Yığma sıcaklığının sürtünme koşullarına etkisi

Abstract

Üretim yöntemleri içerisinde, gerek üretim hızı gerekse metale kaşandırdığı mekanik özellikler açısından tercih edilen dövme yöntemi, diğer üretim yöntemlerinde meydana gelen gelişmeler sonucu bazı üstünlüklerini kaybetme tehlikesiyle karşı karşıyadır. Ayrıca çapak ve tufal gibi malzeme kaybı dövme yöntemlerinde bunları önleyici veya azaltıcı çalışmalar gerektirmektedir. Söz konusu bu çalışmalar içerisinde sıcak dövme işleminin ısı kaybının önlenmesinin yanında, kalıp/iş parçası arasındaki sürtünme şartlarının gerek malzemenin şekillendirilmesi için gerekli kuvvet ve gerekse parça kalitesinin yükselmesine etkiyecek şekilde geliştirme sine yöneliktir. Bu çalışmada deney parçasına değişik deformasyon miktarlarında, değişik şekil değiştirme hızlarında, farklı yağlama şartlarında ve farklı yığma sıcaklıkların sürtünme üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yığma deneylerinde AISI 1040 çeliğinden halka şeklinde hazırlanmış deney parçaları kullanılmıştır. Deneyler sıcak şekil verme olarak gerçekleştirilmiştir ve kalıp sıcaklıkları oda sıcaklığında tutulmuştur. Sıcak dövmede, kalıp/iş parçası arasında meydana gelen sürtünme üzerinde yağlama şartlarının, şekil değiştirme hızlarının, deformasyon miktarlarının ve sıcaklık etkilerinin önemli ölçüde etkili olabilecekleri görülmüştür.

