Matris açılı derin çekme kalıplama yönteminin hidromekanik derin çekme yöntemine uygulanması
Application of die angle deep drawing molding method to hydromechanical deep drawing method
Yazar: HASAN BALLIKAYA
Danışman: PROF. DR. VEDAT SAVAŞ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sac şekillendirme prosesleri içinde yer alan ve son yıllarda dikkatleri üzerine çeken matris açılı kalıplar ve hidromekanik derin çekme işlemi yöntemleri deneysel ve sayısal olarak incelenerek geliştirilmiştir. Bu çalışmada her iki sac şekillendirme yöntemi birleştirilerek matris açılı hidromekanik derin çekme sac şekillendirme yöntemi uygulanmıştır.
Yapılan bu çalışmada, şekillendirilen sac malzeme için; matris açısı, matris/zımba radyüsü, baskı plaka kuvveti ve hazne basıncının; limit çekme oranı (β), kap et kalınlık değişimleri ve zımba kuvvetinin etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada 0.9 mm kalınlığında DIN EN 10130-1999 sac malzemenin derin çekilebilirliği deneysel ve sayısal analiz yöntemlerle araştırılmıştır. Bu amaçla 30 mm çapında zımba, matris/zımba radyüslerinin R=6 mm, R=8 mm ve R=10 mm, matris açıları ise 00, 2.50, 50, 100, 12.50 ve 150 olarak seçilmiştir. Hazne basıncı için 6 MPa, 8 MPa ve 10 MPa basınç uygulanmıştır. Sac malzemenin kalıp içine akması esnasında kontrolü sağlamak için gerekli olan baskı plaka kuvveti 1964,95 N, 5882,78 N ve 9507,64 N olarak seçilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalarda zımba hızı sabit alınmıştır. Derin çekme işlemi boyunca oluşan zımba kuvvetleri ölçümü ise yük hücresi yardımıyla 10-1 saniye aralığında ölçülmüştür. Deney numunelerindeki kap et kalınlık değişimi, 10-4 mm hassasiyetli mikrometre ile belirlenmiştir. Sayısal analiz ise ANSYS 15.0 programında gerçekleştirilmiştir. Deney planı L18 ortogonal dizinine göre Taguchi deney tasarım yöntemi ile yapılmıştır. Limit çekme oranının en düşük değeri β=2.4 iken en büyük değeri  β=2.6 'ya çıkması, 0.9 mm kalınlığındaki sac malzeme için kalınlık dağılımlarındaki en düşük alan kalınlığı 0.7635 mm iken en yüksek alan kalınlığı ise 0.9970 mm değeri elde edilmiştir. Baskı plakası ve hazne basıncı için optimum değer bu parametrelerin ikinci seviyesi olmuştur. Artan matris açısında ise zımba kuvvetinin arttığı ancak malzeme kalınlık değişiminin ise azaldığı tespit edilmiştir. Zımba radyüs değerinin artmasına bağlı olarak limit çekme oranı da paralel bir şekilde artmıştır.

Abstract:
Dies with die/pressure plate angle which are among metal sheet forming processes and has attracted attention in recent years and methods of hydromechanical deep drawing process have been developed by conducting experimental and numeric analysis. In the present study, hydromechanical deep drawing process with die/pressure plate angle was applied by combining two metal sheet forming processes. 
The present study investigated the effects of die/ pressure plate angle, die/punch radius, pressure plate force and chamber pressure; limit drawing ratio(β), changes in wall thickness of die and punch force for sheet material formed.  Deep drawability of 0.9 mm thick DIN EN 10130-1999 metal sheet was investigated an experimental and numeric manner in the present study. In order to achieve this, punch with a 30 mm diameter was processed at R=6 mm, R=8 mm and R=10 mm of die/punch radii and 00, 2,50, 50, 100, 12,50, and 150 of die/ pressure plate angle. Chamber pressure was applied as 6 Mpa, 8 Mpa, and 10 Mpa of pressure. Variables were used as 1964.95 N, 5882.78 N, and 9507.64 N of pressure plate forces in order to ensure control when metal sheet was flowing into die. Punch rate was taken as constant in experimental and numeric studies. The punch force occurring during deep drawing process was measured in 10-1 second interval with the aid of load cell.  Wall thickness change of container in experimental samples was identified by a micrometer with 10-4 mm of precision. Numeric analysis was performed by using ANSYS 15.0 software. Experimental design was carried out by using Taguchi experimental design method according to L18 orthogonal array. While the lowest value of limit drawing ratio was β=2.4, the highest value was β=2.6; while the lowest thickness of area in thickness distributions for 0.9-mm thick metal sheet was 0.7635 mm, the highest thickness of area was 0.9970 mm. Optimum value for pressure plate and die pressure was the second level of these parameters. Punch force was identified to increase when die/pressure plate angle increased; however, wall thickness change decreased.  Limit drawing ratio was determined to increase in parallel, based on increased punch radius value.