Slayt 1

11.01.2016
Tasarım Metodolojisi-5
Konu:
Malzeme seçiminde karşılaşılacak ilk problem;
 Elemanların çalışma esnasındaki performansı ile
ürün şeklini alabilme kabiliyeti için sahip olması
gereken özellikler olarak karşımıza çıkar.
İkinci problem;
 Malz. diğer karakteristik özellikleri ve temin edilmesi
hususunda karşılaşılabilecek sorunlardır.
MALZEME SEÇİMİ

Ürünün şekli ve üretim yöntemleri de en az performans
ve ömür kadar önemlidir.
Haz.: Doç. Dr. Ahmet DEMİRER
1
2
Malzeme Seçimini Etkileyen Faktörler:
1.Malzemenin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri
Malzeme özelliklerini,
Fiziksel; (yoğunluk, ısıl genleşme, elektrik iletkenliği, mıknatıslanma
vb.) ve
Mekanik; (çekme-basma dayanımı, sertlik, süneklik, tokluk vb.)
özellikler olarak iki şekilde tanımlayabiliriz.
Fiziksel özellikler, genellikle malzemeye zarar vermeden yapılan
testlerle saptanır. Bunun yanında korozyon direnci, malzemeye zarar
vermeden saptanamaz fakat genelde fiziksel bir özellik olarak
görülür.
Mekanik özellikler ise malzemeye zarar veren testlerle saptanır.
Örneğin bir malzemeye fiyat belirlenirken, bazı mekanik özelliklerin
(çekme dayanımı, süneklik, sertlik gibi) malzeme kalitesi hakkında
bilgi verdiği tezinden hareket edilmektedir. Fiziksel ve mekanik
özelliklerin daha detaylı bilgileri ve üretimle ilgili olan diğer
karakteristikler üretici firmalar veya çeşitli malzeme kurumlan
tarafından belirlenir.
3
4
1
Gerilme (Mpa)
11.01.2016
Tokluk (kJ/m2 )
6
Basma dayanımı (Mpa)
5
Yoğunluk (kg/m3 )
7
Örnek ürün ve malzeme türleri
8
2
11.01.2016
Malzeme Seçim Kriterleri
9
Makine Malzemelerinin Gruplandırılması
10
Yeni Malzemeler: beklentileri
ileri malzemeleri şu şekilde
sınıflandırabiliriz:
1.İleri metalik malzemeler
2.İleri seramikler
3.İleri polimerik malzemeler
4.Kompozitler:
a.Polimer bazlı kompozitler
b.Metal bazlı kompozitler
c.Seramik bazlı kompozitler
Makine imalatında doğrudan veya dolaylı kullandığımız malzemeleri metaller,
metal dışı malzemeler ve kompozit malzemeler diye üç grupta toplamak
mümkündür
11
12
3
11.01.2016
2.Maliyetler:
2.Maliyetler:
 İşlenmemiş bir malzemenin fiyatı, teknik özellikleri belirleyen kurumlarca
(örneğin ISO, TSE vb.) değerlendirilemez. Çünkü bu kurumlar sadece
kalitenin kontrolü ile ilgilenmektedirler. İnsan gücü maliyetlerinin
değişiklik göstermesi, kurlardaki farklılıklar, ulusal politikaların sürekli
değişikliği, arz ve talep gibi nedenler maliyetin değişken unsurları olup
sürekli farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle cari maliyetler, üreticiler ve
market (pazar) raporları doğrultusunda belirlenir.
 Yüksek mukavemet, ısıl karşı direnç, paslanmaya karşı direnç gibi özelliklere
sahip alaşımlar genellikle pahalıdır. Bunun nedeni alaşım katkılarının
saflaştırılması ve alaşım proseslerinin yüksek maliyetidir. Alaşımlar sadece
başka bir çözüm olmadığı durumlarda kullanılmalıdır. Bunun dışında,
özellikli ve dikkatli tasarımlar yapılarak maliyeti daha düşük malzemeler
kullanılabilir.
