SİLİNDİRİK KAPLARIN DERİN ÇEKİLMESİ. Prof. M. Emin YURCİ Y.Ü. Mühendislik Fakültesi Dekan Yardımcısı

Transkript

1 SİLİNDİRİK KAPLARIN DERİN ÇEKİLMESİ Prof. M. Emin YURCİ Y.Ü. Mühendislik Fakültesi Dekan Yardımcısı 9 KASIM

2 DERİN ÇEKMEK Mehmet Emin YURCt İşlemin Esası Sac parçaların, derin çekme kalıbı olarak anılan kalıplarda kap şekline getirilme işlemine derin çekine denmektedir. Öncelikle bu işleme hazırlık olmak üzere çekilecek kabın açınımında bir ilkel pul kesilmektedir. Sac parça, derin çekme esnasında bir takım kuvvetlerin etkisi altında kalmaktadır. Bu kuvvetler, kavis üzerindeki bükme kuvvetleri; sacın kalıp, stampa ve bastırıcı ile sürtünmesinden doğan kuvvetler; kabın flanş kısmındaki basma gerilmeleri olmaktadır. Bu üç kuvveti yenmek için stampa kuvveti uygulanmaktadır. Dolayısıyla çekilen kabın cidarları çekme gerilmesi etkisi altında kalmakta, bu etki ve incelme özellikle dip kavisi yakınında yoğunlaşmaktadır. Dolayısıyla derin çekme işlemindeki çatlama hataları daha ziyade burada meydana gelmektedir (Şekil:1). Şekil: 1 Derin çekme esnasında sac parça üzerindeki kuvvet etkileri Prof., Yıldız Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü 83

3 2 Derin çekme işlemi esnasında oluşan gerilmeler ile sacın açısal kayma durumu Şekil:2a ve b de gösterilmektedir. (b) a) Elemanter parça üzerindeki gerilme bileşenleri b) Çekilen sacın değişik bölgelerindeki deplesman ve açısal kaymalar. Stampa ilkel pulu çekmeğe başladığında, elemantır parça üzerinde oluşan radyal T ve çevresel Cr gerilmelerin etkisi ile ortaya çıkan bölgesel gerilme ve gerinim dağılımları Romanowski tarafından Şekil:3 teki şekliyle ifade edilmiştir. Derin çekilen bir parçanın A bölgesinde C/l çevresel bası, y radyal gerilmeleri ile bastırıcının uyguladığı basınç söz konusudur. Sac burada ondülasyon gösterme eğilimindedir ancak bastırıcı buna müsaade etmeyeceğinden hacım sabitliği ilkesine göre kalınlaşma ortaya çıkmaktadır. -84-

4 3 Şekil: 3 Değişik bölgelerdeki gerilme ve gerinimler. Çekme kavisi üzerinde yer alan B bölgesinde ise çekme gerilmesi altında kalarak bükülmeye zorlanmaktadır. C taban bölgesinde merkeze doğru yaklaşıldıkça gerilme ve gerinimler minimuma doğru düşmektedir, D bölgesinde, malzemenin çekme ve eğme gerilmeleri altında incelenerek uzadığı görülmektedir, E bölgesinde de çekme gerilmesi etkisiyle uzamakta ve incelmektedir. Şekil:4 Üç ayrı çekme kademesi için kap kesitindeki gerinim dağılımları. 85

5 4 Derin Çekme Karakteristikleri Derin çekme kalıbının dizaynından önce, ilkel pul alanı, çekme oranı, çekme boşluğu ve çekme hızı gibi karakteristiklerin belirlenmesi gerekmektedir. îlkel pul alanının belirlenmesinde, çekilecek parça tiplerine göre değişik yöntemler izlenmektedir. Nispeten basit biçimli dönel parçalar için parçanın toplam yüzey alanını hesaplayarak, prizmatik şekilli parçalar için özel çizim yöntemleri ile, karmaşık şekilli dönel parçalar için de Guldin teoremi uygulanarak ilkel pulun alanı belirlenmektedir. Tablo:1 de, bazı parça şekillerine ait ilkel pul çaplarının hesaplanmasında kullanılan formüller herbiri için ayrı ayrı verilmiş bulunmaktadır. Tablo:l. İlkel pul çapının (0D) hesaplanması. 86

