DC04 otomotiv sacının hidromekanik yöntem ile şekillendirilebilirliğinin sonlu elemanlar yöntemi ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, sac şekillendirme prosesleri içinde yer alan ve son yıllarda dikkatleri üzerine çeken hidromekanik derin çekme yönteminin deneysel ve sayısal incelemesi yapılmıştır. Deneylerde, otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan DC04 sac malzeme kullanılmıştır. Öncelikle sac malzemenin şekillendirilebilirlik sınırlarını ortaya koymak amacıyla çekme ve şekillendirilebilirlik sınır diyagramı testleri yapılmıştır. Hidromekanik derin çekme deney düzeneği; 30 mm çapında zımba, sıvı basıncının sac malzemeye uygulandığı alt hazne (dişi kalıp), basıncı ayarlanabilir üst gurupla yekpare baskı yastığı ile basınç ayarlama ve ölçme ekipmanlarından oluşmuştur. Üst ve alt kalıp gurubu, derin çekme maksatlı hazırlanmış bir hidrolik prese montaj edilmiştir. Baskı yastığı basıncı, hidrolik presin yastık basıncından alınmış, alt hazne ise ön şişirme basıncı kullanılmaksızın manüel doldurulmuştur. Deney değişkenleri olarak; farklı sac malzeme çapları, şekil değiştirme hızı, hazne basıncı ve baskı yastığı kuvveti kullanılmıştır. Farklı çaplardaki DC04 sac malzemeler hidromekanik derin çekme ve geleneksel derin çekme işlemlerinde şekil değiştirme hızı, hazne basıncı ve baskı yastığı kuvveti değiştirilerek test edilmişlerdir. Deneysel çalışmalar, sac malzeme şekillendirme süreçlerinde yaygın hata tipi olarak gözlenen kırışıklık ve kırılma açısından değerlendirilmiştir. Şekillendirilmiş parçadaki kalınlık değişimlerinde deney değişkenlerinin etkileri ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmalar öncesinde sac malzeme yüzeyinde lazer işaretleme tekniği ile 5 mm çapında dairesel ağlar oluşturulmuştur. Deney sonucunda ağlardaki uzama değişimleri ölçülmüş, uzama dağılımlarının, daha önceden belirlenmiş olan DC04 sac malzemenin şekillendirilebilirlik sınır eğrisi üzerindeki konumları incelenmiştir. Deney şartları ve değişkenleri, sac malzeme şekillendirme süreçlerinde yaygın olarak kullanılmakta olan AUTOFORM yazılımı ile sonlu elemanlar tekniği kullanılarak analiz edilmiştir. Analizler neticesinde, hidromekanik ve geleneksel derin çekilerek şekillendirilmiş sac malzemede meydana gelen kalınlık değişimleri ve şekillendirilebilirlik sınır eğrisine göre uzama dağılımlarının konumu değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalar neticesinde, hidromekanik derin çekme şartlarında şekil değiştirme hızının çok önemli bir etken olduğu gözlenmiş, düşük şekil değiştirme hızlarının şekillendirme sürecini olumlu etkilediği görülmüştür. Hazne basıncının en önemli şekillendirme etkeni olduğu ve sac malzeme için en uygun bir basınç değeri olduğu tespit edilmiştir. Hazne basıncının yüksekliğine bağlı olarak baskı yastığı kuvvetinin de artırılması gerekmiş, düşük baskı yastığı kuvvetiinin hazne basıncının oluşturulmasına ve kırışıklık oluşmasına olumsuz etkileri tespit edilmiştir. Baskı yastığı kuvvetinin çok yüksek olması ise sac malzemenin kırılmasına sebep olmuştur. Hidromekanik derin çekme işleminin geleneksel derin çekmeye göre, çekme oranını geliştirdiği, yüzey kalitesini artırdığı ve kalınlık değişimlerini ise azalttığı tespit edilmiştir. Deneysel çalışma sonuçları ile sayısal analiz sonuçları karşılaştırılmış ve aralarında iyi bir uyum olduğu görülmüştür.

In this study, the experimental and numerical investigation of the hydromechanical deep drawing method which has drawn attention in recent years was performed. In the experimentts, DC04 sheet metal which has been widely used in automotive sector was used. The tension and formability limit diagram tests were performed first to display formability limits of sheet material. The experimental setup of hydromechanical deep drawing consisted of a 30 mm punch, the lower chamber (female mold) wherein fluid pressure is applied to the sheet material, the upper group with adjustable chamber pressure, a set-piece pressure pot and the measurement equipment. The upper and lower molds are mounted on a hydraulic press prepared for deep drawing purposes. Pressure-pot pressure was derived from the bearing pressure of hydraulic pres whereas the lower chamber was filled out manually without using the pre-inflation pressures. Various sheet metal diameters, drawing rate, chamber pressure and pressure-pot pressure were used as experimental variables. DC04 sheet materials of varying diameters were tested changing the tensile rate, chamber pressure and pressure-pot pressure within hydromechanical and conventional deep drawing processes. Experimental studies were evaluated in terms of wrinkles and cutting which are commonly observed as errors in sheet material forming processes. The effects of experimental variables were displayed on thickness variability of the formed part. Prior to experimental manipulation, circular grids 5 mm in diameter were formed on the surface of the sheet metal using laser marking. After the treatment, elongation variation of grids were measured and the position of these on the predetermined formability limit curve of the DC04 sheet materials were examined. Experimental conditions and variables were analyzed using AUTOFORM software widely used in the sheet metal forming processes and the finite element technique. Following analysis, thickness variability of sheet metal formed by hydromechanic and traditional deep drawing; and the location of strain distribution according to the formability limit curve were evaluated. As a result of the experiements, it was observed that the speed of shape shifting under hydromechanic deep drawing conditions was a very important factor, and that slow shape shifting speeds had a positive effect on the formation process. Reservoir pressure was identified as the the most important shaping factor and the most appropriate pressure value for the material. Pressure-pot pressure had to be increased depending on the highness of chamber pressure; and negative effects of low pressure-pot pressure on creating reservoir pressure and the forming of wrinkles were identified. High pressure-pot pressure caused sheet metal to break. It was found that deep drawing method as compared to traditional drawing method, improved the drawing rate, increased the surface quality and reduced thickness variability. The results of the experiment and numerical analysis were compared and were found to be in line with each other.