Cıvata ve vidalar otomobil, endüstriyel makine ve inşaat gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılan en temel mekanik bileşenlerdir. Kaynak ve perçinlemeden farklı olarak cıvataların en büyük özelliği, sıkıldıktan sonra bile kolayca çıkarılabilmesi ve yeniden-sıkılarak tekrar kullanılabilmesidir.
Titanyum Cıvataların Üretim Süreci
Cıvataların üretim malzemesi genellikle sarmal teldir. Temizleme, yağlama, tavlama ve tel çekme gibi ikincil işlemlerden sonra cıvata başı ve dişleri oluşturulur, ısıl-işlenir ve soğuk dövme kullanılarak yüzey-işlenir. Ürün tipine bağlı olarak bazıları diş açmadan önce ısıl işlem gerektirirken bazıları gerektirmez. İkincil işlemler genellikle uzman personel tarafından gerçekleştirilir, ancak bazen cıvata üretim tesisinde de yapılır.
Cıvata kafasının oluşturulması genel olarak, "üzme" olarak adlandırılan, bir yükseltme makinesi veya bir itme pimi makinesi gibi dövme makineleri kullanılarak cıvata kafasının soğuk dövülmesi işlemini ifade eder. Soğuk presleme olarak da bilinen soğuk dövme, oda sıcaklığında işlenmesi anlamına gelir. Bu, malzemenin işlenmeden önce ısıtıldığı sıcak ve sıcak işlemeyle zıt bir terimdir. Dövme işlemi, sarmal çeliğin uygun uzunluklarda kesilmesini ve ardından malzemenin birkaç dövme kalıbı kullanılarak preslenmesini içerir. Dövme dört adımdan oluşur: üzme, derin çekme, ters ekstrüzyon ve bitirme. Üzmek, malzemeyi bir uçtan sıkarak orijinal çapının ötesine genişletmeyi içerir; derin çekme ise tersine, malzemeyi bir ucundan sıkıştırarak daha küçük bir çapa küçültür; ters ekstrüzyon, malzemenin bir uçtan daha küçük çaplı bir kalıba preslenmesini içerir; bu, aynı anda bir delik oluştururken dışarı doğru çıkarılmasına neden olur; bitirme, bir dövme kalıbı kullanarak fazla kalınlığın çıkarılmasını içerir. Ürünün şekline göre bu yöntemler ayrı ayrı veya bir arada kullanılabilir. Daha karmaşık şekiller, ürünü kademeli olarak şekillendirmek için daha fazla işlem adımı gerektirir, ancak sıradan cıvatalar yalnızca 2-5 adımda oluşturulabilir.
Dişli bölümün biçimlendirme işlemi, cıvata dişi oluşturma işleminde ipliğin soğuk dövülmesi ve şekillendirilmesi için bir haddeleme şekillendirme makinesinin kullanılmasını içerir. Şekillendirme yöntemi cıvata başı ile aynıdır. İplik şekli, işlenmemiş parçanın iki takım dövme kalıbı arasına sıkıştırılması, kalıplardan birinin döndürülmesi ve aynı anda işlenmemiş parçanın döndürülmesi ve plastik şekillendirme yoluyla bir diş haline getirilmesiyle oluşturulur. Diş şekillendirme için kullanılan dövme kalıplarına "haddeleme şekillendirme kalıpları" adı verilir. Üç tip haddeleme şekillendirme makinesi vardır: düz dövme kalıplı haddeleme şekillendirme makineleri, yuvarlak dövme kalıplı haddeleme şekillendirme makineleri ve planeter haddeleme şekillendirme makineleri. Düz dövme kalıplı haddeleme şekillendirme makinelerinde iki sıradan haddeleme şekillendirme kalıbı kullanılır; biri sabitlenirken diğeri boşluğu yuvarlamak ve şekillendirmek için ileri geri hareket eder. Yuvarlak dövme kalıbı haddeleme şekillendirme makineleri, iki kalıp arasına sıkıştırılmış işlenmemiş malzemeyi yuvarlamak ve şekillendirmek için aynı yönde dönen iki paralel silindirik haddeleme şekillendirme kalıbı kullanır. Gezegensel haddeleme şekillendirme makineleri, işlenmemiş parçayı silindirik bir dövme kalıbı ile yelpaze şeklindeki bir dövme kalıbı arasına sıkıştırır- ve silindirik dövme kalıbını döndürerek onu yuvarlar ve şekillendirir.
Soğuk dövme ve ısıl işlemle oluşturulan cıvatalar genellikle plastik işlemeye uygun sertlikteki malzemelerden yapılır. Yüksek karbon içeriğine veya ilave alaşım elementlerine sahip malzemeler doğası gereği serttir ve işlenmesi zordur, bu nedenle bazılarının yumuşatılması için tavlanması gerekir. Çoğu malzeme soğuk dövme koşullarında gerekli mukavemeti sağlayamaz. Soğuk dövme sonrasında uygulanan ısıl işlem, cıvataya gerekli mukavemeti ve mekanik özellikleri kazandırır ve cıvata imalatının en önemli adımıdır. Cıvatalar, uygulama ve kullanımlarına göre çeşitli mukavemet derecelerine göre sınıflandırılır. Oluşturulan cıvataların ilgili gerekli mekanik özelliklere sahip olmasını sağlamak için ısıl işlem gereklidir.
