OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE KULLANILAN DERİN ÇEKME

SACLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK ANALİZİ

BORA ŞENERYILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

OTOMOTİV SEKTÖRÜNÜN SORUNLARI

• Enerji fiyatlarının artması

• Yakıtların sürekli olarak azalması Taşıt ağırlığının azaltılması

• CO2 salınımı nedeniyle çevre kirliliğinin artması

Gövdede hafif malzeme kullanımı

Alüminyum alaşımları mı?, Çelik mi?1. Maliyet (Alüminyumun üretimi sırasında birim miktarı için kullanılan enerji

yüksek)

2. Güvenlik

OTOMOTİVDE KULLANILAN ÇELİK MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI

Mekanik Özelliklerine göre:

< 270 MPa Düşük mukavemetli çelikler

270-700 MPa Yüksek mukavemetli çelikler

> 700 Mpa Ultra yüksek mukavemetli çelikler

YÜKSEK MUKAVEMETLİ MALZEMELER

Yüksek mukavemetli malzemeler mukavemet /ağırlık

Aynı dayanıma daha düşük ağırlıkta ulaşıyor.

Daha ince kalınlıkta sac kullanılabiliyor

Yüksek Mukavemetli Malzemelerin Şekillendirilme Zorlukları Erken yırtılma (DP 780’nin gererek bükülmesi

sonucu oluşan hasar)

Kontrol edilemeyen geri yaylanma

Kalıp basma yüzeyi ile sac yüzeyinin temas noktasında oluşan yüksek basınç nedeniyle

a) Adhezif Aşınma b) Ağız Dökülmesi

IF (Arayer Atomsuz) Çelikler Bu çeliklerde C, N gibi arayer atomları çözelti içerisinden uzaklaştırılmıştır

Ti veya Nb eklenmesi

Cotrell atmosferi Bu, çeliğe yaşlanmama ve üstün şekillendirilebilirlik özelliği kazandırmaktadır.

IF Çelikleri C ve N atomları çözeltide bulunmadığından belirgin akma ve buna bağlı olarakLüders-Hardman bantları görülmez.

IF Çelikleri

Düşük akma ve çekme dayanımları ve yüksek r değerleri ile ekstra

derin çekilebilme özelliği göstermekte ve çok karmaşık parçaların

kolaylıkla üretilebilmesine olanak sağlamaktadırlar.

IF çeliklerinin üretimi, günümüzde sadece soğuk ve sıcak saclar için

değil aynı zamanda çinko kaplı çelik saclar, yüksek dayanımlı çelik

saclar vb. değişik uygulamalarla artmakta ve yüksek dayanımlı IF,

paslanmaz IF şeklinde yeni tipleri oluşturularak dayanımları

artırabilmektedir

IF Çeliklerinin Otomotivde Kullanım YerleriIF çeliğinin yüksek r değeri ve mükemmel derin çekilebilirliğinden ötürü IF çelikleri

otomotivde ön ve arka kapı iç paneli, arka taban paneli gibi parçalarda

kullanılmaktadır.

IF Çeliğinden üretilen bir kapı iç paneli

IF Çeliklerinin Çeşitleri Derin Çekme Kalite (DDQ) IF Çelikleri

Fırında sertleşebilen (BH) Çelikler

Yüksek mukavemetli (HSS) Çelikler

Ekstra derin çekilebilen (EDDQ) Çelikler

Şekillendirilebilirlik

Tanım: Sac malzemenin çeşitli proseslerle hasara uğramadan

orjinal şeklinden belirli bir şekle dönüşebilme kabiliyetine

şekillendirilebilirlik denir.

Malzeme Özellikleri Proses Özellikleri Şekillendirilebilirlik

Proses değişkenleri Sac üzerine gelen dış zorlanmaları

Malzeme değişkenleri Gelen zorlamalara karşı direnci

Mekanik E, r, n, m 𝜺u

Özellikler

Malzeme Metalurjik Boyut, şekil, tekstür

Değişkenleri Özellikler

Kimyasal Kimyasal bileşim

Özellikler

Şekillendirilebilirlik Pot çemberi basıncı

Kalıp ve zımba geometrileri

Proses Yağlayıcılar

Değişkenleri Sıcaklık

Şekil değiştirme hızı

Şekillendirilebilirlik

Çok sayıda değişken, birbirinden bağımsız olarak prosesekatılmakta, şekillendirmenin hatalı veya başarılı olmasına etkietmektedirler.

