Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > CAD/CAM/CAE > Sonlu Elemanlar Metodunun Derin Çekme İşleminde Kullanılması:

7. Derin Çekme İle Soğuk Şekillendirme İşleminin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle İncelenmesi

Geometrik modellerin (üç boyutlu geometriler) oluşturulması CATIA V4.2.1 programında gerçekleştirilmiştir. Kalıp elemanları dahil tüm sistem yüzey olarak modellenmiştir. Parçalar sisteme yerleştirilirken et kalınlıklarının değeri ve doğrultusuna dikkat edilmiştir. Parçalar arasında olması gereken en az boşluk bırakılmış, böylece işlem süresinin gereksiz uzaması engellenmiştir.

Kalıp sistemi sırasıyla yukardan aşağıya; dişi kalıp, saç, pot çemberi ve erkek kalıptan oluşmaktadır. Kalıpçılıkta birçok hareketlendirme uygulaması söz konusudur. Çalışma içeriğinde uygulanan yöntemde; dişi sabit kalırken, pot çemberi, sacı dişi ile kendi arasında sıkıştırırken, erkek sonradan pot çemberinin içinden geçerek parçayı şekillendirmektedir.

Sistemin ağ yapısının (Mesh) oluşturulması CATIA V4.2.1 yazılımının FEM Modeller modülünde yapılmıştır. İncelenen sistemler yaklaşık 60000 ila 100000 elemandan oluşacak şekilde ağ yapısına dönüştürülmüştür. Bu elemanlardan, hesaplamada asıl görev yapan iş parçası (şekillendirilecek sac) 20000 ila 65000 eleman olarak oluşturulmuştur. Oluşan mesh hataları CATIA V4.2.1 yazılımının FEM Modeller modülünde düzeltilmiştir.
Ağ oluşumunda; parça boyutlarına, geometrideki keskin köşelerin yerleri ve dağılımlarına, en küçük kıvrım yarıçapına, işlemlerin yapılacağı bilgisayarın kapasitesine (Bellek, CPU, Disk) ve oluşturulacak elemanların dörtgen olmasına dikkat edilmiştir. 

Ağ yapı Shell63 (orta düğüm noktası içermeyen 4 düğüm noktalı) elemanıyla oluşturulmuştur. Bu eleman ekspilisit analizlere uygun değildir. Oluşturulan mesh bir ASCII dosyası olarak CATIA V4.2.1 yazılımının ANSYS interface modülü yardımıyla elde edilmiştir. Daha sonra ASCII dosyasının içinde eleman tanım satırı değiştirilerek Shell63 eleman Shel181'e dönüştürülmüştür.

Çözümler ANSYS/LS-DYNA'da, çözümlerin görüntülenmesi ve değerlendirilmesi LSPOST programında yapılmıştır.
Bu çalışmada iki farklı parça için birçok değişik analiz gerçekleştirilmiştir. Bunlardan ilki (bağlantı braketi) modellemenin güvenilirliğini sınamak amaçlı incelenmiştir. İkinci parça (taşıyıcı süspansiyon traversi) ideal kalıp tasarımının elde edilmesi amaçlı bir pilot çalışma olarak incelenmiştir.

7.1. Bir Bağlantı Braketinin Analizi

Analizi gerçekleştirilen bağlantı braketi kalıp sistemi Şekil 3'de gösterilmiştir. Bir hafif ticari aracın torpido bağlantı karkasında kullanılan bu parça uygulamada; şekilde belirtilen kalıp sisteminde düzgün imal edilememiştir. Parçada değişiklik yapılma yoluna gidilmiştir.

Sistemin sonlu elemanlar analizinden elde edilecek sonuçlar, deneysel parçanın yırtılma şekli ile karşılaştırılarak yöntemin tutarlılığı test edilecektir.

Uygulamada sistemin çalışması; sac, pot çemberinin üzerine yatırılır, dişi kalıp sabit sayılabilecek bir hızla aşağı doğru inerek, sacı pot çemberi ile kendi arasında sıkıştırır (Şekil 3c). Kalıp sistemi saca gelecek tutma kuvvetini şekillendirme esnasında sabit tutacak şekilde tasarlanmıştır. Dişi kalıp (Şekil 3a), pot çemberi (Şekil 3d) ile karşılaşmasına rağmen sabit hızla inmeye devam etmektedir. Deney aşamasında pot çemberinin altındaki yaylar ezilerek sabit sıkıştırma kuvvetini sağlamaktadır. Sac, pot çemberi ile dişi kalıp arasında sıkışmış bir şekilde, ilerlerken aşağıda sabit olarak bekleyen erkek kalıba doğru çarpar ve erkek kalıp (Şekil 3c) sacı gererek dişi kalıbın içine sıvar. Bu şekillendirme yöntemi otomotiv sektöründe iç panellerin imalatında en sık kullanılan yöntemdir.

