sewing needles were used. First needle, which is DP*5, needle no. 10, Nm 120/ 19 and point shape is R, used for 1000 rpm and 2500 rpm. Second needle, , which is DP*5, needle no. 10, Nm 130/ 21 and point shape is R, used for 2500 rpm. Experiments were done in two different sewing speed 1000 and 2500 rpm. Two vaious stitch density were used respectively 3stitch/cm and 5 stitch/cm. Since warp seams are more significant to overall garment appearance, sewing measurements were done in warp directions. 10 cm * 120 cm samples were prepared from six denim fabrics in warp directions, as described in ASTM-D 1908. Machine setting were adjusted for every new fabric type to give a balanced stitch. Before starting each group of fabric samples sewing, one measurement was taken without any fabric. This step was applied for each group of fabrics in two sewing speed in order to eliminate other forces which are occurred by the system. Then samples were sewing at determinated sewing speed. Force calculations were done by using MATLAB program and force formula. Generally, it was observed that the needle penetration forces are higher than the needle withdrawal forces. The first important observation is that the main parameter influencing needle penetration and withdrawal forces is sewing speed. As a results of experiments which were done at 1000 rpm and 2500 rpm sewing speed,it is found that sewing speed signifanctly influence the needle penetration forces. There is an increase in needle penetration forces with the increase in sewing speed. The second important result is the influence of number of plies of the fabrics. According to results, needle penetration forces increased with increase in the number of fabric ply. The highest penetration force value was measured during sewing six ply fabrics. The reason of the increasing needle penetration forces with the ply of the fabric is related with the increasing frictional forces between needle and fabrics. Third parameter is the effect of fabric weight to the needle penetration forces. It can be observed that fabric weight has a significant parameter for the needle force. When the other conditions such as speed, number of ply are equal for each group of samples, the highest weight fabric, which is Fabric 6, has a higher needle penetration forces. The lowest weight fabric, which is Fabric 5, has a lowest needle penetration forces. Weight of fabric is sorting by bigger than lower; 6>1>3>4>2>5. And the needle penetration is directly related with these weight sorting. Last group of experiments include the effect of needle size on needle penetration forces.It is found that needle size has an important influence on the needle penetration forces. The lowest needle penetration force occurs in small needle size. The main reason for this situation is needle friction area increased with the increase in needle surface area.. When the needle number is increasing, friction forces are increasing because of increase in needle surface area. The results are statistically analysed by SPSS statistical program and high correlation is found between sewing speed and number of plies of the fabrics. Moreover, the fabric damage has also been analysed according to ASTM D-1908 standard. The highest needle cutting index belongs to sample 5. Compare with the results of two sewing speed, lowest speed’ needle cutting indexes are lower than the highest speed needle cutting indexes.