Progresif kalıpla derin çekme süreçlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ve optimizasyonu

Bu tez çalışmasında, progresif kalıpla derin çekme işlemi ile üretilen DC04 sac metal parçanın sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ve simülasyonu yapılmıştır. Sac malzemenin mekanik özelliklerini belirlemek için sacın haddeleme yönüne 0, 45, 90 derece olacak şekilde hazırlanan numuneler ile çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Buradan malzemenin gerilme-genleme eğrileri, anizotropi katsayıları, pekleşme üstelleri, mukavemet katsayıları gibi analiz için gerekli parametreler elde edilmiştir. Gerilme-genleme eğrilerinde, üç haddeleme yönünde malzemenin benzer elastik ve plastik davranış gösterdiği tespit edilmiştir. Sonlu elemanlar analizlerinde çözücü ve çözüm yolu seçimi çok önemli bir yer teşkil etmektedir. Zira, modellenecek sisteminin de problem çözümüne doğru bir biçimde ulaşmayı sağlayacak nitelikte olması gerekir. Bunun içinde deneysel sonuçlar ile analiz sonuçlarının birbiri ile uyumlu olması beklenir. Birden fazla baskı ile aşamalı olarak gerçekleşen derin çekme analizleri, kapalı çözüm metoduyla ANSYS "Static Structural" modülü kullanılarak yapılmıştır. 0,6 mm kalınlığındaki sac parça progresif kalıp makinesinde üç farklı kalıp ile üç ayrı baskı işleminden geçerek derin çekilmektedir. Derin çekme işlemi sonlu elemanlar analizi ile birebir olarak modellenmeye çalışılmıştır. Öncelikle, sac metal malzemenin kesme kalıbı ile kesildikten sonra uzunluk, genişlik ve kalınlığı ölçülmüştür. Ardından, derin çekme işlemi yapılarak uzunluğu, genişliği, derinliği ve et kalınlıkları ölçülmüştür. Kesme ve derin çekme sonrası uzunluklar arasında oluşan fark ölçülmüş ve ilk derin çekme için sonlu elemanlar analizleri bu sonuçlar birbiri ile uyumlu olana dek sürdürülmüştür. Yüzeyler arasındaki sürtünme katsayıları ve pot çemberi kuvveti bilinmeyenlerini değişkenler olarak değerlendirip sonuçlar birbiri ile uyumlu olana dek analizler tekrar edilmiştir. Derin çekme işleminde bilinmeyenler olan olan pot çemberi kuvveti ve yüzeyler arasındaki sürtünme katsayılarının elde edilmesinden sonra, ikinci ve üçüncü derin çekme işlemlerine geçilmiştir. Parça progresif kalıp makinesi ile I. II. ve III. işlemleri ile derin çekilmektedir. Aynı analizin içerisinde, üç derin çekme işlemi için sonlu elemanlar modeli kurularak analizler yapılmıştır. Sac parça nihai formunu üçüncü baskı sonrasında almaktadır. İşlem sayısını düşürebilmek için II.'den III. baskıya ve I.'den III. baskıya doğrudan geçiş için analizler tekrarlanmıştır. Benzer analizler daha ince sac kalınlıkları ile de tekrarlanarak hasar oluşmadan hem sacdan hemde baskı sayısından tasarruf edilebilirlik incelenmiştir. Bunun için şekillendirme sınırı diyagramı farklı sac kalınlığı ve farklı derin çekme süreçleri için oluşturulmuştur. Analiz sonuçlarından en büyük ve en küçük genlemeler ile kalınlıklar esas olarak incelenmiştir. Elde edilen genlemeler ile literatürden alınan hasar eğrileri kullanılarak şekillendirme sınırı diyagramları oluşturulmuş ve 0,6 mm kalınlığında ki sac parçanın, kalıplarda herhangi bir değişiklik yapılmadan, aslında iki aşamalı bir derin çekme işlemi ile de hasara uğramadan gerçekleştirilebileceği belirlenmiştir. Bu analizler sonucunda, sac kalınlığının en az inceldiği işlem II.'den III. derin çekme işlemine doğrudan geçişte olduğu, en fazla inceldiği işlem ise I.'den III. derin çekme işlemine geçişte olduğu görülmüştür. Bununla beraber, progresif kalıp makinesinde II.'den III. baskıya direk geçiş sağlanarak analiz sonucu deneysel olarak ispatlanmıştır. Bu çalışmalara ek olarak, sac kalınlığı inceltilebilirliği ve derin çekme baskı sayısının düşürülebilirliğini incelemek için analizler yapılmıştır. Yapılan çalışmalar ile, tek baskılı derin çekme işlemlerinde zımba eğrilik yarıçapı arttıkça, sac parça kalınlığının daha az inceldiği, zımba eğrilik yarıçapı azaldıkça da sac parça kalınlığının daha fazla inceldiği sonucu ortaya koyulmuştur. Ancak birden fazla aşamada gerçekleştirilmesi gereken derin çekme işlemlerinde ise, nihai formu veren zımbaya daha benzer geometri ve eğrilik yarı çaplı bir zımba ile ilk baskıyı gerçekleştirmenin derin çekme sonunda sac kalınlığını daha az incelteceğini ve şekillendirme sınırı eğrisinin daha aşağısında çalışılabileceğini göstermiştir. Bunun sonucu olarak da, II.'den III. baskıya doğrudan geçerek sac kalınlığının 0,5 mm'ye düşürülebileceği sonucu elde edilmiştir. Sac kalınlıkları ve şekillendirme sınırı diyagramları beraber değerlendirildiğinde, sac malzeme kalınlığının %20 ve daha fazla inceldiği noktaların hasar eğrisine daha çok yaklaşan noktalar olduğu gözlemlenmiştir. Hasar eğrisini geçen ve hasara uğrayan noktaların ise sacın daha fazla incelmeye uğradığı yüzeylerde meydana geldiği sonucu elde edilmiştir.