1. GİRİŞ

İnsanlık tarihi boyunca, çoğalan nüfus ve çeşitlenen ihtiyaçlar aynı bir maldan çok sayıda üretilmesini gerektirmiştir. Bu ürünler önce el ile teker teker üretilmiş sonra bunların çok sayıda üretilme imkanları araştırılmış ve böylece basit de olsa kalıp teknolojileri icat edilmiş ve geliştirilmiştir.

İlk çağlarda örneğin Fenike, Roma, Antik Yunan devletleri ve diğerlerinin bakır, gümüş ve altın gibi çeşitli madenlerden bastığı ve bugün dünya müzelerini süsleyen paralar, basit kalıplarla şekillendirilen ürünlere güzel bir örnek teşkil eder.

Sanayi Devrimi önce döküm kalıpları ve daha sonra dövme kalıpları ile hız kazanmış, onsekizinci ve ondokuzuncu yüzyıllarda silah sanayileri kapalı kalıplarla dövme teknolojisinin gelişmesine yol açmış, Goodyear tarafından kauçuğun vulkanizasyonunun icadı ayakkabı, çizme, eldiven ve tekerlek lastiği kalıplarını ortaya çıkarmış, yirminci yüzyılda otomotiv, plastik, tıp, müzik plakları, havacılık, elektrik ve elektronik sanayilerinin gelişimi hassas kalıp üretimini zorunlu kılarak bugün içinde bulunduğumuz teknolojik seviyeye erişmemizi mümkün kılmıştır.

Daha kırk sene evvel kalıpçılar kalıpları torna, matkap, freze tezgahlarında kaba olarak şekillendirirler, sonra eğe, zımpara taşı ve benzeri el aletleri ile kalıba son şeklini ve finisyonunu verirlerdi; erkek ve dişi kalıbı birbirine alıştırmak için renkli macunlar, 80 derece santigratta ergiyen Bizmut alaşımları, kurşun levhalar, derişik olmayan asitler kullanırlardı. Dalma elektro erozyon makinelerinin icadı plastik kalıbı yapımında bir devrimdir. Ancak bu metot hassas ölçülerde çok sayıda master elektrot yapılmasını gerektirmekte, elektrod aşınması sebebiyle yine insan eline çok ihtiyaç duyulmakta idi.

Sonuç olarak 1960 larda kalıpçılık halâ hem bir sanat hem de bir zanaat idi. Kalıp mühendisliği henüz emekleme safhasında idi.

2. CNC VE YAN BİRİMLERİNİN GELİŞMESİ

Altmışlı yıllarda bankalar ve otomotiv şirketleri mainframe bilgisayarlar yardımıyla muhasebe kayıtlarını tutmaya başladılar. 1980 den sonra Workstation'lar üzerinde çalışan CAD programları ortaya çıktı, daha sonra CAM programları yazılmaya başladı ancak bu çalışmaların kalıp imalatında verimli ve uygun fiyatlarla kullanılması doksanlı yıllarda gerçekleşti.

Bu gelişmenin üç cephesi vardır; Birinci cephe CAD/CAM programlarının basit, kolay öğrenilir yapıya kavuşması, nispeten ucuz workstationlar, daha sonra da PC ler üzerinde çalışabilmesi, fiyatlarının ucuzlaması; İkinci cephesi bu yazılımları kabul eden ve aldığı komutları uygulayabilen tezgahların geliştirilmesi; Üçüncü cephesi de manyetik hafıza birimlerinin beher megabayt başına dolar bazında fiyatının düşürülmesi ve PC performanslarındaki müthiş gelişimdir.

Bilindiği gibi bir kalıp programını kağıt şerit hafıza kullanarak işletmek de mümkündür ama bugün örneğin bir otomobil çamurluğu kalıbı programının kağıt şeride yazılması ve bu şeritle tezgahın çalıştırılması, hassasiyet ve zaman açısından kabul edilemez. Dolayısıyla manyetik hafıza birimlerinin önemi gözden ırak tutulamaz.

