TEL ÇEKME

Metalik bir malzemenin matris adı verilen bir kalıp içinden çekilerek kesitinin küçültülüp boyunun uzatılması işlemine ÇEKME denir.

Matrisin çıkış ucundan malzemeye bir çekme kuvveti uygulanır Matrisin çıkış ucundan malzemeye bir çekme kuvveti uygulanır. Bu işlemde plastik şekil değişimi kalıbın malzemeye uyguladığı Basma Kuvvetleri ile sağlanır. Elde edilen ürünün çapına göre işlem, çubuk veya tel çekme olarak isimlendirilir. Çekme işlemi genelde oda sıcaklığında yapılır, fakat işlem sırasında malzemenin sıcaklığı, uygulanan büyük deformasyon oranları nedeni ile artar.

ÇUBUK VE TEL ÇEKME Çubuk ve tel çekme prensip olarak birbirinin aynı olan işlemlerdir.Teller kangal veya bobin halinde sarılabilmelerine karşın çubuklar düz olarak çekilebilirler. Çubuk çekmede çubuğun ucu sivriltilerek matristen geçirilir ve çekme arabasının çeneleri arasına bağlanır. Çekme arabası hidrolik veya mekanik bir sistemle hareket ettirilebilir. Çekme hızı genellikle 10 - 100 m / dak arasındadır.

Tel çekme işleminde hammadde sıcak işlem ürünü filmaşin adı verilen tellik çubuktur. Filmaşinden daha ince tellerin yüzey-hacim oranının artması, sıcak işlem sırasında malzemenin çabuk soğumasına ve yüzeyinde istenmeyen oksit tabakasına sebep olduğundan sıcak haddeleme veya sıcak ekstrüzyon ile hassas boyutlarda üretimi mümkün değildir.

Tellerin hassas boyutlarda, üniform kesitte üretimi ancak soğuk tel çekme işlemiyle gerçekleştirilebilir. Telde yüzey hatalarının oluşmasını ve matris aşınmasını azaltmak için tel çekme işleminden önce yüzeyi temizlenen filmaşin, ucu sivriltilerek matristen geçirilir ve çekme bloğuna bağlanarak çekilir.

Tel çekme işlemi sırasında telin matristen kolay geçmesi ve matrisi aşındırmaması için yağlayıcılar kullanılır. Kullanılan yağlayıcının sıvı veya katı olmasına göre tel çekme işlemi : a- Kuru Çekme ( Yağlayıcı : Sabun tozu veya gres yağı ) b- Yaş Çekme ( Yağlayıcı : Sıvı yağ, matris yağlayıcı bir sıvı içinde )

ÇELİK TEL ÜRETİM TEKNOLOJİSİ Çelik tellerin üretiminde kullanılan filmaşin, çapı 6 - 8 mm olan sıcak haddelenmiş çubuktur. Filmaşinden tel çekme işlemi öncesi yüzey hazırlama işlemleri yapılır. Yüzey hazırlama işlemleri : a- Yüzey temizleme : Mekanik veya kimyasal olarak iki kademede yapılır. b- Yüzey kaplama : Kuru çekmede sönmüş kireç, boraks veya fosfat kaplama yapılır . Yaş çekmede metalik kaplama ( Bakır veya kalay ) yapılır.

c- Kurutma : 200 - 250 oC de 1-2 saatlik bir ısıl işlem yapılır. d- Tavlama : Az veya orta karbonlu çeliklerde ön tavlama; yeniden kristalleşme veya normalizasyon ısıl işlemi yapılır. % 0.4 ‘ten daha fazla karbon içeren yüksek karbonlu çeliklere ise Patentleme ısıl işlemi yapılır. Patentlemede çelik filmaşin A3 sıcaklığının üstünde (  920 oC ) tavlanıp sonra 490-510 oC deki kurşun banyosuna daldırılır. Böylece beynitik bir yapı elde edilerek malzemede yüksek tokluk sağlanır.