Sonlu elemanlar analizinde sistemin simülasyonunda hareketler; saca göre diğer parçaların hareketleri aynı kalacak şekilde bazı kabullere dayanarak basitleştirilmiştir. Gerçek uygulamada olduğu gibi dişi kalıp aşağı inerek sacı pot çemberi ile sıkıştırır. Ardından, sonlu elemanlar simülasyonunda gerçek uygulamadan farklı olarak erkek kalıp yukarı doğru ilerleyerek sacı şekillendirmektedir. Bu sayede sistemin çözüm süresi kısalır, modelleme ve veri girme işlemlerinde de kolaylık sağlanmış olmaktadır.

Birçok farklı yazılımda veya aynı yazılımda benzer yöntemler kullanılabileceği gibi farklı kalıp hareketleri de uygulanabilir. Bu çalışma içeriğinde kullanılan metot tamamen yazarın kendi oluşturduğu bir yaklaşımdır, simülasyonun gerçekçiliği ilerleyen bölümlerde açıklanacak deney ile ispatlanmıştır.

7.1.1. Kalıp Sisteminin Elemanları

Braketin analizinde kullanılan kalıp elemanları Şekil 3'de verilmiştir.

Pot çemberinin ortasında erkek kalıbın geçebilmesi için bir boşaltma yapılmamıştır (Şekil 3c,d). Pot çemberi ile erkek kalıp arasında temas tanımlanması yapılmamış olduğundan kalıp sisteminin çalışması esnasında erkek kalıp, pot çemberi içinden hiçbir problem oluşmadan geçebilmektedir. Bu sayede pot çemberinin mesh kalitesi yükselmiş ve modelleme süresi kısalmıştır. 


Dişi kalıp, pot çemberi ve erkek kalıp mesh işleminde çok detaylı ağ yapısı oluşturulmuştur. Çünkü bu parçalar gerilme ve şekil değiştirme hesaplarına katılmayan rijit malzemelerden tanımlanmıştır. Bu parçalar çözüm süresini uzatmazlar. Şekillenecek parçanın ilk hali (Şekil 3b) olarak kullanılacak ağ yapısı mümkün olan en az elemanla geometrinin son halini en iyi şekilde ifade edebilecek şekilde yapılmış ve en tutarlı sonucu elde edebilmek için en çok hesap noktası içeren eleman tipi ile mesh işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu parçanın eleman boyutları, sayısı ve eleman tipi çözüm süresinin belirlenmesinde önemli rol oynamaktadır.

7.1.2. Derin Çekme Deneyi

Torpido bağlantı braketi parçası klasik kalıpçılık yöntemleri kullanılarak tasarlanmış, kalıp sisteminde preslenmiş ve sonuçta yırtılmalar tespit edilmiştir. Kullanılan kalıp sistemi tek etkili kalıp sistemidir. Tek tesirli veya tek etkili diye adlandırılan kalıp sisteminde saca, şekillendirme hareketi erkek kalıp tarafından verilir.
Uygulama BMC firmasının gövde üretim atölyelerinde gerçekleştirilmiştir. 18 ton kapasiteli bir hidrolik pres kullanılmıştır. Saçta yırtılma gözlendikten sonra bir sonraki uygulamada kalıp ve sac yüzeylerine sürtünmeyi azaltmak amacıyla yağ sürülmüştür. Fakat bu uygulamanın yırtılmaya engel olmadığı gözlenmiştir. Kalıp sisteminin hareket süreleri değiştirilerek bir dizi imalat denemesi daha yapılmış fakat yine sonuç alınamamıştır (Şekil 4).

Parça geometrisi, yeniden incelendiğinde, bu işlemin "100 mm"'ye yakın çekme derinliğini çok az bir sac yüzeyinden ve oldukça dik bir açıda oluşturmaya çalıştığı tespit edilmiştir.

Tasarım değişikliği, çekme derinliğinin azaltılması ve yırtılan bölgedeki kalıp çıkma açısının miktarının artırılması şeklinde yapılmıştır. Yapılan değişiklik sonrası parça imalatı hatasız bir şekilde gerçekleştirilebilmiştir.

Parça içerdiği yırtılmalar, ekspilisit sonlu elemanlar yönteminin sınanabileceği iyi bir örnek oluşturmaktadır. Bu yüzden hatalı parçanın imal edildiği kalıplar incelenerek, ekspilisit analiz için gerekli zaman, yer değiştirme ve kalıp açıklığı verileri kalıp sistemi üzerinden alınmıştır. Ayrıca kalıp elemanlarının üç boyutlu geometrik modelleri de hazırlanmıştır.

         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.