Science for Engineering mğhendislik öğrencileri için hazırlanmış bir kitap. Yazarı John Bird, teoriden ziyade örnekler üzerinde durmuş. Bu şekilde de kitap, öğrencilerin basit prensiplerden yola çıkarak mühendislik sistemlerini anlamalarına yardımcı oluyor.
Mühendisler tasarımlarında maliyetleri ve ağırlıkları düşürme konusuna önem verdikçe plastik parçalar yaşamımıza çok daha fazla girmeye başladı. Ancak plastik vida, civata gibi tutturucuları desteklemek için yeterince güçlü bir malzeme değil. Plastik parçalar vida ile tutturulduğunda dişerde bozulma gibi nedenlerle sıklıkla bozulmalar yaşanabiliyor.
Bu problemi aşabilmek için plastiğin vidalanacak kısmına metal parçalar yerleştirilip, diş bu metal parçaların üzerine açılıyor. Bu şekilde plastik parçalar birbirlerinden ayrılıp, zarar görmeden tekrar takılabiliyor. Termoplastik bir kaç kere ısıtılıp, eritilebilir. Bu malzemeden yapılmış parçalara metal eklemeler için kullanılan iki yöntemden biri ısıtma diğeri ise ultrasonik.
Isıl işlem ya da ultrasonik, her ikisi ile de tekrar eritilen plastik metal eklemeyi kalıplanmış ya da matkapla delinmiş delikler içinde, dolgunun dışındaki kıvrım ya da girinti-çıkıntılarından sıkıca tutuyor. Ancak bu ekleme işlemi sırasında plastik yeterince ıstılarak metalin dış kısmındaki bu kısımlara iyice doldurulması gerekiyor. Bu şekilde plastik soğuduğunda içindeki metal çekme ya da tork yüküne dayanacak şekilde yerleşmiş oluyor.
Hem ultrasonik yöntemde hem de ısıtıldığında ana fikir plastiği metal etrafında eritmek, ama bu iki yöntemle elde edilen sonuçlar arasında fark var. Her iki yöntemin de avantaj ve dezavantajları değerlendirilerek karar verilmesi gerekiyor.
Ultrasonik yöntem
Ultrasonik yöntem uygulanırken, genelde pnömatik silindirle oluşturulmuş nispeten küçük, aşağı yönlü bir kuvvet, metali önceden delinmiş ya da kalıpla açılmış deliğe itiyor. Ultrasonik itici burada elektrik gücü yüksek frekanslı titreşime çeviriyor. Bu titreşimler metal üzerinden plastik-metal arayüzüne aktarılıyor. Titreşimle yaratılan ısı plastiği metal etrafında eritiyor. Bu yöntemin kullanılabilmesi için elektronik güç kaynağı, çevrim kontrolu için zamanlayıcılar, elektrik ya da mekanik enerji transduserleri ve ultrasonik besleme gerekiyor.
Ultrasonik yöntemin avantajları
• Dış çap boyutu ¼’’ metal dolgularda hızlı olması. Dolgunun boyutları büyüdüğünde süre uzuyor.
• Farklı boyut ve şekillerdeki dolgulara uyarlanabiliyor
• Aynı makina plastik iki malzeme arasında kaynak işlemi benzeri işlerde de kullanılabiliyor.
Bu yöntemin dezavantajları ise
• Yetersiz ısınma ya da yeterli miktarda pilastiğin ısıtılamamış olması metalin katı plastik içine rayba çeker gibi yerleşmesine yol açabiliyor. Soğuk presleme adı verilen bu işlemde hem metal dolguya hem de plastiğe zarar verilebiliyor. Plastik parçanın titreşim esnasında iyi sabitlenmemiş olması sonucu titreşimin dağılması ile dolgu etrafında yeterli miktarın oluşaması sonucu soğuk presleme gerçekleşebiliyor.
Metal dolgu ve bunun için açılmış yuva ölçülerindeki ufak farklar da soğuk preslemeye yol açabiliyor. Bir diğer nedeni de metal dolgunun çok hızlı sürülerek plastiğin yeterince erimesi için zaman bırakılmaması. Böylece yüksek gerilim oluşuyor ve plastik dolguyu yeterince güçlü tutamıyor. Sonuçta montaj sırasında ya da daha kötüsü kullanım esnasında parça kırılmalarının gerçekleşme ihtimali de artıyor.
Soğuk presleme sofistike kontrol sistemleri ile önlenebiliyor olsa da bu kontrol sistemleri zaten fiyatı yüksek olan ultrasonik montaj cihazının maliyetini neredeyse ikiye katlıyor.
Ultrasonik yöntemin başka dezavantajları da var:
• Ultrasonik titreşim metal çapağı yaratıp, pul pul dökülmelere neden olabiliyor. Bu çapaklar dolgunun yerine düzgün şekilde oturmasına engel oluyor ve plastik – dolgu bağlantısını zayıflatıyor. Öte yandan çirkin bir görüntü de yaratıyor.
• Dolgu ve ultrasonik besleyici arasındaki metal – metal temasından dolayı ultrasonik makinalar gürültülü. Dolgu ne kadar büyük olursa, gürültü seviyesi de o kadar yüksek oluyor.
