Simulation-Assisted Production of Stainless Steel Fasteners Using Pre-Deformed Raw Material by Cold Forging Method

Abstract

The initial properties of the raw material used while producing by cold forging change the mechanical properties of the final product resulting from deformation. Depending on the amount and speed of deformation, there is an increase in strength and a decrease in formability after cold forging on the basis of the true stress - strain curve of the material. In this study, pre-deformation of 304Cu (1.4567) quality raw material used to produce fasteners in A2-70 class by wire drawing before forging and the change of the mechanical properties of the raw material, on the basis of this change, the simulation supported design of the fastener mold and process was carried out. Simufact.forming software was used in cold forging simulation studies. According to the simulation data, the yield strength value increased from 215 MPa to 620 MPa as a result of thinning the raw material from Ø7.80 mm to Ø6.95 mm with wire drawing operation. In this case, the properties of the raw materials entering the cold forging have changed according to the deformation percentage amount, and the material properties and mold design used in the finite element simulation supported production were made according to this data. As a result of the use of this raw material in the cold forging simulation, the HV10 hardness value in the fastener head region, where deformation is intense on the basis of the die geometry, has reached the levels of 320 to 340 HV. Material flow lines, product dimensional tolerances, rolling and thread cutting processes during deformation were verified in the computer environment and physical product production was made. Hardness, strength and structural checks were performed and compared with numerical model values. Especially, the changing material properties as a result of the wire drawing process applied to the starting raw material and its effect on cold forging were investigated mechanically and metallographically.

Keywords

• Plastic Forming
• Pre-Deformation
• Fastener
• Stainless Steel

Ön Deformasyona Uğratılmış Hammadde Kullanılarak Paslanmaz Çelik Bağlantı Elemanının Simülasyon Destekli Soğuk Dövme Üretimi

Abstract

Soğuk dövme ile üretim gerçekleştirirken kullanılan hammaddenin başlangıç özellikleri, deformasyon sonucunda ortaya çıkan nihai ürün mekanik özelliklerini değiştirmektedir. Deformasyon miktarı ve hızına bağlı olarak malzemenin gerçek gerilme - şekil değişimi eğrisi esasında soğuk dövme sonrası mukavemette artış ve şekil alabilirlikte azalma sözkonusu olmaktadır. Bu çalışmada A2-70 sınıfında bağlantı elemanı üretmek için kullanılan 304Cu (1.4567) kalite hammaddenin dövme öncesi tel çekme ile ön deformasyona uğratılması ve hammaddenin mekanik özelliklerinin değişimi, bu değişim esasında bağlantı elemanı kalıp ve prosesin simülasyon destekli tasarımı gerçekleştirilmiştir. Soğuk dövme simülasyon çalışmalarında simufact.forming yazılımı kullanılmıştır. Simülasyon verilerine göre hammaddenin Ø7,80 mm ’den Ø6,95 mm ’ye tel çekme operasyonu ile inceltilmesi sonucunda akma mukavemeti değeri 215 MPa ’dan 620 MPa ’ya yükselmiştir. Bu durumda yüzde deformasyon miktarına göre soğuk dövmeye giren hammadde özellikleri değişmiş olup sonlu elemanlar simülasyonu destekli üretimde kullanılan malzeme özellikleri ve kalıp tasarım bu veriye göre yapılmıştır. Bu hammaddenin soğuk dövme simülasyonunda kullanılması sonucunda ise kalıp geometrisi esasında deformasyonun yoğun gerçekleştiği civata kafa bölgesinde HV10 sertlik değeri 320 ile 340 HV seviyelerine gelmiştir. Deformasyon sırasında oluşan malzeme akış çizgileri, ürün ölçü toleransları, ovalama ile diş açma işlemi sayısal ortamda gerçekleştirilmiş ve tasarım bilgisayar ortamında doğrulanarak, fiziksel ürün üretimi yapılmıştır. Sertlik, mukavemet ve yapısal kontroller gerçekleştirilmiş ve sayısal model değerleri ile karşılaştırılmıştır. Özellikle başlangıç hammaddesine uygulanan tel çekme işlemi sonucunda değişen malzeme özellikleri ve soğuk dövmeye etkisi mekanik ve metalografik olarak araştırılmıştır.