6 5 Olağan işlem şartları ve parçalar için öngörülebilecek maximum redüksiyon değerleri de Tablo: 2 f de verilmiştir. Malzeme Max.çap redüksiyonu (%) 100(l-d/D) Çekme Oranı D/d Gerinim Faktörü e c,n Kesit Redüksiyonu (% max) Alüminyum Alüminyum li) Bakır Princier, alaşımları (ısıl işlem- 63/37, 70/30 Kalay bronzu Düşük karbonlu çelik Ostenitik Çinko paslanmaz çelik ,80 1,60 1,80 2,00 2,00 1,80 2,00 1,60 1,40 1,30 1,40 1,50 1,50 1,40 1,50 1, Tablo: 2. Derin çekmede max. redüksiyon değerleri. Büyük çekme oranları gereken hallerde, ardışık çekme işlemlerine başvurulmaktadır. İşlemin esası yine değişmemekte; ancak ilkel pulun yerini bir önceki kademede çekilen parça almaktadır. Bu kademelerin (1-î-n) düzenlenmesinde de, ger inim faktörü e (tek kademelide e ) dikkate alınır. Ardışık çekimde, çoğu metaller için; e e,n = 1,12 * 1,18 arasında alınabilmektedir. H = (D-d)/2 h n = (I)2 - d n )2s 4d s n n e = il = (D 2 -d 2 ) 2 = D/d+1 c H 4d(D-d) 2 h (D 2 - d 2 ) 2 s (D + d )s Q = n. s- = D c ' n H 4d (D-d )s 2 d s n n n n n n e max = 1 + _^_ 100 d- B 2e-l 87

7 6 Burada, D ilkel pul çapı, H ilk yaklaşık yükseklik, d çekilen parçanın çapı, s sac kalınlığı, h ve s çekilen parçanın yüksekliği ve kalınlığı,s max uzama değeri olmaktadır. Kademeli çekmede, yukarıdaki ifadeler ve Tablo:2 f de verilen değerler gözönünde tutularak; ^ T = e., x e o x e Q x toplam 1 z J x e düzenlemesine gidilmektedir. Çoğu metaller için, ilk çekme kademesi gözönünde tutularak e.j = e m alınabilmektedir* Burada, m değeri 0,4-2-0,8 arasında değişmektedir. Bu değerler ifadede yerine konduğunda yukarıdaki e aralığına ulaşılmaktadır. Bundan başka, kademeli çekme ile ilgili olarak verilmiş bulunan bazı pratik cetvel ve yöntemler de bulunmaktadır. Tek Etkili (Bastırıcısız) Kalıp fxloo Çift Etkili (Bastırıcılı) Kalıp İlk çekimdeki % Redüksiyon D " d x 100 1,5 0,15 0,20 0,30 2,0 0,40 2,5 0,50 30,0 35,0 40,0 45,0 47,5 Tablo: 3 İlk kademedeki % çekme oranları, Tablo:3, kalıbın özelliğine göre ilk kademede verilebilecek çekme oranlarını göstermektedir. Bu oran değeri, istenen çekim işlemi için yeterli olamıyorsa, o takdirde kademelendirmeye başvurulur. Pekleşme olayı nedeniyle, ikinci çekme kademesindeki redüksiyon genellikle %30, üçüncü kademede de %22 civarında değişmektedir. Bu konuda,ostergood tarafından derin çekme sacları ve kaliteli çelik saclar için verilen çekme oranları bulunmaktadır (Tablo:4). 88

8 7 Sac Kalınlıkları (mm) 1,6 dan ince 1,6-3,2 3,2-4,75 4,75-6,4 6,4'ten kalın 1.Çekme Kademesi 0,52-0,60 0,52-0,60 0,52-0,60 0,52-0,60 0,52-0,60 Çekme Oranları (m) 2.Çekme Kademesi 0,75-0,80 0,82-0,85 0,85-0,88 0,87-0,90 0,90-0,92 3.Çekme Kademesi 0,80-0,82 0,85-0,86 0,88-0,89 0,90-0,91 0,92-0,93 4.Çekme Kademesi 0,80-0,84 0,86-0,87 0,89-0,90 0,95-0,92 0,93-0,94 Tablo:3 Derin çekme sacları ve kaliteli çelik saclar için kalınlıklara göre çekme oranları Derin Çekme Tarzları Şekil: 5 Değişik derin çekme tarzları a-bastırıcısız, b-bastırıcılı ve ardışık çekme, c-bileşik kalıp, d-ardışık kalıpta çekme, e-ters çekme, f-cidar inceltmeli çekme, (1-Stampa, 2-Kalıp, 3-Sac parça, 4-Bastırıcı, 5-Zımba, 6-Atıcı, 7-Yerleştirme) 89