Benzer şekilde ölçme tekniği elektroniğindeki gelişmeler (encoderler, ölçü cetvelleri) olmasaydı, hassas kalıp yapılamazdı.

1982 yılında hard diski olmayan, 360 kilobaytlık diskette satılan LOTUS programı kullanılarak tablo hesabı yapabildiğimiz masaüstü bilgisayara, o zaman çalıştığım Şirket 12.000 Amerikan Doları ödemişti. Bugünkü PC lerin performans / fiyat oranlarını hepimiz biliyoruz. Bu PC lerde büyük parça işleme çizimleri yapılıyor, bir kablo yardımıyla işleme merkezlerine data transferi yapılarak en karmaşık iş parçaları ve kalıplar CAD/CAM kullanılarak üretilebiliyor.

Takım Tezgahları cephesindeki gelişmeler üç başlık altında toplanabilir:
Mekanik, Kontrol elektroniği ve Yazılım.

2.1. Mekanik konusundaki buluşlar ve gelişmeler

Kalıp işleyen tezgahlarda gördüğümüz mekanik gelişmelerin en önemlisi bilyeli-vidalı mildir. Bilyeli-vidalı mil, uzun bir çubuğun üzerine açılmış eşit adımlı vida oyuğu, bu oyukta çalışan küresel bilyeler ve bilyeleri içinde hapseden bir somundan ibarettir. Somun, vida boşluğunu sıfıra indiren bir yapıya sahiptir.

Vidalı mil iki ucundan yataklanır, bir ucundan bir elektrik motoru ile (genelde ya adım motoru ya da fırçasız motor - Brushless DC motor) ile döndürülür. Motorun arkasında dairesel enkoder ve manyetik fren bulunur

Bilyeler vida dış çapındaki oyuklar ile somun iç çapındaki oyuklar arasında kapalı bir kanal içerisinde dolaşırlar. Bu sebeple örneğin üniversal tornalarda diş çekmekte kullanılan ana milde karşılaşılan kayma sürtünmesi bilyeli-vidalı milde yuvarlanma sürtünmesine dönüşmüştür ve yuvarlanma sürtünme katsayısı kayma sürtünme katsayısına göre çok küçük olduğundan vida ve somun aşınması fevkalade azaltılmış, bunun sonucunda elemanların ömrü ve hassasiyeti fevkalade artmıştır.

Bilyeli-vidalı mil pek çok makinede hidrolik veya pnömatik silindirlerle, kremayer-pinyon çiftleriyle gerçekleştirilen hareketleri, elektrik motoru tahrikiyle daha ucuz, temiz, hafif, uzun ömürlü ve güvenilir hale getirmiştir.

Takım tezgahlarında bilyeli-vidalı mil dişlerinde olabilecek hatve hataları hatvelerin çok hassas ölçümü ve elde edilen neticelerin tezgah bilgisayarı hafızasına gönderilmesi suretiyle telafi edilir ve 1 mikron seviyesinde hassas kızak ilerleme hareketleri elde edilir. Bu hassasiyete kremayer veya başka yollarla erişilmesi düşünülemez.

Dairesel ve çizgisel enkoderler, elektronik özelliklerle desteklenmiş mekanik yapılardır. Çizgisel enkoderlerin optik olanlarının okuyabildiği boyut 0,1 mikron ise de rezolüsyonu (çözünürlüğü) 0,3 mikrondur. Dairesel enkoderlerin okuyabildiği en küçük açı 0,001 derecedir yani 1 açı derecesinin binde birini okuyabilirler.

Mutlak (absolute) enkoderler elektrik cereyanı kesildiğinde iş parçası üzerinde takımın bulunduğu noktayı hafızaya gönderdiğinden, artırımlı (incremental) tip enkoderler nazaran daha üstündür.

