C67 yay çeliklerinin deformasyon karakteristiklerinin yüksek gerinimlere kadar belirlenmesi ve sac rulman bileziği şekillendirme adimlarinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi

Abstract

Özel rulmanlardan sac bilezikli rulmanların üretiminde kullanılan çelik saclar, standart rulman çeliklerine göre hem malzeme kimyasal kompozisyonu hem de kullanıldıkları imalat yöntemleri açısından farklılık gösterir. Sac malzemeden rulman bileziği standart rulman bileziği sertliğine yakın üretilmesi dolayısıyla sac malzeme yüksek karbonlu çeliklerdendir. İçeriğindeki diğer elementlerin de etkisiyle malzemenin sertleştirilebilirliği artarken, soğuk şekillenebilirliği de düşer. Sac rulman bileziklerinin üretimi için transferli kalıpta soğuk şekillendirme yöntemi kullanılır. Bu imalat sürecinde malzemede aşırı deformasyon sebebiyle çatlaklar ve yüzey bozuklukları görülebilmektedir. Sac rulman bileziklerinin şekillendirildiği transferli kalıplarda, geleneksel yöntemlerle imalat oldukça yüksek kalıp revizyonu maliyetlerine sahiptir. Bu sebeple malzemenin deformasyon adımlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi simülasyonları ile tasarlanabilmesi gerekmektedir. Simülasyon programında malzemenin tanımlanması için malzeme elastik ve plastik davranışlarının tanımlanması, bu davranışların simülasyon programında doğru katsayılarla ifade edildiğinin belirlenmesi gereklidir.Bu çalışmada Ortadoğu Rulman Sanayi ve Tic. A.Ş. bünyesinde kullanılan C67 yay çeliklerinin simülasyon programında deformasyon analizlerinin yapılabilmesi amacıyla mekanik testler kullanılarak yüksek gerinimlere kadar plastik eğrileri tanımlanmıştır. Malzemenin plastik eğrilerinin yanı sıra, elastiklik katsayısı ve sürtünme katsayısı da deneylerle çıkarılmıştır. Deneylerden elde edilen veriler ile malzeme modeli oluşturulmuş ve Simufact® simülasyon programında iki yeni şekillendirme modeli oluşturularak imalat adımları tasarlanmıştır. Ortadoğu Rulman Sanayi A.Ş.'de kullanılan kalıbın ve yeni tasarlanan kalıpların malzemede oluşturdukları gerilme ve gerinimler karşılaştırılmış, malzemede hasar oluşumunun en aza indirilmesi için gerekli kalıp tasarımı ortaya çıkarılmıştır.

Sheet steels used for special ball bearing rings have not only different chemical compositions than standard ball bearing steels but also have to be subjected to different manufacturing techniques in order to achieve required forms. Sheet steels have high carbon content like standard bearing steels since required hardness levels are high for longer service life. With additional elements, sheet steels have higher hardenability but lower manufacturability with cold forming operations. Sheet metal ball bearing rings are manufactured under transfer dies with more than one operation. Due to sheet metals manufacturability, cracks and surface problems can be seen after manufacturing operations.Conventional die design methods like trial and error is not effective in tranfer die systems due to high die revision costs. As an alternative design method, finite element methods can be used to design manufacturing incerements of transfer dies. In order to use finite element tools, material's behavior during manufacturing must be fully defined in finite element programs, both in elastic and plastic regions up to necking and cracking.In this study, a sheet metal bearing ring material C67 spring steel which is used in ORS Bearings Company is used for material characterization up to high strains in order to use the characterization results as a material model in finite element simulations. Elastic modulus and friction coefficients of dies also tested for a complete simulation model design.Simulation model has been constructed in Simufact® simulation program, material models generated from test data has been used and two different manufacturing steps designed in two different model. Old Die system that has been used in ORS Bearings also tested in simulations, stress and strain levels of manufacturing steps have been compared. Optimum die design has been selected with the results of the comparison as New Die 1 and the results of the manufacturing with New Die 1 also compared with Old Die.