Kare kesitli kapların derin çekilmesinde kalıp geometrisi ve radyüsünün çekme oranına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of die geometry and the radius on drawing ratio during deep drawing of square cross-section cups
Yazar: ENGİN ÜNAL
Danışman: YRD. DOÇ. CEBELİ ÖZEK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Derin çekme = Deep drawing ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Çekme kalıpları = Drawing dies

Özet:
Derin çekme yöntemiyle kare kapların elde edilmesi silindirik kaplara göre daha zor bir işlemdir. Malzemenin çevreden merkeze doğru akışı esnasında köşelerdeki malzemenin şekil değiştirmeye karşı direnci artmakta ve bunun sonucu olarak da malzemenin buruşması ile kapta kopma/yırtılma şeklinde hasarlar daha fazla meydana gelmektedir. Kalıbın biçimi ve geometrisi, malzemenin mekanik özellikleri, ilkel parçanın 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, kare profilli kapların açılı derin çekme kalıplarında şekillendirilmesinde, matris/baskı plakası açısı, matris/zımba radyüsü ve baskı plakası kuvvetinin; limit çekme oranı, zımba kuvveti ve kap et kalınlıkları üzerindeki etkileri deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Bunun için, matris/baskı plakası açısı 0°, 5°, 10° ve 15° matris/zımba radyüsü ise 4 mm, 6 mm ve 8 mm aralıklarda işlenmiştir. Deneylerde 0,9 mm kalınlığında DIN EN 10130?1999 sac malzeme kullanılmıştır. 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. Çalışma aynı zamanda, sonlu elemanlar metodu (SEM) ile ANSYS paket programında modellenmiştir. Veriler, tam faktöriyel deneysel tasarım yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, ANSYS paket program sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, farklı açılara sahip yeni tip çekme kalıplarının, geleneksel kalıplara göre daha yüksek çekme oranları sağladığı, matris/baskı plakası açılarının artması ile limit çekme oranının 1,77 den 2,32'ye kadar arttığı ve kap et kalınlığındaki kritik incelmenin ise 0,590 mm den 0,742 mm'ye çıktığı tespit edilmiştir. SEM ile elde edilen sayısal sonuçların deneysel veriler ile elde edilen sonuçlara yakın oldukları gözlenmiştir. Deneysel sonuçlar varyans analizi (ANOVA) metodu ile istatistiksel olarak da değerlendirilmiştir.

Abstract:
It is difficult to achieve the squared shaped cups than cylindrical ones in the deep drawing method. The deformation resistance of the material at the corner regions is increased from the counter to the center direction and this result in some further damages such as wrinkling, breaking and tearing. On the other hand, the deep drawing process is directly affected by the following main factors: the shape and the geometry of the die, the mechanical properties of the material, the dimensions and geometry of the blank part, the friction and lubrication conditions between the die/material/blank holder, the blank holder force and the die cavity. Thus, it is important to choose the correct molding parameters in order to enhance the productivity.In this study, the effects of die/blank holder angles, die/punch radii and blank holder force on the limit drawing ratio, punch force and wall thickness were investigated both experimentally and numerically in angular deep drawing of square cups. For this purpose, the die/blank holders were machined 0°, 5°, 10° and 15°; while the die/punches were given 4 mm, 6 mm, 8 mm dimensions in radii, respectively. The DIN EN 10130?1999 sheet metal parts in 0.9 mm in thickness were used as the target material. 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 experimental results were also modeled using finite element method. ANSYS computer package program was used for this purpose. Full factorial experimental design method was used to collect the data. The ANSYS results were compared with experimental findings. Finally, it was observed that the new type?s of angular deep drawing dies with different angle values gave better results than conventional dies with higher drawing ratios. The limit-drawing ratio and the wall thickness values were increased from 1,77 and 0,590 to 2,32 and 0,742, respectively. 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.