Günümüz koşullarında pazar oluşturma açısından en önemli silah, taleplere uygun, yapılacak işi daha hızlı ve verimli bir şekilde ortaya çıkaracak makinelerdir. Bu yüzden yapılacak makinenin fonksiyonunu belirleme tasarımın konusunda çözülmesi gereken ilk iştir.
Mehmet Özgür Eroğlu
Project and Sales Consultant/ Proje ve Satış Danışmanı
Atlas Değİrmen
Bir makinenin meydana gelmesi kabaca, makineyi hayal etme, taslak oluşturma, elemanlarını oluşturma, mekanizmanın çalışmasını sağlama, elemanlarını boyutlandırma, montaj ve yapım resimlerini çizme, makinenin prototipini oluşturup denemesini yapma ve karar verilen makineyi meydana getirme safhalarından geçmektedir.
Tasarım kelimesinin karşılığı, dizayn ve konstrüksiyon olarak geçmektedir. Konstrüksiyon yabancı bir kelime olup, elemanları yerleştirme anlamına gelmektedir.
Günümüz koşullarında pazar oluşturma açısından en önemli silah, taleplere uygun, yapılacak işi daha hızlı ve verimli bir şekilde ortaya çıkaracak makinelerdir. Bu yüzden yapılacak makinenin fonksiyonunu belirleme tasarımın konusunda çözülmesi gereken ilk iştir. Makinenin yapacağı iş tam ve kesin belirlenmelidir.
Tasarım konusunda en zor işlerden biri makinenin fonksiyonunu yerine getirmesi için gereken temel fikirleri bir araya getirmektir. Buna tasarım sentezi diyebiliriz. Bir makinenin bir fonksiyonu yerine getirmesi için birçok sayıda sistem geliştirilebilir ve bu konuda karar vermek çok önemlidir. Son noktayı koymak, önemli bir bilgi birikimi gerektirir.
Sırada taslak bir tasarım yapmak, malzemeleri seçmek ve bunları analiz etmek var. Taslak bir tasarım yapmak, tasarım sentezi kadar zor olmasa da ciddi anlamda teknik bilgi ve birikim gerektirir. Tasarımcının; gerilme formülleri, malzeme özellikleri, üretim metotları gibi teknik bilgilere haiz olması gerekir. Tatmin edici bir tasarıma ulaşıldığında analız yapılması mümkündür, tasarım iyi ise imalata geçilebilir. Çoğu zaman tasarım sonucunda ortaya çıkan prototipin, fonksiyonu tam sağlayamaması, malzeme yetersizliği ya da eksikliği, tatmin edici bir sonuç alınamaması gibi sebeplerden dolayı yetersiz kalır ve tasarım aşamasına tekrar dönülür. Bir makinenin tasarımı bu işlemleri tekrarlayarak sonuca ulaşıncaya kadar devam eder.
Makine tasarımının adımlarını şu şekilde sıralayabiliriz:
Teknik özellikler, özel istekler.
Çalışma prensibinin saptanması
Ön şekillendirme alternatifleri (temel prensiplere uygun kinematik)
Fizibilite analizi (ekonomik ve teknolojik)
Şekillendirme (genel isteklere uygun)
Montaj ve detay resimleri
Bu adımları izlerken her zaman teknik ve ekonomik analiz yapmak zorundayız. Bir fonksiyonu yerine getiren, kendine özgü hesaplama ve şekillendirme prensiplerine sahip olan elemanlara makine elemanları denir. Ve tasarım konusunda en çok makine elemanları konusunda bilgi ve tecrübeye ihtiyaç vardır.
Bir makinenin tasarımının tamamını şekillendirmek için birden fazla tasarım oluşumuna ihtiyaç vardır. Kaynaklı konstrüksiyon, dökümle üretilen parçaların tasarımı, talaşlı imalat ile üretilen parçaların tasarımı, rulmanlı ve kaymalı yatakların tasarımı, sızdırmazlık elemanlarının tasarımı gibi birçok farklı tasarım ile makineler şekillendirilebilir. Tasarımın hafifliği, yorulma ve mukavemete uygunluğu, mümkün olduğu kadar basit olması ve emniyetli bir makine şekillendirmek uyulması gereken prensiplerdir.
