Titanyum boruların büküm parametrelerinin incelenmesi
Review of bending parameters of titanium tubes
Yazar: BÜŞRA İŞLER
Danışman: DOÇ. DR. GÜLTEKİN UZUN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Döner çekme yöntemi ile boru üretimi, üretim esnekliğine sahip olması ve takımlarının kolay temin edilebilmesi ile tercih edilen boru üretim yöntemlerinden biridir. Boru üretimi sırasında ve sonrasında, boruların fonksiyonunu ve montajını etkileyen hatalar oluşmaktadır. Ovalleşme, geri esneme, kırışıklık ve yırtılma en sık karşılaşılan hatalardır. Geri yaylanma, boru büküm üretiminin kaçınılmaz hatasıdır ve genellikle çözüm olarak üretici tarafından istenenden daha fazla bükülerek çözülür. Boruların içlerinin boş olması ve havacılıkta ince et kalınlığına sahip boruların kullanılmasından dolayı, et kalınlığının değişimi ve ovalleşme, karşılaşılan hatalardandır. Üretim sırasında, borunun büküm bölgesinde takımla temas eden iç kısmında, et kalınlığında artış görülürken, büküm bölgesinin dış kısmında et kalınlığında incelme meydana gelir. Et kalınlığında gerçekleşen bu değişiklikler sonucunda, ovalleşme sorunu ortaya çıkmaktadır. Kırışıklık, ince et kalınlığına sahip borularda, üretim prosesinde ve sonrasında karşılaşılan diğer hatalardan biridir. Bu çalışma kapsamında, sonlu elemanlar analizi sonuçları ve deneysel çalışma sonuçlarına göre elde edilen datalar değerlendirilmiştir. Deneysel ve analiz çalışmalarında Ti-3Al-2.5V titanyum alaşımının büküm özellikleri araştırılmıştır. Yapılan çalışmada, deney parametreleri olarak, büküm açısı, büküm yarıçapı, et kalınlığı, malzeme özellikleri ve geometri dikkate alınmıştır. Tez çalışması kapsamında, 25,4 mm çapında Ti-3Al-2.5V titanyum borunun, 0,9144 mm ve 1,778 mm et kalınlığında malzemeler kullanılmıştır. Deney ve analiz çalışmasında ana parametreler olarak Büküm açısı olarak 45°- 90°- 135° ve 150°, büküm yarıçapı 50,8 mm (2D) ve 76,2 mm (3D) seçilmiştir. Oluşan hatalar için, deney ve analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Et kalınlığında azalmada için analiz ile deneysel çalışma karşılaştırıldığında, aralarındaki fark en büyük fark 76,2 mm (3D)  büküm yarıçapında, 45° bükümde gerçekleşmiştir. 0,9144 m için analiz ile deney arasında %7 fark, 1,778 m için %6 mm fark bulunmuştur. Ovalleşme oranı için, analiz ile deney arasında en büyük fark 76,2 mm (3D) büküm yarıçapında, 90° büküm açısında gerçekleşmiştir. 0,9144 mm için %71, 1,778 mm için % 33 fark oluşmuştur. Geri yaylanma açısal değişiminde, 0,9144 mm et kalınlığına sahip boruda, 76,2 mm (3D) büküm yarıçapında, 90 derece büküm açısında en fazla açısal geri yaylanma 57,568° ile gerçeklemiştir. 1,778 mm et kalınlığına sahip boruda, geri yaylanma 50,8 mm (2D) büküm yarıçapında %60 ile gerçekleşmiştir. Büküm hataları incelendiğinde, bükülmüş boruların dış tarafı gerilmeye, iç tarafı ise basınca maruz kaldığı görülmüştür. Bu nedenle, borunun dış tarafı incelirken iç tarafı kalınlaştığı belirlenmiştir. Ayrıca, et kalınlığı arttıkça, et kalınlığının azalma oranı arttığı görülmüştür ve büküm yarıçapı arttıkça, geri yaylanma açısının arttığı görülmüştür.

Abstract:
The rotary draw method for tube production is a preferred technique due to its production flexibility and the ease of obtaining tools. However, errors such as ovality, springback, wrinkling, and rupture, which affect tube functionality and assembly, occur during and after the production process. Springback, an inevitable error in tube bending, is often resolved by over-bending the tube beyond the desired angle. Additionally, due to the hollow nature of the tubes and the use of thin-walled tubes in the aerospace industry, changes in wall thickness and ovality are common defects. During production, an increase in wall thickness is observed on the inner side of the tube, where it contacts the tool in the bending area, while thinning occurs on the outer side of the tube, leading to ovality. Wrinkling is another defect encountered in thin-walled tubes both during and after production. This study evaluates data obtained from finite element analysis (FEA) and experimental work, focusing on the bending characteristics of Ti-3Al-2.5V titanium alloy. The investigation considers parameters such as bending angle, bending radius, wall thickness, material properties, and geometry. Ti-3Al-2.5V titanium tubes with a diameter of 25.4 mm and wall thicknesses of 0.9144 mm and 1.778 mm were used in both experimental and analytical work, with bending angles of 45°, 90°, 135°, and 150°, and bending radii of 50.8 mm (2D) and 76.2 mm (3D). The errors were compared between experimental and analytical results. The largest difference in wall thickness reduction occurred at a bending radius of 76.2 mm (3D) and a 45° bending angle, with a 7% difference for 0.9144 mm and a 6% difference for 1.778 mm. The greatest difference in ovality occurred at a 90° bending angle and a bending radius of 76.2 mm (3D), with differences of 71% for 0.9144 mm and 33% for 1.778 mm. Regarding springback, the highest angular springback was observed at a 90° bending angle and a bending radius of 76.2 mm (3D) for the tube with 0.9144 mm wall thickness, with an angular springback of 57.568°, while for the tube with 1.778 mm wall thickness, the springback occurred at 50.8 mm (2D) with a 60% value. When analyzing the bending errors, it was found that the outer side of the bent tube was subjected to tension and the inner side to compression. As a result, the outer side thinned while the inner side thickened. Additionally, as wall thickness increased, the rate of thickness reduction increased, and as bending radius increased, the springback angle also increased.