Metal tozu presleme prosesinin sayısal ve deneysel incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, birçok alanda uygulaması yaygınlaşan metal tozu presleme prosesi sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Mikro yapıdaki deformasyon, gerilme ve sürtünme davranışının gerçekçi olarak belirlenebilmesi için, rijit kalıp içerisine rastgele yerleştirilen 200 μm çapındaki 74 adet küresel bakır tozları Çoklu Parçacık Sonlu Elemanlar Yöntemiyle (Multi Particle Finite Element Metod-MPFEM) modellenmiştir. 60076 adet üç boyutlu tetrahedral eleman ile ağ örgüsü oluşturulan tozlar, von Mises, Modifiye Cam-Clay, Mohr-Coulomb ve Shima-Oyane malzeme modelleri kullanılarak oda sıcaklığında analiz edilmişlerdir. Bu aşamada, von Mises malzeme modeli kullanılarak gerçekleştirilen MPFEM analizindeki gerilme dağılımlarının diğer malzeme modellerine göre daha gerçekçi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Sürtünme davranışının belirlenmesi amacıyla μ=0, μ=0,1, μ=0,25 ve μ=0,4 gibi farklı sabit Coulomb sürtünme katsayılarıyla ve prosese ait sürtünme katsayısının elde edilmesi için ayrıca yazılan kullanıcı alt programlarıyla oluşturulan Wanheim/Bay ve Levanov sürtünme modelleriyle analizler yapılmıştır. Sıcaklığın, gerilme ve sürtünme davranışına etkisinin incelenmesi amacıyla, çalışmalar bu üç sürtünme modeli ile 270°C'de sürdürülmüştür. Analizlerde, μ=0,25 değerinin malzeme deformasyonu açısından kritik bir değer olduğu ve Wanheim/Bay modeliyle 20°C'de ortalama 0,05 sürtünme katsayısı elde edilirken 270°C'deki değer ise 0,04 olarak tespit edilmiştir. Tezin son bölümünde ise, geometrik süreksizliği daha az olan ve 130 adet elastik-plastik toz içeren yeni bir model oluşturularak yine aynı üç sürtünme modeliyle 270°C'de analizler gerçekleştirilmiştir. Rijit zımbaya etkiyen kuvvet değerinden yola çıkılarak belirlenen basma değerleri ile yapılan deneylerden alınan numuneler, SEM ile incelenerek deforme olmuş tanelerin görüntüleri sayısal verilerle karşılaştırılmıştır.