- Giriş
Delme işlemi, kayma (shearing) prensibi üzerine kuruludur. Zımba, malzemeye kayma mukavemetini aşacak şekilde gerilme uyguladığında, darbe bölgesinde malzeme kırılması meydana gelir. Dairesel, kare veya diğer şekillerdeki deliklerin açılması için gerekli kuvvet aşağıdaki formülle hesaplandığı literatürde bahsedilmiştir.
F = K × L × t × τ
Burada:
•F: Delme kuvveti (kN)
•K: Güvenlik faktörü (genellikle 1.3)
•L: Deliğin çevresi (mm)
•t: Malzeme kalınlığı (mm)
•τ: Kayma mukavemeti (kN/mm² veya MPa)
Güvenlik Faktörü (K), kesme kenarının aşınması, zımba-kalıp arası boşluktaki değişimler, yağlama koşulları, malzeme mekanik özelliklerindeki değişimler, kalınlık toleransları gibi değişkenlikleri göz önüne almak amacıyla kullanılır ve endüstriyel uygulamalarda K = 1.3 değeri standart olarak kabul edilmektedir.
1.6 mm kalınlığında S600MC çelik sacda, Ø40 mm dairesel delik açılacaktır.
Çevre: L = π × 40 = 125.6 mm
Kalınlık: t = 1.6 mm
Kayma mukavemeti: 650 MPa (ortalama)
F = Tonaj: 17,3 ton
Şekil 1Delik Delme Şematik Gösterim
Şekil 2 Çatlak Oluşmuş Delik Örneği
Bobin üretimi sonrası delik delme (punching) işlemlerinde yaşanan temel sorunlar şunlardır:
•Çatlak oluşumu ve gecikmiş kırılma riski
•Düşük kesme yüzeyi kalitesi
•Tonaj aşımı problemleri
•Kalıp ömrü azalması
•Boyutsal tolerans sapmaları
Yüksek mukavemete sahip S600MC ve S700MC standartlarına uygun kalite bobinlerin delik delme prosesinde başarılı bir sonuç vermesi birçok etkene bağlı olup üretici olarak çelik temizliği, mikro yapı tane boyutu ve delik delme prosesine uygun mukavemette çelik üretimi ön plana çıkmaktadır. Aşağıdaki resimlerde delik delme prosesi ile çatlak oluşmuş örnekler görülebilmektedir. Bu çeliklerin mikro yapı incelemeleri gerçekleştirilmiş olup hem çatlak olan hem de olmayan numunelerde tane boyutunun ASTM E112 ye göre G>12-13 seviyesinde poligonal ferritik yapıda olduğu (yer yer acicular ferrit + bainit) ve ASTM E45 e göre çelik temizliğinin globular, sülfit, silikat ve alümina bazında düşük seviyede (<1,5) olduğu görülmüştür.
Şekil 3 Çatlak Oluşmuş Delik Yan Kesit İncelemesi
Delme kuvvetinin hesaplanmasının temel amaçları:
● Press makinesinin makul seçimi: Makinenin tonajı hesaplanan delme kuvvetinden büyük olmalıdır.
● Kalıp tasarımı: Kalıbın her parçası, delme sırasında oluşan kuvvete deformasyon ve kırılma olmadan dayanabilmelidir.
● Üretim planlaması: Çoklu delme işlemlerinde toplam tonaj gereksiniminin kontrolü.
Zımba ile kalıp arasındaki boşluk (clearance), delme prosesindeki kritik faktörlerden biridir. Uygunsuz boşluk:
•Kalıp ömrünü azaltır
•Çapak oluşumuna neden olur
•İkincil kesmeye yol açar
•Düzensiz açıklıklar ve sıkışma kuvvetini artırır
- Deneysel Çalışmalar
Delik delme prosesinde malzemenin mekanik özelliklerinin etkisini görmek amaçlı farklı kimyasal aralıklarda deneme yapılmıştır. Tabloda belirtilen standart limitler çerçevesinde akma ve çekme mukavemetini yaklaşık 2 kg/mm2 düşürecek şekilde mikro alaşım oranında değişiklik gerçekleştirilmiştir.