• Bir kaç metal dolgunun aynı anda yerleştirilmesi tasarıma bağlı olarak imkansız değilse de zor ve maliyetli.
• Yanlıs titreşim frekasnı uygulaması ya da aşağı yönlü kuvvet dolgulara zarar verebiliyor.
• Kafası olmayan dolgular yerleştirilmesi, metal ile ultrasonik besleyici arasında düzgün bir temas sağlanabilmesi için çok dikkat gerektiriyor. Aksi takdirde metal dolgunun iç kısmındaki dişer zarar görebiliyor.
• Ultrasonik besleyiciler pahalı, aşınabiliyor ve sıklıkla değişmesi gerekiyor. Maliyetleri ise 1000 $’ın üzerine çıkabiliyor.
Isıl Yöntem - Dolguları ısı kullanarak yerleştirme
Isıl işlem kullanarak metal dolguları plastiğin içine yerleştiren makinalar iki yöntemden birini kullanırlar. Bazılarında metal uç ısıyı dolguya trnasfer eder. Diğerlerinde dolgular önceden ısıtılırlar ve pnömatik olarak önceden açılmış deliğe preslenirler. Her iki yöntemde de dolgu plastik içine genelde 50 Ib altında kontrollu bir kuvvetle itilir. Bu işlemde yalnızca metalin plastikle temas eden kısmı değil, tüm dolgunun ısıtılmış olması gererkir. Dolayısıyla metal dolgunun ısı iletkenliğinin yeterli seviyede olması gerekir ki etrafındaki plastik kısa bir sürede ısınıp, eriyebilsin. Bu sebeple prinç ve alüminyum sıkça kullanılan dolgu malzemelerindendir. Plastik eridiğinde, metal üzerindeki girinti çıkıntıların içine yerleşir ve üzerinde minimum seviyede gerilim kalarak katılaşır.
Isı iletkenliğinin yüksek olması metalin yerleştikten sonra çabuk soğumasını da sağlar. Isıl işlemin belli başlı avantajları aşağıdaki gibidir:
• Düşük kuvvet kullanıldığı için dolgular ince cidarlı parçalara da yerleştirilebilir. Aynı işlem ultrasonik ile yapıldığında parçaya zarar verme ihtimali yüksektir. Ayarlanabilir sıcaklık seviyeleri ve kuvvet seviyeleri ile yerleştirilmiş dolguların çekme ve burma dayanımlarını tahmin etmek mümkündür ve uygulamaya göre ayarlanabilir.
• Isıl işlemde gürültü seviyesi ultrasonik işleme göre düşüktür.
• Isıl işlem makinalarının maliyeti ultrasonik makinaların yarısı düzeyindedir. Çünkü daha az komplikedirler ve daha düşük sayıda parça gerektirirler.
• Daha derin yuvalara daha kolaylıkla dolgu yerleştirilebilir. Isı uçları uzadıkça daha derinlere inmek mümkündür, halbu ki ultrasonik başlığın girebileceği derinliğin bir sınırı vardır.
• Bu işlemde çok yönlü çalışmak mümkündür.Farklı düzlemlere farklı dolguları yerleştirmek mümkündür. Manuel makinalarla prototip ya da düşük sayıda imalat gerçekleştirilebilir. Aynı makina ile ısı ucu değiştirilerek farklı büyüklüklerdeki dolgular yerleştirilebilir. Ultrasonikle başlıksız dolguların yerleştirilmesi güçken ısıl işlemle hem başlıklı hem de başlıksız dolgular yerleştirilebilir.
• Isıl işlem ekipmanı titreşimli besleyicilerle birlikte kullanılabilir. Dolayısıyla montaj sırasında operatörün dolguya dokunmasına gerek yoktur. Özellikle elle tutulması ya da yön verilmesi zor olan düşük boyutlu dolgularda bu önemli bir özelliktir.
• Bakım ihtiyacı düşüktür. Genelde bakım istemezler. Gerektiğinde de yedek parça maliyeti de oldukça düşüktür. Örneğin ısı uçlarının maliyeti 55 $ civarındadır.
• Daha iyi performanslıdır. Dolguların tam olarak eritilmesi sayesinde erimiş plastik metalin boşluklarına tam dolar. Ultrasonik işlemde metal dolgular bazen yeterince ısıtılmamıs olabilir.
Öte yandan ısıl işlemin bir problemi eğer metal dolgular ön ısıtmaya tabi tutulmadılarsa uzun süre almasıdır. Ultrasonikte hem yerleştirme hem de soğuma süresi daha kısadır. Ön ısıtması yapılmış dolgularda ise iki yöntemin çevrim süreleri birbirine yakındır. Aynı anda birden fazla dolgunun yerleştirilmesi söz konusu olduğunda ısıl işlem süre açısından avantaj sağlar.
Metal dolgularınperformansı büyük ölçüde ne kadar iyi yerleştirildiğine bağlıdır. Dolayısıyla yerleştirme işlemi ile ilgili tüm parametreler iyi kontrol edilmelidir. Genel olarak ısıl işlem daha fazla esneklik ve performasnı daha düşük maliyetle sağlar.
Adaptasyon: http://machinedesign.com/article/putting-inserts-in-plastic-parts-ultrasonic-or-heat-0213?page=0%2C1