| |
SAÇ FORMLAMADA SİMÜLASYON
Etiketler:
makine, sac, formlama, simülasyon, torna, cnc, takım, CNC, lazer, tezgah, motor, seri, motor, metal, elektrik, elektronik, bilgisayar, kontrol, cihaz, sanayi, mekatronik,
Metallerin soğuk formlanması, kalıp içerisinde metale akma gerilmelerini aşan gerilmelerin uygulanmasıyla kalıcı (plastik) şekil verdirilerek yapılır. Kalıbın yüzeyleri elde edilmesi istenilen ürüne uygun olarak işlenmiştir.
Metal olarak, kalınlığının diğer 2 boyutunun yanında çok küçük kalmasından dolayı saç şekillendirme, metal formlamanın özel bir halini teşkil eder. Saç şekillendirmenin önemli bir karakteristiği, formlamada saç yüzeyine dik yöndeki gerilmenin saç yüzeyi içerisindeki gerilmeye göre çok küçük olması, sayısal çözümlemede bazen ihmal edilmesidir.
Simülasyon için kalıp elemanlarının tanımı Otomotivde en fazla uygulanan saç şekillendirme yöntemi olan Derin Çekmede ilk hareket olarak saç, kalıbın Pot Çemberi (Blankholder) ve Dişi (Die) elemanları arasında Pot Çemberi baskısı ile tutulur. Bu baskı kuvveti ile tutma, kalıcı şekillendirme sırasında saçta oluşacak kırışmaları engellemek ve saç akışını kontrol etmek için gereklidir. Daha sonra Erkek kalıp (Punch) sacı dişiye doğru çekerek strok sonunda istenilen şekli verir. Strok sırasında saçta kendi yüzeyi içerisinde her an değişen basma ve çekme gerilmeleri oluşur. Bu gerilmelerle saç şekil alırken aynı zamanda malzeme özelliklerinin değişimi_pekleşme (stress hardening)_ ve kalınlık değişimleri oluşur. Sığ parçalarda, bükülme/burkulma dayanımını arttıran pekleşmeyi verecek uzamalar oluşabilmesi için pot çemberi baskı kuvvetini oldukça yüksek uygulamak gerekir. Pot Çemberi üzerinde süzme kanalları ve erkek kalıp üzerinde ek olarak yapılan
girinti/çıkıntı şekilleri saç akışının ve uzamalarının kontrolünde kullanılan çok önemli unsurlardır. Süzme kanallarından geçerken sacın, kanal profilinin üzerinden deforme olarak geçmesi ek bir tutma etkisi yaratır. Diğer bir parametre de kalıp ile saç arasındaki sürtünmedir. Son yıllarda otomotivdeki saç parçaların imalatında hafif metallerin (aluminyum) kullanımı, kaynaklı saçlar (tailored blanks) ve hydroforming gibi araçta hem hafifleme ve hem de daha fazla mukavemet sağlayacak yöntemlere doğru bir eğilim vardır.
SAYISAL ÇÖZÜM
Saç derin çekme işleminde sacın istenen şekli yırtılma, kırışma ve formda bir sapma olmadan alması proses, saç ve kalıp parametrelerine bağlıdır. Formlanmış sacın geriye yaylanması (spingback) kalıp açıldıktan sonra saçta kalan elastik gerilmelerden dolayı tersine hareketinden kaynaklanır. Formlama sırasında kalıp yüzeyindeki hatalardan ve/veya küçük radius formlarından dolayı saçta oluşan izler ve saçtaki portakallaşma da parçanın kalitesini etkileyen diğer noktalardır. Sacın kalıptaki akışı malzemenin anizotropiklik özelliğinden ve sürtünme koşullarından etkilenir.
Saç şekillendirmeye etkiyen tüm bu etkenler konusunda geniş bir bilgiye sahip olmadan yapılan kalıp imalatı sonrasında istenilen parçayı kaliteli olarak elde edebilmek için, oldukça uzun bir süre alan, hatta bazen kalıpların yeniden dizaynına kadar gidebilen bir deneme-yanılma süreci yaşanır. Maliyeti oldukça yüksek olan bu süreci azaltmak/tamamen yok etmek, optimum kalıp yüzey dizaynını daha imalata geçmeden belirlemek için bilgisayarda sayısal simülasyonlar, son yıllarda başarıyla kullanılmaktadır.
Sayısal saç şekillendirme simülasyonlarının ilk yararı daha parçanın dizaynında başlar. Yeni araç tasarımında, parçanın tanımlanması aşamasında sorunsuz formlanabilirliğinin görülmesi, proses ve kalıp dizaynından önce açınım ölçüsü ve formlama kuvveti gibi değerlerin bilinmesi, imalat sırasındaki maliyetleri çok büyük oranda azaltacaktır. Parçanın fizibilitesi ve ilk tasarım amaçları için formlama işlemini tersten ve tek adımda çözen (One-Step) sayısal yöntem, hassasiyeti bir miktar düşük olmakla beraber yeterli ve ucuzdur.
