Ilık derin çekme prosesi için şekillendirme sıcaklıklarının belirlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Sıcaklık, ılık şekillendirme prosesinde şekillendirilebilirliği sağlayan en temel fiziksel parametredir. Bu sebeple, proses kararlılığının sağlanması sıcaklık parametresinin doğru bir şekilde ölçülmesi ve analizine bağlıdır. Ilık işlem için kalıplara monte edilecek ısıtıcı ve ölçüm elemanlarının kalıp geometrisine ve tasarımcıya göre montaj bölgelerinin değişmesi, her bir kalıp sistemi için farklı sıcaklık değerlerinin ölçülmesine sebep olacaktır. Gerçek şekillendirme sıcaklığı değerlerinin tespiti için kalıp odaklı sıcaklık değerlendirilmesi yerine şekillendirilecek iş parçası malzemesi odaklı değerlendirme yönteminin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, şekillendirilecek malzeme üzerinden alınan gerçek sıcaklık verileri proses parametresi olarak kullanılarak ılık şekillendirme prosesi analiz edilmiştir. Gerçek sıcaklık verilerini elde edebilmek için kapalı kalıp sisteminde sıcaklık ölçümünün yapılabileceği bir indeks malzeme geliştirilmiştir. İzotermal olmayan koşullar nedeniyle malzeme üzerinden elde edilen sıcaklık verileri eğriler yoluyla karakterize edilmiş ve ilgili eğriler şekillendirme sıcaklığı eğrileri (ŞSE) olarak adlandırılmıştır. Elde edilen eğrilerin karakteristik davranışları, AA5754-O, AA6061-T6 ve AA7075-T6 alaşımlarının ılık derin çekilmesi yoluyla araştırılmıştır. Derin çekme prosesi sac metal şekillendirme yöntemleri içerisinde en yoğun kullanım alanına sahip olduğu için tercih edilmiştir. Deneysel çalışmada giriş parametresi olarak sıcaklık eğrileri, baskı levhası basıncı ve ıstampa hızı parametreleri kullanılmıştır. Deneysel çalışmada öncelikli olarak kusursuz kap çekilebilirliğini sağlayan proses parametreleri belirlenmiş ve giriş parametrelerinin prosese etkileri analiz edilmiştir. Çıkış parametresi olarak derin çekilmiş numunenin fiziksel formu (marullanma ve yırtılma koşulları) niteliksel olarak, minimum kap yüksekliği değeri ise niceliksel olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmanın bir sonraki adımında şekillendirmeyi arttırabilecek optimum sıcaklık koşulları, kap hacmi ve geri yaylanma parametreleri analiz edilerek araştırılmıştır. Optimum sonuçların yorumlanmasında varyans analizi (ANOVA) tekniğinden faydalanılmıştır. ŞSE eğrileri üzerindeki optimum noktaları belirleyebilmek için de her bir ŞSE üzerindeki sıcaklık ölçüm noktalarının birbirlerine göre farkları belirlenmiş ve elde edilen fark değerlerinin optimum ŞSE eğrisine göre trendi analiz edilmiştir. Elde edilen genel sonuçlar flanş-kap radyüsü bölgesinde yaklaşık 330 °C (rekristalizasyon sınırı), kap duvarı-ıstampa tabanı bölgesinde ise yaklaşık 100 °C sıcaklık değerlerinin ılık derin çekme prosesi için ideal optimum değerler olduğunu göstermektedir. İdeal optimum sıcaklıklara ulaşmak için geliştirilen yeni ŞSE'ler ile AA6061-T6 ve AA7075-T6 alaşımlarının limit çekme oranları arttırılmış ve ilgili alaşımlar için en uygun ŞSE değerleri belirlenmiştir. Ayrıca derin çekilmiş numunelerin cidarları boyunca kalınlık değişimleri incelenmiş ve korelasyon analizi ile sonuçlar değerlendirilmiştir. Cidar kalınlık değişimi grafiklerine göre incelme bakımından süreklilik gösteren bölgenin ıstampa radyüsü bölgesi olması sebebiyle ilgili bölgeye ait SEM görüntüleri alınmış ve mikro çatlak oluşumu incelenmiştir.

Temperature is the main effective physical parameter in warm deep drawing process which makes the process realizable. Therefore, stability of the process depends on the correct measurement and analyses of temperature parameter. Changeability of assembly region of heaters and measurement equipment according to the tool geometry and tool designer results in measurement of different temperature values in each tooling system. For determining real forming temperatures, development of work-piece material based temperature measurement system is needed instead of tool based measurement system.In this study, warm forming process was analyzed by using real forming temperatures as a process parameter which was obtained on work-piece material. For obtaining real forming temperatures, index material was developed to measure temperatures in closed tool system. Due to the non-isothermal conditions, temperatures obtained from work-piece material was defined by curves and these curves were named by term of forming temperature curves (FTC). The characteristic behavior of these curves was investigated by deep drawing process of AA5754-O, AA6061-T6 and AA7075-T6 alloys. Deep drawing process was chosen because of the most intensive usage area among the plastic forming processes. In experiments, FTCs, blank holder pressure and punch speed were used as input parameters. In experimentation, firstly, process parameters which ensure failure-free formability were determined and the effect on process parameters on process was analyzed. As an output parameter, physical form of deep drawn cup (wrinkling and tearing conditions) was investigated qualitatively and minimum cup height parameter was investigated quantitatively. In the next step of experimentation, optimum temperature conditions increasing formability was investigated by analyzing cup volume and spring-back parameters. Variance analyze (ANOVA) was used in explanation of output parameters. For determining optimum points on FTCs, differences of temperature measurement points on each FTC was calculated and trend of obtained differences to the optimum FTC was analyzed. Obtained general results show that, ideal optimum forming temperatures for warm deep drawing process are 330 °C and 100 °C for flange-cup radius region and cup wall-punch bottom region, respectively. Limit drawing ratios for AA6061-T6 and AA7075-T6 were increased by using new FTCs developed for ideal optimum temperatures. Additionally, thickness distribution along the cup wall of deep drawn cups was investigated and results were evaluated by using correlation analysis. Since the continuity region in terms of thinning is the punch radius region according to the thickness distribution graphs, SEM images of the related region were taken and micro crack formation was investigated.