9 8 Şekil:5 f te çeşitli derin çekme tarzları görülmektedir. Buradaki uygulamaların en basiti olan bastırıcısız kalıplar, daha ziyade basit şekilli ve derinliği az olan parçalar ile kalınlığı fazla olan sacların çekilmesinde kullanılmaktadır. Nispeten basit şekilli olan bu kalıpların imalâtı kolay ve maliyetleri de düşüktür. Bastırıcısız kalıpların kullanımı ile ilgili olarak Romanowski 1 nin öngördüğü çekme şartları s^0,017 D ve t^/0^0,55 ; ikinci çekme kademesi için de s},0,015 D ve d^d^o^s olmaktadır. Çekme yüksekliği de Oehlen tarafından, h =0,3 3 J d 2 şeklinde ifade edilmektedir. s Derin çekme kalıplarında çekim esnasında oluşabilecek kırışmaları önlemek, daha ince saclar ile daha derin çekimleri gerçekleştirebilmek bakımından bastırıcılar düzenlenmektedir (Şekil:5b). Bastırıcıya yay, hidrolik veya hava basıncı ile kuvvet ( "1/3 çekme kuvveti) uygulanmakta ve çekme işlemi de daha derin ve etkin bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Modern kalıplarda basınçlı hava kullanılarak, pratiklik ve ayar kolaylıkları sağlanmaktadır. Derin çekme işlemi ters çekme olarakta uygulanabilmektedir (Şekil: 5c ). Burada stampa altta ve sabittir, kalıp ise üstte yer almaktadır. Bu tip düzenleme daha ziyade bileşik kalıp tarzından (kesme+çekme gibi) şekillendirmeler ile büyük sac profillerde ve biçim hassasiyeti aranan hallerde görülmektedir. Şekil: 5 deki diğer şekillerde de diğer özel derin çekme tarzları tanımlanmaktadır. Çekme Kuvveti ve İşi Derin çekme işlemlerinde çekme kuvvetinin hesaplanabilmesi için pratik olarak, P =7?d s m CT Ç formülü kullanılabilir. Ayrıca, kademeli çekme işlemlerinde herbir kademedeki çekme kuvveti de şöyle verilmektedir. P l = 5d l s ~kl ind/m,) P 2 = 0,5 P x + 5 d 2 s <~ A2 l n (l/m 2 ) P 3 = ' 5 P d 3 s ^3 ln(l/m 3 ) 90

10 9 Burada çekme kademeleri, d x = n^ D d«= nu d. d^ = m^ d^ * * * d = m d. n n n-1 = Herbir kademeye ait ortalama akma gerilmesi değerleri (Kgf/mm ) Hesaplanan çekme kuvveti değerlerine bastırıcı kuvvetinin de ilâve«edilmesi gerekmektedir. Bastırıcı basıncı p için 0,12-5-0,30 Kgf/mm arasında seçim yapılabileceği gibi, Siebel 1 in aşağıdaki amprik formülünden de yararlanılabilir: P B = c ( k- - l) 2 + 0,5 1_ & (Kgf/nun 2 ) [_ m, 100 s? Burada, c = 0,2 * 0,3 arasında değişmektedir. Ortalama değer olarak c = 0,25 alınmaktadır. Bastırıcı kuvvveti de aşağıdaki şekilde ifade edilir. P B = P B ' 4 ( D " d? ) (L = d+2u+2r, d = Çekme stampası çapı u = Çekme boşluğu r\ = Kalıp kavisi yarıçapı 91

11 10 Şekil:6 a-çift etkili pres- b-tek etkili pres kullanım durumları Makına seçiminde ikinci faktör olan çekme işini hesaplamak için kullanılan makinanın durumuna bakılmaktadır. Çift etkili press kullanma halinde (Şekil:6a), A = Pxh Tek etkili pres kullanma halinde de (Şekil:6b), A = (Px+P B ) h olmaktadır. Burada, h = Çekme derinliği (mm) x = Çekme faktörü olmaktadır. Şekil:7 Çekme faktörünün belirlenmesi x = 0,63 P = x P m max p X = 11 p max -92-