A -YÜZEY TEMİZLEME Mekanik Temizleme : Çelik telli fırçalarla sıkıştırma makaraları arasından geçirilen filmaşinin yüzeyindeki kalın oksit tabakası kırılır ve nispeten giderilir. Kimyasal Temizleme : Mekanik olarak kabaca temizlenmiş filmaşin kangalları, sülfürik asit içeren sıcak sulu çözeltilere daldırılır. Asit mekanik olarak oksit tabakasını kaldırır. Asit, oksit tabakasının altına da etki edebilir, orade demirle reaksiyon yaparak FeSO4 den ibaret nötr tuz ile hidrojene dönüşür. Bu reaksiyonlar sırasında gevşeyen ve çözünen oksit tabakası temizleme tankının dibine çöker.

Kimyasal temizleme sırasında inhibitör adı verilen azotlu hidrokarbonlardan ibaret bazı organik maddeler de temizlenen filmaşin yüzeyinde oyukların açılmasını önlemek amacı ile kullanılmaktadır. Asit konsantrasyonu çeliğin kimyasal bileşimine göre değişir. Az karbonlu çeliklerde oksit tabakası daha sıkı bir yapıda olduğundan, kimyasal temizlemede daha yüksek asit konsantrasyonu gerekir. Yüksek karbonlu çelikler ve patentlenmiş çelikler düşük asit konsantrasyonunda temizlenirler.

Temizleme banyosunun sıcaklığı asit ile çelik arasındaki reaksiyonun hızını etkiler. Yüksek sıcaklık asidin çeliği aşındırmasını hızlandıracağından sakıncalı olabilir. Temizleme süresi, çeliğin bileşimine ve oksit tabakasının kalınlığına bağlıdır. Temizleme işleminde soğuk veya sıcak suda yıkama ile asit giderilmeye çalışılır.

B - YÜZEY KAPLAMA Temizlenen filmaşinin kaplanması gerekir. Yüzey kaplamanın amacı, temizlenen yüzeyde tekrar oksitlenmeyi önlemek aynı zamanda yüzeyde kalan asitleri nötralize etmektir.

C- KURUTMA Yüzeyi temizlenip kaplanan filmaşin tel çekme işleminden önce iyice kurutulur. Asitle temizleme sırasında hidrojenin çelik içine yayınması ile “ hidrojen gevrekliği “ olarak bilinen bir kırılganlık meydana gelir. Kaplamayı kurutmak için ve hidrojen gevrekliğini gidermek için sürekli tünel tipi fırınlarda 200-250 oC sıcaklıklarda 1-2 saat kurutma işlemi yapılır.

D- TAVLAMA Tel çekme işleminde uygulanacak deformasyon oranına göre malzeme işlem öncesi istenen sünekliği sağlamak için ön tavlama yapılabillir. Tel çelme işleminde deformasyon sertleşmesiyle malzemenin mukavemeti artıp sünekliği azaldığından belirli bir kesit küçülmesinden sonra tel çekilemez hale gelir ve kopar. İşleme devam edebilmek için ara tavlama yapılması gerekir. Ara tavlama işlemi, malzemenin tekrar oksitlenmemesi için nötr bir atmosferde ve malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapılmalıdır.

TEL ÇEKME MATRİSİ ve ÇEKME TEZGAHLARI Tel çekme matrislerinin malzemesi : a- Alaşımlı Çelikler :( Örneğin %2 C, %13 Cr, %0.6 Mn ‘lı çelik ) Isıl işlemle sertleştirilirler ve genelde kaba tel çekme işlemlerinde kullanılırlar. b- Sinterlenmiş Metal Karbürler : ( Örneğin %87 W, %8 Co, %5 C içeren wolfram karbür asaslı sert metaller ) Bu matrisler toz metalurjisi ile sinterlenerek üretilirler ve çeşitli sert karbürleri içerirler.

c- Elmas : - Sertliği yüksek - Isıl genleşme katsayısı küçük - Isıl iletim katsayısı büyüktür Elmas matrisler, yüksek karbonlu ince tellerin ve alaşımlı çeliklerin tel çekme işlemlerinde tercihen kullanılırlar. Tel çekme matrisi bir parça ( Matris tutucu ) içine yerleştirilir. Tutucu, matrisi telin sarma makarasına uygun şekilde sarılabileceği bir konumda tutar. Matris tutucu genellikle orta karbonlu çelikten yapılır. Matris profili çeşitli metaller için birbirinden farklıdır.