Saç şekillendirme sayısal çözümlerinde en başarılı olan yöntem, formlama sırasında sacın durumunu belirleyen denklemlerin zamanda integrasyonu (zaman adımları) üzerine kuruludur. Zaman adımlarındaki çözüm de 2 farklı metodla yapılır; implicit ve explicit çözüm metodları. Son yıllarda impicit yöntem, explicit kadar hassasiyet sağlaması yanında hız avantajı ile daha büyük zaman adımlarına izin vermektedir öne çıkmaktadır.
AutoForm (kısaca AF), implicit yöntemle çözüm yapan, tamamen saç formlamaya odaklanarak geliştirilmiş, hassasiyet olarak en iyi sonuçları veren, hız olarak rakipsiz saç formlama simülasyonu yazılımdır. Bugün, özellikle otomotiv sanayiinde, saç şekillendirme konusunda bir standart haline gelmiştir. Kalıp yüzeylerinin oluşturulması ve optimizasyonu, kesme/açınım hatlarının optimizasyonu, açınımların ruloya min. maliyetle yerleştirilmesi (nesting) gibi modülleri de içeren AF, kalıpçının proses geliştirme ve yüzey tasarımına ait birçok ihtiyacına çözüm olmaktadır. Yazılım, giderek ilk parça tasarımından kalite ve maliyet olarak optimize imalat operasyonları ve kalıp yüzeylerinin elde edilmesine kadar olan alanı tamamen kapsamaktadır.
Akma Eğrisi ve FLD Saç Formlama Simülasyonunda Input olarak, parça ve/veya kalıp geometrisi, kalıbın elemanlarının (erkek, dişi, pot, kam1,2...) tanımı, pozisyon ve strokları, saç ve kalıp arasındaki sürtünme katsayısı, sonlu elemanlara özgü karakteristikler (eleman tipi, büyüklüğü, zaman adımları...) ile açınım ölçüsü/konturu ve saç malzeme karakteristikleri verilmelidir. Malzeme tanımı içerisinde elastisite modülü, poisson oranı, özgül ağırlık, anizotropi katsayıları yanında en önemlisi, malzemenin plastik alandaki davranışını gösteren akma eğrisi veya denklemi (yaklaşım) bulunmaktadır. Plastik alanda sacın davranışını veren eğri kullanılan malzemenin test edilmesi ile elde edilir veya bu imkan yoksa, en iyi ifade edecek denklem kullanılır. Bunun için kullanılabilecek en basit denklem, elastik alandaki yerine (Ludwik) haline gelen üstel denklemdir. Farklı malzemeleri ifade etmek için daha fazla katsayılı ve çok daha karmaşık denklemler de ortaya konmuştur. Ayrıca malzeme ile ilgili olarak, uzama limitlerini belirten Forming Limit Diyagramı, sacın formlama sırasındaki durumunun kontrolü için gereklidir. (bkz Şekil 3)
ELDE EDİLEN SİMÜLASYON SONUÇLARINDAN BAZILARI :
AutoForm simülasyon sonuçları, sacın operasyon(lar) sonrası durumunu inceleyebileceğimiz oldukça geniş post değerlerini kapsar. Kalınlık, % incelme, kırışma çıktıları olduğu gibi, kalıp elemanlarına gelen kuvvetleri (Punch, Die forces) almak, iz oluşma olasılığı ve bir hattın takibini yapmak mümkündür. Sacın durumunun değerlendirildiği en önemli veri Forming Limit Diyagramıdır.
Saç, formlama sırasında geometriye ve kalıp elemanlarının çalışma tarzına göre farklı yönlerde farklı miktarlarda uzar. Örneğin kalıba giren açınım olarak kesilmiş ilk saçta, çember olarak çizilen şekiller formalama sonrası elips şekiller olarak çıkacaktır. Bu elipslerin uzun ve kısa eksen doğrultuları her bir elips için farklı yönleri gösterecektir (geometri, anizotropi ...etkileri). Sacın yırtılma olmadan uzayabileceği limitler (%uzama) sabit bir değer olmayıp, farklı doğrultulardaki uzama durumuna (elipsin pozisyonu ve uzun/kısa eksen değerleri) bağlıdır. Bu durum dikkate alınarak çizilen min. Strain - max. Strain diyagramı Forming Limit Diyagram olarak anılır ve sacın durumu elemanların bu diyagramdaki yerine göre değerlendirilir. Şekil 4`de ilk çemberlerin elips oluşu ile diyagramın oluşumu gösterilmektedir.