12 11 Çekme Hızı Tablo 4 f te gösterilmiş olan çekme hızları ideal çekme durumları için geçerlidir. Derin çekme işlemini etkileyen faktörlerden birisinin uygun olmaması halinde çekme hızının düşürülmesi gerekmektedir. Hidrolik preslerde stampa hızı kurs boyunca sabit kalmaktadır. Ancak eksantrik preslerde sıfır ile max.hız değeri arasında değişim gösterdiğinden, strok ortasındaki hız değeri esas alınmaktadır. Bu makinalarda hızı ayar edebilmek için mümkünse volan hızı azaltılır veya ayni strok/dakika sayısı altında daha kısa kurslu çalışma sağlayan pres tercih edilir. Sac Malzemesi Alüminyum Yüksek Mukavemetli Alüminyum Prinç Bakır Çelik Çelik (karbür kalıpta) Paslanmaz çelik Çinko Çekme Hızı Tek Etkili Pres (m/dak) Çift Etkili Pres (m/dak) Tablo: 4 Derin çekme işlemlerinde çekme hızlarının seçimi, Biçimlendirme Sinxr Eğrisi Keeler-Goodwin tarafından 1965 yılında ileri sürülen Biçimlendirme Sınır Eğrisi (Forming Limit Curve) sac malzemelerin plastik biçimlendirilebilirliği için uygun bir kriter sağlamaktadır. Bu eğri, sac parçaya uygulanabilecek biçimlendirme işleminde maksimum sınır gerinimlerini tariflemektedir. Bu eğri aşağıdaki uygulamalarda kullanılmak üzere oluşturulmuştur, a- Biçimlendirme esnasındaki çatlama problemlerinin çözümlenmesi, b- Biçimlendirme problemlerini ortadan kaldırmak için alınacak önlemlerin bu problem üzerine tesirliliğinin saptanması, -93-

13 12 c- Sabit gerinimler ile hatanın nasıl meydana geldiğinin gösterilmesi ile biçimlendirme problemlerinin önceden saptanması, d- Yeni parçalar için gerekli çelik sınıfının saptanması, e- Yeni sac malzemelerin biçimlendirme verimliliğinin değerlendirilmesi. Biçimlendirme sınır eğrisi çekme testi (dar ve geniş test parçaları) bulge testleri (dairesel ve eliptik test parçaları) ve değişik yağlayıcılar ile yarı küresel ve düz ıstampaların kullanıldığı çökertme testleri gibi standart testlerin uygulanması ile çikarilabilmektedir Bu testlerin her biri farklı gerinim alanları tanımlanmaktadır (Şekil 8 ).Deney sonucu oluşan çatlağa komşu bölgelerdeki ölçümler sınır şekli değiştirmeye esas olmaktadır. Şekil değiştirmenin (Gerinimler) izlenebilmesi için sac üzerine özel ağ çizimleri yapılmaktadır. Şekil:8 Biçimlendirme sınır eğrisi. 94

14 13 95

15 KAYNAKÇA 1 - Kalıp İmal Tekniği, Prof.Mehmet Emin YURCÎ, Yıldız Üniversitesi, 1989, 2 - Sheet Metal, Donald F. Eary, Edward A.Read, Prentice-Hall, Inc Die Design Handbook, ASTME, Me Graw Hill Book Company, Metals Handbook, Forming (Vol.4), American Society For Metals, Schnitt Stanz und Ziehwerkzeuge, G.Oehler, Springer Verlag, Berlin, Dies Moulds And Jigs, V. Vladimirov, Mir Publishers, Handbuch der Stanzercitechnik, W.P. Romanowski, VEB Verlag Technik, Berlin, Talaşsız Şekil Verme, Prof-Mehmet Emin YURCÎ, Yıldız Üniversitesi, Handbuch Uniformtechnik, Heinz Tschatsch, Hoppenstedt Technik Tabellen Verlag, Modern Manufacturing Process Engineering, B.W.Niebel, A.B.Draper, R.A.Wysk, Me Graw Hill, 1988, 11 - Mechahical Metallurgy, G.E.Dieter, Me Graw Hill,