4 Şekil 2.2 Bileme işleminin şematik gösterimi 8 Şekil 2.3 Perçinleme (kendi kendine delme) işleminin şematik gösterimi 8 Şekil 2.4 Sıkıştırma işleminin şematik gösterimi 8 Şekil 2.5 AA5032 alüminyum levhaları birleştirirken perçinleme. Kenetleme ve punta kaynağı yöntemleri kullanılarak elde edilen kuvvet-yer değiştirme eğrileri. 43 Şekil 4.10 (a) Pilot bölgenin çap değişiminin basınç kuvveti-stroku. b) eksenel sökme kuvveti-strok (c) Grafikler eksenel tork - açı.
Hafif Gövde Parçalarının Üretiminde Kullanılan Güncel Malzeme Grupları
Bu durum, bu alaşımdan üretilen levhaların şekillendirilmesi sırasında oluşan Ludens bantlarının neden olduğu kozmetik sorunlardan kaynaklanmaktadır [3, 4]. Söz konusu çeliklerin yapısında kalan östenit fazı, plastik deformasyon sırasında martenzit fazına dönüşmekte, bu sayede oluşan durumdaki dayanım değerleri önemli ölçüde artırılabilmektedir [8, 9]. Söz konusu çeliğe uygulanan plastik deformasyon sırasında östenitik yapı martensitik faza dönüşmekte ve böylece 0,4 mertebesinde bir sertleşme bazı elde edilebilmektedir [10].
Şekillendirme ile Mekanik Birleştirme Yöntemleri .1 Çözülmeyen birleştirme yöntemleri
Kenetleme ile çözülebilir bağlantı noktalarının oluşturulmasına yönelik prosesler
Kendiliğinden kapanan bağlantı elemanları temel olarak birleştirme işleminin uygulanacağı noktada form bağlantısı kurularak elde edilir [2, 12]. Ancak kendinden kilitlemeli bağlantı elemanlarının mekanik performansının otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan mukavemet gereksinimlerini rahatlıkla karşılayabilecek düzeyde olduğu da belirtilmektedir [32]. Ancak kendinden kilitlemeli bağlantı elemanlarının kaynaklı bağlantılardan üç kat daha ucuz olduğu sonucuna varılmıştır [32].
Çalışmanın Amacı
Araştırma Planı
Kendinden kenetlemeli cıvatanın kavramsal tasarımı
Bu prensibe uygun olarak kendinden kilitlemeli bir cıvatanın kavramsal tasarımı Şekil 3.2(a)-(c)'de şematik olarak gösterilmiştir. Bu form bağlantısı sayesinde alüminyum plaka-cıvata çiftinin eksenel yönde uygulanan sökme kuvvetlerine karşı koyması sağlanır. Kavramsal tasarım aşamasında elde edilen modelin kenetleme fonksiyonuna ilişkin gereksinimleri ne ölçüde karşılayabildiğini anlamak için FEM analizleri yapıldı.
Kendinden kenetlemeli cıvatanın boyutsal özelliklerinin etkilerinin araştırılması
Tasarım doğrulama deneyleri
Söz konusu deneyler için Şekil 3.5'te teknik çizimleri verilen numuneler tel erozyon yöntemiyle çıkartılmıştır. Alüminyum sacda AISI 1050 üretim çeliğinden CNC tornalama yöntemiyle üretilen cıvataların ayarlanması için şekil 3.6'da verilen yükleme mekanizması kullanılmıştır. Cıvatalama işlemi sırasında, 250 kN kapasiteli üniversal elektromekanik çekme-basınç test cihazı kullanılarak cıvata başına 1 mm/s sabit hızda basınç yükleri uygulandı.
Kendinden Kenetlemeli Cıvataların Eksenel Sökme Deneyleri
İncelenen problemin şekillendirilmesi işlemi, eksenel kuvvet altında sökme ve eksenel moment deneyleri sırasında sökme işlemleri için ayrı modeller kullanılmıştır. Bu modeller içerisinde şekillendirme sırasında oluşan şekil değişiklikleri ve artık plastik gerilmeler eksenel kuvvet ve moment altında sökme deneylerinde kullanılan modellere aktarılmıştır. Şekillendirme işlemi boyunca eksenel kuvvet ve eksenel moment ayırma deneyleri sırasında sökme için oluşturulan FEM modelleri Şekil 3.8–3.10'da verilmektedir.