Keywords

• Plastik Şekil Verme
• Ön Deformasyon
• Bağlantı Elemanı
• Paslanmaz Çelik.

References

1. [1] Olsson, C-OA., Landolt, D. 2003. Passive Films on Stainless Steels, Chemistry, Structure and Growth. Electrochimica Acta., 48, 1093-1104.
2. [2] Aran, A., Demirkol, 1995, M. İTÜ Makine Mühendisliği İmal Usulleri Ders Notları. İstanbul, 156.
3. [3] Çapan, L. Giriş, 1991. Dövülebilirlik, Açık Kalıpta Dövme. TMMOB Makine Mühendisleri Odası Seminer Notları, İstanbul, Türkiye, , 5-7.
4. [4] Sönmez, F.O., Demir, A. 2006. Analytical relations between hardness and strain for cold formed parts. Journal of Materials Processing Technology. 186, 163–173
5. [5] İnce, U., Güden, M. 2008. Simulation Of The Cold Forging Process In Fastener Manufacture. III. International Scientific Technical Conferance,
6. [6] Erbil, E., İnce, U. 2010. Sayısal Benzetim Yöntemiyle Soğuk Dövme Uygulamaları. Mühendis ve Makina. 51(611), 9-22.
7. [7] Tekkaya, A.E., Sonsöz, A. 1995. Life Estimation of Extrusion Dies. CIRP Annals., 44, 231-234.
8. [8] Kılıçaslan, C., İnce, U. 2017. Civata Soğuk Dövme İşleminde Kalip Ömrünün Arttirilmasi: Dövme Kademe Tasarımının Etkisi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 21(5), 961-967.

9. [9] İnce, U., Yavuzbarut, T. 2017. Impact of Simulations on Cold-Forging Designs. Forge. August, 16-19.
10. [10] Hsu, Q.C., Lee, R.S. 1997. Cold Forging Process Design Based on the Induction of Analytical Knowledge. Journal of Materials Processing Technology. 69(1-3), 264-272.
11. [11] Wagner, K., Putz, A., Engel, U. 2006. Improvement of Tool Life in Cold Forging by Locally Optimized Surfaces. Journal of Materials Processing Technology. 177, 206-209.
12. [12] Geiger, M., Hansel, M., Rebhan, T. 1992. Improving the Fatigue Resistance of Cold Forging Tools by FE Simulation and Computer Aided Die Shape Optimization. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B Journal of Engineering Manufacture, 143-150.
13. [13] Hyunkee K., Altan T. 1996. Cold Forging of Steel - Practical Examples of Computerized Part and Process Design. Journal of Materials Processing Technology. 59(1-2), 122-131.
14. [14] http://www.ssina.com/download_a_file/fasteners.pdf, (Erişim:12.09.2018)
15. [15] Başdemir, V., Baygut, A., Çulha, O., 2018. Soğuk Dövme Tekniği İle Bağlantı Elemanı Üretiminde Kullanılan Plastik Şekil Verme Teknolojileri. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 7-3.
16. [16] Baygut, A., Sakin, A., Yazıcı, S. Bağcı, T., Çulha, O., 2018. Ovalama Prosesi ve Talaş Kaldırma Prosesi Kullanılarak Oluşturulan M8x1,25 Vida Dişlerinin Mekanik Ve Metalurjik Özelliklerinin İncelenmesi. Poster Sunumu, OTEKON 2018.
17. [17] Shivpuri, R., Sailesh, B., Kini, S., Pauskar, P., Deshpande, A. 1994. Recent advances in cold and warm forging process modeling techniques: selected examples. Journal of Materials Processing Technology. 46 ,253-274.