Design and construction of a compact high energy rate forming (HERF) hammer

Abstract

Yüksek hızla şekillendirmeye; yüksek üretim oranı, boyutlarının küçüklüğü, ürünlerinin kaliteli oluşu ve ekonomikliğinden dolayı ilgi artmaktadır. Yüksek hızla şekillendirmenin bir başka tercih sebebi ise, boyut ve malzeme karakteristiğinden dolayı başka şekillendirme yöntemleriyle imal edilemeyen parçaları şekillendirebilmesidir. Yüksek Enerjili Şekillendirme (YEŞ) çekiçleri, 5 ile 22 m/s hız aralığında çalışmaktadırlar.Bu çalışmanın amacı kompakt bir YEŞ çekicinin prototip olarak tasarlanıp, imalatının yapılmasıdır. Tasarlanan çekiç şekillendirme enerjisini iki zamanlı içten yanmalı motorla sağlamakta ve işlemin tetiklenmesini de mekanik olarak yapmaktadır. Bundan dolayı, imal edilen çekiç, literatürde yeni bir tip YEŞ olarak kabul edilebilir. Kompakt olan prototip, 100 J kapasitesinde ve 12 m/s şekillendirme hızındadır. YEŞ çekicin performans özellikleri hidrolik ve mekanik preslerle kıyaslanmıştır. Bu amaçla alüminyum, St 37 ve AISI 304 kullanılarak dövme ve kesme işlemleri yapılmıştır.Açık kalıpta yapılan silindirik dövme işlemleri sonucunda, dövme hızının artması ile malzemelerin fıçılaşmasının azaldığı görülmüştür. Bu tez kapsamında çalışılan tüm malzemelerin, kesme yük ve enerjilerinin, YEŞ çekiçleri ile kayda değer oranda azaldıkları görülmüştür. Mikro yapı analizlerinden, yüksek gerinim oranlarında, kesme yüzeylerinde adiyabatik kesme bantlarının oluştuğu gözlemlenmiştir. YEŞ çekiçleri ile kesilmiş malzemelerin, hidrolik ve konvansiyonel mekanik preslerle kesilenlere oranla, yüzeylerinde daha az tabaklanma ve yüzey pürüzlülüğü oluştuğu belirlenmiştir. Korozyon test sonuçları, zımbalama hızının artması ile kesme yüzeylerinin korozyon direncinin arttığını göstermiştir.

High speed forming is receiving increasing attention due to high rate of production, smaller-size equipment, improved quality of the products and economic reasons. It is also preferred to manufacture parts which cannot be produced by other methods because of size and material characteristics. However, high speed forming requires specially designed equipment and techniques. High Energy Rate Forming (HERF) hammers operate at forming speeds between 5 and 22 m/s.The aim of this study is to design and construct a compact prototype HERF hammer which uses two-cylinder internal combustion to produce forming energy and a mechanical re-cocking mechanism. Therefore, it can be considered as a new type of HERF hammer in the literature. It?s a compact prototype having a capacity of 100 J and 12 m/s forming speed. The performance characteristics of the HERF hammer were compared with conventional hydraulic and mechanical presses. For this purpose, forging and blanking operations were carried out on three different materials (aluminum, St37 and AISI 304) using these presses.The results of open die cylindrical forging operations show that the barreling effect is reduced by increasing punch speed. The blanking load and energy values for all of the materials under investigation were significantly reduced at HERF hammers. From the microstructural analyses of the blanked surfaces, formation of adiabatic shear band was observed at higher strain rates. The surface quality of the blanks are also much better at HERF hammers showing less dishing and lower surface roughness. The corrosion test results indicate that the resistance to corrosion of the blank surfaces increased with increasing punch speed.