Kaynak işlemi, düz haddelenmiş levhalardan ve profillerden birleştirilerek imal edilen, çeşitli makine gövdeleri, boru hatları, depolama işlerinde kullanılan kaplar, çelik konstrüksiyon binalar gibi yerlerde önemli bir şekilde kullanılmaktadır. Kaynak parçaların yapım kolaylığından ötürü, çoğu kez döküm ve dövme işlerine tercih edilmektedir. Bilhassa az sayıda imal edilecek parçaların döküm ve dövme imal edilen parçalara göre daha maliyetsiz olmasından dolayı tercih edilir. Kaynak işlemi karbon oranı düşük (0,25%) olan alaşımsız çeliklerde kullanılmaktadır. Karbon oranı yüksek ve alaşımlı çeliklerdin kaynak dikişleri sertleşebilmekte ve kırılganlık meydana gelmektedir.
Kaynak uygulanacak malzemelerde tasarım yapılırken olarak öncelikle, hazır veya standart üretimi yapılan yarı mamuller tercih edilmelidir. Bu yarı mamullere kaynak işlemi uygulanabilmelidir. Daha basit kaynak şekilleri bulunmalıdır. Kaynak dikişlerinin üst üste gelmesinden kaçınılmalıdır. Kalın parçalar ile ince parçalar ön işlem yapılmadan kaynatılmamalıdır. Parçaların üretimi basitleştirilmelidir. Kaynak esnasında yanacak ince kenarlar konulmamalıdır. Kaynak esnasında parçaların kaynaktan dolayı hasar görmesi engellenmelidir. Kaynaklı parçaların sağlamlığını artırma yöntemleri dikkate alınmalıdır.
DÖKÜMLE ÜRETİLEN PARÇALARIN TASARIMI
Çok sayıda üretilecek parçalar, diğer imalat yöntemleri ile şekillendirilmesi zor parçalar, çok ağır ve büyük parçalar için döküm alternatifsiz bir imalat gereksinimidir. Bu yüzden tasarımcı temel döküm kurallarını bilmelidir. Döküm parçalarının dayanımı, haddeleme ve dövme yöntemiyle üretilen parçalara göre daha zayıftır. Döküm esnasında parçada boşluk ya da çatlak oluşabilmekte ye da mikro yapı bozuk olabilmektedir. Bütün çelikler döküm yoluyla üretilebilmekle beraber, döküm parçaların pek çoğu dökme demirlerdendir. Çeliklerin ergime noktasının çok yüksek olmasından dolayı kalıp içerisinde akışkanlıkları az olmakta, ayrıca çekme miktarları da yüksek olmaktadır.
Tasarımcının döküm parçalarda dikkat etmesi gereken hususların bazıları ve tasarım kurallarını şu şekilde sıralayabiliriz:
Et kalınlığı ve dökümün dayanımı hesaplanmalı
Kalıplanması mümkün olmalı, kalıptan çıkarılması için eğim veya koniklik olmalı
Döküm parçalardaki büzülme dikkate alınmalı
Keskin köşelerden veya ani kesit değişikliğinden kaçınılmalı
Döküm parçalarında malzeme birikimi olmalı
Döküm parçalarında gaz boşluklarının oluşması engellenmeli
Döküm kenarlarının tasarımına ve flanş şekillendirilmelerine dikkat edilmeli
Büyük döküm parçalarında rijitlik (sertlik) düşünülmeli
TALAŞLI İMALAT İLE ÜRETİLEN PARÇALARIN TASARIMI
Makine parçalarının talaşlı işleme safhası, üretimin en önemli kısmıdır. Üretim maliyetinin %70’lik kısmı talaşlı işlemeye gider. Talaşlı işleme verimliliğinin artırılması için gereken yöntemlerin bazıları şunlardır: İşleme zamanını azaltmak, parçaların söküme takma zamanını minimize etmek, tezgahın bekletilmemesi için iyi bir üretim planı yapmak, işlemlerin ardışık bir şekilde yapılması, parçaları kolay ve az işlenecek şekilde hazırlamak. Bunlar için yapılabilecek bazı yöntemler bulunmaktadır. Tek parça yerine parçalı tasarımlar yaparak işlemin kolaylaştırılması, gereksiz toleranslardan kaçınmak, kademeli işleme yüzeylerini tercih etmemek, basit işlenebilir delikler tasarlamak, daha kolay talaşlı işleme için kolay tasarımlar yapmak bunların bazılarıdır.
