Malzeme seçimi örnekleri

MALZEME TASARIMI VE
SEÇİMİ
PROF. DR. MUHARREM YILMAZ
KAYNAKLAR
TASARIM
 Ürün
Tasarımdır.
TASARIM
Tasarım
Bilgi topluluğu
 Makine ve parçaya yönelik
 Avantaj
Tasarımda amaç
 Daha verimli
 Daha ucuz
 Üretim Kolaylığı
Fonksiyonel tasarım
TASARIM
Bilgi topluluğu
Bileşen dizaynı
Malzeme seçimi
Eski
Yeni
TASARIM
Tasarım
Sonuç ürün
Tek parça
Parçalar topluluğu
özel parçalar
standart parçalar
TASARIM
Özel parçalar
enjeksiyon kalıplanmış plastikler
preslenmiş/kalıpta dövülmüş çelikler
TASARIM
Yeni ürün tasarımı
Yeni pazarlar
Mevcut pazarı korumak
Tasarımda müşteri istekleri
Ürün kalitesi üzerinde müşteri düşünceleri
TASARIM
Başarılı ve hızlı bir tasarım
gerçekleştirmek için farklı uzmanlık
alanlarını kapsayan geniş bir bilgi
topluluğuna ihtiyaç bulunmaktadır. Bu
nedenle tasarım pazarlamacılar ve farklı
mühendislerden oluşan bir takım ile
gerçekleştirilir.
TASARIM MOTODOLOJİSİ
Dizayn iteratif bir prosestir.
Fonksiyonun tanımlanması
Bilgi topluluğu oluşturulması
Deneme amaçlı dizayn
Sistematik bir prosesin düzenlenmesi
TASARIM MOTODOLOJİSİ
Peki tasarım nasıl bir şeydir?
Herkes tasarımcı olabilir mi?
Yaratıcı düşünce nedir?
Bir dizayn metodolojisi oluşturulabilir mi?
Tasarım metodolojisi adımları
BİLEŞEN
DİZAYNI
MALZEME
SEÇİMİ
DENEYİMSEL MALZEME SEÇİMİ
DENEYİMSEL BİLEŞEN DİZAYNI
Metaller ,Seramikler,Polimerler ve
Kompoziler göz önüne alınır
Çalışma koşullarının tanımlanması
MALZEME VERİSİNİN
TOPLANMASI
Fiyat ,Yoğunluk
Elastik Özellikler :E,v
Akma Mukavemeti:σ
Sertlik: H(∞ 3 σ)
Süneklik: €
Kırılma Tokluğu: K
Yorulma Mukavemeti : σ
Isısal Genleşme Katsayısı :α
Oksidasyon ve korozyon hızları
Deneme Yanılma
BİLEŞEN VERİSİNİN TOPLANMASI
Ortalama gerilme
Eğme momenti
Burulma yükleri
Gerilme Konsatrasyonları
İzin verilebilir sehim
Yorulma gerilmeleri
DİĞER ZORLAMALAR
Çevre
Sıcaklık
DENEYİMSEL DİZAYNDA
MALZEME PERFORMANSI ANALİZİ
Malzeme özeliklerinin bileşen dizaynına giydirilmesi.