 Örnek olarak bir ürünün ağırlığının ve boyutlarının büyütülmesi bir sakınca
teşkil etmiyorsa, daha iyi mukavemet değerine sahip pahalı malzeme
kullanmak yerine, elemanların boyutlarını arttırarak mukavemet özelliklerini
iyileştirmek suretiyle ucuz ürün elde etmek mümkündür.
 Benzer şekilde korozyon direnci yüksek fakat pahalı bir malzeme
kullanmak yerine, yüzeyde yapılacak ve maliyeti daha düşük bir işlemle
(örneğin kaplama, boyama vb.) düşük maliyetli ürün elde etmek
mümkündür.
 Malzemenin maliyeti; döküm, dövme vb. işlemler sırasında ürün
yapısının karmaşıklığına, belirlenen tolerans değerlerine, üretilecek
toplam miktara ve ham madde fiyatına bağlıdır. Bu maliyet genellikle
sipariş durumu ve diğer siparişlerle olan finansal anlaşmalardan etkilenir.
 Bir elemanın yapılacağı malzeme seçilirken toplam üretim maliyeti göz
önüne alınmalıdır. Toplam maliyet, bütün bitiş operasyonlarını
(makinada işleme, montaj, kontrol çalışmaları vb.) içerir. Eğer toplam
maliyet beklenenin altında ve kesinlikle gerekli ise daha pahalı bir
malzeme kullanımı yoluna gidilebilir. Bir elemanın yapılacağı malzeme
seçilirken toplam üretim maliyeti göz önüne alınmalıdır. Toplam maliyet,
bütün bitiş operasyonlarını (makinada işleme, montaj, kontrol
çalışmaları vb.) içerir. Eğer toplam maliyet beklenenin altında ve
kesinlikle gerekli ise daha pahalı bir malzeme kullanımı yoluna gidilebilir.
13
14
3. MALZEMEDEN BEKLENEN ÖZELLIKLER:
3. MALZEMEDEN BEKLENEN ÖZELLIKLER:
Malzemelerin sahip olduğu teknolojik özellikleri ve maliyetlerinin yanında
kullanma şartları ve satış koşulları nedeniyle de bazı beklentiler vardır.
Bunların en önemlileri, malzemenin sahip olması gereken görev ve üretim
özellikleridir. Bu özellikler malzemenin teknolojik (fiziksel ve mekanik)
özellikleri ve ekonomik yönleriyle birleştirilerek incelenmeli ve malzeme
seçimi bu doğrultuda yapılmalıdır.

b) Üretim özellikleri:

Malzemelerin üretim özellikleri olarak; bazı fiziksel (örneğin döküm için
düşük ergime noktası ve akışkanlık gibi) ve bazı mekanik (kesici takımların
kullanımına uygun düşük sertlik, soğuk şekillendirmede yırtılmama, yüksek
uzama kabiliyeti gibi) özelliklere sahip olması istenir.

Ayrıca kolay kaynak edilebilme ve ısıl işlem yardımıyla mukavemet
arttırmaya uygunluk özellikleri de malzemeden beklenen diğer karakteristik
özelliklerdendir.
a)Görev özellikleri
Malzemenin görev özellikleri; bazı mekanik özellikleri (sertlik, tokluk,
aşınma direnci, ısı direnci vb.) ve bazı fiziksel özelliklerin (ısı iletkenliği,
elektrik iletkenliği, korozyon direnci vb.) var olmasını şart koşar. Ancak
beklenen özelliklerin tamamını aynı malzemede bulmak mümkün
olmayabilir. Örneğin bir malzeme hem çok sert hem de çok tok olamaz.
Genelde birisinden ödün vermek gerekebilir. Bu durumda ya düşük tokluk
(ürün tasarımı buna göre yapılarak) kabullenilir veya malzeme
uygun ise yüzey sertleştirme işlemi yapılarak hem sert hem de tok
malzeme elde edilir.