Kullanılan tüm FEM modellerinde AA 5182 alüminyum levhanın akış eğrisi parçalı doğrusal olarak tanıtılmıştır. Program kütüphanesinde tanımlanan malzeme modelleri kullanılarak cıvatanın yapıldığı AISI 1050 çeliği ve zımbanın yapıldığı AISI 4140 çeliğinin malzeme modelleri kullanılmıştır. Ağ yapısında kullanılan elemanların boyutları ve modeldeki bileşenlerin eleman sayıları Tablo 3.4'te verildiği gibi belirlenir.
Bu araştırma kapsamında farklı eleman boyutları için elde edilen sonuçlar, kavramsal tasarım aşamasında oluşturulan vida modelinin fiziksel deneysel uygulamalarından elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca sonraki zaman adımlarında şekillendirme sırasında eleman bozulmalarından kaynaklanan sorunları önlemek için uyarlanabilir bir yeniden ağ oluşturma algoritması kullanıldı. Bu algoritmaya göre, modeldeki gerinim değerleri 0,1'i aştığında veya her 2 çözüm adımında bir veya elemanlardaki temas nüfuziyeti 0,05 mm'den büyükse ağ Tablo 3.4'te verilen eleman boyutları kullanılarak, herhangi bir değişiklik yapılmadan yeniden örüldü. analizin bir sonraki adımına geçiyoruz.
ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA 1. Bulgular
Alüminyum levhanın mekanik karakterizasyonu
Cıvata ve zımba imalatında kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri Tez çalışması kapsamında kullanılan cıvata ve zımba imalatında kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri.
Cıvata ve zımba imalatında kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri Tez çalışması kapsamında kullanılan cıvata ve baskı zımbasının üretiminde
Zımbalama amacıyla kullanılan AISI 4140 çeliğin mekanik özellikleri incelendiğinde akma geriliminin 1110 MPa, çekme dayanımının ise 1185 MPa olduğu görülmektedir. Bu değerlere dayanarak çeliğin yüksek mukavemete ve dolayısıyla rijitliğe sahip olduğu söylenebilir.
Sonlu elemanlar yöntemi kalibrasyonundan elde edilen bulgular
Plastik deformasyonun başlangıcında meydana gelen metal akışı nedeniyle eğrinin eğiminde önemli bir azalma olduğunu da belirtmekte fayda var (Şekil 4.2). Şekillendirme sürecinin simülasyonu için hazırlanan tüm FEM modellerinde yukarıda açıklanan deformasyon bölgelerinin meydana geldiğini belirtmekte fayda var. Ancak Şekil 4.2'den de görülebileceği gibi deneysel olarak elde edilen F-X diyagramı ile farklı parametrelerle oluşturulan modellerden elde edilen F-X diyagramları arasında farklılıklar olduğu açıktır (Şekil 4.2).
1 No'lu Analizden elde edilen veriler Bölgede dalgalanmalar gösterse de (Şekil 4.3) genel olarak deneysel verilere yakın olduğu söylenebilir. Bu açıklamalardan yola çıkarak Tablo 2.4'te verilen Analiz No: 1'in parametreleri tez kapsamında ele alınacak problemin simülasyonunda kullanılacak en uygun değerler olarak alınmıştır. Prosesin fiziksel uygulamasının simülasyon çalışmalarından elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmasında cıvata ve alüminyum levhada meydana gelen deformasyon koşulları ve metal akışı da dikkate alınmıştır (Şekil 4.4).
Özellikle şekillendirme deneyleri sonucunda tespit edilen metal akış düzensizliklerinin hem konum hem boyut özelliklerinin hem de cıvata boşluğunda oluşan dolgusuz bölgelerin yüksek doğrulukla modellenebildiği görülmektedir (Şekil 4.4). Uygulanan şekillendirme işlemi sırasında deformasyon bölgesinde oluşan eşdeğer gerinim değerlerinin dağılımı Şekil 4.5'te verilmiştir. Bu gerilimin cıvata başının ezilmesine neden olduğunu da belirtmekte fayda var (Şekil 4.4 (b) ve Şekil 4.6 (b)).
Kalibre edilmiş FEM modelinde alüminyum cıvata ve plakada oluşan gerilme dağılımı Şekil 4.7'de verilmiştir.
