Açılı derin çekme kalıplarında sıcaklığın limit çekme oranına etkisinin araştırılması
The investigation of the effect of temperature on limit drawing ratio in angular deep drawing dies
Yazar: VEDAT TAŞDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. CEBELİ ÖZEK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Derin çekme işlemi oldukça geniş uygulama alanına sahiptir. Bundan dolayı endüstrinin vazgeçilmez metal şekillendirme yöntemlerinden biridir. Özellikle oda sıcaklığında, yüksek mukavemetli ve düşük şekillendirme yeteneğine sahip sac metallerin (Al, Mg, Ti alaşımları vb.) şekillendirilebilirliğinde önemli zorluklar vardır. Bu zorlukları ortadan kaldırmak için son zamanlarda sıcaklık etkisiyle derin çekme çalışmaları hız kazanmıştır. Sıcaklığın yanı sıra, kalıbın şekli ve geometrisi, malzemenin mekanik özellikleri, ilkel parça geometrisi ve büyüklüğü, kalıp-malzeme-baskı plakası arasındaki sürtünme ve yağlama şartları, baskı plakası kuvveti ve kalıp boşluğu gibi faktörler yöntemi doğrudan etkilemektedir. Bu bakımdan yöntemin verimliliği için uygun işlem şartlarının seçimi önemlidir.
Bu çalışmada, silindirik kapların açılı derin çekme kalıplarında şekillendirilmesinde, şekillendirme sıcaklığının, kalıp/baskı plakası açısının ve baskı plakası kuvvetinin; limit çekme oranı, zımba kuvveti, kap et kalınlıkları ve kabın sertlik dağılımı üzerindeki etkileri deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Bunun için, kalıp yüzeylerine 0°, 5°, 10° ve 15° açılar verilerek deneyler 25 oC, 100 oC, 175oC ve 250 oC sıcaklıklarda, 1200 N, 2400 N ve 3600 N baskı plakası kuvvetlerinde ve 4 mm/s sabit zımba hızında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, kalıp boşluğu 1,35 mm, zımba ve kalıp radyüsleri ise 8 mm sabit alınmıştır. Deneyler, 1 mm kalınlığında EN AW-5754 (AlMg3) malzeme ile kalıp ve iş parçası arasındaki sürtünme kuvvetini düşürmek için MoS2 katı yağlayıcı kullanılarak yapılmıştır.
Derin çekme sırasında oluşan çekme kuvvetleri, çekme eksenine yerleştirilen yük hücresi yardımıyla 10-1 saniye aralığında ölçülmüştür. Çekilen kaplardaki kalınlık değişimi 10-4 mm hassasiyetli mikrometre ile tespit edilmiştir. Numunelerin sertlik ölçümleri de hadde doğrultusu boyunca 200 gr yük uygulanarak ( HV 0,2 kg ) yapılmıştır. Çalışma aynı zamanda, sonlu elemanlar metodu (SEM) ile eta/Dynaform paket programında modellenmiştir. Veriler, tam faktöriyel deneysel tasarım yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, eta/Dynaform paket program sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. 
Sonuç olarak, kalıp yüzeylerine açı vererek yapılan ılık derin çekmenin limit çekme oranı, et kalınlığı, zımba kuvveti ve kabın sertlik dağılımı üzerinde olumlu etkilerinin olduğu, sıcaklık arttıkça limit çekme oranının önemli ölçüde arttığı, et kalınlığının daha homojen hale geldiği, zımba kuvveti ve kabın sertlik değerinin ise önemli ölçüde düştüğü deneysel ve sayısal olarak tespit edilmiştir. SEM ile elde edilen sayısal sonuçların deneysel veriler ile elde edilen sonuçlara yakın oldukları gözlenmiştir. Deneysel sonuçları varyans analizi (ANOVA) metodu ile istatistiksel olarak da değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Ilık Derin Çekme, Sertlik Dağılımı, Açılı Derin Çekme, Limit Çekme Oranı, Sonlu Elemanlar Metodu, ANOVA.

Abstract:
The deep drawing process has very wide applications. For that reason, it is one of the most important metal forming process in industry. It is difficult to shape metals such as Al, Mg, and Ti alloys with features of high strength and low forming ability at especially room temperature. The deep drawing investigations have been recently accelerated in order to eliminate these problems. In addition to the temperature, such as the shape and geometry of the die, the mechanical features of the material, the dimensions and geometry of blank, the friction and lubrication between the die-blank-blank holder, the blank holder force and the die cavity have been effecting the process directly. Therefore, it's important to choose the appropriate process conditions for the productivity of the method.
In this study, the effects of the forming temperatures, die/blank holder angles and blank holder force on the limit drawing ratio, the punch force, the wall thickness and hardness distribution were investigated both experimentally and numerically in angular deep drawing of cylindrical cups. For this purpose, tests were conducted by giving 0°, 5°, 10° and 15° angles to die/blank holder surfaces at room temperature, 100°C, 175°C and 250°C temperatures. The EN AW-5754 (AlMg3) sheet metal parts in 1 mm in thickness were used as the target material. MoS2 (3-4 µm) was used as a lubricant for the purpose of reducing friction between surfaces.
The punching forces during deep drawing operations were recorded by a load cell conducted on the forming axis with 10-1 second intervals. A micrometer in 10-4 mm resolution was used to measure the variations in the wall thickness of the cups. The hardness of the samples was measured by applying a force of 200 g (HV 0,2 kgf) through the rolling direction. The experimental results were also modeled using finite element method. eta/Dynaform computer package program was used for this purpose.  Full factorial experimental design method was used to collect the data. The eta/Dynaform results were compared with experimental findings. 
As a result, it was observed the positive effects on the limit drawing ratio, wall thickness, punch force, and the hardness distribution of the warm deep drawing. It was found out that when the limit drawing ratio was increased from 2,14 to 2,80; the distribution of wall thickness was became more homogeneous and the hardness value of the cup was decreased with the increasing temperature. The FEM model results were in a good agreement with the experimental results. The experimental results were statistically evaluated by analysis of variance (ANOVA) method.

Keywords: Warm Deep Drawing, Hardness Distribution, Angular Deep Drawing, Limit Drawing Ratio, Finite Elements Method, ANOVA.