Ekipman Gereksinim

3.4.7.4.1 Hazne Basıncı Kontrolü

Hazne basınçlı şekillendirmede çok yüksek basınca ve bu yüksek miktarlardaki basıncın ayarlanabilirliğine ihtiyaç duyulmaktadır. Karmaşık şekilli parçaların şekillendirilmesinde özellikle ayarlanabilir basınçlara ihtiyaç vardır. Şekillendirmenin başlangıcında basıncın sac malzemeyi aşırı gerdirmesi engellenir. Bu düşük basıncın aksine sac malzemenin son halinin verilebilmesi, ölçüsel doğruluğun sağlanabilmesi için şekillendirmenin ilerleyen aşamalarında farklı basınç değerlerine ihtiyaç vardır [29].

Hazne basıncı ile baskı yastığı kuvveti arasındaki ilişki çok önemlidir. Literatürde hazne basıncı zımba kursu ile birlikte (100 mm zımba kursu için 20 mm’den itibaren) hızla

artmış ve 40 MPa’da sabit tutulmuştur. Baskı yastığı kuvveti ise 50 mm kursa kadar 25 kN seviyesinde iken, bu noktadan sonra artırılarak 100 mm kurs seviyesinde 300 kN mertebesine çıkarılmıştır. Hazne basıncın 40 MPa’da sabitlenmesi, sistemin daha yüksek basınca müsaade etmemesidir. Baskı yastığı kuvvetinin artırılmasının sebebi ise malzeme akışını sağlamak ve flanşta meydana gelecek aşırı kalınlaşmayı engellemektir. Çalışma, AKDQ çeliği ile gerçekleştirilmiştir [109].

Baskı yastığı kuvveti ve hazne basıncı en önemli değişkenler olup karşılığında, kırışma ve kırılma genel hatalar olarak gözlenmiştir. Deneylerde, çok erken veya çok yüksek hazne basıncının oluşturulması erken kırılma hatalarına yol açmıştır. Çok yüksek baskı yastığı kuvveti veya çok küçük boşluk sağlayıcı da kırılmalara yol açmıştır. Yetersiz basınç ve baskı yastığı kuvveti (veya çok büyük boşluk sağlayıcı) gövde kırışmalarına neden olmaktadır. Deneyler, sac malzemede gövde kırışması olmaması için, hazne basıncının yeteri kadar yüksek olması gerektiğini göstermiştir. Şekillendirme prosesinin başarılı olabilmesi için uygun hazne basıncı ve baskı yastığı kuvvetinin çok önemli olduğu gözlenmiştir. 20 MPa baskı yastığı basıncı kalıplar arasındaki boşluk azaltılarak basıncın erken oluşması sağlanmış, bu durumda kırılma hatası gözlenmiştir. 0-15 MPa seviyesinde hazne basıncı kullanılmış, en uygun basınca 9 MPa seviyesinde ulaşılmıştır. Malzemenin akma dayanımı 100 MPa’dır. Deneylerde, zımba ile sac malzeme arasındaki sürtünme kuvveti daha yüksek tutulmuştur. Çalışmada; sac malzemenin şekillendirilmesi; bölgesel incelme, kırışma ve kırılma açısından incelenmiştir. Baskı yastığı ile kalıp arasında boşluk sağlayıcı kullanılmadığında ise (sabit baskı yastığı kuvveti denemelerinde) uygun baskı yastığı kuvveti ile hazne basıncının kararlaştırılması çok daha zor olmuştur. Baskı yastığı kuvveti çok daha düşük gerekmiştir. Hazne basıncı, gövde kırışması ve bölgesel incelmelerin baskı yastığı kuvveti değişimine çok duyarlı olduğu gözlenmiştir. Malzeme kalınlığının artması kırışmaları azaltmıştır [34].

Hazne basıncının çok yüksek olması erken kırılmalara neden olurken, düşük olması yeterli sürtünme oluşmaması sebebi ile zımba radyüs bölgesinde kırılmaya neden olmuştur. Gövdesel kırışma olmaması hazne basıncının yeteri kadar yüksek olmasına bağlanmıştır [1].

