Mekanik otofretaj işleminin eniyilemesi

Abstract

Otofretaj, kalın cidarlı silindirlerin kullanımı öncesinde silindir cidarında kalıntı gerilme oluşturma işlemidir. Bu kalıntı gerilmeler yüksek basınçlı uygulamalarda servis basıncının uygulandığı esnada oluşan gerilmelerin bir kısmını elimine ederek, basınçlı kapların basınç taşıma kapasitelerinin artmasına yardımcı olmaktadır. Pratikte hidrolik ve mekanik olmak üzere iki farklı otofretaj yöntemi vardır. Mekanik otofretaj kalın cidarlı silindirlerde faydalı kalıntı gerilmeler oluşturmak için hidrolik otofretaja nazaran daha ekonomik bir yöntemdir. Bu çalışmada, ısıl işlem uygulaması sonucu farklı malzeme özellikleri kazanmış aynı boyutlardaki iki adet kalın cidarlı silindire uygulanan mekanik otofretaj işlemi incelenmektedir. Çalışmanın öncelikli amacı, mekanik otofretaj işleminden maksimum faydanın elde edildiği optimum mandrel-iç çap arakesit oranının belirlenmesidir. Bu amaç doğrultusunda, iki adet kalın cidarlı silindirin maksimum 400 MPa servis basıncında kullanılacağı varsayılarak, otofretaj görmüş silindirin en kritik bölgesi olan elastik-plastik geçiş çapı üzerinde oluşan eşdeğer gerilmeler belirlenmiştir. İlk önce 400 MPa iç basınca maruz kalan otofretaj görmüş kalın cidarlı silindirlerin elastik-plastik geçiş çapı üzerindeki Tresca ve Von Mises eşdeğer gerilmeleri analitik olarak belirlenmiştir. Sonrasında ise ABAQUS yazılımı kullanılarak analitik modelin doğrulaması yapılmıştır. Mekanik otofretaj işlemi optimum değerler dikkate alınarak fabrika ortamında gerçekleştirilmiş olup iç ve dış çaplardaki kalıcı genişleme oranlarının belirlenmesi amacıyla ölçümler gerçekleştirilmiştir. İç ve dış çap oranları ABAQUS yazılımıyla da elde edilmiş ve ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.

Autofrettage is the process of residual stress formation on the walls of the thick walled cylinders before their usage. These residual stresses help to increase the pressure bearing capacity of the thick walled cylinders by eliminating some stresses when service pressure is applied in the high pressure applications. In practice, there are two different autofrettage methods as hydraulic and swage. Swage autofrettage is a more economical method to form beneficial residual stresses in the thick walled cylinders when it is compared with the hydraulic autofrettage method. In the current study, swage autofrettage process, applied on to two thick walled cylinders which have gained different material properties by heat treatment process is investigated. The main objective of the study is to determine the optimum mandrel-inner diameter interference ratios that results in maximum benefit. In accordance with this purpose, it is determined equivalent stresses on elastic-plastic junction, which is the most critical region of autofrettaged cylinder, being assumed to be used in max. 400 MPa service pressure. At first, maximum Tresca and Von Mises equivalent stresses on the elastic-plastic junction are obtained analytically for the autofrettaged thick walled cylinders exposing to the internal pressure of 400 MPa. Then, the verification of the analytical model is performed by making use of a ABAQUS software which uses the finite element method. Swage autofrettage is applied in the factory considering optimum values and permanent expansion of inner and outer diameter is measured. It is also calculated making use of ABAQUS software and results are compared.