Bir sacın simülasyonundan sonra ise elemanların Forming Limit Diyagramındaki görünümü Şekil 5`deki gibi olacaktır. Görülen siyah eğri, minör uzamalara göre yırtılmadan gerçekleşebilecek max. uzamanın değişimini göstermektedir ve saç tanımında verilmesi gereken bir bilgidir. Bu eğrinin üzerinde kalan kırmızı elemanlar yırtılma (failure) bölgesini hemen altındaki sarı renk yırtılma riskinin bulunduğunu, yeşil renk yeterli gerilmenin bulunduğu kaliteli çekme bölgesini, mavi kırışmaya eğilim ve mor kırışma bölgesini belirtmektedir. Mor bölgelerin negatif minör strain (basma) mutlak değerlerinin major strain`den büyük olduğunu, yani 45 derece hattının altı olduğunu görebiliriz.
Uzama dağılımları saç üzerinde sürekli bir şekilde renklendirilmiş olarak da Şekil 6`daki gibi elde edilebilir.
Çekilen sacın kalitesi için saç elemanı, forming limit diyagramı eğrisine belirli bir emniyet payından daha fazla yaklaşmamalı diğer yandan da pekleşme sağlanması için belirli bir min. çekmeye de uğramış olmalıdır. Sacın bu FLD`de istenen bölgesi (yeşil renkli) şu şekilde sınırlanmaktadır: Major Strain`in Minör Strain mutlak değerinden büyük olduğu (kırışma limiti), Major Strain min. değerinin %2`den büyük olduğu (yeterli çekme (buckling) limiti) ve Major Strain`in failure eğrisine en fazla kopma değerinin %20`si (aşırı incelme ve yırtılma riski limiti) kadar yaklaştığı alan.
KALINLIK DAĞILIMI:
Kalınlık (Thickness) Dağılımı ve İncelme (Thinning) değerleri iki ayrı çıktı tipi olarak ayrı ayrı alınabilir. Thinning, % incelme değerleri olarak elde edilir, yani -0.25 değeri %25 incelmeyi ve pozitif değerler de kalınlaşmayı gösterir. Bu şekilde izin verilen incelme oranının aşılıp aşılmadığı kolayca görülür.
Kırışma, FLD diyagramında minör strain mutlak değerinin majör strain`den yüksek olduğu bölgeye düşen elemanların durumudur. AF`da sacın deformasyon durumu dikkate alınarak kırışma kriteri (wrinkling criterion) değeriyle kırışma potansiyeli olan bölgeler belirlenir. Ayrıca ikinci bir yöntem olarak eigenvalue/eigenvector analizi ile kırışma bölgeleri bulunup enerjinin minimizasyonu prensibiyle de kırışma yüksekliği bulunur.
GERİ YAYLANMA (SPRINGBACK) :
Springback, sacın formlanması sırasında kalan elastik gerilmelerin kalıbın açılması sonrası saçta deformasyona yol açması ile olur. Herhangi bir noktadaki geri yaylanma değeri sorgulanabilir, seçilen bazı noktalardan parça üzerine oturtup diğer noktalarda farkına bakılabilir, geri yaylanma sonucu parça mesh olarak export edilebilir. Önümüzdeki yıllarda hem geri yaylanma çözümlerinde, hem de telafi için ters deformasyonu otomatik olarak yapma konusunda önemli ilerlemeler beklenmektedir.
ÇEKME/FORMLAMA KUVVETİ:
AF`da sayısal çözümün içerisinde, kalıp elemanlarına formlama stroku süresince gelen kuvvetleri elde etmek mümkündür. Diğer çıktı değerlerinde olduğu gibi sonlu elemanlar ağının(mesh) hassasiyeti elde edilen sonuçlar üzerinde etkilidir. Ayrıca pres gücü için, elde edilen bu teorik değerin üzerine presteki kayıpları da eklemek gerekir.
Sonuç olarak, yukarıda sadece bazılarından kısaca bahsedilen simülasyon çıktılarını değerlendirdiğimizde bile sayısal çözümün saç parça imalat prosesi ve kalıp yüzeyleri tasarımında kullanılmasının maliyet, kalite ve zamanda kazanç için zorunlu olduğu söylenebilir. Günümüzde otomotiv ana sanayii firmalarında neredeyse standart bir araç haline gelmiş olan saç formlama simülasyonu yazılımları, kalıp işi ile uğraşan tüm firmaların yararlanması gereken araçlardandır.
Kaynak: grupotomasyon.com.tr
Toplam Ziyaretçi Sayısı : 69
|
Özel Sektör
Firmaları 