Aşağıdaki şekilden görüldüğü gibi tel çekme matrisinde dört ayrı bölge vardır. Bunlar, giriş bölgesi ( a ), konik bölge ( b ), silindirik bölge ( c ) ve çıkış bölgesi ( d ) olarak isimlendirilir. Tel çekme matrisi ve tutucunun şematik kesiti ( a ) ve tel çekme matrisinin bölgeleri ( b )

Tel çekme işleminde matris şekli ile ilgili en önemli paremetre matris açısı olarak isimlendirilen konik bölgenin Koniklik yarım açısı (  ) olup, çekme kuvvetini etkileyen en önemli faktörlerden birisidir. Tel çekme tezgahında telin deformasyonunu sağlayan matris dışında çıkrık, kıskaç, sarma makinası ve mekanik kumanda tertibatı gibi kısımlar vardır.

Çıkrık, çekilecek tel kangalını taşır Çıkrık, çekilecek tel kangalını taşır. Kıskaç, ucu sivriltilip matristen geçirilen teli tutmaya yarar. Sarma makarası ise çekilen telin kangal halinde sarılmasını sağlar. Mekanik kumanda tertibatı da sarma makarasını döndüren elektrik motoruna bağlıdır. Sürekli tel çekme işlemlerinde çekilecek tel bir matristen geçirildikten sonra bir sarma makinasına sarılır, sonra daha küçük kesitli bir matrise girer. Böylece ardarda bir kaç matristen geçirilerek istenilen çapta tel üretilir.

Aşağıdaki şekilde bir sürekli tel çekme işlemi şematik olarak gösterilmiştir. Ardarda yapılan çekme işlemlerinde her matris geçişinde telin çapı küçülürken boyu ve hızı orantılı olarak artar. Bundan dolayı sarma makaralarının çevresel dönme hızına bağlı olarak artmalıdır.

Sarma makaralarının çevresel hızlarının tel hızlarına uyumları, her sarma makinasının ayrı bir elektrik motoruna bağlanması ile veya şekilde gösterildiği gibi tek bir elektrik motoruna bağlı olan sarma makinasının farklı çaplarda kademeli yapılması ile sağlanabilir.

TEL ÇEKME KUVVETİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER Her tel çekme işleminde uygulanan belirli bir kesit daralmasına bağlı olarak değişen tel çekme kuvveti vardır. Toplam çekme kuvveti, üç kuvvetin toplamı olarak ele alınabilir. Bunlar ; •Malzemeyi homojen ve ideal şartlarda şekillendirmek için gerekli kuvvet , •Matris - tel arasındaki sürtünmeyi yenmek için gerekli kuvvet, •Malzemede iç şekil değişimi ( Atıl iş ) için gerekli kuvvet.

Bu kuvvetlerin matris açısı (  ) ile değişimi şekilde görülmektedir. Tel çekme kuvvetinin matris açısı (  ) ile değişimi.

Malzemenin homojen ve ideal olarak deformasyonu için gerekli çekme kuvveti ( Pi ), matris açısından bağımsız olup ; Pi = a A1 lnR bağıntısıyla hesaplanabilir. Burada ; a : Akma gerilmesi, A1 :Telin çıkış kesiti, R : Ao / A1

Tel ile matris arasındaki temas alanına, sürtünme katsayısına ve matrisin tele uyguladığı basma kuvvetlerine bağlı olarak değişen sürtünme kuvveti, matris açısı  ‘ya bağlı olup, matris açısı artınca azalmaktadır. Matris açısı artınca tel ile matrisin temas alanı azalmaktadır. Matris açısı büyük bir 1 değerinde ise temas alanı şekilde görülen ab boyundadır.