Cıvata geometrisine ait değişkenlerin etkisi
- Yığma bölgesi çapının (parametre-1) etkisi
- Yığma bölgesi yüksekliğinin (parametre-2) etkisi
- Yığma açısının (parametre-3) etkisi
- Yığma bölgesi geometrisi (parametre-6) etkisi
Yığma bölge çapının farklı değerlerinde yapılan cıvataların sıkma işlemlerinden elde edilen F-X eğrileri Şekil 4.10(a)’da verilmiştir. İstifleme bölgesi çapı (Parametre-1) aralığında değerlendirilen geometrilerde şekillendirme analizi sonucu ortaya çıkan gerinim dağılımları Şekil 4.11'de verilmektedir. Kazık bölgesi yüksekliğinin farklı değerlerde yapıldığı cıvatanın sabitleme işlemlerinden elde edilen F-X eğrileri Şekil 4.15(a)’da verilmiştir.
Kazık bölgesi yüksekliğinin farklı değerlerinin tespit sonrasında eksenel sökme kuvveti üzerindeki etkisi şekil 4.15(b)'de verilmiştir. Ancak ilgili parametrenin değerlerinin (Fdisassembly) strok (X) davranışı üzerinde anlamlı bir etkisi yoktur (Şekil 4.15(b)). İlgili parametre 90° (P-3-3) ise alüminyum levhanın şekillendirme sırasında cıvata aralığını tam olarak doldurmadığı anlaşılır (Şekil 4.19 (d)).
Bu bağlamda Tablo 4.8 ve Şekil 4.25(a)'dan MC'nin azalan değerleri ile şekillendirme kuvvetinin de azalma eğiliminde olduğu anlaşılmaktadır. Ancak MT 6,50 mm olduğunda kaldırma kuvvetinde önemli bir düşüş olduğu anlaşılmaktadır (Şekil 4.25 (b)). Ancak şekil 4.25(b)'den söz konusu parametrenin farklı değerlerinin (Ayırma)-strok (X) davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu anlaşılmaktadır.
Farklı cıvata çapı değerleri ile oluşturulan cıvatalama işlemlerinden elde edilen F-X eğrileri Şekil 4.30(a)’da verilmiştir. Söz konusu eğriler incelendiğinde farklı CC değerlerinin F-X eğrilerinde önemli değişikliklere neden olduğu anlaşılmaktadır (Şekil 4.30(a)). Toplama zonunun geometrisi dışbükey hale geldikçe formasyonun bittiği strok değerinin önemli ölçüde azaldığı görülmektedir (Şekil 4.35(a)).
Geometrik sonuçların deneysel değerlendirilmesi (optimize parametre) Benzetim çalışmalarından cıvata geometrisinin ihtiva ettiği temel ölçülerin cıvata
Yukarıda belirtilen perspektife göre oluşturulan OP geometrisinin CAD modeli ve bu modele ait teknik çizimler Şekil 4.38'de verilmektedir. Bu bağlamda OP'ye göre boyutlandırılan cıvata modelinin, sabitleme işlemleri sırasında son derece düşük miktarda kenar oluşumuna neden olduğu Şekil 4.39'dan görülebilmektedir. Ancak OP'li vidanın geometrisinin oluşum sırasında maruz kaldığı deformasyonun da önemli ölçüde azaldığını belirtmek gerekir (Şekil 4.39).
Optimum parametre setine sahip cıvatanın şekillendirme işlemi sırasındaki kuvvet-darbe eğrisinin özelliklerinin diğer cıvata tasarımlarına benzer olduğu söylenebilir (Şekil 4.40(a)). Ancak elde edilen F-X eğrisinin üçüncü karakteristik bölgesinde (Şekil 4.3(c), (0,5 mm’lik darbe değerinden başlayarak) eğrinin eğiminin bir miktar azaldığı görülmektedir (Şekil 4.40(a)). Optimize edilmiş parametrelerin geometrisi, alüminyum plaka ve cıvata ile cıvatanın sabitleme işlemi. Ortaya çıkan gerilim dağılımı şekil 4.41(a)'da verilmiştir.
Cıvatanın alüminyum levhayı deforme etmeye başladığı yüzeyden çapak oluşum bölgesine kadar uzanan gerilme bandının birikim bölgesine doğru hareket ettiği görülmektedir (Şekil 4.41(a)). Alüminyum levhada gözlemlenen en büyük gerinim değerinin cıvatanın moment çapına karşılık gelen bölgelerde meydana geldiği söylenebilir (Şekil 4.41(a)). Şekil 4.41(a)'dan cıvata başının dış kısmındaki gerilim dağılım bölgesinin dar bir bölgede olduğu görülmektedir.