Otomotiv motorlarında kullanılan cıvatalar genellikle yağlama yağına yapışır, dolayısıyla yüzey işlemi yapılmasa bile paslanmazlar. Ancak bu cıvataların yalnızca küçük bir kısmıdır; çoğu aşındırıcı ortamlarda kullanılır ve bu nedenle yüzey işlemi yapılmadan hızla paslanır. Paslanmış civatalar işlenmeden bırakılırsa korozyon onların sökülmesini engelleyeceği gibi, ciddi durumlarda kırılarak ciddi kazalara da yol açabilir. Bu nedenle korozif ortamlarda kullanılan cıvatalar elektrokaplama gibi yüzey işlemleri gerektirir. Cıvata yüzey işlemleri genel olarak elektrokaplama ve kaplama olarak ikiye ayrılabilir. En yaygın olarak kullanılan yöntem, düşük maliyet ve iyi korozyon direnci avantajlarına sahip olan elektrokaplamadır. Elektrokaplamadan daha yüksek korozyon direnci gerektiğinde, galvanizli demir ve çinko-nikel gibi alaşımlı elektrokaplama kullanılabilir veya çinko-alüminyum kompozit kaplama uygulanabilir.
Otomotiv Cıvatalarının Gelişim Yönü
Son yıllarda otomobil üreticileri parça maliyetlerinin azaltılması, daha hafif ağırlık ve daha yüksek dayanıklılık talep ediyorlardı. Eş zamanlı olarak çevre sorunlarını çözmek için CO2 emisyonları azaltılmalı ve yakıt tüketimini azaltmak için araç ağırlığı en aza indirilmelidir. Cıvata imalat maliyetlerinde ham parçanın maliyeti büyük bir paya sahiptir; bu nedenle en etkili yöntem malzemenin kendi maliyetini azaltmaktır. Japon otomobil üreticileri, malzeme tedarik maliyetlerini azaltmak için ucuz denizaşırı malzemelerin kullanımını araştırıyor. Müşteri gereksinimlerini karşılamak için cıvata üreticileri cıvata ağırlığının azaltılması konusunda da çeşitli çalışmalar yürütmüştür. Bazıları cıvata ağırlığını azaltmak için alüminyum veya titanyum gibi hafif metaller kullanırken bazıları cıvata boyutunu küçültür. Cıvata boyutunun küçültülmesi ağırlığı azaltabilirken, aynı dayanıklılık derecesi için cıvata boyutu azaltılırsa, azaltılan kesit alanı nedeniyle cıvatanın sıkma kuvveti azalacaktır-.
Bu nedenle cıvata boyutunu küçültürken aynı mukavemeti sağlamak için cıvatanın mukavemetinin arttırılması gerekir. JIS gibi mevcut kamu standartları ve otomobil üreticilerinin kendi standartları, yalnızca mukavemet derecesi 12,9'un altında olan cıvatalara yönelik gereklilikleri belirtir. Sıradan su verilmiş ve temperlenmiş cıvatalar için, dayanım derecesi 12,9'u aştığında gecikmeli kırılma özellikleri büyük ölçüde kötüleşir. 10,9 veya 12,9'luk yüksek mukavemetli cıvataların halihazırda kullanımda olduğu bazı uygulamalarda, boyutun küçültülmesi yoluyla ağırlığın azaltılması, 12,9'u aşan mukavemet derecesine sahip cıvataların kullanılmasını ve gecikmeli kırılma özelliklerini iyileştirecek yöntemlerin kullanılmasını gerektirir. Yüksek mukavemet elde etmek için bazı su verilmiş ve temperlenmiş cıvatalar, alaşım elementleri ekleyerek gecikmeli kırılma özelliklerini iyileştirir. Alaşım elementlerinin eklenmesi, gecikmeli kırılma özelliklerini bir dereceye kadar iyileştirebilse de, bu elementlerin yüksek fiyatı kaçınılmaz olarak maliyetleri artırır.
Diğer bir yaklaşım ise-sulandırılmamış ve temperlenmemiş cıvatalar kullanmaktır. Su-sulandırılmamış ve temperlenmemiş cıvatalar, şekillendirme sonrasında ısıl işlem gerektirmez; güçleri öncelikle işin sertleştirilmesiyle sağlanır. Su verilmiş ve temperlenmemiş cıvataların mikro yapısı, su verilmiş ve temperlenmiş cıvatalardan tamamen farklıdır ve gecikmeli kırılmaya karşı güçlü bir direnç gösterir. Temperlenmemiş cıvatalar, temperlenmiş cıvatalardan daha yüksek karbon içeriğine sahip malzemeler kullanır. Kütük aşamasında kontrollü soğutma ve ısıl işlem sayesinde alanda yüksek oranda azalma sağlanabilir. Tel çekme yoluyla iş sertleştirmesinden sonra, cıvata oluşturma aşamasında ilave iş sertleştirmesi cıvatanın mukavemetini sağlar. Sıradan cıvatalar şekillendirme sonrasında temperlenmezken, soğuk dövme yoluyla iç gerilimi ortadan kaldırmak için mavileştirmeye tabi tutulmaları gerekir. Dezavantajı ise malzemenin sertliğinin temperlenmiş cıvatalara göre daha yüksek olması ve bunların şekillendirilmesini çok zorlaştırmasıdır. Şu anda motorlarda kullanılan temperlenmemiş cıvataların mukavemeti 1600 MPa olup, araç gövdelerinde kullanılan temperlenmemiş cıvataların mukavemeti ise 1400 MPa'ya ulaşmıştır. Bu yüksek mukavemetli cıvatalara{17}} olan talebin gelecekte daha da artması bekleniyor.
