447

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE İMALAT YÖNTEMLERİ KULLANILARAK TURBO ŞARJ SALYANGOZU ÜRETİMİ

Ömer PEKDUR *, Can CANDAN**

*opekdur@gmail.com 6’ncı Ana Bakım Merkezi Komutanlığı, 10040-Balıkesir **cancandan12@gmail.com 6’ncı Ana Bakım Merkezi Komutanlığı, 10040-Balıkesir

ÖZET

Bu çalışma, otomotiv sektöründe sıklıkla kullanılan turbo şarjın bir parçası olan salyangozun bilgisayar destekli tasarım ve imalat yöntemleri kullanılarak üretiminin gerçekleşmesini içermektedir. Bu kapsamda salyangoz üretiminde kullanılan alüminyum maça sandıklarının CNC tezgâhlarda işleme alınmasından önce lazer problu uç kullanılarak üç boyutlu koordinat ölçüm cihazı tarafından taranarak nokta bulutları oluşturulması, müteakiben UniGrap.NX6 ticari programı kullanılarak bu nokta bulutlarından katı yüzeylerin oluşturulması ve sonrasında Solidworks yardımı ile katı yüzeylerden maçaların katı modellerinin elde edilmesini içermektedir. Maça sandıklarının katı modelleri daha sonra Mastercam programına atılarak orada maça kalıplarının hangi takımlar, hangi hızlar ve hangi sıralamayla nasıl işleneceği belirlenmiş ve kalıpların CNC kodları oluşturulmuştur. Oluşturulan kodlar yardımıyla CNC dik işlem merkezinde alüminyum maça sandıkları müteakiben de yapılan dökümün neticesinde salyangozlar üretilmiştir. Anahtar Sözcükler: Bilgisayar destekli tasarım ve imalat, üç boyutlu koordinat ölçüm, katı model, uniGrap.NX6, solidworks

ABSTRACT This study encompasses the production process of exhaust housing which is a piece of turbo charge used fairly often in the automotive sector by utilizing computer supported planning and manufacturing methods. Aforementioned study also includes aluminum core boxes are used in producing exhaust housing. Before its turn at CNC shelves in the production process, by using an equipment with a laser probed edge and scrutinizing by three dimensional coordinate measurement gadget to determine polar spots and subsequently, by utilizing UniGrap.NX6 commercial program to extrapolate solid surface and consequently, with the help of Solidworks, solid molds from solid surfaces are obtained. Then, solid molds of foundry molds are taken to the Mastercam program stage where it is determined which groups, at what speed and what order will be utilized and CNC codes of the molds are established. First, aluminum core boxes are manufactured by the help of the established CNC codes. As a result of molding and melting metals, finally exhaust housing is produced at the CNC vertical processing center.

Keywords: computer supported planning and manufacturing methods, three dimensional coordinate measuring, solid model, uniGraphNX6, solidworks

2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi 11-12 Kasım 2010- Balıkesir

448

1. GİRİŞ Bu çalışma, otomotiv sektöründe sıklıkla kullanılan turbo şarjın bir parçası olan salyangozun bilgisayar destekli tasarım ve imalat yöntemleri kullanılarak üretiminin gerçekleşmesini içermektedir. [1-3] Bu kapsamda turbo şarj salyangozu üretiminde kullanılan alüminyum maça sandıklarının CNC tezgâhlarda işleme alınmasından önce lazer problu uç kullanılarak üç boyutlu koordinat ölçüm cihazı tarafından taranarak nokta bulutları oluşturulması, müteakiben uniGrap.NX6 ticari programı kullanılarak bu nokta bulutlarından katı yüzeylerin oluşturulması ve sonrasında solidworks yardımı ile katı yüzeylerden maçaların katı modellerinin elde edilmesini içermektedir. Maça sandıklarının katı modelleri daha sonra mastercam programına atılarak orada maça kalıplarının hangi takımlar, hangi hızlar ve hangi sıralamayla nasıl işleneceği belirlenmiş ve kalıpların CNC kodları oluşturulmuştur. Oluşturulan kodlar yardımıyla CNC dik işlem merkezinde alüminyum maça sandıkları müteakiben de yapılan dökümün neticesinde salyangozlar üretilmiştir. 2. SALYANGOZ ÜRETİM AŞAMALARI Otomotiv sektöründe sıklıkla kullanılan ve motorların turbo şarj ünitelerinin gövde kısmını oluşturan salyangozun üretimi döküm ve talaşlı imalat aşamalarından oluşmaktadır. Döküm aşamasında salyangozlar kum kalıplar yardımı ile dökülmekte, talaşlı imalat aşamasında ise CNC tezgâhlarda işlenerek motorlarda kullanılabilecek hale getirilmektedir. 2.1 Üretim Aşamasında Karşılaşılan Problemler Turbo şarj salyangozları çalışma ortamında 900 oC’ye kadar ısınmaktadır. Üretim aşamasında malzemenin kanalları içinde oluşmuş olan çapaklar varsa bunlar koparak turbo şarjın pervanesine zarar vererek malzemenin bozulmasına neden olmaktadır. Salyangozların üretimi aşamasında, bahsi geçen problemin oluştuğu tespit edilmiştir. Sözü edilen problemin neden oluştuğu incelendiğinde;

1. Salyangozunun kanallarının oluşturulmasında kullanılan maçaların üretiminde, 2. Maçaların birbirine yapıştırılması işleminde, 3. Maça kalıplarında sorunların olduğu tespit edilmiştir.