15
Ayrıca malzemenin üretim yöntemi ve proseslerine uygun olarak
gerekli şekli alabilmesi görev özelliğinin temelini teşkil etmektedir.
16
4
11.01.2016
Malzeme Seçimi Örnekleri
Alternatif Malzemelerin Değerlendirilmesi
Kullanılacağı yer ve koşulları tamamen belli olan bir cihaz veya makinanın
malzemesinin seçimi genellikle bir sorun teşkil etmez. Ancak arzu edilen
veya gerekli olan her özelliğin tek bir malzemede bulunma olasılığının çoğu
kez mümkün olmayabileceği unutulmamalıdır.
Mukavemeti yüksek ve korozyon direnci iyi olan bir malzeme hem ağır hem
de pahalıdır. Yine elektrik iletkenliği iyi olan bir malzemenin çekme dayanımı
düşüktür. Bazen hem hafif ve ucuz hem de korozyon direnci yüksek bir
malzeme gerekebilir. Bu gibi durumlarda malzeme seçimi yapılırken birçok
seçeneğin gözden geçirilmesi yararlı olacaktır. O halde malzeme seçimi için
vazgeçilemez koşullar ilk sıralarda yer almak üzere mükemmelleştirici tüm
özellikler bir liste halinde sıralanır. Bu listeye karşılık olarak yine
vazgeçilemez koşulları yerine getirebilen (malzeme özellikleri, fiyat vb.) ve
beklenen diğer özellikleri belirli oranlarda temin eden diğer malzemeler
listeye karşılaştırmalı olarak yerleştirilir. Böylece söz konusu ürün için değişik
alternatifleri olan bir malzeme seçeneği ortaya çıkar. Bu durum tasarım
mühendisine malzeme seçimi ve karar verme konusunda oldukça geniş
hareket sahası sağlamış olur.
17
Aşağıdaki örneklerde, malzeme seçimi yapılırken,
görev ve üretim özelliklerinin nasıl dengelendiğini ve
ekonomik değerlendirmenin son seçimi nasıl
etkilediğini açıkça görmek mümkündür.
a)Orta sınıf bir otomobil için kaportası için
malzeme seçimi:
Kaporta malzemesinden beklenen özellikler:
-Kaza sırasında içindekileri koruması,
-Yolcuları ve içinde bulunan eşyaları atmosfer
etkilerine, hava akımına, diğer araçların
egzost
gazlarına, yoldan gelebilecek taş, toprak, yıkıntı,
enkaz vb. şeylere karşı koruması,
-Aracın içinden düşebilecekleri önlemesi,
-Hırsızlık olaylarına karşı aracı ve içindekileri
koruması,
-Aerodinamik bir yapıya sahip olması,
-Üreticinin satabileceği sitilde ve müşterinin
beğenisine uygun olması, şeklinde sıralanabilir.
18
Malzeme Seçimi Örnekleri
Malzeme Seçimi
• Burada uygun mukavemet ve güzel dış görünüm malzemenin görev
özelliğidir, Malzemenin mukavemeti sertlik, yüksek aşınma ve darbe
direnci, yüksek korozyon direnci gibi özelliklere, dış görünümün
mükemmel olması ise malzemenin iyi şekil alma özelliğine sahip olması
ile mümkündür. Metalin düşük ağırlıkta olması için düşük yoğunlukta
olması şartı yoktur. Ancak gövde; minimum dış boyutları ile maksimum
yolcu ve bagaj kapasitesini içerecek şekilde ince sac malzemeden
yapılmalıdır.
• Kaportanın metal sac malzemeden ve belli büyüklükte parçalardan
oluşacak bi bütün oluşturması için kullanılacak en ucuz yöntem
presleme ile şekillendirmedir Soğuk şekillendirme yöntemiyle yapılan bu
üretim esnasında gövdenin tam ölçüsünde elde edilmesi ve astar boya,
boya gibi son işlemlerden önce temiz v düzgün bir yüzey elde edilmesi
mümkündür.
