Alüminyum alaşımı-Al 2024 için şekillendirilebilme sınır diyagramlarını etkileyen parametrelerin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Sac metal şekillendirme, uzay, havacılık ve otomotiv sanayileri için anahtar kelimekonumundadır. Sac metal işlemleri; imalat süreci öncesinde, müşteri isteklerini,güvenlik gereksinimlerini ve pazardaki rekabet ortamını karşılamak amacıyla, en iyişekilde analiz edilmelidir. Bu aşamada malzeme karakterizasyonu ve sonlu elemanlarmetodunun önemi ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma, sac metal operasyonlarında kaliteve fiyat konularını göz önüne alarak yeni geliştirmeler yapılabilmesi için, malzemekarakterizasyonu ve sonlu elemanlar metodunu kullanan karma bir çalışma üzerineyoğunlaşmıştır.Çalışmaların malzeme karakterizasyonu kısmında, alüminyum malzeme için çekmetesti, yağ ile şişirme testi ve şekillendirme sınır diyagramlarının tespiti çalışmalarıyapılmıştır. Yağ ile şişirme testinden akma eğrisinin elde edilmesi, yeni geliştirilenkod ile yapılmış ve çekme testi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çekme testiesnasında, yüksek hassasiyetli mekanik uzama ölçerler kullanılırken, yağ ile şişirmeve şekillendirilebilme sınır diyagramları testlerinde yüksek hassasiyette optikkameralar kullanılmıştır.Sonlu elemanlar yöntemleri; farklı yağlayıcıların sürtünme katsayılarını tespiti vedeneysel çalışmaların doğrulanması amacıyla yürütülmüştür. Analizler, ticari birsonlu elemanlar yazılımı olan Marc Mentat 2007® kullanılarak yapılmıştır. Analizleriçin gerekli olan malzeme verisi, yağ ile şişirme ve çekme testlerinden eldeedilmiştir. Ayrıca, çekme testi verisi 0,15 gerinime kadar kullanılarak, yağ ile şişirmetestinden elde edilen akma eğrisi doğrulaması yapılmıştır.Deneyler sonucunda, malzeme ilk kalınlığı ve yağlayıcının şekillendirilebilme sınırdiyagramları üzerinde önemli etkisinin olduğu görülmüştür. Ancak, şekillendirmehızının alüminyum Al2024 malzeme şekillendirilebilmesi üzerinde büyük etkisiolmadığı kanısına varılmıştır. Bunlarla beraber, yeni geliştirilen kod ile yüksekgerinimlerde akma eğrisi başarıyla elde edilmiştir.Sheet metal forming is the key word for aerospace, automobile and aeronauticsindustry. To fulfill the customer expectations, safety requirements and marketcompetitions, sheet metal forming processes must be well analyzed beforeproduction. At this stage, importance of material characterization and finite element(FE) simulations arise. This study is focused on combination of materialcharacterization and FEA (Finite Element Analyses) of sheet metals to be able tomake improvements of sheet metal while considering cost and quality.On the material characterization parts of the study, simple tension tests, hydraulicbulge tests (HBT) and forming limit diagrams are determined for Al2024 aluminumalloy. HBT is obtained using a new specialized code and compared to the simpletension tests. High accuracy mechanical extensometers are used to obtaininstantaneous deformation during tensile test and similarly high accuracy CCDcameras are used to obtain material deformation during determination of FLDs andflow curves from HBT.FE studies are performed to validate experimental studies and to determinecoefficient of frictions of different lubricants. Analyses are carried out using acommercial FE package, Marc Mentat 2007®. Material inputs are supplied fromexperimental uniaxial and hydraulic bulge tests. Flow curve validations areperformed comparing HBT and uniaxial tensile tests up to 0.15 strains.Experiments revealed that initial material thickness and lubrication has a significanteffect on formability window of aluminum sheets and speed of punch has no greateffect on limits of aluminum formability since Al2024 is a strain rate independentmaterial. Beside these, higher strains than uniaxial tensile test are obtained in HBTwith new developed code.