Geri Dön

Alüminyum alaşımlarının soğuk haddelemesinde yük hesabı metodlarının karşılaştırılması

A Comparision of loading estimation of aluminium alloys in cold rolling

  1. Tez No: 98494
  2. Yazar: HAKAN BAYKAL
  3. Danışmanlar: PROF.DR. E. SABRİ KAYALI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 77

Özet

ÖZET Levha malzemelerinin soğuk haddelenmesi metal haddeleme endüstrisinin hızlı bir şekilde gelişen ve ilerleyen koludur. Soğuk haddeleme minimum boyut toleranslanndaki, iyi yüzey bitişi, daha iyi mekanik özellikler ve aynı zamanda fiziksel özelliklerdeki l,5mm'den daha az kalınlıktaki levhaların üretimim mümkün kılar. Son yarım yüzyıldır soğuk haddeleme prosesi anlayışımız matematiksel terimlerin proseste tanımlanmasıyla gelişerek çoğalmıştır. Bazı modellerde şeritin dinamik zorlamalı akma mukavemeti, iş merdanesinin çapı ve şeritin mukavemeti gibi kesin temel parametreler beklenen haddeleme kuvvetim ve mil torku gereksinimlerim, iş merdanesi sıcaklığını, şerit bobinin sıcaklığım, şerit şeklim ve üretim hızı gibi parametrelerin hesaplanmasında kullanılır. Bu çalışmada, yassı ürünler için üç farklı soğuk hadde yük hesabı metodu incelenmiştir. Hadde kuvvetini etkileyen bu metodlarda kullanılmış faktörler deformasyon bölgesi geometrisi, deformasyon bölgesindeki harici sürtünme ve malzeme mukavemetim etkileyen faktörlerdir. Yük hesaplaması metodlanndaki bu faktörler ve onların etkileride aynı zamanda incelenmiştir. Yassı mamul haddeleme teorilerinde kullanılan standart terimler ; ortalama iş parçası kalınlığı, ezme miktarı, ezme oram, kapma açısı ve merdane-malzeme temas uzunluğudur. Hadde yükünü etkileyen birçok faktörden birisi aşağıdaki üç terimden birinde tanımlanan haddelemedeki deformasyon bölgesinin görünüş oranıdır. Bunlar; a. Aritmetik ortalama en - boy oranı b. Parabolik ortalama en-boy oranı c. Geometrik ortalama en-boy oram 'dır. Çözümlerden biri sürtünme katsayısının genliği ve tipi için ve milin merdane kapmasındaki sürtünme kuvvetinin dağılımı için önerilmiştir. Sürtünme kuvvetinin dağılımına rağmen var olan iki tip sürtünmenin farklı teorilerine göre şerit-merdane arayüzeyi farklıdır. Bunlar kayma ve yapışma sürtünmesidir. Soğuk haddeleme prosesinde, merdane-şerit arayüzeyindeki temas açısı ile birlikte sürtünme iş merdanesinden şerite deformasyon enerjisinin iletilmesi için gereklidir. Eğer sürtünme kuvveti çok küçük ise, merdanenin çevresel hızı şeritin çıkış hızını aşacaktır veya diğer bir deyişle iki hız birbirine yakın olacak şekilde eşlecektir.Oysaki daha büyük katsayılar sentin pozitif kayması veya ilerlemesiyle sonuçlanacaktır. Sürtünme katsayısının değeri sıcaklık, iş parçası yüzeyinin koşullarına, merdane tipine, yüzey durumu ve yağlayıcı durumuna bağlıdır. Ring testi ile hesaplanmış daha büyük sürtünme katsayıları (n = 0,12-0,15) karma yapışma-kayma sürtünmelerinden, daha fazla kayma yönünden ve yüksek hızlı bağıl kaymadan analiz edilir. Soğuk şeritin özel bir durumundaki haddeleme kuvvetini hesaplamak için deformasyonla birleşmiş deformasyon hıza ve akma gerilmesini bilmek için gereklidir. Açıklamalardan birincisi alüminyum için ortalama deformasyon hızı ve sıcaklıkla akma gerilmesi ampirik olarak gelişmiştir. Merdane kapmasından geçmesiyle iş parçasının bir elementinin deformasyon hızı kapmanın sonunda girişten çıkışa doğru hareket eden elementlerle aynı derecede azalır. Matematiksel basitliğin hesaplanması amaçlan için deformasyon hızının etkin bir ortalama değeri kullanılır. Ortalama deformasyon hızı için dört çözüm önerilir. Bunlar; 1- Ford ve Alexander çözümü 2- Sim's çözümü 3- Orowan ve Pascoe çözümü 4- Wusatowski çözümü Denklemlerden biri defroasyon hızım hesaplamak için türetümesine rağmen, bunlar temas alam boyuna bölünen ezme miktan ve merdane hizanın bir fonksiyonu olarak açıklanmıştır. Bir çok matematiksel metod malzemelerin soğuk haddelenmesinde hadde yükünü hesaplamak için önerilmiştir. Bu metodlardan üçü alüminyum yassı ürünlerinin hadde yükü hesaplanmasında bu çalışma içinde kullanılmış ve çalışılmıştır. Bu metodlar aşağıdaki gibidir. 