DETAYLANDIRILMIŞ SPESİFİKASYON ve DİZAYN
Seçilen malzemeye göre detaylandırılmış boyut, tolerans vs
Deneme Yanılma
METODOLOJİK TASARIM
DETAYLANDIRILMIŞ SPESİFİKASYON ve DİZAYN
Seçilen malzemeye göre detaylandırılmış boyut, tolerans vs
Deneme Yanılma
ÜRETİM YÖNTEMİ SEÇİMİ
Deneme Yanılma
Şekillendirme,Isıl İşlem,Birleştirme,Yüzey Birleştirme,Kalite Kontrol,Detaylı
Fiyatlandırma. Malzeme seçimi veya dizayn kaçınılmaz olarak tekrar gözden
geçirilir
PROTOTİP TESTLERİ
Performans değerlendirmesi,hata analizi,performans ve üretimin optimizasyonu
ÜRETİM DÜZENİNİN KURULMASI
Alan hatalarının denetlenmesi,performans ve fiyatın karşılaştırmalı olarak
sınanması
Deneme Yanılma
İLERİYE YÖNELİK GELİŞTİRME
Daha iyi performans ve daha düşük fiyat için gelişmeler.Yenilik:Yeni
Malzemeler,radikal yeni dizayn
Deneme Yanılma
TASARIM ÖDÜLLERİ
İyi bir tasarım çalışır, Ama mükemmel bir
tasarım zevk verir
TASARIMDA MALZEME İLİŞKİLERİ
MALZEME
ÖZELLİKLER
Fiziksel
Mekanik
Termal vb
Dökülebilirlik
Dövülebilirlikl
Kaynaklanabilirlik
İşlenebilirlik
Rijitlik
Dayanım
Tokluk
Emniyet
Kütle
YAPI
Şekil
Boyut
Tolerans
Estetik
Maliyet
Parça Sayısı
Ölçü Toleransı
süreç
ÜRETİM
Döküm
Dövme
Talaşlı işleme
Kaynaklama
Kaplama
TASARIM ÖRNEĞİ-MANTARLI ŞİŞE AÇACAĞI
Mantarın şişeden çıkarılabilme yöntemleri
ilk üç yöntem için şişeden mantarı çıkarma şekilleri
ilk mantar çıkarma şekli için farklı tasarımlar
Yukarıdaki tasarımlara göre üretilmiş ürünler
Tasarımlar için gereksinimler
Yükü mantara ileten vida ucuz olmalı,
Kaldıraç gerekli eğme momentini taşımalı ve
hafif olmalı,
İnce elastik bıçak mantar ve şişe boynu arasına
bastırıldığında eğilmemeli,
İçi oyuk ince boru (iğne) mantarı delecek kadar
sert, rijit ve sağlam olmalıdır.
Malzeme seçimi niçin önemli
Malzeme seçimi niçin önemli
Malzemelerin kullanılacakları yere ve yükleme şartlarına
uygun olacak şekilde seçilmesi gereklidir.
Malzeme Seçiminde Dikkate alınacak faktörler










Otomasyon Malzeme fiyatı = 0.5(ürün fiyatı)
Tasarım
Doğru malzeme seçimi
160 000 malzeme
Yanlış malzeme seçimi
Parça hasarı
Gereksiz maliyet
Demir esaslı malzeme sayısı > 70 000
Bir traktörde 15-20 bin parça
Bir otomobilde 20-25 bin parça
Bir uçakta 100 bin parça
Bir denizatlıda 120 bin parça bulunmaktadır.
Ashby yöntemi
Malzeme seçim kademeleri
Aktarma: Kısıtlar ve hedefler şeklinde dizayn
gereksinimleri ifade edilir.
Eleme: Bu işi yapamayacak malzemeler elenir
Sıralama: İşi en iyi yapan malzemeler bulunur
Destekleyici bilgiler
Ashby yöntemi
Birinci adım olan aktarmanın adımları
Fonksiyon: Komponent ne yapar?
Hedef: Hangi ana şartlar karşılanmalıdır?
Kısıtlar: Maksimum veya minimum olabilen
nedir?
Serbest değişkenler: Hangi dizyn değişkenleri
serbesttir?