Bu nedenle, malzemenin gerçek üretim koşullarındaki davranışınıtamamen açıklayabilecek tek bir parametre bulunmamaktadır.

Şekillendirme SınırıSacların şekillendirilebilirliği yüzeyde oluşan 2 temel deformasyon ile tanımlanır

Bu deformasyonlar sınır bir değere ulaştığı zaman

Şekillendirme Sınır Diyagramı Malzemelerin şekillendirme sınırlarının belirlenmesinde şekillendirme sınır diyagramlarından

yararlanılır. Bu diyagramlar sac malzemenin üretim esnasında karşılaşabileceği bütün deformasyonları ihtiva

eder. Diyagramın sol tarafı tek eksenli çekmeden, düzlem birim şekil değişimine kadar olan bölgeyi

gösterirken, sağ tarafı ise, düzlem birim şekil değişiminden iki eksenli germe halini göstermektedir. Diyagramın üstünde kalan deformasyon değerleri hasarı gösterirken, altta kalan deformasyonlar isegüvenli bölgeyi göstermektedir.

Şekillendirme Sınır Diyagramı

Bu diyagramlar sayesinde , parçaların kalıpları hazırlanırken ön simülasyonlarda sacın ilgili

şekli alıp, almayacağı; yırtılıp, yırtılmayacağı gibi sorulara önceden yanıt verilebilmektedir.

Örneğin bir kapı sacı ele alındığında simülasyon gerçekleştirildikten sonra, şekillendirilmiş sacın her

noktasında meydana gelen deformasyonlar, diyagrama göre kontrol edilir ve gerekli değişiklikler tasarım

esnasında yapılır.

ŞEKİLLENDİRME SINIR DİYAGRAMLARININ DENEYSEL OLARAK ÇIKARILMASI

Bu diyagramların deneysel olarak çıkarılması 4 aşamadan oluşmaktadır.

Farklı genişliklerde sac numunelerin hazırlanması

Numune yüzeylerinin daire veya kare grid ile markalanması

Bütün numunelerin hasar oluncaya kadar deforme edilmesi

Hasar bölgesi üzerinden ölçüm alınması

Her bir numune bir şekil değiştirme durumunu gösterir.

KULLANILAN TEST YÖNTEMLERİ

FLD Diyagramlarının belirlenmesinde iki tür test kullanılır.

Düzlem dışı (out-of-plane) Düzlem içi (in-plane) Şekillendirme testi Şekillendirme Testi

Düzlem Dışı Şekillendirme Test Düzeneği 3 ana eleman kullanılır.

Dişi Kalıp Pot Çemberi

Zımba

Malzeme iki kalıp arasında sabitlenip, gerdirilmesi sağlanıyor.

Süzdürme Çubuklarının Rolü Yarı küresel zımba Saca noktasal temas Sacın büyük kısmı desteksiz

Gergi kuvveti

Pot Çemberi Baskı Kuvveti

Akışa karşı ters yönde gergi kuvveti Daha düşük pot çemberi basıncı

Süzdürme Çubuğu Akışı gerekli bölgelerde frenleme yaparak engelleyen bir tür kontrol mekanizması

Düzlem Dışı Şekillendirme Testi Sürtünme ve zımba geometrisi önemli rol oynar .

Testte, yarı küresel zımba sac numunelerde eğrisel bir yüzey

oluşturmasından ötürü gridlerin ölçülmesi zordur.

Sürtünme Etkisi Öztürk ve Lee, düzlem dışı şekillendirme testinde sürtünmenin şekillendirebilirlik üzerine etkisiniincelemişlerdir. Çalışmalarında deneysel olarak elde ettikleri sonuçları, ABAQUS sonlu elemanlarprogramıyla karşılaştırmışlardır.

Kuru Farklı yağlayıcılarla

Kullanılan Malzeme: AKDQ (Alüminyumla deokside edilen derin çekme kalite elektro galvanizli sac)

Sürtünme EtkisiFarklı yağlayıcılarla deneysel olarak elde edilen deformasyon değerlerini nümerik sonuçlarlakarşılaştırmışlardır.

Deneysel sonuçlar

Nümerik sonuçlar

Düzlem İçi Şekillendirme Testi Ucu yassı bir zımba kullanılır.

