Hidrolik Boru Bükümü Nasıl Yapılır?
Hidrolik Boru Bükümü Nasıl Yapılır?
Hidrolik Boru Bükümü Nasıl Yapılır?
Boru bükmenin tanımı
Hidrolik Boru bükme işlemi, belirli bir şekle ve dizayna sahip boruların yeniden şekillendirilmesinde kullanılan işlemdir. Hidrolik sistemlerde bağlantı elemanı olarak hidrolik borular sıkça tercih edilir. Hidrolik borular basınç altında genleşebilme özelliği ve uzun dayanım ömrü sağladığı için tercih sebebi olmuştur. Hidrolik hortumlara göre kullanım ömürleri oldukça uzundur.
Kullanılan materyale ve istenen hassasiyet derecesine bağlı olarak çeşitli boru bükme metotları kullanılır. En yaygın olanları; çekerek bükme, sararak bükme, basarak bükme ve 3-makaralı bükmedir
Çekerek Bükme
Çekerek bükme uygulandığında boru, bükme kalıbı ile mengene arasına bağlanır. Her iki parça bükme mili etrafında dönerek, boruyu büküm kalıbının üzerine sarar. Baskı kalıbının (kızak parçası) görevi, şekillendirme prosesi esnasında üretilen radyal stresi almak ve borunun dıştaki ucunun düz kalmasını desteklemektir. Eğer ilaveten malafa ve kaşık kalıbında da uygulanırsa (malafa bükümü), ince etli kalınlığındaki borularda ve dar(tight-sıkı; gergin) büküm yarıçaplarında bile başarılı sonuçlar alınabilir.
Sararak Bükme
Sararak büküm çekerek büküme benzer. Bu büküm yönteminde, boru kaygan kızak ile sabit büküm kalıbı arasına sıkıştırılır. Radyus bloku etrafında dönen kaygan kızak boruyu büküm kalıbının yarıçapı kadar büker.
Basarak Bükme (Pres Büküm)
Basarak bükme uygulandığında büküm aygıtı manuel veya hidrolik olarak iki çapraz makara(silindir-roller) üzerine bastırılır. Bu hareket borunun radyus blokla çapraz makaralar arasına girmesine ve radyus etrafında bükümün olmasına yol açar. Bu esnada boru içerden desteklenemediğinden bu yöntem sadece et kalınlığı yüksek olan borular ve büyük büküm çapları için kullanışlıdır.
Makaralı Bükme
3 makaralı büküm de yüksek büküm yarıçaplarında iş parçaları üretmekte kullanılır. Bu yöntem işleyen silindiri ve iki sabit çapraz makaranın dönüşü dışında basarak büküme benzer.
Büküm Aygıtları
Çekerek bükme için büküm araçları bu proje esnasında dizayn edilmiştir (Figür 2). Boruyu dönme dingiline yönelten büküm kalıbı ana aygıttır. İşlenecek parçayı kavramakta kullanılan mengene kalıbı büküm kalıbına yaklaşır ve aynı anda hareket eder (büküm kalıbıyla birlikte). Malafa büküm alanının şekil değiştirmesini ve çökmesini önler.
Baskı (pressure) kalıbı bükme kuvvetlerini dengelemek ve boruyla birlikte lineer hareket ederek boruyu doğru pozisyonda tutmak için tasarlanmıştır. kaşık kalıbı büküm kalıbının oyuğuyla borunun hemen arkasındaki teğet çizgisinin arasına yerleştirilmiştir. Kama şeklindeki ucuyla silici, potluk ve kamburları önler (3). Düşük yarıçaplı borularda ve yeterli et kalınlıklarında ciddi bir potlaşma riski olmadığından küçük değerler için silme kalıbı kullanılmak zorunda değildir.Bu aygıtlara ilişkin detaylı açıklamalar “Aygıt seçimi” bölümünde verilmiştir.