Eğer matris açısı küçük bir 2 değerinde ise, aynı oranda bir kesit daralması sağlamak için temas alanı büyümekte ve şekilde görülen cd boyunda olmaktadır. İç şekil değişimi ( Atıl iş )için gerekli kuvvet ise artan matris açısı ile artmaktadır. Atıl iş fazladan sarfedilen iş olup, tel çekme işleminde malzemenin çekme yönünde akması için katettiği yola bağlı olan iç şekil değişimi olarak düşünülebilir.

Matris açısı büyükse ( a şekli ), malzemenin deformasyon yönünde akışı için gerekli olan enerji, matris açısının küçük olması ( b şekli ) durumuna göre daha fazladır. Çekilen malzemenin sertliği arttıkça minimum tel çekme kuvvetini sağlayan matris açısının küçüldüğü saptanmıştır. Minimum tel çekme kuvvetini sağlayan matris açısı (  ), çelik için 6o, bakır için 12o, alüminyum için 24o olarak bulunmuştur.

TEL ÇEKME KUVVETİNİN HESAPLANMASI Tel çekme kuvveti ( Ptç ) = f ( , , %r,  ) Tel çekme işlemi genelde soğuk işlem olarak yapıldığından, işlem sırasında deformasyon sertleşmesi nedeni ile malzemenin sertliği artar. Tel çekmede sağlanabilen maksimum kesit daralması, telin matristen çıkış mukavemeti ile sınırlıdır. Çekilen telin akma gerilmesi ( a ) ve kesit alanından ( A1 ) hesaplanan kuvvet, tele çıkış yönünde uygulanan tel çekme kuvvetinden büyük olmalıdır.

Tel çekme kuvveti ( Pt ç ), yaklaşık olarak ; Pt ç = A1 .  çıkış = A1 . Q t ç .  bağıntısıyla hesaplanabilir. Burada ; Q t ç = Tel çekmede gerilme çarpım faktörü olup, Q t ç = ( 1 +  .Cot  )  ln ( Ao / A1 ) bağıntısıyla hesaplanır. Burada;   = Deformasyonun homojen olup olmaması ile ilgili h / L oranına bağlı faktördür.

Yuvarlak tel için :  = 0.88 + 0.12 ( h / L ) h = Ortalama çap L = Telin matristeki temas boyudur. Düzlem şekil değişiminde tel çekmede ( Dikdörtgen kesitli tellerin çekiminde )  faktörü :  = 0.8 + 0.2 ( h / L ) bağıntısıyla hesaplanır.

  = Matris - tel temas yüzeyindeki sürtünme katsayısı   = Matris açısı veya koniklik yarım açısı  Ao = Girişteki kesit alanı, A1 = Çıkıştaki kesit alanıdır.

TEL ÇEKME HATALARI 1- İç Çatlaklar : Tel çekme işlemlerinde matris açısı ve (h / L ) oranının büyük olması halinde deformasyonun homojen olmaması durumunda ok ucu şeklinde iç çatlaklar oluşur.

2- Çekme Sırasında Telin Kopması : Pt ç >= Pç =  çekme . A1  çekme = Pç / A1 = Pmax / A1  çekme = Çıkan telin ( Ürünün ) çekme mukavemeti

3- Çekilen Telin Bazı Yerlerde Kesidinin Küçük Olması : ( Yani çekme işleminde ürünün boyun vermesi veya çıkan ürünün çekme kuvveti ile boyunun homojen uzaması [ Bazı bölgelerde ] ) D1 = Ürün çapı D2 = Tel çekme kuvvetinin ( P t ç ) >  akma . A1 olması halinde, çıkan ürünün homojen uzaması nedeni ile azalan çap. 4- Yüzey Bozuklukları