Çift etkili basınç yükselticilerin hidro şekillendirme prosesinde kullanılabilirliğinin deneysel incelenmesi
Experimental research of the usability on double acting intensifiers in hydroforming
Yazar: AHMET CAN GÜNAYDIN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK HALKACI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hidro şekillendirme (HŞ) yöntemi özellikle alüminyum, magnezyum alaşımları gibi hafif malzemelerin, yüksek mukavemetli çeliklerin ve sınırlı şekillendirilebilirlik sorunu olan malzemelerin şekillendirilmesi için kullanılmaktadır. HŞ preslerinin en önemli elemanları Basınç Yükselticilerdir (BY). Günümüzde HŞ preslerinde Tek Etkili Basınç Yükselticiler (TEBY) kullanılmaktadır. TEBY'ler pistonun bir yönde ilerlemesi ile basınç sağlarlar ve hacimleri sınırlıdır. BY'lerin kütleleri sahip oldukları sıvı hacmi kapasitesine bağlı olarak önemli oranda artmaktadır. Bu da TEBY'lerin üretim maliyetlerini çok artırmaktadır. Bu nedenle büyük parçaların üretiminde, çok yüksek sıvı hacimleri gerekli olduğu için, TEBY'ler paralel bağlanarak kullanılmaktadır. Ancak bu yöntem çok ekonomik bir çözüm olmamaktadır. Bu problemin aşılması için HŞ'de kullanılmayan Çift Etkili Basınç Yükselticiler (ÇEBY) kullanılabilir. ÇEBY'ler bir pompa gibi çalışır ve pistonun hem ileri hem de geri gitmesi sırasında basınç elde edilebilir. Bu nedenle sabit hacimli TEBY'lerin aksine ÇEBY'lerin sağlayacağı sıvı hacminin bir sınırı yoktur. Ancak ÇEBY'lerde pistonun geri dönüşleri sırasında ani basınç düşüşleri olmakta ve HŞ yönteminde kullanılabilmesini zorlaştırmaktadır. Bu zorluklar aşılarak ÇEBY'lerin HŞ preslerinde kullanılması durumunda, üretilecek iş parçasının hacim sınırlaması olmayacak ve pres maliyetleri de düşecektir.
Bu tez çalışmasında, ÇEBY'lerin dişi kalıpla sac hidro-şekillendirme prosesinde kullanılabiliriliği araştırılmıştır. Preste kullanılabilecek bir ÇEBY olmadığı için basınç düşüşleri, TEBY ile taklit edilerek, deneysel simülasyon yapılmıştır. Prosesin uygulanabilmesi için, baskı plakası kuvvetini basınçlardaki ani düşüşleri karşılayacak tarzda değiştirecek bir kalıp tasarımı yapılmış ve imal edilerek S.Ü. HŞ Laboratuvarı'nda bulunan mevcut HŞ presine entegre edilmiştir. Geliştirilen sistemin performansı ölçülmüş, proses parametrelerinin uygulanmasındaki ve elde edilen ürünlerin boyutlarındaki tekrarlanabilirlikler belirlenmiştir. 
TEBY ve ÇEBY kullanılan proseslerde, AA5754 malzeme ile, deneyler yapılarak karşılaştırılmıştır. Proseslerde Sınır Çekme Oranları (SÇO) 1.77 olarak elde edilmiş ve basınç düşüşlerinin SÇO'ya bir etkisi olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Parça kalitesi ve mukavemetinin bir göstergesi olan kalınlık dağılımları açısından da bir fark görülememiştir. Ancak üretilen parçaların geometrik doğrulukları incelendiğinde, basınç düşüşlerinin sayısındaki artışın parça radyüsüne olumlu etkileri gözlemlenmiştir. TEBY'deki 5.94 mm olan radyüsler basınç düşüşlerinin sayısı artırılarak 5.92 ve 5.10 mm olarak elde edilmiştir.

Abstract:
The hydroforming method is especially used for forming lightweight materials like aluminum, magnesium alloys, high strength steels or materials that have limited formability. Intensifiers are the most important component of hydroforming presses. Nowadays single-acting intensifiers are used in hydroforming presses. Single-acting intensifiers provide pressurized liquid by forwarding movement of the piston through one direction and their volumes are limited. The mass of the intensifiers increases significantly depending on their liquid volume capacity and this causes high manufacturing costs. For this reason, two or more single-acting intensifiers which bridged in a parallel circuit are used to manufacture bigger products that require a high volume of liquid. But this method is not a very economical solution. So double acting intensifiers can overcome this problem. The pressurized liquid can be obtained during both forward and backward movement of the piston in double-acting intensifiers which work like a pump.  This is why double-acting intensifiers have no volume limit on the contrary of single-acting intensifiers. Yet there are sudden pressure drops in double-acting intensifiers caused by returning movements of the piston to pressurize liquid again. This pressure drops cause some problems to use double-acting intensifiers on hydroforming method. The situation of solving this problem to use double-acting intensifiers on the hydroforming method can eliminate limited volume problem and decrease investment cost of hydroforming presses.
In this study, the usability of double-acting intensifiers on hydroforming with die method was investigated. Because of the existing hydroforming press, used in experiments, doesn't contain any double-acting intensifiers, pressure drops obtained by single-acting intensifier to perform simulated experiment. A die was designed and manufactured to synchronize the blank holder force with pressure drops. This die was integrated on the hydroforming press, located on S.Ü. Hydroforming Laboratory, for the success of the process. Developed system's performance was measured and repeatability of applying process parameters and product's geometry was determined.
The AA5754 aluminum alloy used processes, both single  and double acting intensifier, were compared. Limiting drawing ratios were determined 1.77 for all processes and pressure drops have no negative influence on formability. Also, there is no difference observed in thickness distribution which is an indicator of product's quality and strength. However, when geometric accuracy was investigated then noticed that the pressure drops count has a good influence on product radius. 5.96 mm product radiuses on the process with single-acting intensifier was obtained 5.92 and 5.10 mm by using double-acting intensifier increasing pressure drop's frequency.