1- Ekelund metodu 2- Siebel metodu 3- Korolev-Nikolayevski metodu'dur. Kalite kontrol ve proses için matematiksel modeller güvenilir parametreleri gerektirir. Soğuk haddeleme kuvveti tahmininde üç önemli değişken vardır; bunlar malzemem'n akma gerilmesi Ga, temas alam R'(sık sık yasssılaşmış iş merdanesi yançapı olarak açıklanır) ve sürtünme katsayısıdır p.. Bunlar arasında sürtünme bilinmeyen ana parametredir. Bu yüzden sık sık kabaca hesaplanır ve bir adaptasyon/uyum katsayısı olarak ele alınır. Merdane ağza yanındaki değişkenleri ve yağlamanın yanında diğer haddeleme koşullanna hassaslığı sürtünmenin karmaşık mekanizmasından ortaya çıkar. Bu yüzden sürtünmenin kontrolü ve hesaplanması metal haddeleme endüstrisinde uğraştıncı bir proje olmaktadır. XIBu çalışmada aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. 1- Soğuk haddelemedeki sürtünme katsayısı değeri kapma açısı metoduyla pratik olarak hesaplanmış ve sürtünme katsayısının artan ezme oram miktarı ile arttığı görülmüştür. Buna rağmen, hesaplamalarda kolaylık sağlaması bakımından sürtünme katsayısı değeri 0,1 olarak kabul edilmiştir. 2- Hadde kuvvetinin güvenilir bir şekilde hesaplanması gerçek olarak ölçülmüş üç değişkene; haddelemeye girmeden önceki malzemenin akma gerilmesi (aa), yassılaşmış merdane yarıçapı (R') ve sürtünme katsayısı (u.) değerlerinin makul sonuçlarına bağlıdır. Hesaplamalarda akma gerilmesi değerleri olarak çekme deneyi sonuçlarından elde edilen değerler kullanılmıştır. 3- Yassılaşmış merdane yarıçapı Hitchcock formülüyle hesaplanmıştır. Yağlamanın haddeleme kuvvetine etkisi hesaplamalarda gözönünde bulunduruhnamıştır. 4- Gerek haddeleme yükü değerlerinin artan paso sayısı ve artan toplam ezme oranıyla azalmasını, haddeleme sırasında malzemede meydana gelen dinamik toparlanma ve yeniden kristalleşme olayıyla açıklayabiliriz. 5- Ekelund metodu haddeleme ile ilgili çeşitli parametreleri içermesi bakımından gerçek değerlere yakın sonuçlar vermesi beklenirken, bazı pasolarda gerçek değerlere yakın bazı pasolarda ise gerçek değerlerden uzak sonuçlar vermiştir. 6- Korolev-Nikolayevski bağıntısı ile haddeleme yükü hesaplanırken, haddeleme parametrelerinin birçoğunu formulasyonunda kullanmasına rağmen, hesaplanan yöntemler içinde genelde gerçek değerlerden en yüksek sapma göstermiştir. Bu sonucun yassılaşmış merdane yarıçapını kabul ettiği koşullardaki merdane-malzeme temas boyunun belirlenmesindeki zorlukla ihşkih olduğu düşünülmektedir. 7- Siebel metodunun bazı pasolarda yüksek sapma göstermesinin sebebi; haddelemedeki verim katsayısı değerinin doğru olarak belirlenebilmesindeki zorluktan kaynaklanmaktadır. 8- İncelenen üç yöntem içinde (Ekelund, Siebel, Korolev-Nikolayevski) herbir alaşımın herbir pasosunda hesaplanan yöntemler içinde tek bir yöntemin en iyi sonuç veren yöntem olarak belirlenmesi mümkün olamamıştır. Bu üç yöntem farklı alaşımlar için farklı sonuçlar vermektedir. 9- Bu çalışmada incelen üç yöntem dışında, burada incelenmemiş olan Friction- Hill Computer modelinin soğuk haddeleme kuvvetinin hesaplanmasında uygulanması daha güvenilir olacaktır. XH

