Sıcak pres ile üretim yapılan kalıplarda hurda tahliyesinin mekatronik kontrol yöntemi ile yapılması
Discharge of scrap in dies manufactured by hot press by mechatronic control method
Yazar: MUHAMMED EMRE KAYMAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL TEMİZ ; PROF. DR. NİHAT AKKUŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Yüksek dayanımlı çeliklerin üretilebilmesi için kullanılan yöntemlerin başında "Sıcak Şekillendirme Yöntemi" teknolojisi gelmektedir. Sıcak şekillendirme pres hattında her parçaya ait özel kalıplar kullanılmaktadır. Malzeme, fırında östenitleşme sıcaklığına kadar ısındıktan sonra kalıp içinde preslenmektedir. Toyotetsu firmasının geliştirmiş olduğu sıcak pres hatlarında, presleme esnasında parça şekline göre form verme, kesme-delme ve su verme operasyonları gerçekleşmektedir. Delme prosesi sonucu oluşan hurda parçacıkları, kalıp içerisindeki hurda tavalarına düşmektedir. Düşen hurdaların birikmiş olduğu hurda tavaları ise belirli aralıklarla operatörler tarafından boşaltılmakta ve bu işlem esnasında çalışan sistem durdurulmaktadır. Bu nedenle sistemde sürekli duruşlar yaşanmaktadır. Mevcut kalıp yapılarının incelenmesi ve teknik imkânların değerlendirilmesi ardından, duruş olmadan kalıp içerisindeki hurda parçacıklarının otomatik hurda tahliye sistemi ile uzaklaştırılabilmesi amaçlanmıştır. Sıcak pres teknolojisinin ve kalıplarının tüm ekipmanları incelenmiş ve analizleri yapılmıştır. Hurdaların kalıp içinden çekebilmek adına vakum yöntemi düşünülmüştür. Vakum ile çekme işlemi için vakum gücü hesabı ve sistem analizleri yapılmıştır. Kullanılan ekipmanların ve makinaların uluslararası standartlara uygun ve garantili olmasına dikkat edilmiştir. Tasarım sürecinde ilk aşamada Atos tarama kullanılmış ve katı modelleme için Catia V5 kullanılmıştır. Kalıp yüzey ve katı oluşturulurken Catia V5 hakkında sahip olunan tecrübe ile programın sahip olduğu detaylı komutlar sayesinde endüstri çevresinde kabul görmüş olması büyük bir avantajdır. Hurda tahliye ekipmanlarının tasarımlarında Solidworks programı kullanılmış ve bazı analizlerde programın özelliklerinden faydalanılmıştır. Vakumun hava akışı oluşturmasıyla negatif basınç oluşturması ve hurda parçacıkları için yapılan kanal ve tesisat işlemleri ile birlikte havanın akış gücü parçacıkları çekme için kullanılmıştır. Aynı zamanda üretim sisteminde kalıplar sürekli olarak değiştiğinden, vakum yöntemi kullanabilmek adına pres makinesi ile kalıp arasında oto-kaplin mekanizması tasarımı, imalatları ve kurulumu yapılmıştır. Hurda tahliyesi sisteminde kalıp içlerinde hurdaların birikmesi sonucu oluşabilecek tıkanıklığı görebilmek adına çeşitli sensörler ve sistemler düşünülmüştür. Bu sistemleri hatta bulunan makineye entegre ederek akışın basınç, debi ve makinenin akım değerlerine göre sistemi kontrol edebilmek adına PLC yazılımı gerçekleştirilerek akıllı bir sistem oluşturulmuştur. Bu sistemde her kalıp için ayrı bir veri oluşturulmuş ve her kalıp otomatik olarak değiştiğinde çalışma mekanizmasındaki veri kendini değiştirip algılama sistemi hazır halde olmaktadır. Son yıllarda, otomotiv sektöründeki emisyon salınımının azaltılması faaliyetleri kapsamında üzerine en çok çalışılan konulardan biri araç ağırlıklarının azaltılmasıdır. Günümüzde araç ağırlıklarının aşağıya çekilmesi konusunda üzerine çalışılan ve sürekli gelişen malzeme teknolojisi ile birlikte yeni metal şekillendirme teknolojilerinin popülaritesi de artmaya başlamıştır. Sektörde, özellikle hafif ancak dayanıklı olan yeni nesil çeliklerin işlemlerinde sıcak şekillendirme teknolojisi yer almaktadır. Bu teknolojinin kullanımının artması ile birlikte, otomotiv sektöründe araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmasına ve mevcut tecrübe seviyesinin yukarı çıkarılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Sıcak şekillendirme sonrasında kesme/delme işlemlerinde tercihen lazer kesim teknolojisi kullanılmaktadır. Oldukça yüksek maliyetli olan sıcak pres teknolojisinin etkin kullanımı ve lazer kesimde delinecek bazı deliklerin kalıp içinde yapılması için hurda tahliye yöntemi büyük önem arz etmektedir.

Abstract:
"Hot Forming Method" technology is one of the methods used to produce high strength steels. Special dies for each part are used in the hot forming press line. The material is pressed in the die after oven to the austenitization temperature in the furnace. In the hot press lines developed by Toyotetsu company, forming, cutting-drilling and quenching operations are carried out according to the shape of the part during pressing. The scrap particles formed as a result of the drilling process fall into the scrap pans in the die. Scrap pans where falling scraps have accumulated are emptied by the operators at regular intervals. During this process, the operating system is stopped. Due to these positions, there are continuous stops in the system. After examining the existing die structures and evaluating the technical possibilities, it is aimed to remove the scrap particles in the die without stopping by the automatic scrap discharging system.
All equipment of hot press technology and dies will be examined and analyzed. In order to pull the scraps out of the die, the vacuum method is considered. Vacuum power calculation and system analysis will be done for vacuum pulling process. Care will be taken to ensure that the equipment and machinery to be used comply with international standards and are guaranteed. Atos scanning will be used in the first stage in the design process and Catia V5 will be used for solid modeling. While forming the die surface and solid, it is a great advantage that the experience gained about Catia V5 and the program has been accepted in the industry thanks to the detailed commands it has. At the same time, the Solidworks program will be used in the design of scrap evacuation equipment and some of the features of the program will be used in some analyzes. The vacuum will create negative pressure by creating air flow and the flow force of the air will be used to pull the particles together with the channel and installation processes to be made for the scrap particles. At the same time, since the dies are constantly changing in the production system, an auto-coupling mechanism will be designed, manufactured and installed between the press machine and the mold in order to use the vacuum method. Various sensors and systems will be considered in order to see the congestion that may occur as a result of the accumulation of scrap inside the dies in the scrap discharge system. By integrating these systems into the machine on the line, PLC software will be implemented to create a smart system in order to control the system according to the pressure, flow rate and flow values of the machine. In this system, a separate data will be created for each die and when each die changes automatically, the data in the working mechanism will change itself and the detection system will be ready.
In recent years, one of the most studied subjects within the scope of emission reduction activities in the automotive sector is the reduction of vehicle weight. Nowadays, the popularity of new metal forming technologies has started to increase with the constantly developing material technology that is being studied to reduce vehicle weights. In the industry, hot forming technology is used in the processes of new generation steels, which are especially light but durable. With the increasing use of this technology in recent years, there is a need for research and development studies in the automotive sector and to increase the current level of experience. Laser cutting technology is preferably used in cutting / punching processes after hot forming. Scrap evacuation method is of great importance for the effective use of hot press technology, which is very costly, and for making some holes to be drilled in laser cutting in the die.