Uygulama Alanları
Boru bükümü geniş bir kullanılma oranına sahiptir. Bükülmüş borular ve profiller iş tabelalarında, inşaat sektöründe, ziraat alanında kullanılan tarım makinalarında, otomotiv imalat sanayinde, çeşitli aksesuar ekipmanlarda, endüstriyel mutfak imalatında, çeşitli iş makinalarında, ısıtma ve soğutma sektöründe, mobilya sektöründe vb. sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Boru Bükme Problemleri
Önemli Özellikler
Görünüm:
Estetik görüntü, borunun görünür bir şekilde kullanılmasının amaçlandığı veya bir süsleme yapısının parçası olacağı durumlarda özellikle önemlidir. Şık bir görünümün sağlanabilmesi için yassılaşmanın engellenmesi gerekir.
Borunun et kalınlığı:
İçinden tazyikli sıvının geçeceği bazı uygulamalarda borunun hasar görmeden dayanabileceği en küçük kuvvet ve en ince değerleri bulabilmek için et kalınlığı hesapları önemlidir.
Geometri:
Borulardaki farklı geometrik değerler farklı parametreler gerektirir. Örneğin, büküm işinde keskin kenarlar çok daha zor olduğu için kare şeklindeki profil boruları bükerken ciddi bir özen göstermek gerekir.
Zorluk Yaratan Faktörler
Boru çapına göre düşük et kalınlığı:
Et kalınlığının boru çapına oranı önemli ölçüde küçükse boru yüzeyinde çatlaklar ve kırışıklıklar oluşabilir. Her boru malzemesi için belirli oran limitleri mevcuttur.
Düşük büküm yarıçapı:
Büküm kalıbı çapındaki değişiklikler büküm yarıçapını değiştirirler. Düşük büküm yarıçaplarıyla büküm yapmak kritik olabilir, çünkü bu durum borunun sırtında aşırı gerilime, iç tarafta ise aşırı baskıya yol açar. Bu da sırtta yırtılma veya çökmeye içte de potluğa sebep olabilir. Figür 8 küçük çaplı bir büküm kalıbıyla bükülmüş bir boruyu göstermektedir. Eğer büküm kalıbının çapı daha büyük olsaydı boru hiçbir düzleşmeye uğramadan bükülebilecekti.
Dikiş:
Bükülen borular daha önce dikişli ise dikkat edilmelidir. Dikişli yüzey gerilme kuvvetlerine dayanamayıp dikiş çizgisi açılabileceğinden büküm işlemi dikişli bölgede yapılmamalıdır.
Boru Büküm Problemleri
Et kalınlığı değişimleri (section- iç-dış):
Borunun sırtındaki germe kuvvetiyle içteki baskı kuvveti, büküm bölgesinde borunun karşılıklı bölümlerinde sırtta incelme, içte ise kalınlaşma meydana getirir.
Çıkış ucunun sırtında kambur (hump on outside of pull off end):
Boru bükülmek için bağlandığında büküm kalıbı ile mengene kalıbı arasında 0,5-1 mm bir açıklık kalır. Bu açıklık, bükülecek parçanın daha iyi kavranmasına yarar ve parçanın kaymasını önler. Aksine, eğer büküm kalıbı ve mengene kalıbı birbirlerine tam yapışırlarsa boküm esnasında kaydırma olur ve kambur meydana gelir, bu istenen bir şey değildir.
Mengene bölgesinde çizikler:
Mengene parçayı fazla sıkı kavradığında mengene bölgesinde çizikler oluşabilir.
Büküm alanında bilye yumruları:
Kullanılan malafanın bilyeli olması durumunda, malafanın boyutları ve malzemesi uygun seçilmediğinde büküm bölgesinde dışardan görülebilecek bilye izleri söz konusu olabilir.
Büküm alanının iç tarafında çizikler:
Kullanılan malafa, borunun büküm alanının iç tarafında çiziklere yol açabilir. Dolayısıyla, bu problemi bertaraf edebilmek için uygun malafa yarıçapı ve malzemesi seçilmelidir.
Orta çizgide alet izleri:
Baskı kalıbı (kızak) radyal stresi almaya ve borunun sırtının düz kalmasını sağlamaya yarar. Bunu yaparken boru kalıbın içine doğru kayar. Bundan dolayı, baskı kalıbı malzemesi doğru seçilmediyse merkez çizgisinde alet izleri oluşabilir. Örneğin mikro-yapısal alanındaküresel tanecikler bulunan şekil verilebilir dökme demir (ductile cast iron) gibi bir malzemeyle bu sorunun üstesinden gelinebilir.