Deformasyonlar düz bir yüzeyde ölçüleceğinden, ölçüm daha kolaydır.

Dairesel bir pul aracılığıyla basınç dolaylı olarak numuneye uygulanır

Takım geometrisi ve sürtünme etkisi daha azdır.

DEFORMASYONLARIN ÖLÇÜLMESİ

Manual Ölçümler Otomatik Ölçümler

• Mylar cetvel Dijital kamera tabanlı ölçümler

• Tek eleman sistemi

Stereogörüntüleme• Mikroskop

OTOMATİK ÖLÇÜMLER• Tek eleman sistemiBir dijital kamera kullanılır, gridler tek tek ölçülür.

• StereogörüntülemeParçanın 2 ya da 3 bölgesinden görüntüler alarak, deformasyonları ölçer.

* Dijital kamera (Tripod üzerinde)

* Numuneyi tutan döner tabla

* Görüntü işleme yazılımları kullanılır (ASAME, PHAST vb)

GÖRÜNTÜ İŞLEMEYE DAYALI DEFORMASYON ÖLÇÜMÜ

Deforme olmuş numunelerin farklı yönlerden fotoğrafları çekilir.

Deforme olmamış numune ile deforme olmuş numune görüntüleri karşılaştırılarak, boyutlarbelirlenmeye çalışılır. Referans (kalibrasyon için)

HANGİ BÖLGELERDEN ÖLÇÜM ALINACAK?

Hasar bölgesi ve hasara her iki taraftan komşu bölgelerden ölçüm alınması gerekir.

Güvenli Bölge Hasarlı Bölge

SAC KALINLIĞI ve MEKANİK ÖZELLİKLERİN ETKİSİKumar, çalışmasında sac kalınlığının şekillendirilebilirlik üzerine etkisini incelemiştir.Kullanılan Malzeme 5 farklı kalınlıkta ( 0.8, 1, 1.25, 1.6, 2 mm) EDDQ

kalınlık FLD

KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİ

Gupta ve Kumar, galvanizleme işleminin şekillendirilebilirlik üzerindeki etkisini incelemiştir.Bunun için çalışmada; farklı kaplama kalınlıklarında (120 , 180 ve 220 g/m2) galvanizeedilmiş IF ile, galvanizsiz IF sacları karşılaştırmıştır.

Galvanizsiz IF 220 g/m2 180 g/m2

120 g/m2

KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİGalvanizsiz IF, diğerlerinden daha yüksek;Sebep: Kaplanmış saclarda bulunan gevrek Fe-Zn katmanları

Zn Fe + Zn Çatlak bu bölgelerden başlar, yüzeye ilerler

Şekillenebilirlik düşer Galvanizsiz malzemede ise, malzeme sünekliği tamamen kullanıldıktan sonra, boyun vermeve hasar oluşur.

KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİKaplama kalınlığı arttıkça, FLD yükselmekteSebep: Sürtünmenin azalması, çinko kaplamanın katı yağlayıcı gibi davranması

Sonuç Galvaniz kaplamanın sürtünmeyi azaltıcı etkisi, gevrek fazlarınşekillendirilebilirliği düşürücü etkisini önleyememektedir. Bu nedenle galvanizlisaclar, kaplamasız IF gerisinde kalır

KAYNAKLAR1. America Iron and Steel Institute, An investment steel future, AISI Market Development, 2003

2. Anderson, D. Application and Repairability of Advanced High Strength Steels, America Iron and Steel Institute, 2008.

3. Llewellyn, D.T.; Hudd, R.C. 1998 Steels - Metallurgy and Applications, 3 rd edition, 39., London, Butterworth-Heinemann

4. Öztürk, F.; Lee, D. 2005 Experimental and numerical analysis of out-of-plane formability test, Journal of Materials Processing Technology 170, 247-253.

5. K.S. Ragavan, 1995 A Simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications. Metall.Trans.A, Vol 26A pages 2075-2084

6. Kumar, D. 2002 Formability Analysis of Extra Deep Drawing Steel, Journal of Materials Processing Technology

7. Gupta, A.K; Kumar, D.R. 2006 Formability of galvanized intersitial-free steel sheets, Journal of Materials Processing Technologhy, 172, 225-237.

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM

BORA ŞENERborasen@yildiz.edu.tr