Ayrıca alüminyum levhanın çekme dayanımı noktasına ulaştığı alanın cıvata aralığında biriken kısım ile sınırlı olduğu açıkça görülmektedir (Şekil 4.41 (b)).
Optimize parametrenin imalatı ve deneysel sonuçları
Ancak istifleme bölgesinin çapı arttıkça alüminyum levhadaki gerilme değerlerinin aniden azaldığı gözlemlenmiştir (Şekil 4.46(b). Eksenel ayırma işlemi sonrasında alüminyum levha ve cıvatadaki gerinim ve gerilme dağılımları Şekil 4.47(a)-(b)'de gösterilmektedir. Bu durum, eksenel ayırma deneyleri sırasında uygulanan kuvvetin, cıvatanın kazık bölgesinin çapına karşılık gelen kısımları tarafından da taşındığını göstermektedir (Şekil 4.47(b)).
Aslında Şekil 4.22 (c)'de görüldüğü gibi istifleme açısının değerlerinin artmasıyla cıvatadaki deformasyon önemli ölçüde artmaktadır. Özellikle katlama açısı (parametre-3), moment çapı (parametre-4) ve vida çapı (parametre-5) arttıkça şekillendirme için gerekli hareket değerleri azalmaktadır (Şekil 4.20(a), Şekil 4.25(a). ), Şekil 4.30(a)). Bu durum pilot bölge çapı (parametre-1), pilot bölge yüksekliği (parametre-2), pilot bölge geometrisi (parametre-6) değerlerinin azalması ve pilotaj açısı değerlerinin (parametre-3) artmasıyla ortaya çıkmaktadır. ve vida çapı (parametre-5) birlikte görülmektedir (Şekil 4.10(b), Şekil 4.15(b), Şekil 4.20(b), Şekil 4.30(b), Şekil 4.35(b)).
Bu durum, şekillendirme sonrası moment çapındaki malzeme hacminin eksenel sökme kuvvetinde de etkili olduğunu gösterebilir (Şekil 4.25(b)). Yani toplama bölgesi çapı (Parametre-1) ve moment çapı (Parametre-4) değerleri azaldıkça F-X eğrileri plato davranışı sergilemektedir (Şekil 4.10(b), (Şekil 4.25(b)) Bu durum açının artan değerleri (Parametre-3) ve moment çapının azalan değerleri (Parametre-4) ile ortaya çıkar (Şekil 4.20(c), Şekil 4.25(c)).
Çünkü moment çapının azalan değerleri ile deforme olması gereken malzemenin hacminde büyük bir artış meydana gelir (Şekil 4.25(c)).
Sonuçlar
Bu durum kolon alan çapı, kolon alan yüksekliği, kolon alan geometrisi değerlerinin azalması ve kolon açısı ve bulon çapı değerlerinin artmasıyla ortaya çıkmaktadır. Kazık alan çapı ve moment çapının azalan değerleri ile şekillendirme sonrası uygulanan eksenel sökme testlerinden elde edilen kuvvet-yer değiştirme eğrileri plato davranışı sergilemektedir. Cıvatalama işlemleri sırasında plastik deformasyonun yerel olarak uygulanması bu bölgelerdeki gerilme durumunun çekme dayanımına yakın seviyelere ulaşmasına neden olur.
Cıvata sıkma sırasında oluşan gerilimler, cıvata başının dış çapında ve cıvata sapının cıvata başını kestiği kenarda yoğunlaşır. Söz konusu geometrinin değerleri azaldıkça eksenel torka verilen tepki önemli ölçüde artar. 15] Voelkner, W., Metal Şekillendirmede Mevcut ve Gelecekteki Gelişmeler: Seçilmiş Örnekler, Malzeme İşleme Teknolojisi Dergisi.
17] Mori, K., Abe, Y.Kato, T., Fatigue strength superiority mechanism for mechanically riveted and self-drilling aluminum alloy sheets, Journal of Materials Processing Technology. 18] Mucha, J., KaŠČÁK, L.SpiŠÁK, E., Joining of car body sheets using clamping process with different thicknesses and adjustments of mechanical properties, Archives of Civil and Mechanical Engineering. 24] Varis, J., Economics of crimping compared to riveting and example of application of calculations to a volumetric product, Journal of Materials Processing Technology.
28] Lambiase, F., Di Ilio, A.Paoletti, A., Compound of aluminum alloy with reduced ductility door meganiese klou, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.