SEKTÖRLER HABERLER ÜRÜN TANITIMLARI TEKNİK YAZILAR DOSYALAR RÖPORTAJLAR BAŞARI HİKAYELERİ UZMAN GÖRÜŞÜ YAZARLAR FUARLAR ETKİNLİKLER PROFİLLER Editörden Künye YAYIN KURULU ARŞİV ABONELİK İLETİŞİM
Yenilikçi Kalıp Sistemleri Tasarımı İle Eksen Kaçıklığına Sahi̇p Soğuk Dövme Parçalarının Üretimi
N.Emrah KILINÇDEMİRa, Vural CEYHUNb, Tayfur YAVUZBARUTa, Umut İNCEa
aArGe Merkezi, Norm Cıvata Sanayi ve Ticaret A.Ş. Çiğli, İzmir, Türkiye, emrah.kilincdemir@normcivata.com
bMakine Mühendisliği Bölümü, Ege Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü, E-posta:vural.ceyhun@ege.edu.tr
 
Production Of Cold Forging Eccentric Parts By Innovative Die Designs

 

ÖZET

Otomotiv, havacılık ve savunma sanayi sektörlerinde yeni bağlantı elemanlarına ihtiyaç son 10 yılda artış göstermektedir. Bu ihtiyaçlar genellikle, bağlantı elemanlarını hafifletmek, montaj kolaylığı sağlayabilmek amacıyla alternatif çözümler sunmak, titreşim ve yorulma direnci sağlamak adına yapılmaktadır. Bu bağlantı elemanlarına bir örnekte ekseni kaçırılmış cıvatalar olarak gösterilebilmektedir. Bu tip metal bağlantı elemanları genellikle talaşlı imalat, sıcak dövme veya ılık dövme ile üretilmektedir. Bu çalışma kapsamında ekseni kaçık cıvataların soğuk dövme ile üretilebilmesi için özel kalıp tasarımı yapılmıştır. Soğuk dövme işleminde asimetrik cıvatanın plastik deformasyon özelliklerini incelemek, kalıpların mekanizmasının hareketini analiz etmek, elde edilen son ürünün geometrik ölçülerini, mekanik özelliklerini tespit etmek ve üretilebilirliğini öğrenmek amacıyla bilgisayar destekli simülasyon programı kullanılmıştır. Kullanılan ticari yazılım Simufact Forming’dir. Üretim aşamalarında son ürün mekaniksel özelliklerinin sağlanabilmesi için 20MnB4 tel malzeme kullanılmıştır. Asimetrik cıvata için proses tasarımı ve ayrıntılı yeni kalıp tasarımı yapılmıştır. 

Anahtar kelimeler: Bağlantı Elemanı, Kalıp, Tasarım, Simülasyon.

 

ABSTRACT
 
For the last decade, there is an increase in the demand for new special fasteners in automotive, aerospace and defence Endüstris. These needs are generally done to provide alternative solutions by weight reduction, easier assembly processes of  fasteners  and maintaining vibration and fatigue resistance. Eccentirc bolts can be shown as an example for these fasteners. These kind of metal fasteners are generally produced by machining, hot and warm forging. In this study, a special type of die system designed and produced for the manufacturability of an eccentric bolt by cold forging. CAE analysis program is used for examining the plastic deformation properties of the asymmetric bolt, analyzing the motion of the die mechanism, identifying the geometrical dimensions, mechanical properties of the final product obtained and getting a know-how of its manufacturability. “Simufact Forming” software is used for forming analysis. 20MnB4 wire material is used to ensure the mechanical properties of the final product in manufacturing stages.

Keywords: Fasteners, Die, Design, Simulation.

 