19
•
Telefon:
Alexander Graham Bell'in yirminci yüzyllin başlannda
icat ederek insanların kullanımına sunduğu telefonun
gelişimine bir bakacak olursak, çok enteresan gelişmeler
görürüz: 1900 yılında dış yüzeyi tahtadan ve elektrik
nakleden kısımların ise metalden yapıldığı telefonun dış
yüzeyi, 1930'lu yıllarda ise dökme demir ve pirinç ile
değiştirilmiştir. Daha sonra, 1970'li yıllarda telefonun dış
yüzeyinde polimer malzemeler kullanılmıştır.
•
Saç kurutma makinesi:
Saç kurutma makinasıda bir tasarım ve malzeme evrim
sürecini geçirmiştir. Şöyle ki; 1925‘li yıllarda gücü 100
watt olan makinenin gövdesi ağır birer malzeme olan
çelik veya çinkodan yapılmıştır. Bu makine hem ağır ve
hem de büyük idi. 1970’li yıllarda ise saç kurutma
makinesinin gövdesinde polimer malzemeler
kullanılarak, makine hem hafif ve hem de estetik hale
getirilmiştir.
20
5
11.01.2016
Malzeme Seçimi Önemi
Malzeme Seçimi (Karşılaştırma)
21
Malzeme Seçimi Önemi
22
Malzeme Seçimi Önemi
23
24
6
11.01.2016
Malzeme Seçiminde Adımlar
Malzeme Seçiminde Adımlar
25
Malzeme Seçiminde Adımlar
26
Malzeme Seçiminde Adımlar
27
28
7
11.01.2016
Malzeme Seçiminde Dikkate Alınan Faktörler
Endüstriyel Malzemelerde İstenen
Özellikler
• Jet uçakları: Hafif ve yüksek sıcaklığa dayanıklı
malzemeler
• Otomobiller: hafiflik ve ucuzluk
• Bilgisayar: yüksek hızda işlem ve bilgi-depolama
özelliği,
• Spor malzemeleri: hafiflik, estetik
29
Ticari gaz depolama tankı için uygun malzeme seçimi
(14 MPa- 2000psi)
Seçenekler
Dayanım Şekillendirme Maliyet
Şekil 3. Havacılıkta endüstrisinde
doğru malzeme sistemini seçmek için
izlenecek yol.
Şekil 1. Doğru malzemeyi seçmek
için izlenen yol
Şekil 2. Doğru metal alaşımı
seçmek için izlenen yol.
Şekil 4. Havacılıkta yüksek basınç
kap malzemesi olarak Doğru
kompozit sistemini seçmek için
izlenecek yol.
Şekil 5. Bu amaç için aramit
filamentlerden imal edilen
tanklar.
8
11.01.2016
Yiyecek ve içecek uygulamaları için
Dekoratif Foil Kese
• Gıda : aranan özelliklerdir.
yüksek korozyon direnci,
yeterli dayanım,
sızdırmazlık,
kolay şekillendirilebilirlik
• 1XXX saf aluminyumu.
Özellikleri;
 Kolay şekil verilebilirlik, korozyona
karşı dayanım, elektrik iletkenliği.
 Elektrik, ve kimyasal uygulamalar
için elverişli.
 yüksek dayanım aranan
uygulamalara elverişli değil..
• 1XXX; bu uygulamada
Kaynaklar:
1-CÜRGÜL İsmail, SINMAZÇELİK Tamer, YETİŞTİREN Hülya, ZEREN
Adalet, Makine Tasarımı ve Şekillendirme Tekniği, Birsen
Yayınevi, İst. 2012.
2-FINDIK Fehim, Malzeme Seçimi, Sakarya, 2011.
3-DEMİRER A., Konstrüksiyon Sistematiği Ders Notları, SAÜ TF.
2014.
4-Görseller
5-BABALIK F., Makine Müh. Giriş, … yayınları, 2014.
6-Çev.:DİKİCİOĞLU Adnan, Introduction to Materials Science for
Engineers , James F. Shackelford, McMillan Pub. Co. 1992
kullanılabilir.
9