Bölgesel incelme, hazne basıncı düşükse zımba ucuna yakın, yüksek ise kalıp profilinde (alt ve üst radyüs bölgesi arasında) meydana gelmiştir. Böylece radyüste sürtünmeler azalacaktır. İhtiyaç duyulan basınç değeri radyüs değerinin büyümesiyle azalacaktır. Hidrolik şekillendirme ile yüksek çekme oranı, kutu duvarında çok az incelme ile üretim yapılmakta, simetrik olmayan malzemelerin şekillendirilmesi gerçekleştirilebilmektedir. Hazne basıncı, sac malzemenin bir tarafında yüzey gibi davranır. Böylece flanş çevresine, hazne basıncına eşit radyal basınç uygulanır. Bu basınç kutu duvarındaki gerilmenin, sac malzemenin maksimum çekme dayanımına ulaşmasından önce, daha yüksek derin çekme oranına ulaşılmasını sağlar. Kutuyu zımbaya doğru bastıran sıvı baskısı, sürtünme kuvvetini artırır ve zımba radyüsündeki en büyük çekme gerilmesinin kalıp radyüsüne doğru kaymasını sağlar. Bu durum, metalin pekleşmesini sağlayan çekme gerilmesinin, kutu duvarına transfer edilmesini sağlar. Böylece, çevredeki radyal baskı, kutu duvarındaki sürtünme desteği ve radyüsteki sürtünmenin yokluğu hidrolik şekillendirmede çekme oranının artırılmasına olanak sağlar. Basınç çok yüksek olursa sürtünme direnci yüksek olacağından kutu kırılır. Hazne basıncı düşük olduğunda ise kırışma görülecektir. Hidrolik şekillendirmede başarının elde edilebilmesi için kırışma ve kırılma yapmayacak en uygun zımba yolu-basınç değerlerinin bulunması gerekir [43].

1 mm kalınlığında Al1100-H14 malzeme kullanılarak, 100 MPa hazne basıncı denenmiştir. Basınç miktarının dişi kalıp radyüsünde sac malzemeyi temas ettirmeyecek şekilde yukarıya doğru kaldıracak miktarda olması gerektiği ifade edilmiştir. Böylece radyüste sürtünmeler azalacaktır. İhtiyaç duyulan basınç değeri radyüs değerinin büyümesiyle azalacaktır [44].

Hazne basıncı 7 MPa’dan aşağı olduğunda yoğun kırışma gözlenmiştir. Basınç 15 MPa’a yükseldiğinde ise gövde kırışması azalmış, basıncın artması üretilen parçayı etkilemiştir. 10 MPa seviyesinde gerilme ve uzama dağılımlarının daha iyi olduğu gözlenmiştir [51].

Çapan, hidrostatik basıncın malzeme özeliklerine etkisinin, çok yüksek basınçlara çıkılmadıkça ihmal edilebilir mertebede olduğunu söylemektedir. Hidrostatik basıncın en büyük etkisinin, malzemenin sünekliğini artırması ve dolayısıyla kopmadan önce, çok daha

büyük şekil değişimleri elde edilebilmesini sağlamasıdır. Hidrostatik basıncın büzülme başlangıcına kadar oluşan üniform uzamaya ve maksimum yüke ise etkisi yoktur. Hidrostatik basınç etkisinde kalmış olan metallerde mekanik özelliklerin değişime uğramadığı deneysel olarak saptanmıştır [85].