Tezgah eksen hareket motorları mutlak enkoder ile kontrol altında tutuluyorsa atölyede elektrik kesildiğinde tezgah stop eder fakat takım konumunu hafızasında tutar, tekrar elektrik geldiğinde bilgisayar ekranında işin kaldığı satırın başına giderek starta basılır ve takım en son bulunduğu takım yolundan başlayarak kalıbı işlemeye devam eder.

Mutlak enkoderi olmayan tezgahlarda ise takım tüm programın en başına giderek kalıbı yeniden oymaya çalışır. Bunun kalıpçılık açısından zararları herkesçe bilinmektedir (ölçü bozulması, yüzey bozulması, zaman kaybı vs.)

Fırçasız DC motorlar (Brushless DC motor) rotorunda kuvvetli sabit mıknatıslar ve statora tespit edilmiş Hall sensörleri bulunan, elektronik sürücü devresi ile beslenen, genelde pozisyonlama amacı ile kullanılan motorlardır. Bilgisayar Hall sensörlerinden ve enkoderden aldığı sinyalleri mukayese ederek motorun tam pozisyonlanmasını sağlar.

Modern tezgahların kızakları bilyeli veya masuralı yataklarla teçhiz edilmektedir. Vuruntulu ve ağır işlerde kullanılan tezgah kızakları ise Hidrostatik tiptendir. Bunlarda sabit ve hareketli kızak yolları arasına cebri olarak yağ basılır ve iki metal kızak birbirine değmeden (arada 10 ila 3 mikron aralık kalarak) birbiri üzerinde kayar; metal - metale sürtünme olmadığından yıllar sonra kızaklar açıldığında görülen ilk raspa izleri kızağın aşınmadığını ispat eder.

2.2. Termal genleşmeler konusundaki gelişmeler

Bir metre uzunluğundaki bir demir (dökme demir veya çelik) elemanın sıcaklığı bir derece santigrat arttığında boyu 12 mikron uzar.

Tezgahı teşkil eden elemanların şekli ve tespit noktası, ısıl genleşmelerden doğan deformasyonların iş parçası üzerindeki negatif tesirleri, tezgah konstrüktörlerini çok uğraştırmıştır. Yakın yıllarda bilgisayar çizim programlarının ısıl genleşme ve yük altında deformasyon analizlerini yapabilecek özelliklere sahip olması, tasarımcıların ısıl genleşmeleri kontrol altına almalarını kolaylaştırmıştır.

Kalıp üretiminde genelde dik işleme merkezleri kullanılır. Tezgah iş mili yatakları saatler süren fasılasız ve yüksek devirli kalıp işleme operasyonu sırasında ısınır. İş mili gövdesi, buna direkt akuple elektrik motoru sargılarının Ohmik dirençleri ve silisli sac paketinin Foucault kayıpları sebebiyle ısınır. Bu sırada motor ve aksamı küçük bir soğutma ünitesi tarafından Freon / yağ sistemi ile soğutulur. İş mili kafası üzerinde bulunan termokupller pek çok noktada sıcaklığı ölçerek çıkardığı sıcaklık dağılımını bilgisayara besler. Bilgisayar bu datayı işleyerek iş miline bağlı takımın aşağıya doğru ısıl tesirler dolayısıyla yaptığı deplasmanı hesaplar ve iş mili kafasını o kadar yukarıya kaldırır böylece takım ucunun (kalıba değdiği nokta) uzay içindeki konumu CAD/CAM dataları ile uyum içerisinde kalır.

Tezgahın çalıştığı atölye içindeki hava sıcaklığı da 24 saat içerisinde değişim gösterir. Örneğin sabah 08:00 de 20 derece santigrat olan bina içi sıcaklığı öğleden sonra 28 dereceye çıkabilir. Bu 8 derecelik fark 1 metre uzunluğundaki tezgah yüksekliğinin 96 mikron uzatmasına rağmen tezgahın yukarıda anlatılan sistemi ve diğer tedbirler sayesinde toplam deformasyonu 6 ila 7 mikron civarında kalmaktadır.