Ilık hidromekanik derin çekme prosesinin sonlu elemanlar analizi ve parametrik optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada özellikle otomotiv sanayiindeki hafifletme çabalarına paralel olarak kullanımının yaygınlaşması beklenen alüminyum alaşımlarının şekillendirilmesinde gelecek vadeden yöntemlerden biri olan ılık hidromekanik derin çekme prosesinin kapsamlı bir sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Farklı eleman sayıları ve formülasyonları, temasta bulunan bileşenler için farklı sürtünme katsayıları, çözücü algoritmaları ve malzeme modelleri sistematik bir şekilde denenerek sonlu eleman modeli için en uygun tercihler ve değerler belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise, oluşturulan sonlu eleman modeli ile ılık hidromekanik derin çekme işlemindeki takım sıcaklık dağılımı ve yükleme profillerinin (sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti) en iyi şekillendirilebilirliği veren değerleri parametrik olarak belirlenmeye çalışılmıştır.Bu çalışmalar neticesinde, malzeme davranışını en iyi elastik viskoplastik termal malzeme modelinin yansıttığı görülmüştür. Coulomb sürtünme katsayıları sac-kalıp, sac-baskı plakası ve sac-zımba sürtünme yüzeyleri için sırasıyla 0.05, 0.05, 0.25 olarak tespit edilmiştir. En iyi şekillendirmenin sağlanabilmesi için kalıp ve zımbaya ait sıcaklık değerleri sırasıyla 300 ve 25 °C olarak belirlenmiştir.

A comprehensive finite element modeling was established for warm hydromechanical deep drawing process which is a promising technique in forming of aluminum alloys that are expected to be increasingly exploited in automotive industry along with lightweighting efforts. Different number of elements and formulations, coefficients of friction for contacting surfaces, solution algorithms, and material models were systematically tested and optimum choices and values were determined. In the second part of the study, tool temperature distribution and optimum loading profiles (hydraulic pressure, blank holder force) were obtained parametrically to achieve highest formability in warm hydromechanical deep drawing process by means of established finite element model.As a result, elastic-viscoplastic thermal material model was found to be reflecting the material behavior better. Coulomb friction coefficient for contacting surfaces such as blank-die, blank-blank holder and blank-punch were determined as 0.05, 0.05 and 0.25 respectively. Optimal temperature values for die and punch were determined as 300 and 25 °C, respectively for the highest formability.