Geri tepme:
Bükme prosesi tamamlanmak üzereyken bükülen borunun gövdesinde kalan stresler parçada bir gevşemeye yol açar ki bu da büküm derecesini düşürür. Bu problemi çözmek için başlangıçtaki büküm derecesi simülasyonlar yoluyla belirlenen bir dereceye kadar artırılabilir. Başka bir çözüm de boru malzemesinin elastik oran birimine (E) kadar artışı serbest bırakmaktır. E’yi artırmak demek parçayı kuvvetler devreden çıktıktan sonra parçanın en az kaybıyla sonuçlanacak kadar katı bir hale getirmek demektir.
Çökme: Et kalınlığının çapa oranının düşük olduğu borularda uygun malafa kullanılmaması durumunda borunun dıştaki kısmı gerilim kuvvetlerine dayanamayıp çökme yapabilir. Uygun top ebatlarına sahip uygun malafalar seçilmelidir. Ayrıca bükme yarıçapı da çökmeyi önlemeye yetecek kadar büyük olmalıdır.
Yırtılma:
Yırtılma küçük büküm yarıçaplı parçalarda ortaya çıkabilir. Bükülen kısım borunun sırtında meydana gelen gerilim kuvvetlerine dayanamayabilir ve yırtılabilir Uygun materyal seçimi bu problemin çözümüdür.
Boru Tasarımı
Boru Malzemesi Seçimi
Boru malzemesi ve geometrisi belirli alüminyum, bakır-pirinç ve paslanmaz çelik arasında karşılaştırma.
Radyatör Borularının Özellikleri
Radyatör borusunun malzemesi, içinden sıcak ve yüksek tazyikli sıvı geçeceği için, yüksek ısı iletkenliğine, yüksek erime noktasına, yüksek gerilim gücüne ve yüksek aşınma (ya da paslanma) direncine sahip olmalıdır. Malzemenin ayrıca hafif yapılar için düşük ağırlığa sahip olması ve kanatları radyatöre lehimleyebilmek için lehim tutabilir olması gerekmektedir.
Malzeme Seçimi
Alüminyum AA 3003, Pirinç UNS C26000 ve Paslanmaz Çeliğin mekanik ve fiziksel özellikleri Tablo 1’de gösterilmiştir.
UNS, ABD’nin birleşik numaralama sistemini ifade etmektedir. UNS C26000, %70 derece bakır alaşımlı işlenmiş fişek pirinçtir ve yaygın olarak UNS C26000 bakır-çinko pirinç olarak adlandırılır. Bileşiminde (ağırlık yüzdeleriyle) %0.70 bakır (Cu) ve %0.30 çinko (Zn) vardır. [9]
AA, Alüminyum Birliğini ifade eder. AA3003, işlenmiş Alclad Alüminyum alaşımı olarak adlandırılır ve %98.6 Alüminyum (Al), %0.12 bakır (Cu) ve %1.2 Manganez (Mn) içerir. [9], [10].
| Malzeme |
Yoğunluk |
Isı iletkenliği |
Gerilim |
Esneklik |
Isı |
Erime |
Lehim |
| Alüminyum AA 3003 |
2,75 | 160,0 | 145 | 70 | 23,2 | 643- 655 |
600 |
|
Pirinç UNS C26000 |
8,53 | 120,0 | 435 | 110 | 19,9 | 915- 955 |
600 |
| Paslanmaz Çelik |
7,75 | 16,3 | 515-827 | 190-210 | 17,3 | 1371- 1454 |
620-1150 |
Tablo 1. Boru malzemeleri karşılaştırması
Yüksek gerilim kuvveti ve yüksek aşınma direnci dolayısıyla paslanmaz çelik kullanılabilirdi, fakat çok pahalı olması ve düşük termal iletkenliği kullanım alanında çok tercih edilmemesi sonucunu doğurmaktadır.
Alüminyumun pirinçten düşük yoğunluklu ve daha iletken olmasının yanı sıra radyatör boru gücünün eşit ya da fazla olması da önemlidir. Kuşkusuz pirinç alüminyumdan çok daha dayanıklıdır. Bu total güç sayesinde, ince duvarlı borularda iletkenlikle ağırlık arasındaki fark telafi edilebilir.
