Gerdirerek şekillendirme işleminin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Gerdirerek şekillendirme operasyonu, yaygın olarak havacılık sektöründe kullanılmakta olan geniş sac panelleri imal etmek için kullanılan bir yöntemdir. Bu prosesin başarısı büyük ölçüde sac malzemenin mekanik özellikleri, takım-iş parçası ara yüzeyindeki sürtünme koşulu, takım ve çenelerin birbirine göre bağıl hareketleri gibi işlem parametrelerine bağlıdır. Deneme yanılma prosedürü ile en iyi proses parametrelerinin tespiti oldukça zor ve maliyetlidir, bu nedenle sonlu elemanlar analizine ihtiyaç duyulmaktadır.Bu çalışmanın amacı, gerdirerek şekillendirme prosesi için sonlu elemanlar modeli (SEM) geliştirmektir. Bu amaç için, hassas malzeme ve güvenilir temas modeli gerekmektedir. Modele girdi oluşturabilmek için, yaygın olarak kullanılan alüminyum alaşımlarına yönelik mekanik malzeme karakterizasyon testleri yürütülmüştür. Alüminyum sac malzemenin deformasyon davranışı ve anizotropik özelliklerini elde etmek için; standart çekme, basma, hidrolik şişirme testi (HŞT) ve şekillendirme sınır diyagramı (ŞSD) testleri gerçekleştirilmiştir. Malzeme deformasyonu süresince, ŞSD'lerin ve HŞT ile akma eğrilerinin tespiti için yüksek çözünürlüklü CCD kameraları kullanılmıştır. Ayrıca, ters analiz tekniği kullanılarak gerdirme operasyonunda karşılaşılan farklı yağlama koşulları için sürtünme katsayılarının tespiti yapılmıştır.Bu girdiler kullanılarak; çene kullanılarak gerdirme, kalıp kullanılarak gerdirme ve senkronize edilmiş takım hareketleri ile gerdirme gibi üç temel gerdirerek şekillendirme takım hareketleri sayısal olarak modellenmiştir.Modelin iyileştirilmesi ve analiz sonuçlarının doğrulanması amacıyla 3-B optik deformasyon ölçüm cihazı olan, GOM-Argus kullanılarak deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, seçilen üç farklı havacılık sac malzemesi analiz edilmiş ve sayısal modelin başarısı endüstriyel uygulamalar için kanıtlanmıştır.Stretch forming process is commonly used in the aircraft industry for the manufacturing of large sheet panels. The success of this process is highly dependent on the process parameters like mechanical properties of sheet material, the friction condition between tools-part interfaces and relative motions between tool and jaws. Determining the best parameters by trial - error procedure is quite difficult and costly, so that finite element analysis is needed.The scope of this study is to establish finite element model (FEM) for stretch forming process. For this purpose, accurate material and reliable friction modeling are required. Material characterization tests of mostly used aluminum alloys are conducted to prepare input to the model. Standard tensile, stack compression, hydraulic bulge test (HBT) and forming limit diagram (FLD) tests are performed in order to identify deformation behavior and anisotropy properties of aluminum sheet materials. High accuracy CCD cameras are used to obtain material deformation during determination of FLDs and flow curves from HBT. Also, friction coefficients are determined for various lubrication conditions encountered in stretch forming processes using inverse based analysis.Using these inputs, numerical model of the process is established by FEM for three basic stretching tool motions, which are; stretching the sheet by jaw, stretching the sheet by form die and finally stretching the sheet material by synchronized motion of both tools.In order to improve the model and validate the analyses results, experimental work is also performed in which the deformation of the sheet is measured optically using GOM-Argus 3-D deformation measurement device. Then, three selected aerospace sheet parts were analyzed and success of the model for industrial applications is proved.