The simplified macroscopic view is totaly in adequate if the sources of friction and the mechanisms of lubrication are to be understood. On the microscopic scale both die and workpiece show minute peaks, asperities, and valleys (Fig. lb). Both the magnitude and the directionality of this microgeometry play an im portant part in creating friction and also in estab lishing and sustaining lubricant films designed to fric tion. Metallurgical factors also come into stage and the die and workpiece are usually desribed by their com position. More important may be the kind and distribu tion of phases. The composition of the surfaces may differ from that of the bulk, either because of inten tional surface treatment or because of diffusion effects in the meterials. Pure metal surfaces (in the language of tribology, virgin surface) seldom exist. Instead, surfaces are covered with reaction products formed through exposure to air, humidity, or lubricants. Often films resulting from different reactions are superim posed. For example a naturally formed oxide film may be impregnated with a lubricant film, which may also enter into chemical reactions with the oxide and/or substrate. In most forming applications, the lubricity of a lubricant is the single most significant factor, since it is directly the interface friction, which in turn in fluences the stresses, the forming load and the forming energy. In order to evaluate the performances of various lubricants and to be able to predict forming pressures, it is necessary to express the interface friction quantitatively, in terms of a factor or a coef ficient. The frictional shaer stress, t, is most com monly expressed as: T = On U (1) or m t = f Ö* = -j^ - Figure. 3. (a) Metal flow in ring compression test, (b) Calibration curve. Several theoretical analysis are available for this purpose. In one of these analysis, a computer program has been developed for mathematically simulating the metal flow in ring compression with bulging. Thus, ring dimensions for various reductions in height and friction factors, m, can be determined. The results are platted in the form of "theoretical calibration curves", for ring having OD : ID : thickness ratios of 6:3:2, 6:3:1 and 6:3:0.5. In determining the value of the friction factor, m, for a given experimental condition, the measured dimensions (reduction in height and variation in internal diameter) are located on the appropriate calibration diagram. From the position of that point with respect to theoretical curves the value of the friction factor, m, which existed in the experiment can be obtained. Frictional effects are of importance both from a pratical and a theoretical point of view in all mechanical-working operations where the stock material is deformed in contact with relatively rigid tools or dies. Experimentally determined values of the coeffi cient of friction, u, have been reliably established for cold rolling but values appropriate to other cold- working processes or to hot-working operations are still in some doubt. The method presented tional behaviour of metal und plastic deformation involve tion carried out on flat ring coefficent of friction u as are releted to the change in given amount of compression Measurement of the internal d here for studying the ffric- er the conditions of bulk s a simple upsetting opera- -shaped specimen and the well the friction factor m diameter produced by a in the thickness direction, iameter of compressed ring -XI- BÖLÜM 1: GİRİŞ Bir katı cismin şeklini başka bir şekle dönüştürmek amacıyla ve bu işlem sırasında cismin mal zemesinde kütle ve bileşim değişikliğine yol açmayacak biçimde gerçekleştirilen üretime, plastik şekil verme yöntemleri ile üretim denilmektedir. Bu yöntemlerle üretilen parçalar aşağıda belir tilen sektörlerde geniş kullanım alanı bulmaktadır: - Otomotiv, ulaştırma sektörü için üretilen parçalar (örneğin otomobil kaportaları, krank milleri, bağlantı elemanları, iletim organları, vb.), - Kerpeten, çekiç, tonavida anahtar gibi el takımları ve tıp aletleri, - Vida, somun, cıvata, perçin gibi bağlama elemanları, - Tünel, maden ve taş ocaklarında kullanılan yapı ele manları. Karbonlu ve alaşımlı çelikler (paslanmaz ve ısıya dayaniklx çelikler dahil), alüminyum, çinko, bakır ve bunların alaşımları gibi demir dışı malzemeler plastik şekil verme yöntemleri ile üretime uygun malzemeler olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca, uzay ve nükleer reaktör teknolojilerindeki gelişmeler sonucunda, titanyum ve alaşımları, nikel esaslı ısıya dayanıklı malzemeler, tungsten, molibden, zirkonyum içeren alaşımlar ile benzeri malzemelere de, giderek artan talep nedeniyle, plastik şekil verme yöntemleri uygulanmaya başlanmıştır. -2- Pİastik şekil vermede iki ana problem vardır; bun lardan birisi malzemenin çatlamadan şekil değiştirmesi yani malzemenin sünekliğini koruması, diğeri ise şekil değiştirmesine neden olacak gerilmenin dağılımı ile yükün belirlenmesidir. Metalik bir cisme belirli bir kuvvet uygulandığında cisimde meydana gelecek şekil değiştirmenin, veya belirli bir şekil değiştirme meydana getirmek içm uygulanması gereken gerilme dağılımının, dolayısıyla kuvvetin hesaplanması üretim mühendisliğinde büyük önem taşımaktadır. Bir plastik şekil verme işlemini gerçekleştirecek olan kuvvetin bilinmesi, takım ve kalıp malzemelerin seçimi ile işlemin yapılacağı tezgahın kapasitesinin tayini bakımından çok önemledir. Bu nedenle, şekil değiştirme ile bu şekil değiştirmeyi sağlayan kuvvet arasındaki bağıntı plastik şekil ver menin temel parametrelerinden biri olarak kabul edilmek tedir. iş parçasının düz kalıplar arasında basılarak şekillendirilmesi basit olarak "yığma" adını almaktadır. Yığma sırasında malzeme kalıp yüzeylerinde genişlemeye çalışmakta, bu hareket neticesinde kalıp-iş parçası arayüzeyinde sürtünme kuvvetleri oluşmakta, bu da mal zemenin serbestçe genişlemesine engel olmaktadır. Gerçekte parçanın basma takımları ile temas eden yüzeyleri sürtünme nedeniyle serbest olarak hareket edemediği için, parçanın yan yüzleri fıçıya benzer bir hal almaktadır. Bu durum literatörde "Fıçılaşma" olarak tanımlanmaktadır. Bu olayın oluşumuna katkıda bulunabilecek diğer bir etken de, sıcak iş parçasının nisbeten soğuk kalıplarla yığılması halinde, sıcak iş parçasının soğuk kalıplarla temas ettiği sırada iş parçası/ kalıp ara yüzeylerine yakın malzeme bölgelerin hızla soğumaya başlamasıdır. Soğuyan kısım, malzemenin sıcak kısmına kıyasla şekil değişimine karşı daha fazla direnç -3- göstereceğinden ve iş parçasının orta kısımları da hala sıcaklığını koruduğu için daha rahat şekil değişimine uğrayarak ve fıçılaşmayı meydana getirecektir. Sürtünmeli yığmada yani fıçılaşmanın oluştuğu gerçek durumda şekil değişmi ideal haldeki gibi homojen (uniform) gerçekleşememektedir. Sürtünmesiz ideal yığmada parça şekli aynı kalır yani basma kuv vetinin etkisiyle parçanın yüksekliği azalır, buna karşılık malzeme kuvvete dik doğrultuda hacim sabitliğini koruyacak şekilde uniform olarak akar.[l] Sıcak dövmede, ısı kaybı ve sürtünme olumsuz et kileri çok belirgin olan işlem değişkenleri olarak kabul edilmektedir. Sürtünme şartlarının belirlenebilmesi gerek akış özelliklerinin gerekse yük gereksiniminin saptanması açısından önemli bir noktayı oluşturmaktadır. Bu amaçla halka basma deneylerinin verilerinden yararlanılmaya çalışılmaktadır. Bu deneylerde halka şeklindeki deney parçasına ekseni doğrultusunda basma kuvveti uygulanmakta ve yığma sonrası deney parçasının iç ve dış çaplarmdaki değişmelere göre sürtünme şartları belirlenmeye çalışılmaktadır. Bu çalışma değişik yığma işlemi parametrelerinin kalıp/metal ara yüzeyindeki sürtünme şartlarını nasıl etkilediğinin belirlenmesine yöneliktir. AISI 1040 çelik malzemeden hazırlanan halka deneyi parçaları, değişik dövme sıcaklıklarında, farklı şekil değişimle rinde ve hızlarında ve farklı ara yüzey yağlayıcıları kullanılarak eksenel yığma deneyine tabi tutulmuş, böylece bu değişkenlerin ara yüzeydeki sürtünme şartlarını nasıl etkilediği belirlenmeye çalışılmıştır.