1. Giriş
Gelişen malzeme teknolojisi ve artan mühendislik çalışmaları ile bağlantı elemanları hafifletmek, montaj sistemlerine alternatif çözümler sunmak, titreşim ve yorulma dirençlerini artırmak amacıyla özel geometriye sahip bağlantı elemanlarına ihtiyaç duyulmakta ve bu konulardaki çalışmalar günden güne artmaktadır. Ülkemizde uzun zamandır soğuk şekillendirme yöntemi kullanılarak bağlantı elemanı üretilmekle birlikte karmaşık geometriye sahip ve katma değeri yüksek bazı ürünlerin üretimi sırasında yeterli mühendislik altyapısı oluşturulamadığı için üretim sırasında çeşitli sıkıntılar ile karşılaşılmaktadır. Soğuk dövme ile üretilemeyen bu kategorideki ürünlerin üretimi sırasında alternatif yöntemler kullanılmaktadır. Yaygın olarak talaş kaldırma, ılık veya sıcak dövme yöntemleri tercih edilmektedir. Soğuk dövme ile üretilebilecek bir bağlantı elemanının talaşlı imalat, ılık veya sıcak dövme yöntemi ile üretilmesi sonucunda malzeme, enerji ve zaman kaybı meydana gelmektedir. Bu durum yerli firmaların rekabet gücünü düşürmekte ve ürünlerin yurtdışından ithal edilmesine neden olmaktadır. Son yıllarda otomotiv endüstrisinde sıkça kullanılan ekseni kaçık, bir başka değişle iki farklı eksene sahip bağlantı elemanlarının üretimi sırasında benzer sıkıntılar ile karşılaşılmaktadır. Ülkemizdeki mevcut mühendislik altyapısı ve konvansiyonel kalıp sistemleri kullanılarak, bu tip ürünlerin soğuk dövme metodu ile kontrollü bir şekilde üretilmesi mümkün değildir. Bu çalışmanın amacı, gelişen teknoloji ve değişen ihtiyaçlar ile birlikte otomotiv sanayinde ihtiyaç duyulan iki farklı eksene sahip bağlantı elemanlarının, talaşlı imalat, ılık veya sıcak dövme yöntemleri kullanılmadan tamamen soğuk şekillendirme ile üretilmesini sağlayacak özgün bir kalıp sistemi tasarlanması ve simülasyon programları ile doğrulamasının yapılmasıdır.
 
2. Ekseni Kaçık Parçaların Soğuk Dövülebilmesi İçin Kalıp Tasarımı ve Nümerik Çalışmalar
Soğuk dövme kalıp tasarımları, dövme süreç tasarımlarının en önemli ve en karmaşık bölümünü oluşturmaktadır. Günümüzde kalıp tasarımları bilgisayar destekli olarak yapılmakla birlikte, hala gelişmeye ve yeniliğe açık bir daldır. Soğuk dövme ile karmaşık geometriye sahip bir ürün üretilebilmesindeki en önemli etkenlerin başında kalıp tasarımı ve kalıp malzeme seçimi gelmektedir. Bu çalışmada, ekseni kaçık parçaların soğuk dövülebilmesi için uygun kalıp tasarımı gerçekleştirmiş ve bu tasarımın uygun simülasyonlar yapılarak iş parçası üzerindeki etkiler incelenmiştir. Şekil 1’de 3. istasyonda eksen kaçırma mekanizması prototip kalıp tasarımı ve Şekil 2’de ekseni kaçık ürün için dövme adımları verilmiştir. 
 
 
Şekil 1. 3. İstasyonda bulunan eksen kaçırma mekanizması için 2 boyutlu kalıp tasarımları
 
 
Şekil 2. Ekseni kaçık ürün için dövme adımları
 
 
4.2.1 Malzeme Akış Analizleri
Belirlenen nihai istasyon tasarımının doğrulamasının yapılabilmesi ve dövme kaynaklı kusurların tespiti için malzeme akış analizleri büyük önem arz atmektedir. Verilen istasyon tasarımlarına göre yapılan şekillenme analizleri sonucunda elde edilen istasyon şekillenmeleri ve ara ürünlerde meydana gelen efektif plastik genlemeler Şekil 3’te verilmiştir. Simülasyon sonuçları incelendiğinde istasyonlarda herhangi bir şekillenme kusuruna rastlanmamıştır. 3. istasyondaki gerinim değerleri incelediğinde maksimum deformasyonun eksen kaçıklığının yaşandığı kısımlarda oluştuğu görülmektedir. Bu durum malzemenin bu noktalarda daha çok sertleşeceğine ve Cockroft-Latham hasar parametresine bağlı olarak bu noktalarda çatlak oluşma riskinin diğer bölgelere göre daha çok olduğunu bilinmektedir.
 
 
Şekil 3. Yapılan şekillenme analizleri sonucunda elde edilen istasyon şekillenmeleri ve ara ürünlerde meydana gelen efektif plastik genlemeler
 
 
2.2 Dövme Kuvvetlerinin Tespiti 
Simülasyon çalışmaları sonucunda dövme kuvvetlerinin tespiti; soğuk dövme sırasında kullanılacak presin seçimi belirlenmesinde ve istasyonlar başına dövme kuvvetlerinin tespiti için kullanılmaktadır. Ayrıca dövme kuvvetinin istasyonlar arasında dağılımının birbirlerine yakın olması beklenmektedir. Aksi bir durumda,  istasyon tasarımının temelleri ile  dövme yüklerine göre geometrik optimizasyonlar yapılarak, mevcut kapasite dahilinde en uygun ara istasyon modelleri belirlenmelidir.  Yapılan istasyon simülasyonları ile ilk 3 istasyon için gerekli dövme kuvvetleri şekil  4’te verilmiştir. İlk 3 istasyon için toplam dövme kuvveti 40,60 ton olarak hesaplanmıştır.
 
