Alüminyum 1100 ve alüminyum 5005 serisi sacların farklı zımba uçları ile delme işleminin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of punching process of aluminum 1100 and aluminum 5005 series sheet metal with different punch tips
Yazar: ABDULLAH YETGİN
Danışman: PROF. DR. BİLGE DEMİR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Alüminyum, yer kabuğunda en çok bulunan üçüncü elementtir. Alüminyum hafiflik, yüksek mukavemet, yüksek korozyon direnci, iyi şekillendirilebilirlik, iyi ısı ve elektrik iletkenliği, zehirleyici olmaması ve yüzde yüz geri dönüştürülebilirlik özellikleri ile günümüz teknoloji ve yaşamının en çok kullanılan metalidir. Sahip olduğu bu özellikler nedeniyle alüminyumu otomotiv sanayi, ambalajlama, hava yolu araçları, demiryolu araçları, deniz uygulamaları, yapı ve mimari, elektrik ve elektronik alanlarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Geniş kullanım alanı alüminyumu stratejik ve önemli bir metal haline getirmiştir.
Sac metal şekillendirme işlemlerinde en çok kullanılan yöntemler kesme ve delmedir. Sac malzemelerde delme işlemi basit bir süreç olmasına rağmen birçok parametreye bağlıdır. Parametre sayısının fazla olması delme işleminde yüksek kalitede ürünler elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Kaliteli bir delme işlemi boşluk, kesme kuvveti, delme hızı, zımba geometrisi gibi parametrelere bağlıdır. Kesme kuvveti, bu parametrelerden en karmaşık olanıdır. Kesme kuvvetini etkileyen en önemli parametre, zımba geometrisidir. Farklı zımba geometrilerinin kesme kuvveti üzerindeki etkileri konusunda literatürde çalışmalar bulunmasına rağmen, zımba geometrilerinin delme işlemi için bir kalite kriteri olan kesme yüzeyi özellikleri üzerindeki etkileri de incelenmelidir. Bu nedenle, zımba geometrisi ile kesme yüzeyi arasındaki ilişki belirlenmeli ve farklı geometrilerin neden olduğu kesme kuvvetlerindeki farklılıklar incelenmelidir.
Bu tez çalışmasında ticari alüminyum sac kaliteleri AA1100 ve AA5005 sac malzemeler kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda farklı geometrilere sahip 5 farklı tipte zımba kullanılmıştır. Delme işlemleri sabit boşlukta ve kesme hızında gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucu oluşan kesme yüzeyleri optik, stereo ve shuttlepix mikroskoplar yardımıyla incelenmiştir. Çalışmada sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak zımba ile delme işlemlerinde teorik çalışmaların etkinliği ve kullanılabilirliği belirlenmeye çalışılmıştır. Delme işlemi sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak deneysel çalışmalara eş değer bir şekilde teorik olarak incelenmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalar karşılaştırılarak modelin tutarlılığı analiz edilmiştir.
Sonuç olarak; en yüksek kesme kuvveti düz zımba geometrisi kullanıldığında, en düşük kesme kuvveti ise açılı zımba geometrisi kullanıldığında meydana geldi. Delik çapı boyutsal doğruluğu ve ideal kesme yüzeyi düz zımba geometrisi kullanıldığında elde edilmiştir. Deneysel ve teorik çalışmaların birbiri ile iyi kesiştiği görülmüştür. Sonlu elemanlar yazılımlarının malzemelerin kesme kuvvetinin belirlenmesinde zaman ve maliyet tasarrufu açısından kazanç sağlayabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Sözcükler: Alüminyum, sac metal şekillendirme, zımba ile delme, kesme yüzeyi, kesme kuvveti

Abstract:
Aluminum is the third most abundant element in the earth's crust. Aluminum is the most used metal in today's technology and life with its lightness, high strength, high corrosion resistance, good formability, good heat and electrical conductivity, non-toxicity and 100% recyclability. Due to these properties, aluminum is widely used in the automotive industry, packaging, airline vehicles, railway vehicles, marine applications, construction and architecture, electricity and electronics. Its wide usage area has made aluminum a strategic and important metal.
The most commonly used methods in sheet metal forming processes are shearing and punching. Although punching in sheet materials is a simple process, it depends on many parameters. The high number of parameters makes it difficult to obtain high quality products in punching. A quality punching process depends on parameters 
such as clearance, cutting force, punching speed, punch geometry. Shear force is the most complex one of these parameters. The most important parameter affecting the shearing force is the punch geometry. Although there are studies in the literature on the effects of different punch geometries on the shearing force, the effects of punch geometries on the shearing surface properties, which is a quality criterion for punching, should also be examined. Therefore, the relationship between the punch geometry and the shearing surface should be determined and the differences in shearing forces caused by different geometries should be examined.
In this thesis, sheet materials with commercial aluminum sheet qualities AA1100 and AA5005 were used. In the experimental studies, 5 different types of punches with different geometries were used. Punching operations were carried out at constant clearance and cutting speed. The shearing surfaces formed as a result of experimental studies were examined with the help of optical and stereo microscopes. In the study, the efficiency and usability of theoretical studies in punching processes were tried to be determined by using the finite element method. The consistency of the model was analyzed by comparing experimental and numerical studies.
In conclusion; the highest cutting force occurred when flat punch geometry was used, while the lowest cutting force occurred when angled punch geometry was used. Hole diameter dimensional accuracy and ideal cutting surface are achieved when using flat punch geometry. It has been observed that experimental and theoretical studies intersect well with each other. It is thought that finite element software can provide time and cost savings in determining the cutting force of materials.

Keywords: Aluminum, sheet metal forming, punching, shearing surface, shear force