Aynı çekme oranında, süper alaşım malzemede düşük dayanımlı çeliklere göre daha yüksek hazne basıncına ihtiyaç duyulmuştur. Çekme oranı 2,45’e çıkınca hazne basıncı 100 MPa seviyesinde faydalı olmuştur. Çekme oranı artışı ile hazne basıncı ihtiyacının arttığı görülmüştür. Basınç çok yüksek ise malzemenin kalıp profilinde kırıldığı görülmüştür. En uygun basınç değerinde, kalıp profilinde sacın temas etmemesidir. Çalışmada, çekme oranı-maksimum basınç arasında bir çalışma eğrisi belirlenmiş ve basıncın bu eğri değerinden biraz yukarıda olması gerektiği değerlendirilmiştir. Hazne basıncının çok çabuk oluşması gereklidir. Bu çalışmada iki kalıp arasında boşluk sağlayıcı kullanıldığı için, kalıp ve baskı yastığı arasındaki açıklıktan dolayı kaçaklar oluşmuş ve basınç çabuk oluşmamıştır. Basıncın yavaş oluşması zımba profilinde kırılmaya neden olmuştur. Bunu önlemek için bir sızdırmazlık parçası kullanılmış ve başlangıçta yalıtım sağlanarak erken basınç oluşması sağlanmıştır. Hazne basıncının erkenden uygun değere gelmesiyle, zımba ve sac malzeme arasındaki sürtünme kuvvetinin artması sağlanarak zımba profilindeki sac malzemede radyal gerilmenin maksimum olması sağlanmış ve aşırı incelme oluşması engellenmiştir. Malzeme, zımba ile tam temaslı hale gelerek zımba profilindeki kırılmanın nadiren görülmesini sağlar [53].

Deneylerde, yüksek dayanımlı malzemeler için daha yüksek basınca ihtiyaç duyulduğu görülmüştür [53].

3.4.7.4.2 Baskı Yastığı Kuvveti Kontrolü

Genelde pres şekillendirme yöntemlerinde baskı yastığı kuvveti sabittir. Baskı yastığı kuvveti hidrolik şekillendirmede sıvının kaçma miktarını etkilediğinden, yüksek hazne basıncında yüksek baskı yastığı kuvvetine, düşük hazne basıncında düşük baskı

yastığı kuvvetine ihtiyaç vardır. Bunlara ilave olarak gövde kırışmasını engellemek için şekillendirme esnasında baskı yastığı kuvveti ayarlanabilir olmalıdır [29].

Baskı yastığı kuvveti sac malzemeyi preslemeyecek kadar düşük, kaçaklara ve sızıntılara yol açmayacak kadar büyük olmalıdır. Baskı yastığı kuvveti kursun sonuna doğru artırılmalıdır [28].

Hidrodinamik derin çekmede baskı yastığı kuvveti malzeme akışını kontrol ederken aynı zamanda sıvı kaçaklarını da engeller [110].

3.4.7.4.3 Yastık Kullanımı

Ürünün dışarıya atılabilmesi için kalıp yastığına ihtiyaç yoktur. Hazne basıncı bazı durumlarda sacı şekillendirmeye yetmez. Bu durumda dişi kalıba yastık ilave edilir. Hidrolik şekillendirmede hazne basıncı dolayısıyla çok yüksek zımba kuvvetlerine ihtiyaç vardır. Bu büyük kuvveti azaltabilmek için yastık kullanımına ihtiyaç vardır [29].

3.4.7.4.4 Daha Ucuz Malzeme Kullanımı

Hidromekanik derin çekmede sac malzemedeki incelmeler kontrol altına alınabildiğinden daha ince sac malzeme kullanılabilmekte ve daha ucuz ve daha hafif malzemelerle aynı dayanım sağlanabilmektedir [29].

3.4.7.4.5 Daha Ucuz Kalıp Malzemesi Seçimi

Hidromekanik şekillendirmede kalıplar arası mekanik temas olmadığından sürtünmeler azalmakta aynı ihtiyaç için daha zayıf kalıp malzemesi kullanılabilmektedir [29].

3.4.7.4.6 Zor Malzemelerin Şekillendirilmesi

Titanyum gibi yüksek dayanımlı, alüminyum gibi şekillendirilmesi zor malzemelerin şekillendirilmesi bu yöntemle yapılmaktadır. Yüzey sürtünmesi olmadığından yüzeyi işaretlenmiş veya kaplanmış malzemelerin şekillendirilmesi mümkündür [29].