OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE KULLANILAN DERİN ÇEKME SACLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK ANALİZİ

1. OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE KULLANILAN DERİN ÇEKME SACLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK ANALİZİ BORA ŞENER YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

2. OTOMOTİV SEKTÖRÜNÜN SORUNLARI • Enerji fiyatlarının artması • Yakıtların sürekli olarak azalması Taşıt ağırlığının azaltılması • CO2 salınımı nedeniyle çevre kirliliğinin artması Gövdede hafif malzeme kullanımı

3. Alüminyum alaşımları mı?, Çelik mi? • Maliyet (Alüminyumun üretimi sırasında birim miktarı için kullanılan enerji yüksek) 2. Güvenlik

4. 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

5. YÜKSEK MUKAVEMETLİ MALZEMELER Yüksek mukavemetli malzemeler mukavemet /ağırlık Aynı dayanıma daha düşük ağırlıkta ulaşıyor. Daha ince kalınlıkta sac kullanılabiliyor

6. 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

7. 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.

8. IF Çelikleri • C ve N atomları çözeltide bulunmadığından belirgin akma ve buna bağlı olarak Lüders-Hardman bantları görülmez.

9. 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

10. IF Çeliklerinin Otomotivde Kullanım Yerleri IF 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

11. IF Çeliklerinin Çeşitleri • Derin Çekme Kalite (DDQ) IF Çelikleri • Fırında sertleşebilen (BH) Çelikler • Yüksek mukavemetli (HSS) Çelikler • Ekstra derin çekilebilen (EDDQ) Çelikler

12. Şekillendirilebilirlik Tanım: Sacmalzemenin çeşitli proseslerle hasara uğramadan orjinal şeklinden belirli bir şekle dönüşebilme kabiliyetine şekillendirilebilirlik denir. Malzeme ÖzellikleriProses Özellikleri Şekillendirilebilirlik Proses değişkenleri Sac üzerine gelen dış zorlanmaları Malzeme değişkenleri Gelen zorlamalara karşı direnci

13. Mekanik E, r, n, m 𝜺u Özellikler Malzeme MetalurjikBoyut, şekil, tekstür Değişkenleri Özellikler Kimyasal Kimyasal bileşim Özellikler Şekillendirilebilirlik Pot çemberi basıncı Kalıp ve zımba geometrileri Proses Yağlayıcılar Değişkenleri Sıcaklık Şekil değiştirme hızı

14. Şekillendirilebilirlik • Çok sayıda değişken, birbirinden bağımsız olarak prosese katılmakta, şekillendirmenin hatalı veya başarılı olmasına etki etmektedirler. • Bu nedenle, malzemenin gerçek üretim koşullarındaki davranışını tamamen açıklayabilecek tek bir parametre bulunmamaktadır.

15. Şekillendirme Sınırı Sacların şekillendirilebilirliği yüzeyde oluşan 2 temel deformasyon ile tanımlanır Bu deformasyonlar sınır bir değere ulaştığı zaman

16. 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 ise güvenli bölgeyi göstermektedir.

17. 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.

18. 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

19. Her bir numune bir şekil değiştirme durumunu gösterir.

20. KULLANILAN TEST YÖNTEMLERİ FLD Diyagramlarının belirlenmesinde iki tür test kullanılır. Düzlem dışı (out-of-plane) Düzlem içi (in-plane) Şekillendirme testi Şekillendirme Testi

21. Düzlem Dışı Şekillendirme Test Düzeneği 3 ana eleman kullanılır. Dişi Kalıp Pot Çemberi Zımba Malzeme iki kalıp arasında sabitlenip, gerdirilmesi sağlanıyor.

22. 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

23. 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.

