Hidrolik Pres Makinasının Mucidi Joseph Bramah ve Pres teknolojisinde Gelişme

Hidrolik pres, metalik malzemeleri ezmek, düzleştirmek veya kalıplamak için bu malzemelerin yerleştirildiği bir yatağa veya plakaya sahip bir makinedir. Hidrolik pres kavramı, kapalı bir sistemdeki sıvılar üzerine basınç uygulandığında, sistemdeki basıncın her zaman sabit kaldığını belirten Pascal teorisine dayanmaktadır. Basit bir deyişle, hidrolik pres, bir şeyi ezmek için sıvılara uygulanan basıncı kullanan bir makinedir.

Joseph Bramah ilk hidrolik presini icat etmiştir ve bu yüzden Bramah Press olarak da bilinmektedir. Daha önce endüstriyel bölgeye gidenler, muhtemelen bir hidrolik presle karşılaşmış olabilirler. Görmüş olabilecekleri makineler, otomobilleri ezmek, metal nesneleri kalıplamak, dökmek için ve bir dizi başka uygulama için kullanılmaktadır. Sonlu ve küçük bir alana yüksek basınç uygulanmasını içeren her türlü çalışma, hidrolik pres için mükemmel bir iştir.

Hidrolik pres Pascal İlkesine dayanmaktadır. Bu ilke, 1647-1648 Fransız matematikçi Blaise Pascal tarafından ortaya konulmuştur. Bu ilke, akışkanlar mekaniğinde, bir noktadaki basıncın sonsuz bir yöne sahip olduğunu ve böylece sınırlı sıkıştırılamayan bir sıvının herhangi bir noktasında değişen basıncın, her yerde aynı değişikliğin gerçekleşeceği şekilde sıvı boyunca iletildiğini belirten bir prensiptir.

Durgun bir sıvının bulunduğu kabın tabanına yaptığı basınca hidrostatik basınç denir. Sıvı aynı olduğu sürece bu basınç değeri kabın şeklinden ve taban alanından bağımsızdır. Matematiksel olarak yazıldığında prensip şöyledir:

P=p x g x h

P= Sıvının kap tabanına yaptığı hidrostatik basınç veya daha basit bir ifadeyle, bir sıvı sütunundaki iki noktanın basınç farkıdır. Birimi Paskal cinsindendir.

ρ= Metreküp başına kilogram cinsinden sıvı yoğunluğudur (kg/m³)

g = Yer çekiminden kaynaklanan ivmeyi gösterir, saniyedeki kare başına metre cinsinden ölçülür (m/s²)

h = metre cinsinden ölçülen sıvı kolonundaki ölçüm noktasının üzerindeki yüksekliğidir.(m)

Belirtilen denklem sezgisel olarak çok iyi anlaşılabilecek bir denklemdir. Basınçtaki değişiklik, sıvının birim hacmi başına sıvının potansiyel enerjisindeki değişime bağlı olarak meydana gelir ve bu da yer çekiminden kaynaklanan ivmeden kaynaklanır.

Hidrolik pres Pascal Yasası temelinde çalıştığı için çalışması hidrolik sisteme dayanmaktadır.

Hidrolik Sistem

Hidrolik sistem şöylece özetlenebilir; hidrolik sistemde bulunan Hidrolik pompa, yağı depodan emerek sisteme etki basıncı ile yönlendirir. Sistem Basıncı tasarlanan değerden yüksek ise, Basınç Ayar valfin’den depoya geri dönüş sağlanarak sistem emniyete alınır. Hidrolik pompa tarafından Yön kontrol valfine gönderilen yağ, buradan kullanıcı elemanlara (Hidrolik silindir, Hidrolik Motor vb.) yönlendirilir ve Hidrolik yağ akış debisi ve basıncı ile hareket eden kullanıcı eleman, bağlı olduğu makineyi çalıştırır. Makinenin (mekanizmanın) hızı, akış kontrol valfinden geçen yağın debi ayarı ile değiştirilebilir.
Kullanıcı elemanın ileri geri hareketini sağlamak için yağın gidiş ve dönüş yolları, sıra ile yön kontrol valfi tarafından değiştirilir.

Hidrolik sistemin ana kısımları şunlardır:

1-  Depo (Tank)
2-  Pompa
3-  Kullanıcı Elemanlar (Silindir – Hidrolik Motor vb.)
4-  Valfler
5-  Akümülâtörler
6-  Boru – Hortum- Bağlantı elemanları
7-  Sızdırmazlık elemanları
8-  Filtreler
9-  Soğutucu
10- Aksesuarlar, Göstergeler

Hidrolik Pres de aynı sisteme göre çalışmaktadır.

