Rijit Sacların Yapısal Parça Tasarım Optimizasyonu

Abstract

Metal şekillendirme yöntemleri tüm dünyada yaygın kullanılmaktadır. Özellikle havacılık ve otomotiv sektörlerinde çok çeşitli yöntemler kullanılarak metale şekil verilmektedir. Metal şekillendirme yöntemlerinden biri olan hidrolik şekillendirme yöntemi, üretim kolaylığı, kalıp ihtiyacının azaltılabilmesi, karmaşık yapıların üretiminde etkili olduğu için tercih edilen yöntemlerden biri olmuştur. Sıvının sıkıştırılamayan özelliği kullanılarak basıncın eşit olarak iletilmesini hedefleyen bu yöntem, hidrolik metal şekillendirme yöntemini geleneksel metal şekillendirme yöntemlerinden ayırmaktadır. Kendi içerisinde de çeşitleri olan hidrolik metal şekillendirme yöntemlerinden bir tanesi de sac metal hidroform (Flexform) yöntemidir. Kauçuk tabanlı bir haznede hapsedilen sıvı basınçlandırılarak, kauçuk diyaftamın kalıp ve sac parça üzerine uyguladığı basınç ile metal şekillendirme yöntemi yapılmaktadır. Karmaşık yapıların üretimini mümkün de kılsa, diğer metal şekillendirme yöntemlerinde görülen kırışma, pot oluşumu, yırtılma ve geri yaylanma gibi sorunlar, bu yöntem için de geçerli olmuştur. Yapılan bu çalışmada sac metal hidroform yöntemi kullanılarak sac parça üzerinde şekillendirme desenleri oluşturulmuş, bu desenler sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Üç boyutlu diyafram, iki boyutlu kalıp ve sac parçanın kullanıldığı bu çalışmada birçok desen modellenmiş ve modellenen desenler arasında yapılan elastik analizler sonucunda en az bükülmeyi sağlayan, en mukavemetli şekillendirme deseni seçilmiştir. Seçilen desen, 0.60 mm kalınlığındaki titanyum CP2 malzemesi kullanılarak analiz ve tasarım optimizasyonları yapılmıştır. Maksimum %10 incelme tasarım kısıtlaması belirlenmiş, geri yaylanmayı mümkün olduğunca azaltmak amaçlı bir çalışma yapılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak plastik analizler gerçekleştirilmiş ve tasarım kısıtları yakalanıncaya kadar optimizasyon süreçleri devam etmiştir. Daha sonra deneysel işlemler için kalıplar üretilerek şekillendirme işlemi gerçekleştirilmiştir. Parça şekillendirildikten sonra parçada oluşan incelme, çarpılma ve mukavemet basit destekli kiriş yöntemiyle ölçülmüştür. Sehim ölçümleri yapıldıktan sonra ise, parça 3 boyutlu ortama lazer tarama yöntemi ile aktarılmış, simulasyon ile deneysel ürün bilgisayar ortamında geometrik olarak karşılaştırılmıştır.

Metal forming methods are widely used all over the world. Metal is shaped by using a wide variety of methods, especially in the aerospace and automotive industries. Hydraulic forming method, which is one of the metal forming methods, has been one of the preferred methods because of its ease of production, reduction of the need for molds, and effective in the production of complex structures. This method, which aims to transmit pressure evenly by using the incompressible property of the liquid, distinguishes the hydraulic metal forming method from the traditional metal forming methods. One of the hydraulic metal forming methods, which also has varieties in itself, is the sheet metal hydroform (Flexform) method. The liquid trapped in a rubber based chamber is pressurized, and the metal forming method is performed with the pressure exerted by the rubber diaphragm on the mold and sheet metal part. Although it makes the production of complex structures possible, problems such as wrinkling, pot formation, tearing and springback seen in other metal forming methods have also been valid for this method. In this study, forming patterns were created on the sheet metal part by using the sheet metal hydroform method, and these patterns were examined numerically and experimentally. In this study, in which a three-dimensional diaphragm, two dimensional mold and sheet metal part were used, many patterns were modeled and as a result of the elastic analyzes made between the modeled patterns, the most durable forming pattern was selected, which provides the least bending. Analysis and design optimizations were made using the selected pattern, 0.60 mm thick titanium with CP2 titanium material. A maximum 10% thinning design restriction was determined, and a study was conducted to reduce springback as much as possible. Plastic analyzes were carried out using the finite element method and the optimization processes continued until the design constraints were met. Then, molds were manufactured for the experimental processes and the shaping process was carried out. After the part was shaped, the thinning, distortion and strength gained by the part were measured by the supporting 4 point. After the deflection measurements were made, the part was transferred to the 3D environment by laser scanning method, and the simulation and experimental product were compared geometrically in the computer environment.