Özet (Çeviri)

SUMMARY A COMPARISION OF LOADING ESTIMATION METHODS OF ALUMINIUM ALLOYS IN COLD ROLLING Cold rolling of sheet materials is one of the most progressive and rapidly developing branches of the metal rolling industry. Cold rolling makes it possible to produce sheets less than 1,5 mm in thickness with minimal dimensional tolerances, good surface finish, better mechanical properties ( thanks to the characteristic features of cold- rolled metal structure) and also with special physical properties. During the last half century, our understanding of the cold rolling process has been enhanced considerably through the development of models describing the process in mathematical terms. In such models, certain basic parameters, such as the dynamic constrained yield strength of the strip, the diameter of the work rolls and the strip tensions, are used to compute anticipated rolling forces and spindle-torque requirements, work-roll temperatures, strip coiling temperatures, strip shape, production rates, and so forth. In this study, three different cold rolling load calculation methods for flat products are investigated. The factors used in these methods that effect rolling load are deformation zone geometry, external friction in the deformation zone and factors effecting strength of the material. These factors and their effects in load calculation methods are also studied. Standard terms used in theories of flat rolling are; average workpiece thickness, draft, relative reduction, roll bite angle and roll contact length. Many factors affect rolling load, one of them is aspect ratio of the rolling deformation zone which is described in one of the following three terms; a- Aritmetic average aspect ratio (Za) b- Parabolic average aspect ratio (Zp) c- Geometric mean aspect ratio (Zg) A number of solutions have been proposed for type and magnitude of coefficient of friction and distribution of frictional force in the roll bite of cold mill. Although distribution of frictional force is different at the roll-strip interfaces according to different theories, there are two types of friction. These are slipping and sticking friction. X1UIn the cold rolling process, friction along the arcs of contact at the roll-strip interfaces is necessary for the transmission of deformation energy from the work rolls to the strip. If the frictional forces are too small, the peripheral speed of the roll will exceed the exit speed of the strip or, in other words, the rolls will skid. With the minimum coefficient of friction in the roll bite, the two speeds will be closely matched, whereas larger coefficients will result in a forward or positive slip of the strip (as evidenced by the fact that the exit speed of the strip is in excess of the peripheral speed of the rolls). Friction between the rolls and the workpiece is necessary to transmit deformation energy from the rolls to the strip. Excessive friction tends to restrain the deformation and results in undesirably high rolling force and spindle torques. On the other hand, too little friction results in either roll slippage or the failure of workpiece to enter the roll bite. The value of friction coefficient depends on temperature, scala conditions of workpiece surface, type of roll, surface condition and state of lubricant. The higher friction estimated by ring test Qi = 0,12-0,15) is analysed from the mixed sticking- sliding friction, more sliding directions and the high speed of relative sliding. In order to compute the rolling force in a particular stand of a cold strip mill, it is necessary to know the flow stress at the temperature and strain rate associated with the deformation at that stand. A number of expressions have been developed empirically relating the flow stress to the temperature and the average strain rate for aluminium. The rate of deformation of an element of a workpiece as it pass through a roll bite decreases as the elements moves from the entry to the exit end of the bite. For computational purposes of mathematical simplicity, to use an effective average value of strain rate. Four solutions are proposed for mean strain rate. These are as follows; 1- Ford and Alexander Solution 2- Sim's Solution 3- Orowan and Pascoe Solution 4- Wusatowski Solution Although a number of equation were derived to calculate strain rate, they were expressed as a function of the roll speed and the reduction divided by the length of the contact area. Many mathematical methods have been proposed to calculate rolling load for cold rolling of the metals. Three of these methods are studied and used in this study for rolling load calculation of aluminium flat products. These methods are as follows; 1- Ekelund's Method 2- Siebel's Method XIV3- Korolev-Nikolayevski's Method Mathematic models for process and quality control require and reliable parameters. In cold rolling force prediction, there are three important variables; flow stress (Ta, contact area (often expressed in terms of flattened work-roll radius R') and friction coefficient ji. Among them, friction is the main unknown parameter. It is often estimated roughly, and treated as a coefficient of adaptation. The difficulty arises from the complex mechanism of friction, its sensitivity to the other rolling conditions besides lubrication, and its variation along the roll gap. Therefore the estimation and control of friction has been being a challenging project for metal rolling industry. In this study, below conclusions are obtained. 1- Friction coefficient in cold rolling was calculated practically with the angle of bite method and it has been that friction coefficient increase with increasing reduction ratio. However friction coefficient was assumed as 0,1 for ease. 2- A reasonable calculation of rolling force depends on three factor as follows; - Yield strength of the material (cra) - Flattened work-roll radius ( R' ) - Friction coefficient (jn) Yield strength used in calculation was determined from the tensile test. 3- Flattened roll radius was calculated by the Hitchcock formula. The effect of lubrication on rolling forces was not considered. 4- That the real rolling force increases with increasing pass number and increasing total reduction ratio was attributed to dynamic recovery and recrystallization. 5- The method Ekelund was expected to give the results similar to the real results in the way it contains several parameter concerning rolling. It gave the similar results to the real results only in some passes. 6- The Korolev-Nikolayevski relationship showed the highest deviation from the real values among the other methods used although it contains most of parameters related to rolling. It has been thought that this result was caused the difficulties in determining roll-material contact distance in case it considers roll radius. 7- The method Siebel has shown high deviation in some passes. This is caused from the difficulties in determining the yield coefficient in rolling correctly. 8- Among three methods used in this study (Ekelund, Siebel, Korolev- Nikolayevski), none of them could be determined as the best method for each pass of each alloy. Those three methods have shown different results for different alloys. 9- The Friction-Hill Computer model which was not to be mentioned in the present study would be more valid one for calculating the cold rolling force different from the methods used in the present study. XV

