Otomobil sanayisindeki sac şekillendirme için ileri karakterizasyon ve kalıp tasarım yöntemleri

Abstract

Otomobil firmaları arasında var olan küresel rekabet son on yıldır kullanıcı beklentileri, güvenlik gereksinimleri, üretim zamanı ve maliyeti yüzünden artarak devam etmektedir. Bu faktörler otomobil firmaları kendi varlıklarını otomobil marketi içinde sürdürmeleri için önemli rol oynamaktadır. Birçok otomobil firması yüksek kalitede otomobil parçası üretebilmek için üretim yeteneklerini ve tekniklerini mekanik, deneme yanılma ve sanal olarak geliştirmeye çalışmaktadır. Deneme yanılma yöntemi zor ve maliyetli olduğu için sonlu elemanlar methodu kullanılmaktadır. Seri üretim öncesi kalıp alıştırma süreci oldukça önemli bir aşamadır. Her firmanın kendi kalıp alıştırma yöntemi ve yöntem bilgisi vardır. Bu bilgiler genellikle paylaşılmaz. Türkiye otomobil endüstirisinde büyük oyuncu olarak yer alan TOFAŞ 'ın amacı küresel oyunculara yetişmek ve bu yüzden kendi kalıp uygunluk stratejilerini sanal kalıp elemanları kullanarak geliştirmektir. Bu çalışmada, bu başarı yolunda önemli kilometre taşlarının neler olduğu açıklandı. Sanal uygunluk denemesi otomasyonu için ilgili malzeme özellikleri, sürtünme katsayıları, kalıp elastik özellikleri ve telafi stratejisi, temel teknik uzmanlık ve gerekli bilgiler yaratıldı. Malzeme karakterizasyonu sanal modelin girdilerini hazırlamak için önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada, birçok malzeme karakterizasyon testi uygulandı. Standart çekme testleri akma eğrisinin erken evrelerinin (boyun vermeden önceki evre) ve anizotropi parametrelerinin belirlenmesi için uygulandı. Hidrolik şişirme testleri yüksek çözünürlükte kamera kullanılarak gerçekleştirildi. Şekillendirme sınır grafikleri Nakajima yöntemi ve yüksek çözünürlükte kamera kullanılarak oluşturuldu. Yüksek çözünürlükte ölçüm sistemi şekillendirme sınır grafiklerinin, akma yüzeyinin ve akma eğrisinin elde edilmesinde kullanıldı. Sanal modelden doğru sonuç elde edebilmek için sürtünme katsayısı çok önemli bir kriterdir. Sürtünme katsayısını hesaplamak için iki yöntem kullanıldı; tersine mühendislik kullanılmadan doğrudan yaklaşım methodu ve tersine mühendislik yönetimi. Sanal modelden doğru sonuç elde edilebilmesi için çok önemli parametre olan elastik modül birçok test methodu kullanılarak elde edildi. Bunlar tekrarlı çekme testleri, ultrasonik ölcümler ve resonans frekansı ve sönümleme analiz methodu. Elde edilen elastic modul degerlerini doğrulamak için sonlu elaman yöntemi ve birçok test uygulandı. Bu testler üç noktadan bükme, dört noktadan bükme ve sürtünmesiz gerdirerek derin çekme testi ve sonlu elaman methodudur. Son olarak kalıp esnemesi ve telafisi için yeni yaklaşım önerildi. Anahtar kelimeler; Sac Metal Şekillendirme, Sonlu Eleman Analizleri, Malzeme Karakterizasyonu, Elastik Modül, Sürtünme Katsayısı, Optik Ölçüm Sistemi, Kalıp Deformasyonu ve Telafisi.Last several decades, existing global competition are going on among automotive companies because of increasing customer expectations, safety requirements, the manufacturing time and cost. These requirements play most significant role for automotive companies to continue one's existence in automotive market. Many automotive companies manage to develop their capabilities and techniques as mechanically, trial-error and virtually to manufacture high quality car components. Since the trial-error method is quite difficult and costly, finite element method (FEM) must be used. Tryout is the validation process of dies for a robust mass production. Each company has its own tryout strategy and the crucial know-how is usually not publicised. Being the major player in automotive industry in Turkey, TOFAŞ aims to catch up with the global actors, and hence intends to further develop its own tryout strategy utilizing virtual tools. In this study, one of the major milestones towards this success is introduced. Concerning the material properties, friction coefficients, elastic properties of dies and compensation strategies, the basic know-how and necessary information is created for further automatization of the virtual tryout practice. Material characterization plays most significant role in order to prepare input the virtual model. In this study, several material characterization tests are performed. Standard tensile tests are performed to obtain early stage of the yield curves and anisotropy parameters of sheet materials. The plastic behavior of the sheet metal under biaxial stress state is usually obtained by HBT. Hydraulic Bulge Test (HBT) is performed using high quality optical measurement system (GOM Aramis). Nakajima test is used to obtain Forming Limit Curve (FLC). The optical measurement system GOM Aramis is used to obtain sheet metal deformation during prediction of FLC and yield loci and flow curves from HBT. Furthermore, friction coefficient is an important parameter in order to obtain accurate results from virtual model. Basically there are two approaches in determining the friction coefficient: direct approaches provide the friction coefficient without inverse analysis through simulations and indirect ones requires inverse simulative evaluation. Elastic modulus, which is also a significant parameter to get accurate results from virtual models, is determined using several testing methods such as, tensile testing, ultrasonic measurement, Resonant Frequency and Damping Analysis (RFDA). Moreover, several testing method (Three Point Bending, Four Point Bending and Frictionless Stretch Drawing) and finite element method are used to verify obtained elastic modulus values. Finally, a new approach is proposed for the compensation of die and press deflection. Keywords: Sheet metal forming, finite element analyses, material characterization, elastic modulus, friction coefficient, optical measurement system, die deflection and compensation.