Kalıp Tasarım Optimizasyonu

Konu ile ilgili kaynak araştırması yapıldığında kalıp konusu ile ilgili literatürde çok sayıda kaynak yer almasına rağmen çalışma konusu olan sac metal kalıp tasarım optimizasyonu ile ilgili çok az sayıda çalışmaya rastlanmıştır ve bu kapsamda detaylı bir çalışmanın eksikliği gözlenmiştir. Yapılan çalışmalar genellikle kalıpların deformasyonu ve sac metal parçaların geri yaylanma özellikleri ile ilgilidir. Sonlu eleman tabanlı simülasyon yaklaşımları kalıpların ve ilgili parçaların rijit olduğu varsayımı üzerine kurulmuş modeller ile çözülmektedir.

Becchio ve ark. (1998), simetrik olarak derin çekme ile şekillendirilen bir otomobil kapısının kalıbını incelemişler ve sac parçanın orta bölgesinde bir temas problemi gözlemlemişler, bunun nedeni olarak alt kalıbın fazla esnediğini belirlemişlerdir.

Yaptıkları çalışmalarda derin çekme simülasyonu ile kalıp yüzeyleri üzerine gelen basınç dağılımını belirlemişlerdir. Erkek kalıp, dişi kalıp ve pot çemberi sonlu elemanlar modelleri üzerinde analizler yapmışlar, alt kalıbın düşük rijitlikte olduğunu analizler sonucu görmüşlerdir. Tasarım çalışmaları sonucunda alt kalıbın orta bölümüne yakın olan boşlukları feder geometrisi ile güçlendirmişler ve maksimum yer

13

değiştirmeyi %40 oranında azaltmışlardır. İkinci bir çalışma olarak kalıp gövdesinin topoloji optimizasyonu ile yeniden tasarımını yapmışlar ve feder kalınlıklarının aktif yüzeylerin altında artacak şekilde tasarlayarak deformasyonları azaltmışlardır.

Balendra ve ark. (2000), makine ve kalıp elastikiyetinin parça geometrisi üzerindeki etkisini araştırmışlar ve ekstrüzyon kalıpları üzerinde sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile analizleri yapmışlardır. Erkek kalıp üzerine yükleme ve boşaltma simülasyonları ile parça ve kalıp deformasyonlarını hesaplamışlar ve orijinal CAD modeli ile deforme olmuş kalıp modeli formlarını geliştirdikleri yazılım ile karşılaştırmışlardır.

Chodnikiewicza ve Balendrab (2000), kalıp üzerinde oluşan öteleme ve dönme deformasyonlarını yer değiştirme dönüştürücüsü (transducer) ile ölçmüşler ve bunun için 6 dönüştürücü kullanmışlardır (3 yatay, 3 düşey yer değiştirme). Presler için yatay ve düşey kuvvetlerin etkin olduğunu belirlemişlerdir. Hidrolik ve mekanik presler üzerinde yapılan ölçümler ile esneklik matrisleri tanımlamışlar ve yükleme-boşaltma işlemlerinde preslerin performansları için şekilsel matris tanımlamaları yapmışlardır.

Tekkaya (2000), sac metal şekillendirmede kullanılan sayısal hesaplamalar ve simülasyonlar üzerinde durarak mevcut gelişmeleri araştırmıştır.

Rosochowski (2001), soğuk şekillendirme işlemlerinde kalıp esnemesi ve geri yaylanmadan dolayı oluşan deformasyonları incelemiş ve bu deformasyonları gidermeye çalışmıştır. Bu amaçla kalıp yüzeyinin CAD modelini değiştirerek çeşitli denemeler yapmıştır.

Pozo ve ark. (2006), kalıp alıştırma ve teslim zamanlarının azaltılması üzerinde durmuşlar ve sonlu elemanlar yöntemi ile pres parçalarının analizini yaparak kalıba olan etkileri incelemişlerdir. Kalıbın özellikle orta bölümünde maksimum deformasyon olduğunu gözlemlemişlerdir.