Bu özelliklerin avantajları ele alındığında-üstün ısı iletkenliği, kuvvet ve aşınma direnci- imalatçılar doğrudan daha ince malzemelere yönelebilir ve dolayısıyla alüminyum yerine, daha düşük total ağırlığa sahip olmakla birlikte aynı (veya daha iyi) hararet giderici kapasiteye sahip olan bakır/pirinç radyatörler üretebilirler. [11]
Tablo 2’de Alüminyuma karşı Bakır/Pirinç malzemenin avantajlarını görebilirsiniz:
| Teknik | Ticari |
| Yüksek ısı ileticiliği | Düşük üretim maliyeti |
| Yüksek aşınma direnci | Kurumsallaşmış geri dönüşüm geleneği (bir yerdeki yapılar arasında) |
| Yüksek gerilim esneme kuvveti | Yüksek hurda değeri |
| Yüksek erime noktası | Kurumsallaşmış satış sonrası geleneği (bir yerdeki yapılar arasında) |
| Düşük termal genleşme katsayısı | Yüksek kaliteli biliniyor olması |
| Yüksek esneklik oran birimi | |
| Kolay onarılabilirlik |
Tablo 2. Pirincin alüminyuma üstünlükleri
Boru Bükmede Plastik Deformasyon Analizleri
N. C. Tang tarafından belirtildiği gibi boru bükmede stresler üç ayrı bileşene sahiptir; boylamsal σx, çembersel σc, ve radyal stresler σr. Borunun et kalınlığı yarıçapından çok daha küçük olduğunda radyal stres görmezden gelinebilir. Ayrıca borunun iç ve dış bölmelerine bağlı olarak da (stresler) değişmektedir. Figür 13’te görülebileceği üzere borunun dış yarım daire αdeğerleri 0° ile 90° arasında ve iç yarım daire αdeğerleri de 90° ile 180° arasındadır.
Analitik hesaplamalar
Analitik hesaplamalar bir Matlab kodu yazılarak yapıldı (matlab: yüksek performanslı teknik bir programlama dilidir) ve sonuçlar Tablo 4’te gösterildi. Değerleri belirlemek için, şimdiye kadar verilen formüller ve Tablo 3’teki temel geometrik ve mekanik parametreler koda girildi ve sonuçlar hesaplandı. Bu hesaplamalar sadece düz boruların bükümü için geçerlidir. Bu proje kapsamında flanşlı boru için Dynaform’da yapılan plastik deformasyon analizlerini ilerleyen bölümlerde bulabilirsiniz.
| Tanım | Değer | Birim |
| Dış taraf çapı | 15 | mm |
| Et kalınlığı | 1 | mm |
| Büküm yarıçapı | 35 | mm |
| Büküm açısı | 90 | Deg |
| Esneme kuvveti | 435 | MPa |
| Yeni oran birimi | 110 | GPa |
Tablo 3. Borunun temel özellikleri
| Tanım | Değer | Birim |
| Sırtta incelme | 0.90 | mm |
| İç kalınlaşma | 1.16 | mm |
| İç çap büzüşmesi | 4.85 | % |
| Nötral eksen sapması | 1.18 | mm |
| Büküm momenti | 99.13 | Nm |
| Yüksüz büküm açısı | 87.38 | Deg |
| Yüksüz büküm yarıçapı | 36.05 | mm |
| Büküm sonrası açısı (over bend) | 92.70 | Deg |
| Büküm sonrası yarıçapı (over bend) | 37.13 | mm |
| Malzeme uzunluğu | 56.51 | mm |
| Kritik yassılaşma noktası | 168.07 | mm |
Tablo 4. Matlab Analitik Hesap Sonuçları
Tablo 4’teki, Yüksüz Büküm Açısı ve Yüksüz Büküm Yarıçapı, 90° bükülen borular (Tablo 3) için geçerli sonuçları göstermektedir. Yani eğer boru 90° büküldüyse, geri tepmeden dolayı Yüksüz Büküm Açısı 87.38° ve Yüksüz Büküm Yarıçapı 36.05 mm. Olur. İstenen 90°lik büküm açısını elde etmek için, Tablo 4’ün gösterdiği gibi Over Bend Açı 92.7° ve Over Bend Yarıçapı 37.13 mm. olmalıdır.
