Numerical simulation and optimization of cross wedge rolling parameters

Abstract

Çapraz kamalı haddeleme (ÇKH) silindirik iş parçalarını üretmek için kullanılan metal şekillendirme işlemdir. Bu yöntem, silindirik iş parçalarının merdaneler üzerine veya düz plakalar üzerine monte edilmiş çapraz iki kama arasında deforme edilerek eksenel simetrik şekil verme işlemidir. Çapraz kamalı haddeleme yöntemi endüstrideki birçok uzun iş parçası, kademeli şaft ve mil üretiminde kullanılmaktadır. Bu yöntem ile üretilen parçalar ağırlıklı olarak otomotiv ve havacılık sektöründe kullanılmaktadır. ÇKH yöntemin diğer metal şekillendirme yöntemlerine göre yüksek verimlilik, hassas ürün, düşük malzeme ve enerji sarfiyatı gibi birçok avantajı bulunmaktadır. Bu avantajlarının yanı sıra ÇKH'nin kalıp tasarımındaki zorluklar nedeni ile endüstride kullanımı yaygınlaşmamıştır. Bu zorluklar, işlem sırasında karşılaşılan birçok alternatif parametreden kaynaklanmaktadır.Bu tezde sayısal simülasyon üzerine kapsamlı bir araştırma yapılmış ve ÇKH parametrelerinin etkileşimini analiz etmek için DEFORM 3D paket programı kullanılmıştır. ANOVA ve TAGUCHI istatistik yöntemi ile ana etki ve etkileşim grafikleri elde edilerek parametrelerin etkileşimi ve katkısı sunulmuştur. Ayrıca yapay sinir ağı yöntemi ile işlem sırasında ihtiyaç duyulan kuvvet tahminleri yapılmış ve parametrelerin optimizasyonu araştırılmıştır.Anahtar Kelime: Çapraz Kamalı Haddeleme, Sayısal Simülasyon, ANOVA, TAGUCHI

Cross wedge rolling (CWR) is a metal forming process for the production of rotational parts. In this process, a cylindrical billet is plastically deformed to an axisymmetric part by two wedge tools assembled in rolls or plates. Cross wedge rolling has been used in many applications in industrial production in elongated pieces, stepped shafts and axles. These kinds of parts are mainly applied in the automotive machine and aircraft industries. CWR technology has many advantages in comparison to other metal forming methods such as high productivity, high precise product, saving in material and energy cost. In addition to the positive aspects of CWR, this method has not been widely used in industry due to the difficulties of die design. This can mainly be attributed to complexities involved in CWR tool design. The design of CWR tooling is difficult because of the many parameter alternatives that can be encountered during the CWR process.In this thesis, extensive investigation on numerical simulation have been performed to analyze the interactions of CWR parameters by using DEFORM 3D package program. Main effect plots, interactions and the contribution of the parameters were presented by the power of ANOVA and TAGUCHI methods. Prediction of the forming loads and the optimization of the parameters were also searched by ANN.Keywords: Cross Wedge Rolling, Numerical Simulation, ANOVA, TAGUCHI