Havacılık uygulamalarında gerdirerek şekillendirme işleminin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Gerdirerek şekillendirme işlemi yaygın olarak havacılık sektöründe sac gövde panellerin üretiminde kullanılır. Bu işlemde düz haldeki sac parça kenarlarından hidrolik kuvvetle hareket eden bir erkek kalıp üzerinde gerdirerek şekillendirilir. Bu esnada parçayı iki kenarından yine hidrolik kuvvetle hareket eden çeneler tutar. Kaliteli parçalar üretebilmek için kalıp-çene hareketleri ve yağlama koşulları gibi işlem parametrelerinin uygun şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Mevcut durumda bu parametreler üretim tecrübesi ve geleneksel yöntemlerle belirlenmektedir ki bu işlemi yavaşlatmakta ve hurda riskini arttırmaktadır. Bu çalışmada amaç, gerdirme işleminde fiziksel denemelerin yerini alabilecek sayısal denemelere olanak sağlayan sonlu eleman modelini oluşturmak ve işlemi optimize etmektir. Sonlu eleman modelinin başarısı büyük ölçüde malzeme davranışı ve sürtünmenin doğru modellenmesine bağlıdır. Malzeme davranışını tespit için sık kullanılan alüminyum alaşımlarının çekme, şişirme ve şekillendirme sınır testleri yapılmış ve bu testlerden elde edilen veriler pekleşme eğrileri, akma bölgeleri, anizotropik sabitler ve sınır şekillendirme eğrilerinin tanımlanmasında kullanılmıştır. Bir başka çalışmada, yapılan özel testlerle kalıp ile sac arasındaki sürtünme katsayısı farklı sürtünme koşulları için tespit edilmiştir. Markalanmış alüminyum alaşım saclar yarı-dairesel kalıp üzerinde şekillendirilerek ve oluşan deformasyon optik olarak ölçülerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler oluşturulan sayısal modelin doğrulanmasında kullanılmıştır. Son olarak, takım hareketlerini belirleyen bir yöntem geliştirilmiş ve bu yöntem gerçek bir uçak parçası üzerinde başarıyla uygulanmıştır.

Stretch forming process is commonly used in the aerospace industry for forming large sheet panels. In this process, a flat sheet is stretched over a form-block that acts by hydraulic power. During this action, the sheet is gripped from the sides by jaws which are also hydraulically moved. Process parameters like die-jaw movements and lubrication conditions have to be determined properly in order to produce good quality parts. In the present situation, those parameters are determined by production experience and traditional methods which slow down the process and increase the scrap risk. This study aims to optimize the stretch forming process by establishing a finite element model which provides numerical tryouts instead of physical ones. The success of the numerical analysis is highly dependent upon proper modeling of material behavior and friction. In order to capture the correct material behavior, tensile tests, bulge tests and forming limit diagram tests of commonly used sheet alloys were conducted. The results were then used for defining the hardening curves, yield loci, anisotropic constants and forming limit curves. In another study, the friction coefficients for various conditions between the tool and the sheet surfaces were determined by doing distinctive tests. Experiments were conducted by forming marked aluminum alloy sheets on a semi-circular form-die and measuring the deformation optically. They were used for the validation of the established numerical model. Finally, a method was proposed to determine the tool movements and applied successfully on a real aircraft part.