Hidrolik pres makinasında da , silindir, pistonlar, hidrolik borular, vb. içeren bir hidrolik sistemde kullanılan temel bileşenlerden oluşmaktadır. Bu presin çalışması çok basittir. Sistem iki silindirden oluşur, sıvı (genellikle yağ) küçük çaplı silindire dökülmektedir ve bu silindir köle silindiri olarak bilinmektedir. Bu silindirdeki piston, bir borudan akan sıvıyı daha büyük silindire sıkıştıracak şekilde itilmektedir ve daha büyük silindir ana silindir olarak bilinmektedir. Basınç daha büyük silindir üzerine uygulanmaktadır ve ana silindirdeki piston sıvıyı orijinal silindire geri itmektedir. Daha küçük silindirler tarafından sıvılara uygulanan kuvvet, ana silindire itildiğinde daha büyük bir kuvvet ile sonuçlanmaktadır. Hidrolik pres çoğunlukla metalleri ince tabakalara sıkıştırmak için büyük bir basıncın gerekli olduğu endüstriyel amaçlar için kullanılmaktadır. Endüstriyel bir hidrolik pres, üzerinde çalışılacak malzemeyi, malzemeyi ince bir tabaka halinde ezmek veya delmek için pres plakalarının yardımıyla kullanılmaktadır.

Hidrolik Pres Kullanımı

Hidrolik pres neredeyse tüm endüstriyel amaçlar için kullanılmaktadır. Ancak temel olarak metalik nesneleri metal tabakalara dönüştürmek için kullanılmaktadır.

Hidrolik presleme için yaygın kullanım esas olarak dövme, perçinleme, kalıplama, kesme, delme, derin çekme ve metal şekillendirme işlemleri için kullanılmaktadır. Havacılık ve otomotiv endüstrisinde hafifliğin büyümesi ve önemi ile Termoplastikler, Kompozitler, SMC Sac Kalıplı Kompozitler, RTM Reçine Transfer Kalıplama, GMT Cam Mat Transferi ve Karbon Fiber Kalıplama alanlarında sürekli olarak daha fazla uygulama geliştirilmektedir. Tüm bu uygulamalar hassas kontrol ve tekrarlanabilirlik gerektirmektedir.

Hidroliğin Kullanım Alanları

Hidrolik sistemler günümüzde hemen hemen her endüstri dalında kullanılmaktadır. Elektrik ve elektronik uygulamalarının özellikle de kumanda sistemlerinde hidroliğe eşlik etmesi ile basınçlı akışkanı enerji ve iletim elemanı olarak kullanmak oldukça geniş tatbik alanı bulmuştur. Ayrıca hidroliğin hem hareketli hem de sabit sistemlerde rahatça kullanılabilir olması hidroliğe olan talebi arttırmıştır.

Hidrolik, özellikle deniz ve havacılık sektöründe, iş tezgâhlarında, kaldırma makinalarında, enerji üretim alanlarında kullanılmıştır. Örnek vermek gerekirse; uçaklar, takım tezgâhları, presler, enjeksiyon makinaları, test cihazları, sanayi tipi robotlar, otomotiv endüstrisi, kaldırma ve iletme makinaları (forklift vb.), iş makinaları (beton pompaları, greyderler, mobil vinçler, ekskavatörler vb.), tarım makinaları, barajlar, türbinler, nükleer santraller, gemilerin boşaltma ve yükleme birimleri, gemi kontrol sistemleri hidrolik sistemlerle en çok karşılaşılabilecek alanlardır.

Hidrolik enerji iki dalda incelenmiştir. Birincisi durgun akışkanların mekaniğini inceleyen hidrostatik; ikincisi ise hareketli akışkanların mekaniğini inceleyen hidrodinamiktir. Hidrolik uygulamalarında her iki teoriden de yani akışkanlar mekaniği kavramlarından faydalanılır.

Diğer endüstrilerde, camın inceltilmesi, kozmetik endüstrisi durumunda tozların yapılması ve tabletlerin tıbbi kullanım için oluşturulması için kullanılsa da preslerin diğer yaygın kullanım alanları bulunmaktadır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Arabaları kırmak için: Hidrolik pres, herhangi bir araba kırma sisteminin kalbidir. Bu işlemde, bir hidrolik motor, silindirlere sıvılar üzerinde büyük bir basınç uygulamaktadır. Sıvı basıncı plakaları yükseltmektedir ve büyük bir kuvvetle plaka araba üzerinde sürülmektedir ve böylece ezilmektedir.
• Yağsız kakao tozu: Kakao çekirdekleri işlenirken, çikolata likörü olarak bilinen bir sıvı elde edilmektedir. Yağsız kakao tozu yapmak için, bu sıvı hidrolik bir presle sıkılmaktadır ve bu aşamadan sonra, bu sıvı bir toz yapmak için daha fazla işlenmektedir. Bu şekilde elde edilen toz, yağsız kakao tozudur.
• Kılıç yapmak için: Kılıç yapma sürecinde, ham çeliğe düz bir şekil vermek için bir hidrolik pres kullanılır. Bu, metal levhaların dövüldüğü ve sıkıştırıldığı zamandır. Daha fazla basınç uygulayarak, kılıç için mükemmel form faktörüne daha fazla metal sıkıştırabilirler. Bir kılıç biçiminde sıkıştırılan bu yüksek metal yoğunluğu, kılıcın dayanıklı olmasını ve hiçbir koşulda kırılmamasını sağlar.