Şekil 4 Bobin Numunesi Tam Kesit İncelemesi
Şekil 5 Numune Merkez Bölge Mikro Yapı
Şekil 6 Delik Açılmış Bölge Sertlik Ölçümü
Ölçüm Alınan Bölge No Çatlak Delik
Ölçüm Sonucu HV1 Çatlak Olmayan Delik
Ölçüm Sonucu HV1
1 -Ç 317 301
2 - Ç 357 344
3 334 301
4 240 245
5 257 266
6 256 273
7 241 234
- Sonuçlar ve Tartışma
Delik açılmış numunelerde iş parçasının deliği oluşturduğu ve malzemeye ilk temas ettiği noktalarda sertliğin matrise göre 30-120HV yükseldiği görülmektedir. Yukarıdaki tabloda görüldüğü üzere matris olan ve patlatma bölgesi olarak bilinen bölgelerde 240-260 HV değerlerinde iken iş parçasının ilk değdiği (kesme/roll-over) sertliği 350 HV ye çıkartmaktadır. Buradan anlaşılacağı üzere delik delme prosesi için gerekli kuvvetin güvenlik faktörü ile üst seviyedeki mukavemeti karşılayacak şekilde toleranslı kullanılması gerekmektedir.
- Sonuç
Bu çalışmada, sac metal işlemede delme kuvveti hesaplamasına yönelik kapsamlı bir rehber sunulmuştur. F = K × L × t × τ temel formülü ve bileşenleri detaylı olarak açıklanmış, farklı malzemeler ve geometriler için pratik örnekler verilmiştir. Delik delme prosesinde malzemenin mekanik özellikleri, iç yapı özellikleri ile kalıp özellikleri, iş parçası, makine tonajı ve güvenlik katsayısının önemi vurgulanmıştır.
Akma mukavemetinin 2 kg/mm2 azalması ile delik delme prosesinde çatlak oluşunun azaldığı tespit edilmiştir. Buna karşın bölgesel olarak kalıp üzerindeki iş parçalarının mekanik özellikleri, kalıptaki kaymalar, iş parçasının delik delme sırasında malzeme üzerinde artırdığı sertlikler nedeniyle lokal olarak farklı noktalarda çatlak oluşumları tespit edilebilmektedir.
Bu çalışma, delik genişleme oranı (HER) testlerinin farklı zımba-kalıp boşluk oranlarında gerçekleştirilmesi ile zenginleştirilebilir. Kesme yüzeyinin rollover, burnish, fracture ve burr bölgelerine ayrılarak oran bazında değerlendirilmesi ve bu oranların mukavemet seviyesine göre değişiminin raporlanması, proses optimizasyonuna doğrudan katkı sağlayacaktır. Ayrıca mikro alaşım (Nb, V, Ti) değişikliği ile elde edilen farklı mukavemet seviyelerindeki numunelerin HER sonuçlarıyla birlikte karşılaştırılması, akma dayanımı–delik delme performansı ilişkisinin kantitatif olarak doğrulanmasını mümkün kılacaktır.
Referanslar
[1] ASM Handbook Vol. 14 - Forming and Forging
[2] Prediction of optimum clearance in sheet metal blanking processes, Article in The International Journal of Advanced Manufacturing Technology · January 2003, DOI: 10.1007/s00170-002-1437-5
[3] Characterization of Sheared Edges in Warm Blanking of Magnesium Alloy AZ31B Piemaan Fazily, Jaehyeong Yu and Chang-Whan Lee
[4] Burr formation and shear strain field evolution studies during sheet metal blanking Jyotiranjan Barik et al 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 418 012068
[5] The tool surface wear during the silicon steel sheets blanking process June 2016 DOI: 10.17531/ein.2016.3.3
