Ø12x60,5 Rotilin Ardışık Kalıpta Soğuk Dövme İşleminde Meydana Gelen Çatlak Oluşumunun İncelenmesi

Rotiller otomotiv sektöründe kullanılan ve aracın aks sisteminde yer alan bağlantı elemanlarıdır. Tekerleklerden gelen düşey ve yatay kuvvetleri taşıyan bu bağlantı elemanlarının yapısal bütünlüğü ve mukavemeti kritik öneme sahiptir. Bu nedenlerden dolayı rotiller diğer imalat işlemlerine göre daha mukavim parçalar üretilmesini mümkün kılan soğuk dövme yöntemi ile üretilmektedirler. Soğuk dövme işlemi oda sıcaklığında uygulandığından dolayı metallerin sünekliği ılık ya da sıcak dövmeye kıyasla daha düşüktür ve bu durum malzemenin çatlama riskini arttırmaktadır. Bu noktada dövme işlemi sırasındaki yağlama ve sürtünme gibi tribolojik değişkenlerin yanı sıra dövme sırasındaki mekanik değişkenlerin de yapılan kalıp tasarımları ile en iyilenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada 8.8 kalite Ø12x60,5 rotillerin küre altında meydana gelen çatlak oluşumu irdelenmiştir. Çalışma kapsamında hasarlı numuneler optik mikroskop altında incelenerek çatlak yayılımı tespit edilmiş ve hasarın malzeme kaynaklı olup olmadığı belirlenmiştir. Soğuk dövme işlemi ayrıca simufact.forming sonlu elemanlar programında hazırlanan simülasyon modelleri ile analiz edilmiştir. İncelemeler ve simülasyonlar çatlak oluşumunun dövme kaynaklı olduğunu göstermiştir. Sabit kalıp üzerinde kullanılan radyus değerinin düşük olması nedeniyle dövme sırasında gerinim hızının ve yüksek sıcaklığın lokalize olarak küre altında biriktiği ve oluşan kayma bandı üzerinde çatlama meydana geldiği belirlenmiştir.

Investigation of Crack Evolution in Multi-Stage Cold Forging Operation of Ø12x60.5 Ball Stud

As fastening parts, ball studs are used in vehicle axle systems in automotive industry. Structural integrity and strength of these axial and lateral load carrier fasteners are crucial. Due to these requirements, ball studs are produced using cold forging method which ensures more reliable strength to the parts in contrast to other manufacturing methods. Cold forging operations are conducted at room temperature and this leads to increase material’s tendency to cracking due to decreased ductility which is higher in warm and hot forging operations. As a result of that, mechanical variables should be optimized with the correct design of tools and dies as well as tribological conditions like friction and lubrication in forging. In this study, crack evolution beneath the Ø12x60.5 ball stud sphere was investigated. Damaged specimens were examined using an optical microscope to determine crack propagation and the possibility of material depended crack formation was revealed. Numerical analysis of cold forging operation was also conducted and simulation models of were prepared in simufact.forming finite element software. Examinations and simulations showed that crack evolution is directly related to forging operation. High strain rate was observed beneath the ball stud sphere in localized manner during forming and this was assumed to lead crack evolution due to shear band formation coupled with high temperature presence.

PDF

___

[1] Kılıçaslan C. and İnce U. 2016. Failure analysis of cold forged 37Cr4 alloy M10x28 bolts, Engineering Failure Analysis, vol. 70, pp. 177-187.
[2] Jeswiet J., Geiger M., Engel U., Klenier M., Schikorra M., Duflou J., Neugebauer R., Bariani P., Bruschi P. 2018. Metal forming progress since 2000, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, vol. 1, no. 1, pp. 2-17.
[3] Cockroft M.G. and Latham D.J. 1968. Ductile and workability of metals, Journal of the Institute of Metals, vol. 96, pp. 33-39.
[4] Cao T. S. 2017. Models for ductile damage and fracture prediction in cold bulk metal forming processes: a review," International Journal of Material Forming, vol.10, no.139 DOI: 10.1007/s12289-015-1262-7.
[5] Landre J., Pertence A., Cetlin P.R., Rodrigues J. M. C., and Martins P. A. F. 2003. On the utilisation of ductile fracture criteria in cold forging, Finite Elements in Analysis and Design, vol. 39, no. 3, pp. 175-186, 1.
[6] Sabih A., Elwazri A., Nemes J.A. , and Yue S. 2006. A Workability Criterion for the Transformed Adiabatic Shear Band Phenomena during Cold Heading of 1038 Steel, Journal of Failure Analysis and Prevention, vol. 6, no. 4, pp. 97-105.
[7] Watanabe A., Fujikawa S., Ikeda A., and ShigaN. 2014. Prediction of Ductile Fracture in Cold Forging, Procedia Engineering, vol. 81, pp. 425-430.
[8] Quan G.Z., Luo G.C., AnMao, Liang J.T., and DongsenWu. 2014. Evaluation of Varying Ductile Fracture Criteria for 42CrMo Steel by Compressions at Different Temperatures and Strain Rates, The Scientific World Journal DOI: 10.1155/2014/579328.
[9] Ince U. and Güden M. 2013. An iterative numerical method for determination of temperaturedependent friction coefficients in thermomechanical model analysis of cold bolt forging, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 68, no. 9, pp. 2133-2144.
[10] He T. and Huo Y. 2018. A New Damage Evolution Model for Cold Forging of Bearing Steel-Balls, Transactions of the Indian Institute of Metals, vol. 71, no. 5, pp. 1175–1183.