24. Sürtünme Etkisi Öztürk ve Lee, düzlem dışı şekillendirme testinde sürtünmenin şekillendirebilirlik üzerine etkisini incelemişlerdir. Çalışmalarında deneysel olarak elde ettikleri sonuçları, ABAQUS sonlu elemanlar programıyla karşılaştırmışlardır. Kuru Farklı yağlayıcılarla Kullanılan Malzeme: AKDQ (Alüminyumla deokside edilen derin çekme kalite elektro galvanizli sac)

25. Sürtünme Etkisi Farklı yağlayıcılarla deneysel olarak elde edilen deformasyon değerlerini nümerik sonuçlarla karşılaştırmışlardır. Deneysel sonuçlar Nümerik sonuçlar

26. 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.

27. DEFORMASYONLARIN ÖLÇÜLMESİ Manual Ölçümler Otomatik Ölçümler • Mylar cetvel Dijital kamera tabanlı ölçümler • Tek eleman sistemi Stereogörüntüleme • Mikroskop

28. OTOMATİK ÖLÇÜMLER • Tek eleman sistemi Birdijital kamera kullanılır, gridler tek tek ölçülür. • Stereogörüntüleme Parçanın 2 ya da 3 bölgesinden görüntüler alarak, deformasyonları ölçer. * Dijital kamera (Tripod üzerinde) * Numuneyi tutan döner tabla * Görüntü işleme yazılımları kullanılır (ASAME, PHAST vb)

29. GÖRÜNTÜ İŞLEMEYE DAYALI DEFORMASYON ÖLÇÜMÜ • Deforme olmuş numunelerin farklı yönlerden fotoğrafları çekilir. • Deforme olmamış numune ile deforme olmuş numune görüntüleri karşılaştırılarak, boyutlar belirlenmeye çalışılır. Referans (kalibrasyon için)

30. HANGİ BÖLGELERDEN ÖLÇÜM ALINACAK? Hasar bölgesi ve hasara her iki taraftan komşu bölgelerden ölçüm alınması gerekir. Güvenli Bölge Hasarlı Bölge

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

32. KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİ Gupta ve Kumar, galvanizleme işleminin şekillendirilebilirlik üzerindeki etkisini incelemiştir. Bunun için çalışmada; farklı kaplama kalınlıklarında (120 , 180 ve 220 g/m2) galvanize edilmiş IF ile, galvanizsiz IF sacları karşılaştırmıştır. Galvanizsiz IF 220 g/m2 180 g/m2 120 g/m2

33. KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİ Galvanizsiz 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 verme ve hasar oluşur.

34. KAPLAMA KALINLIĞININ ETKİSİ Kaplama kalınlığı arttıkça, FLD yükselmekte Sebep: Sürtünmenin azalması, çinko kaplamanın katı yağlayıcı gibi davranması Sonuç Galvaniz kaplamanın sürtünmeyi azaltıcı etkisi, gevrek fazların şekillendirilebilirliği düşürücü etkisini önleyememektedir. Bu nedenle galvanizli saclar, kaplamasız IF gerisinde kalır

35. KAYNAKLAR • AmericaIronandSteelInstitute, An investmentsteelfuture, AISI Market Development, 2003 • Anderson, D. ApplicationandRepairability of AdvancedHighStrengthSteels, AmericaIronand SteelInstitute, 2008. • Llewellyn, D.T.; Hudd, R.C. 1998 Steels - MetallurgyandApplications, 3 rdedition, 39., London, Butterworth-Heinemann • Öztürk, F.; Lee, D. 2005 Experimentalandnumericalanalysis of out-of-planeformability test, Journal of MaterialsProcessingTechnology170, 247-253. 5. K.S. Ragavan, 1995 A Simpletechniquetogenerate in-planeforming limit curvesandselected applications.Metall.Trans.A, Vol 26A pages 2075-2084 6. Kumar, D. 2002 FormabilityAnalysis of ExtraDeepDrawingSteel, Journal of MaterialsProcessing Technology 7. Gupta, A.K; Kumar, D.R. 2006 Formability of galvanizedintersitial-freesteelsheets, Journal of MaterialsProcessingTechnologhy, 172, 225-237.

36. DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM BORA ŞENER borasen@yildiz.edu.tr