 
Şekil 4. Simülasyon sonucu ilk 3 istasyon dövme kuvvetleri.
 
 
 
Şekil 5. istasyonda meydana gelen hasar miktarı ve örnek noktalardan alınan değerler.
 
 
2.3 Nümerik Hasar Tespiti
İş parçalarında oluşan hasarın tahmin edilebilmesi için 20MnB4 malzemesinin kritik Cockroft-Latham hasar değeri (~0,75) bilinmelidir. Yapılan simülasyon sonuçlarında elde edilen değerin çatlak oluşmadan dövme işleminin gerçekleşebilmesi için hasar değerinin bu değerin üzerinde olmaması beklenmektedir. Bu değerin altında dövme işlemi tamamlanan ürünler için dövme çatlağı beklenmemekle birlikte zaman zaman malzeme kusurlarından kaynaklı olarak çatlak oluşmaktadır. 3. istasyonda meydana gelen hasar miktarı ve örnek noktalardan alınan değerler Şekil 5’te verilmiştir. Simülasyon hasar bulguları incelendiğinde  maksimum hasar değeri 0,50 Cockroft Latham olarak tespit edilmiştir. Bu değer malzemenin hasar eşik değeri olan 0,75 Cockroft Latham değerinin çok çok altındadır. 2,8 mm eksen kaçıklığı sonucunda elde edilecek parçada dövme kaynaklı olarak bir çatlak oluşması beklenmemektedir.
 
3. Üretim Denemeleri
Yapılan tasarım ve simülasyon çalışmaları doğrultusunda belirlenen teknik resimler ve uygun malzeme seçimleri neticesinde kalıp üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretim denemeleri sonucunda elde edilen istasyon numuneleri Şekil 6’da verilmiştir.
 
 
 
Şekil 6. İstasyon numuneleri.
 
 
Yapılan üretim denemeleri sonucunda elde edilen son ürün geometrisi ile ürün teknik resmindeki geometri tamamen benzerlik gösterdiği ve kontrollü eksen kaçırma mekanizmasının sonlu elemanlar programlarındaki gibi çalıştığı görülmüştür. İlk aşamada sonucunda 5000 adetlik ön üretim tamamlanmış ve kalıplarda herhangi bir deformasyon tespit edilmemiştir. 
 
4. Sonuçlar
Bu araştırıma neticesi daha önce sıcak, ılık veya talaşlı imalat ile üretilebilen ekseni kaçık parçalar, geliştirilen eksen kaçırma mekanizması ile soğuk dövme ile üretilebilmektedir. Ürün üretebilmek için limit sadece ürünün malzeme özelliklerine bağlı olarak şekillendirilebilme ve sünek hasar limitleridir. Hasar limitleri ve şekillendirme kusurları dövme öncesi yapılacak simülasyonlar ile tespit edilebilecek ve tasarım aşamasında önlemleri alınabilecektir. Günümüzde artan parça kullanımı, parça üretim maliyetleri ve ürün kalitesi düşünüldüğünde soğuk dövmenin kullanım alanı daha da artacaktır.
 
Ulusal alanda üretilemeyen ekseni kaçık bağlantılar  bu çalışma ile üretilebilir hale getirilmiştir. Faydalı model başvurusu Türk Patent Enstitüsüne ‘2016/06010’ başvurusu numarası ile yapılmıştır.
 
Kaynakça
1. Çapan, L. (2010). Metallere Plastik Şekil Verme.
2. Dieter, G. E. (1988). MECHANICAL METALLURGY. (D. BACON, Ed.). LONDON.
3. Lange, K. (1985). Handbook of metal forming. (K. Lange, Ed.)McGraw-Hill Book Company, 1985, (Vol. 16).
 