Tespit edilen problemler ayrıntılı olarak incelendiğinde öncellikle maçaların elle yapılan Araldid maça sandıklarında bezir yağı kullanılarak imal edildiği görülmüştür. Bu şekilde gerçekleştirilen imalatın, döküm esnasında gaz çıkışlarına neden olduğu bu yüzden istenilen yüzey kalitesinin elde edilemediği tespit edilmiştir. Buna bağlı olarak maçaların dört ayrı parçadan oluştuğu ve bu parçalardan üç adedinin kalıba konmadan önce yapıştırıldığı gözlemlenmiştir. Söz konusu işleminde özellikle yapıştırıcının kullanıldığı bölgede boşlukların oluşmasına neden olduğu ve bu kapsamda döküm sonrası çapak oluşumunun gerçekleştiği tespit edilmiştir. 2.2 Problemin Çözümü İçin Yapılması Gereken Değişiklikler Yukarıda bahsedilen olumsuzlukların giderilmesi ve yüzey kalitesinin arttırılması için;

449

1. Maça yapımında shell (hotbox) kumu kullanılması, 2. Alüminyum maça kalıplarının kullanılması, 3. Maçaların yapıştırılması için aparat kullanılması kararlaştırılmıştır.

3. ALÜMİNYUM MAÇA SANDIKLARININ İMAL EDİLMESİ CNC tezgâhlarda işlenmesi planlanan alüminyum maça sandıklarının imal edilebilmesi için maça sandıklarının katı modellerinin oluşturulması ve bu katı modellerden CNC kodlarının elde edilmesi planlanmıştır. 3.1 Maça Sandıklarının Katı Modellerinin Oluşturulması Turbo şarj salyangozunun içindeki kanalların oluşturulabilmesi için dört adet farklı maça kullanılmaktadır. Bu maçaları yapabilmek için ise alt ve üst parçalardan oluşan maça sandıklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Maça sandıklarının katı modellerinin oluşturulabilmesi için üzerinden katı model oluşturulabilecek örnek maça ve maça sandıkları tespit edilerek üç boyutlu koordinat ölçüm cihazında nokta bulutları oluşturulmuştur. 3.2 Nokta Bulutlarının Oluşturulması Üzerinden ölçüm alınabilecek maça model ve kalıpları üç boyutlu koordinat ölçüm cihazında ölçülendirilmiştir. Lazer problu üç boyutlu koordinat ölçüm cihazı ile taranarak oluşturulan nokta bulutları uniGrap.NX6 kullanılarak katı model haline getirilmiş ve katı modelleri elde edilen modellerden iki tanesi Şekil 1’de sunulmuştur [4].

(a) (b)

Şekil 1. Lazer tarama ile oluşturulan maça modelleri 3.3 Katı Model Oluşturulması Lazer tarama sonucu elde edilen maçaların katı modelleri kullanılarak maça sandıkları elde edilmiştir. Bu aşamada solidworks programı kullanılmıştır. [5] Maça sandıklarının katı modelleri kütüğe gömme yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Bu yöntemde katı model üzerinde bir hacim oluşturulmuş ve bu hacim içinde modelin değdiği noktalarda yüzey oluşturulmuştur. Oluşturulan hacim tam ortadan ikiye ayrılmış ve böylece alt ve üst olmak üzere iki adet kalıp modeli elde edilmiştir. Söz konusu kütüğe gömme yöntemi ile elde edilen alt ve üst kalıp örnekleri Şekil 2 ’de verilmiştir.

450

Şekil 2. Kütüğe gömme yöntemi ile elde edilen maça sandıkları

Toplamda sekiz adet maça sandığının çizimi tamamlanmış ve katı modelleri oluşturulmuştur. Her bir maça sandığı solidworks programında en ince detayını içerecek şekilde çizilmiştir. Çizilen maça sandıklarından katı model örnekleri Şekil 3 ve maça sandıklarının tel kafes çizim örnekleri Şekil 4 ’de gösterilmektedir.

(a) (b)

Şekil 3. Oluşturulan maça sandığı katı model örnekleri

(a) (b)

Şekil 4. Oluşturulan maça sandığı tel kafes çizim örnekleri

3.4 CNC Kodlarının Oluşturulması Solidworks programı kullanılarak elde edilen maça sandıklarının CNC tezgahlarında işlenebilmesi için CNC kodları oluşturulmuştur. Bu kodlar işlemenin hangi takımlarla yapılacağı, hangi hızlarda yapılacağı, hangi sırada yapılacağı ve hangi miktarda talaş verileceği bilgilerini içermektedir. Bahsedilen kodları elle yazmak hem zordur hem de çok

451

uzun zaman almaktadır. Ayrıca hata yapma olasılığı da büyüktür. Bu olumsuzluklar göz önüne alınarak CNC kodları mastercam programı kullanılarak elde edilmiştir. Mastercam programında daha önce elde edilen maça sandıklarının katı modelleri açılmıştır. Şekil 5 ’de mastercamde açılmış bir kalıbın katı modeli ve tel kafes görüntüsü verilmiştir.