MAKİNE TASARIMINDA HAFİFLİK
Makine tasarımında hafiflik çok önemlidir. Özellikle otomobil, uçak, tren gibi hareket eden makinelerde yakı tasarrufu sağlar. Hareketsiz makinelerde ise malzeme tasarrufu sağlar. Makinelerde maliyeti düşürür. Bilhassa üretimi çok yapılan makinelerde büyük önemi vardır maliyetin. Bunun yanında hafiflik ve maliyet düşürümü için makinenin dayanım, rijitik ve emniyeti azaltılmamalıdır. Makinelerin ağırlıklarını karşılayabilmek için ağırlık faktörü tanımı yapılmaktadır. Ağırlık faktörü; makine ağırlığının makinenin güce oranı ile verilmektedir.
Makinelerin ağırlıklarını azaltmak için kullanılan birkaç yöntem vardır. Bunlar, uygun kesit seçilmesi (dolu mil yerine çelik boru kullanılması gibi), şekil değişikliği yaparak hafiflik sağlanması, malzeme seçimi ile hafiflik sağlanması gibi yöntemler kullanılabilir.
Mekanik hasarların %90’ı yorulmaya bağlı hasarlardır. Bu hasarların büyük kısmı tasarım hatasından oluşur. Küçük bir kısımda metalurji hatasından kaynaklanır. Yorulma olayı, çatlağın oluşması, ilerlemesi ve kırılmasından meydana gelir. Yorulma çatlakları genellikle gerilme yığılması meydana gelen bölgelerde başlar. Tasarımcının özellikle gerilme yığılması oluşturabilecek şekillendirmelerden kaçınması gerekir. Bir örnek verecek olursak, yatak ya da kasnak faturalarında oluşan yığılmaları önlemek için radyus açmak mümkün olmadığı için fatura önündeki kalın kısma elips, yuvarlak ya da konik şekiller vererek ya da ilave fatura yapılıp gerilimin dağıtılmasını sağlayarak çözebiliriz.
RULMAN VE YATAKLARIN TASARIMI
Rulman ve yatak seçimi makinelerin dönek aksamları (rotor) için hayati öneme sahiptir. Doğru yataklama yapmakla beraber, hareket ve yük dağılımını en iyi şekilde taşıyacak rulmanı seçmemiz gerekiyor. Rulman ya da yatakların faturaya oturumu hassas ve eksiksiz yapılmalıdır. Rulmanların köşe kavisi yarıçapı ile mil faturalarının köşe radyusları birbiri ile uyumlu olmalıdır. Sabit yataklar hem eksenel hem radyal kuvveti karşılamalıdır. Serbest yatak ise sadece radyal kuvveti karşılamalıdır. Yataklardan biri serbest olmaz ise ısıl genleşmelerden dolayı her iki yatağa da eksenel yükler biner ve bu da yatak ömrünü kısaltır.
Makine tasarımında basitliği sağlamak için gereken birkaç kural ise şöyledir:
Parça sayısı mümkün olduğu kadar az olmalıdır.
Parçalar kolay sökülüp takılmalıdır.
Mümkün olduğu kadar çok farklı eleman kullanılmamalıdır.
Özel imalatlar yerine standart üretilen parçalar seçilmelidir.
Simetrik şekiller seçilmesi üretimi kolaylaştırır.