Alet Tasarımı
Alet Malzeme Seçimi
Büküm esnasında kullanılacak kalıp takımlarının malzeme seçimi.
Dökme demir
Öncelikle baskı kalıbı (kızak) parçası materyali tartışıldı. Büküm operasyonu esnasında stabil kalması sebebiyle baskı kalıbı, materyalin şeklinin bozulmadan akmasına izin verecek nitelikte olmalıdır. Dökme demir materyalin akmasını sağlar ve içindeki küresel tanecikler sayesinde borunun yüzeyinde istenmeyen çizikler meydana gelmez.(malzemeye sarmaz) Baskı kalıbı için gereken özelliklere sahip olması sebebiyle, dökme demirin baskı kalıbı parçası için en uygun materyal olduğu rahatlıkla söylenebilir.
Bu materyalin bazı genel özellikleri Tablo 5’te dir:
| ŞEKİL VERİLEBİLİR DEMİR |
Gerilim kuvveti |
Esneme Kuvveti |
%Uzanım |
| Tavı gelmiş demir | 414 | 276 | 18 |
Tablo 5. Dökme demirin özellikleri [16].
“Ampeo” Teneke (kalay) bronz
Eğer boru krom veya alüminyumdan olsaydı, baskı kalıbı olarak Ampeo (amco) Bronz kullanılması gerekecekti. Sahip oldukları kimyasal çekişim etkisi dolayısıyla böyle materyaller için çelik veya demir uygun değildir.
Malzemelerle ilgili şimdiye kadar verilen bilgiler büküm parçalarının, özellikle de baskı kalıbının genel malzeme tasarım prensipleri hakkındadır. Buradaki proje büküm parçalarının her biri için aynı malzemelerin kullanılmasını zorunlu kılar. Dolayısıyla malzeme seçiminde parçaları bir bütün olarak ele almak gerekir. Tablo 7’de bütün çelikler büküm parçaları için gerekli özellikler açısından karşılaştırılmıştır:
| Malzeme |
Sertlik rockwell |
Standartlar |
Esneme kopma mukavemeti |
Elastik oran birimi (GPa) |
Poisson oranı |
Yoğunluk (kg/dm3) |
| 1050 Çelik | 52 (400°F) | DIN 1.1210 (AISI 1050) | 636 | 190-210 | 0.27-0.30 | 7.7-8.03 |
| 2080 Çelik | 66 | DIN 1.2080 (AISI D3) | X | 194 | 0.27-0.30 | 7.70 |
| 2379 Çelik | 62 | DIN 1.2379 | 1532 | 209.9 | 0.27-0.30 | 7.67 |
| (AISI D2) |
Tablo 7. Parça malzemesi karşılaştırması [9, 10, 17,18].
Boru bükme kalıp takımları imalatında yaygın kullanılan malzemeler AISI 1050, AISI D3 ve AISI D2 çelikleri Tablo 6’da görüldüğü gibi elastik oran birimi gibi dizayn için gerekli olan nitelikler üç malzemede de hemen hemen aynıdır. AISI 1050’nin diğerlerinden tek farkı kopma-esneme mukavemetinin ve sertliğinin diğerlerinden düşük olmasıdır. Bu durum parçayı başarısızlığa sevk etmez çünkü borunun mukavemeti parçanınkinden azdır ve bu da ciddi bir stresin meydana gelmesini önler. Ayrıca boru, kolayca bükülmesini sağlamaya elverişli bir malzemeden yapılmıştır. Uygulanan kuvvetlerin son derece düşük olması sebebiyle parça büküm işlemindeki yüksek streslerden kaynaklanabilecek bir tehlike içinde değildir.
Seçilen çeliğin diğerlerine göre tek dezavantajı daha düşük olan sertliğiyle alakalı olabilir. Parça dizaynında yıpranmadan kaçınmak amacıyla genel olarak yüksek sertlik aranır. Kuvvetlerin ve kimyasal etkileşimin düşük olması dolayısıyla büküm işlemlerinde yıpranma (aşınma)diğer şekil verme işlemlerinde olduğu kadar önemli boyutlarda değildir. Buradan hareketle AISI 1050’nin yeterli sertlik derecesine sahip olduğu ve başka bir materyal seçmeye gerek duyulmamıştır.