Conle ve Wang (2007), yaptıkları çalışmada kalıpların kritik noktalarında birim yer değiştirmeleri ölçmüşler ve simülasyon sonuçları ile korelasyon sağlamaya çalışmışlardır. Ölçümleri radyo kontrollü kablosuz veri toplama cihazı ile gerçekleştirmişler ve 22 adet uzama ölçeri pot çemberi üzerinde oluşan yüksek gerilme bölgelerine yerleştirmişlerdir. Yaptıkları çalışmada daha çok ölçüm sırasında ortaya

14

çıkan problemleri incelemişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonucunda deformasyon ölçümleri için uygun ve yeterli sayıda uzama ölçer kullanılması gerektiğini vurgulamışlar, ancak uzama ölçer sayısının azlığının veri toplama açısından avantaj sağladığını ve bunun konumlama problemleri oluşturabildiğini belirtmişlerdir.

Pozo ve ark. (2007), kalıp deneme sürelerinin azaltılması için metodolojik bir çalışma gerçekleştirmişlerdir. Presi (yastık ve tij milleri) ve kalıbı (erkek kalıp, dişi kalıp, pot çemberi) modelleyerek sonlu elemanlar ile analiz ederek temas yüzeylerinin deformasyon haritasını çıkarmışlardır. Deformasyon değerlerinin kalıp içindeki federlerin konumuna göre değiştiğini gözlemlemişlerdir. Bilgisayar destekli üretim (CAM) ile takım geometrisi üzerinde düzeltme yaparak kalıp yüzeylerini daha hassas işleyerek deformasyonları düşürmeye çalışmışlardır.

Simülasyonları yüksek hassasiyetle doğrulayan çalışmaların yanında özellikle otomotiv sektörü için taşıt geliştirme süreçleri üzerine olan önemli etkilerinden dolayı üretilebilirlik ve maliyet konularına odaklanan çalışmalar da son yıllarda önem kazanmıştır. Araştırmacılar ayrıca gerilme ve yer değiştirme değerlerini arttırmadan kalıpların ağırlıklarını düşüren çalışmalar üzerinde durmaktadırlar. Bu noktada kalıp şekillerinin değiştirilmesi kritik bir rol oynamaktadır. Bu nedenle yapısal optimizasyon tekniklerini kullanma gerekliliği gittikçe artan bir öneme sahip olmaktadır.

Kim ve ark. (2001), kalıpların şekillerini hassasiyet analizleri ile belirlemeye çalışırken sac metal şekillendirme işleminde temelde Lagrange denklemlerine dayanan optimizasyon işlemini kullanmışlardır. İş parçası ve rijit kalıp arasındaki temas tanımlamalarını değiştirilmiş Coulomb sürtünme modeli tabanlı ceza yöntemi ile yapmışlardır. Kalıp şekil tasarım optimizasyon problemini geri yaylanmayı minimize edecek şekilde tasarlanan sac metal parçası kullanarak çözmüşler ve önerdikleri yöntemin uygulanabilirliğini bu örnek ile göstermişlerdir.

Kok ve Stander (1999), çok-noktalı yaklaşım tabanlı bir optimizasyon yöntemi önermişler ve bunu bir sac metal şekillendirme işlemine uygulamışlardır. Yöntemi ayrıca bir otomotiv parçası üretiminde kalıp şeklini ön şekillendirme ile optimum tasarlayabilmek amacıyla uygulamışlardır. Dört şekil değişkeni tanımlayarak ağırlığı yaklaşık olarak %9,4 oranında hafifletmişlerdir.

15

Sun ve ark. (2011), sac metal şekillendirme tasarımında yırtılma ve buruşma problemlerini önlemek amacıyla çok-amaçlı parçacık sürü optimizasyon yöntemini kullanarak problemi çözmeye çalışmışlardır. Liew ve ark. (2004), geri yaylanma minimizasyon tasarım problemini çözmek amacıyla bir evrimsel algoritma önermişlerdir. Bu konuda Hou ve ark. (2010), sonlu elemanlar yöntemini ve cevap yüzey yaklaşımını kullanan bir stokastik optimizasyon yaklaşımı önermişlerdir.