Paylaş Tweet
1857 kez okundu
GÜNCEL YAZILAR
DEMİR ve ÇELİK ÜRETİMİNİN KISA BİR TARİHÇESİ
Demir ve çelik endüstrisi dünyanın en önemli ve geleneksel açıdan da en eski üretim sektörlerinden biridir. 3.000 yıl kadar önce demir insanların kü DEVAMI...
SÜPER DUPLEKS PASLANMAZ ÇELİKLE DAHA İYİ VE DÜŞÜK MALİYETLİ İŞLEME
ÖZET Makine ile işleme süreçlerinin karbon çeliklerden paslanmaz çeliklere geçilerek geliştirildiği bilinmektedir; ancak operatörler işleme hızlarını DEVAMI...
Thinking in terms of magnesium“ – Magnesium pressure die casting is completely in the trend
Many metallic objects are produced by pressure die-casting. One of those metals which are ideally suited for this process is magnesium. The demand is growing with the automotive industry and its co DEVAMI...
Metal Katkılı Polimer Matrisli Hibrit Kompozitler
Gökhan TAŞÇI, Muzaffer ZEREN Kocaeli Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü 41380 Kocaeli gokhantsc@hotmail.com , zeren@kocaeli.edu.tr DEVAMI...
Yanma Sentezi̇ Yöntemi̇yle İleri̇ Malzemeleri̇n Üretimi
Bora Derin (İstanbul Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Maslak, İstanbul)  bderin@itu.edu.tr   ÖZET &n DEVAMI...
YÜKSEK SICAKLIK OKSIDASYONUNA KARŞI NIOBYUM REFRAKTER METALI ÜZERINDE KORUYUCU BIR KAPLAMA
Candan Şen ELKOCA   Bülent Ecevit Üniversitesi  Alaplı Meslek Yüksekokulu Tepeköy Mevkii, Alaplı/Zonguldak   A PROTECTIVE COATING 0N NIOBIUM R DEVAMI...
Alaşımlı Çi̇nko Kaplama
Doç. Dr. Oktay ELKOCA   Galvannealed Coating     ÖZET   Alaşımlı kaplama, saf çinko kaplamanın 500oC civarın DEVAMI...
Vakum Ergitme ve Farklı Döküm Tekni̇kleri
Nilay DALYAN, Kimya Mühendisi-Metamak, Erol TURGUT, Metalurji Mühendisi-Metamak   Proses Teknoloji̇leri̇ Uygulamalar Farklı Ekipmanlar   Vakum İndüksiyo DEVAMI...
Mobil Ürün Tasarımında, Ürün Termal Özellikleri̇ İncelenerek İç Yapı Taşıycı Parçası İçin Malzeme Optimizasyonu
Onur MERİÇ (onur_meric@hotmail.com)   ÖZET   Mobil cihazların market yönelimleri gereği her geçen gün daha ince, daha hafif, daha hızlı, g DEVAMI...
Katmanlı Üreti̇mi̇n Geli̇şmesi̇ ve Di̇ğer Yöntemlerle Bi̇rli̇kte Kullanımı
Önümüzdeki yıllar içinde metallerin üretiminde katmanlı yöntemler (AM) kullanılmasının (metallerde 3D baskı olarak da bilinir), geleneksel olarak “çıkar DEVAMI...
Lostfoam Prosesi̇ Kayıp Köpük - Kolay Döküm
Marc Karakoc, ESFF ,Yük. Metalurji Müh., Paris, Fransa Losftfoam Process, Simple Casting   ÖZET Lostfoam, strafor model ile, bağlayıcı olmadan, kolay dök&uu DEVAMI...
Turbo Motor – Sferodan Çeli̇k Döküme
Yazar: Norbert Schütze, Foseco Almanya   CO2 emisyonunu azaltmak için daha düşük ağırlıklı daha yüksek mukavemetli parçalara doğru bir eğilim var DEVAMI...
Dünyanın En Hafi̇f Katı Malzemesi̇: Aerojeller
Yazarlar: Nazan SARAÇ ve Nil TOPLAN Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, DEVAMI...
Düşük Basınç Sementasyon ve Yüksek Basınçlı Gaz İle Sertleşti̇rme
Yazarlar: Mehmet ÖZDEŞLİK*, Levent SİNDEL*, Selin KESKİN* *Sistem Teknik Sanayi Fırınları A.Ş.   Low Pressure Carburizing And High Pressure Gas Quenching     DEVAMI...
Sıcak Daldırma Galvaniz Yöntemiyle Üretim Yapan İşletmelerde Nakit Yönetiminin Önemi
Yazar: Erol Ayyıldız, ayyildiz.erol@gmail.com   Significance Of Cash Management In The Businesses Where The Production Is Performed With Hot-Dip Galvanization     DEVAMI...
En Çok Okunanlar Son Eklenenler
YAYIN AKIŞI
FACEBOOK
TWITTER
INSTAGRAM