ÖRNEK:
Hafif ve mukavemetli bağlantılar için malzemeler
Fonksiyon
: Bir çekme yükünü desteklemeli
Hedef
: Minimum kütle; m = ALρ
Kısıtlar
: Boy belirlenmiştir, F yükünü taşımalıdır; F / A < σy
Serbest değişkenler : Kesit alanı, malzeme
ÖRNEK:
Hafif ve mukavemetli bağlantılar için malzemeler
Konu ile ilgili hesaplamalar
Genel olarak malzeme seçimde
işlem basamakları




Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Aday malzemelerin seçimi
Adayların geliştirilmesi
Gerekli özeliklere en iyi uyan malzemenin
seçimi
Yanlış malzeme seçiminin nedenleri
 Bu tip uygulamalarda her zaman bu malzeme
kullanılır
 Yalnızca bazı özelikler göz önüne alınır
Peki malzeme mühendisi malzeme
seçiminde ne yapacak?
 Hem ürünün çalışma şartlarını ve hem de
ürünün servis şartlarını dikkatle listeler.
 Koşullar ve servis şartlarındaki değişimleri
listeler.
 Aranan özelikleri malzeme spekturumu ile
karşılaştırır
 En iyi uyumu sağlayan malzemeyi seçer
Malzeme seçimi örnekleri
 Elektronik devre
Aday malzemeler: Altın, bakır, alüminyum, gümüş
 Kahve bardağı
Aday malzemeler: plastik, cam, seramik, çelik
Malzeme seçimi örnekleri
Uçak kanadı
Aday malzemeler: Al
alaşımı, Ti alaşımı,
çelik
Malzeme seçimi örnekleri
Ampul flamanı
Aday malzemeler
bakır, Tungsten, çelik
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Mukavemet:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Süneklik:
 Kritik süneklik: % 1
 Süneklik problemi mukavemet problemine
bağlıdır.
 Tren yolu rayları, sert çalışma koşullarına
rağmen düşük sünekliktedir.
 % 1.5‘lik bir kalıcı deformasyonun kanadın
aerodinamik yeteneğini yok eder.
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Tasarım:
 IO Almen: Çalışma sırasında oluşan yorulma
hasarının % 90’ı dizayn ve üretim hatalarından
oluşur. Yalnızca geri kalan % 10 malzeme
hatası veya ısıl işlem hatasıdır.
 Yeni malzeme araştırmaları çoğu kez daha
avantajlı tasarımların yapımını mümkün
kılabilmek için olmaktadır.
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Kararlılık:
 Çalışma halindeki bir malzemenin kararlılığı
başlangıçtaki özeliklerini kendisine biçilen
ömür boyunca muhafaza etmesidir.
 Sıcaklık
 Radyasyon
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Elde edilebilirlik:
Malzemenin temin kolaylığı
İmalata uygunluk:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Korozyon:
Malzemelerin gerekli özeliklerinin analizi
Maliyet:
Seçimde son karar: ekonomik nedenler
Büyük tasarruflar: imalat prosedürü veya
malzemenin kullanıldığı şekilde değişiklikler
Örnek: kompleks şekilli parçalar (kasnaklar).
Daha ekonomik yöntem kullanımı: otomobil
motorlarındaki krank milleri
Küresel grafitli dökme demir
Dövme ıslah çeliği
Malzeme seçimi örnekleri
Tornavida şaftı:
Aday malzemeler: karbonlu çelik, PE, cam
Tornavida sapı:
Aday malzemeler: PMMA, lastik, tahta
Malzeme seçimi örnekleri
Turbufan uçak motorları:
Malzeme seçimi örnekleri
Turbofan bıçakları:
Aday malzemeler: Ti, CFRP, cam, kılıflanmış
CFRP
Türbin bıçakları:
Aday malzemeler: Süper alaşımlar
Malzeme seçimi örnekleri
buji:
Aday malzemeler: Wolfram alaşımı, bakır, altın
Malzeme seçimi örnekleri
Yelkenli:
Gövde aday malzemeler: GFRP, çelik,
tahta
Direk aday malzemeler: Al, tahta,
kompozit
Yelken aday malzemeler: koton,
nylon, terylen, kevlar
Halat aday malzemeler: koton, kevlar