(a) (b) Şekil 5. Mastercam programında görülen maça sandığı katı modeli ve tel kafes çizimi

Katı modeller üzerinde gerekli çalışmalar yapılarak, her modelin ne biçimde, hangi hızlarda ve hangi takımlarla işleneceği belirlenmiştir. Kalıbın nasıl işlendiği programda simülasyon olarak izlenebilmektedir. Şekil 6 ’da maça sandığının işleme simülasyonu görülmektedir.

Şekil 6. Maça sandığının nasıl işleneceğini gösteren simülasyon

Daha sonra ise maça sandıklarının CNC kodları program aracılığı ile elde edilmiştir. Bir maça kalıbının CNC kodları ortalama 45000 satırdan oluşmaktadır. Anlaşılacağı üzere sekiz adet kalıbın CNC kodlarını elle yazmak ve bunları CNC tezgahına aktarmak çok zahmetli ve çok fazla süre alan bir uygulama olmaktadır. 3.5 Maça Sandıklarının CNC Tezgahında İşlenmesi Kodları elde edilen maça sandıkları CNC tezgahında alüminyum malzemeden işlenerek üretilmiştir. Yapılan alüminyum kalıplar tekrar üç boyutlu koordinat ölçüm cihazında

452

doğrulukları kontrol edildikten sonra dökümhaneye gönderilerek kullanılmaya başlanmıştır. 4. MAÇA KUMUNUN DEĞİŞTİRİLMESİ VE YAPIŞTIRMA APARATI KULLANIMI Alüminyum maça sandıklarının yapılmasını müteakip yapılan işlemler ise maça kumunun değiştirilmesi ve maçaların yapıştırılmasında aparat kullanılması şeklinde özetlenebilir. Bu kapsamda alüminyum maça kalıpları, maça makinesinde maçaların yapılması için kullanılmaktadır. Maça kalıplarından çıkan maçalar daha sonra Şekil 7’de verilen yapıştırma aparatında yapıştırılmış ve yapıştırılan maçalar daha sonra maça kurutma makinesinde kurutularak döküm esnasında gaz çıkışı oluşması engellenmiştir.

Şekil 7. Maça yapıştırma aparatı ve yapıştırılmış maçalar

Turbo şarj salyangozun maçası dört adet parçadan oluşmaktadır. Bu parçalardan üç adedi yapıştırma aparatında birbirine yapıştırılmış ve bu aparat sayesinde daha önce oluşan boşlukların oluşması engellenmiştir. Dördüncü parça ise kum kalıbın içinde dökümden önce diğer maçalara eklenmiştir. Dört adet maçanın birleşmeden önceki hali ve birleşmiş hali Şekil 8’de görülmektedir.

(a) (b)

Şekil 8. Dört adet maça parçası ve bunların birleştirilmiş hali

Son olarak hazırlanan kum kalıplara ergitilmiş metal dökülerek döküm işlemi tamamlanmıştır. Kalıplar soğuduktan sonra salyangozlar kalıplardan çıkarılmış ve

453

işlenmek üzere talaşlı imalata gönderilmiştir. Talaşlı imalatı biten ve nihai mamul olarak kullanılmaya hazır olan salyangoz Şekil 9’da verilmiştir.

Şekil 9. Salyangoz

5. SONUÇ Bilgisayar destekli tasarım, tasarımda bilgisayar desteğinden yararlanılmasıdır. Bir nesnenin geometrik modeli, o nesneyi üretmek için başlangıcı ifade etmektedir. Bilgisayar destekli tasarım ve modelleme dünyadaki gelişmelere paralel olarak ülkemizde de gün geçtikçe yaygınlaşmaya başlamıştır. Bilgisayar destekli tasarımın çizimden öteye imkanlar sunması, çizimi ve tasarımı kolaylaştırması ve süre olarak kısaltması tasarımın hızlanmasına ve çeşitlenmesine imkan sağlamaktadır. Bu kapsamda yapılan optimistik çalışmalar ve uygulanan imalat işlemlerinden sonra elde edilen salyangozlardan istenilen üretim performansı başarı ile elde edilmiştir. Salyangoz kanallarında çapak oluşumu ortadan kaldırılmış ve kanal yüzeyleri pürüzsüz hale getirilmiştir. 6. KAYNAKÇA [1] SHIGLEY, Joseph E., Mechanical Engineering Design, New York, McGraw Hill, (2001). [2] DIMAROGONAS, Andrew D., Machine Design: A CAD Approach, John Wiley, (2000). [3] TRIKHA S.N., Machine Design Exercises, Delhi, Khanna Publishers, (1983). [4] uniGrap.NX6 Eğitim Notları [5] Solidworks Eğitim Notları