Hidrolik Pres Çeşitleri

Endüstrilerin çeşitli gereksinimlerini karşılayan birçok farklı hidrolik pres tipi vardır. Bazıları aşağıdaki gibidir:
• Ağaç dikme presleri: Bu presler genellikle söz konusu iş ağır hizmet tipi olmadığında kullanılır. Bu presler çeşitli boyut ve özelliklerde gelir. Ancak diğer hidrolik preslerle karşılaştırıldığında, daha fazla çıktı elde etmek için gereken büyük miktarda basıncı sıkıştıramazlar. Ağaç dikme presleri, metallere delik delme, damgalama, metalleri düzleştirmek, yırtılma, işaretleme yazıtları vb. Gibi işlemlerde kullanılır.
• Laminasyon presleri: Otomatik olarak çalıştırılan diğer hidrolik preslerin aksine, bu presler manuel işçiliği kullanır. Laminasyon presleri, plakalar olarak bilinen iki açıklığa sahiptir ve biri ısıtma için, diğeri soğutma için kullanılır. Bu, laminasyon işlemini nispeten daha hızlı hale getirir. Bu presler sayesinde polimer gibi malzemeler kağıt ve metal üzerine lamine edilebilir. Laminasyon preslerinde, plakalar genellikle yağ veya elektrik ile ısıtılır. Bir laminasyon presi, kimlik kartlarının, sertifikaların ve hatta kitap kapaklarının lamine edilmesi gibi yaygın kullanımlar için de kullanılır. Bu şekilde laminasyon presleri, endüstriyel ve evsel ihtiyaçlar için hızlı ve kolay laminasyonu kolaylaştırır

• C-frame presler: Bu presler, işyerinde kolayca hareket edebilmek için işçilerin zemin alanını en üst düzeye çıkarmak için özel olarak tasarlanmış ‘C’ benzeri bir şekle sahiptir. Çok işlemli diğer baskı makinelerinin aksine, C-frame baskı makineleri sadece tek bir baskı uygulaması içerir. Uygulaması doğrultma, çizim ve çoğunlukla montaj işlerini içerir. C- çerçeve presleri çeşitli ağırlıklarda gelir ve C-frame presleri, tekerlek sehpaları ve basınç göstergeleri gibi ekstra özelliklerle de mevcuttur.
• Pnömatik presler: Bu presler endüstride kullanılan en temel hidrolik preslerdir, çünkü hareket kazanmak için havayı sıkıştırırlar. Pnömatik preslerin avantajı, işlemlerin hızlı bir şekilde gerçekleştirilmesidir, oysa bu presin dezavantajı, diğer hidrolik preslerin oluşturabildiği gibi son derece yüksek basınçlar oluşturamamasıdır. Pnömatik presler genellikle otomobil ve uçak fren sistemlerinde kullanılır. Pnömatik preslerin endüstriyel kullanımları arasında montaj, çekme, delme, vb. Yer alır. Pnömatik bir pres genellikle tam zamanlı bir operatör gerektirir ve güvenliği için elektrikli güvenlik cihazları gibi ek güvenlik aksesuarları da dahildir.
• Güç presleri: Bu presler ağır makine ve ekipmanların kullanımını gerektiren büyük endüstrilerde kullanılır. Kullanılan debriyaj tipine bağlı olarak 2 çeşit güç presi vardır. Tam devrim ve kısmen devrim kavramalarıdır. Tam devir debriyajı durumunda, krank mili tam devir yapana kadar debriyaj kesilemez. Kısmi devir durumunda, debriyaj tam devirden önce veya sonra herhangi bir zamanda bozulabilir. Güç presleri, onunla ilişkili ağır operasyonlar nedeniyle çok fazla tehlike içerir. Güç presleri kullanılırken birçok güvenlik önlemi alınır.
• Montaj presleri: Bu presler, parçaları monte etmek ve bakımını yapmak için pistonlar ve hidrolik sıvıları tarafından üretilen aşırı basıncı kullanır.
• H-çerçeve presleri: Bu presler kendine özgü bir ‘H’ şekline sahiptir ve bir pres uygulamasından daha fazlasını idare edebilir.

Güvenlik Önlemleri

Bugün itibariyle, hidrolik presler her iki kategoride de mevcuttur, yani otomatik ve manuel olarak çalıştırılabilir. Manuel olarak çalıştırılan hidrolik preslerde, kilitleme ve bariyer korumalarının kullanılması gibi birçok güvenlik önleminin alınması gerekir.

Hidrolik Presin Faydaları

Mekanik muadillerinin aksine, hidrolik presler herhangi bir malzemeyi tam olarak sıkıştırabilir. Ayrıca, hidrolik presler, mekanik olanların aldığı alanın sadece yarısını alır, çünkü daha az çapa sahip bir silindirde büyük bir basıncı sıkıştırma yeteneğine sahiptirler. Büyük miktarda kuvvet ve basınç gerektiğinde, hidrolik preslerin işi yapmak için en iyi makineler olduğunu söyleyebilir.

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Kaynakça:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_press
http://www.hydraulicmania.com/hydraulic_press.htm