Benzer Tezler

  1. Tez No

    461742

    6XXX alüminyum alaşımlarının soğuk metal transferi ile birleştirilebilirliğinin incelenmesi

    Investigation of the combinability of 6XXX aluminum alloys to cold metal transfer

    ŞAFAK IŞIK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR ÖZSARAÇ

  2. Tez No

    887890

    AA5XXX ve AA7XXX alüminyum alaşımlarının soğuk metal transferi (CMT) yöntemiyle kaynaklanabilirliği ve mikroyapı-mekanik özelliklerin incelenmesi

    Investigation of weldability and microstructure-mechanical properties of AA5XXX and AA7XXX aluminum alloys by cold metal transfer (CMT) method

    ABDULKADİR ARCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriPamukkale Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NİMET KARDEŞ SEVER

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ADA

  3. Tez No

    223474

    Soğuk ve sıcak haddelenmiş aluminyum 6016 alaşımlarının kaynak davranışları ve kalıntı gerilme analizi

    The welding behaviours of hot and cold rolled al 6016 alloys and residual stress analysis

    FIRAT EŞİT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. YILMAZ TAPTIK

  4. Tez No

    75260

    Yaşlanabilir alüminyum alaşımlarının aşınma davranışları

    Başlık çevirisi yok

    YAVUZ SUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU

  5. Tez No

    128726

    Alüminyum alaşımlarının sürekli levha dökümü

    Continuous plate casting of aluminium alloys

    RAFET KARASU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM

Geri Dön