Havacılık sanayiinde kullanılan ekstrüzyon ürünlerinin kademelendirme yöntemiyle şekillendirilmesi (joggle forming) prosesinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical analyses of joggle forming process of extruded products used in aviation industry
Yazar: KORHAN AKBAŞ
Danışman: PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, havacılık sektöründe kullanılan ekstrüzyon ürünlerinin kademelendirme yöntemiyle şekillendirilmesi esnasında oluşan mekanik hasarların (çatlak, buruşma, yanlış form) ve geri yaylanma oranlarının sıcaklık, boy/derinlik (L/D) oranı, basınç değerlerine göre değişimi incelenmiştir. Üretilen ürün kalitesinin artırılması, üretimde hurda oranının ve üretim maliyetinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Kademelendirme (Joggle) işlemini etkileyen parametrelerin belirlenebilmesi için basınç sıcaklık, L/D oranı gibi paremetreler kontrollü olarak değiştirilerek çıkan ürüne etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Havacılık sektöründe kiriş (stringer) isimli parçalar için AL7075 T6 alüminyum alaşımları test malzemesi olarak seçilmiştir. AL7075 T6 alüminyum alaşımı için mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla çekme testleri yapılarak gerilme-gerinim diyagramları elde edilmiş, sertlik testi ve malzeme kompozisyon analizi yapılmıştır. L/D oranına göre kademelendirme işleminin incelenebilmesi için havacılık sektöründe kiriş (stringer) imalatında kullanılan 3 farklı L/D oranı seçilmiştir. Normal ve sıcak kademelendirme işlemine göre değişiminin incelenebilmesi için 20ºC, 135ºC ve 177ºC olmak üzere 3 farklı sıcaklık kullanılmıştır. Bu kapsamda 3 farklı sıcaklık, 2 farklı basınç, 3 farklı L/D oranı olmak üzere 18 farklı durum ortaya çıkmıştır. Her durum için sadece tek parametre değişken olarak alınmış 18 farklı sayısal analiz yapılmıştır. Sayısal analiz sonuçlarına göre 2 farklı L/D oranı, 2 farklı sıcaklık, 2 farklı basınç belirlenmiş ve oluşan 8 farklı durum için deneyler 10 tekrarlı olarak gerçekleştirilmiştir. Isıtma süresi sabit ve 10 dakika olarak belirlenmiştir. 80 deney sonucunda malzeme kalitesi incelenerek hangi parametrenin ürünü nasıl etkilediği tahribatsız muayene ve CMM ölçüm cihazı kullanılarak incelenmiştir. Hasar oluşumu ve geri yaylanma değerlerine göre sonuçların değerlendirilmesiyle 135ºC, 177 ºC sıcaklık ve L/D oranı 3 ya da 5 şartlarının kademelendirme işlemi için daha uygun olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, variation of the mechanical defects (cracks, wrinkle, wrong forming) and spring back rates that arose from joggle forming of the extruded products used in aviation industry were investigated according to the parameters such as temperature, pressure and length to depth ratio (L/D). It is aimed to increase the quality of the end product and decrease the scrap rates and production costs. To determine the parameters that affect the joggle process, controlled variables such as temperature, pressure, L/D ratio were changed to investigate the effects to the end product both numerically and experimentally. In aviation industry, AL7075 aluminum alloys were selected test materials for stringers. In this study, tension-tensile tests were conducted and stress-strain diagrams were generated to determine the mechanical properties of AL7075 alloy. To investigate the joggle forming process according to L/D ratio, 3 different L/D ratios which are commonly used in stringer production in aviation industry were chosen. Three variable temperature values 20ºC, 135ºC and 177ºC were used to observe the effect of the cold forming and hot joggle process. To investigate the effect of heating time variances, heating duration was fixed and used for 10 minutes. In this case, there are 18 different scenarios consisting of 3 temperature variables, 2 pressure ratio and 3 L/D variables. For each scenario, only one parameter was taken as a variable value while the other ones were kept constant. For these 18 different scenarious, numerical analysis were performed. After these 18 analysis; 2 different L/D ratio, 2 temperature, 2 pressure were defined. By using these parameters, experiments were repeated 10 times for 8 scenarios and 80 experiments were conducted as total. For 80 end products, material quality was investigated with penetrant tests and CMM measuring device to understand how these parameters affected the forming quality. After discussion of defect formation and spring back values, the suitable paremeters are determined as temperate at 135ºC, 177 ºC ve L/D ratio 3 and 5 for the joggle forming process