Top Banner

of 14

Al 5083 Ve Al 5754 Magnezyum Alac59fc4b1mlc4b1 Levhalarc4b1n

Jul 19, 2015

Download

Documents

Chakma Nhiki
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

Aratrma Makalesi / Research Article

AL 5083 ve AL 5754 Magnezyum Alaml Levhalarn Derin ekme ve Bkmenin Teorik ve Deneysel ncelenmesiAhmet KOLER Karabk niversitesi Teknik Eitim Fakltesi, [email protected] Adres: Karabk niversitesi, Teknik Eitim Fakltesi-Makine Eitimi Blm Karabk

zet: Bu almada, derin sac ekme ilemi ve bkme ilemi esnasnda teorik ve uygulamal olarak malzeme zerindeki deiiklikler incelenmitir. Numune olarak 2 mm kalnlnda EN AW5083(ISO: Al Mg4) ve EN AW- 5754 (ISO: Al Mg3) sac malzemeler kullanlmtr. Derin ekme ileminde kalp ve zmba arasndaki boluk(c boluu) standartlardan fazla alnmtr. Kalp ve para arasndaki srtnmeyi azaltmak iin Shell Tellus 68 ya kullanlmtr. Et kalnlnn lm kap zerinde alt farkl blgeden yaplmtr. Bkme ilemi yapld ve kenar katlamalar farkl bir tezghta yaplmtr. ekillendirmenin teorik modeli Pro/Engineer Wildfire 5.0 kullanlarak yaplmtr ekillendirmenin teorik analizi eksplisit dinamik analiz kodu kullanan ANSYS/Ls-Dyna yazlm kullanlarak oluturulmu ve model zmlenmitir. Teorik sonularn ve numunelerden elde edilen sonular karlatrlmtr. Anahtar Szckler: Derin ekme, Bkme, Al 5754, Al 5083 Abstract: In this study, the deep-drawing process of sheet metal and bending the theoretical changes on the material studied. In used sheet materials as the sample thickness of 2 mm EN AW5083 (O: Al Mg4) and EN AW-5754 (ISO: AlMg3) The gap between mold and staple a deep drawing process of (c gap) was more thanthe standards. Mould and parts Shell Tellus 68 oil is used Minimized friction between. Vessel wall thickness measurements were made on the six different regions. Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 models were also shaping theory. Theoretical analysis of forming using explicit dynamic analysis code ANSYS / LSDyna model is created and analyzed using software. The conclusion which are gotten from theoretical results and examples have been compared. Keywords: deep-drawing, bending Al 5754, Al 5083

Giri: Alminyum malzeme zellikleri ynnden olduka ilgi ekmektedir.[1]Gemi yllarda dnyann farkl yerlerindeki alminyum gvde panel saclar otomotiv endstrisinde sadece zel uygulamalar iin kullanlmaktadr. Dnya genelinde ise alminyum paneller byk oranlarda zel aralar iin kullanlmaktadr. Alminyumun elie nazaran daha hafif olmas aracn toplam arlnda %40 ile %60 oranlarnda bir geri kazanm salamaktadr.[2-3] Alminyum alamlarnn salad tasarrufu ve sonucu olarak salad yakt tasarrufu otomotiv endstrisinde nemli bir kazanm olduu kabul edilmektedir. Otomotiv endstrisinde alminyum malzemelerin kullanmnda birok avantajlar bulunmaktadr.

Alminyum malzeme olarak elie nazaran farkl karakteristik zellikler sahip olmasna ramen alminyum panellerin tanmas, ekillendirilmesi, kaynaklanmas, mamul hale gelmesine kadarki aamalarda birok sistem ve ekipmanlarn, elik panellerde kullanlanlar ile ayn olmas byk bir avantaj olarak grlmektedir[4-5]. Sac levhalarn ekillendirilebilirlii, kimyasal kompozisyona, zelliklerine ve alamn yapsna, tane byklne ve ekline, tanelerin homojenliine, metaller aras partikllerin byklne morfolojisine, mekanik zelliklerin isotropik deerine ve metalin deformasyon sertlemesine yalanma kapasitesine bal olarak deiir[6-7]. Birok aratrmacya gre alminyum sac levhalardaki tane bykl 50 m gememelidir ve 1,5-50 m snrlarnda olmaldr[8]. Iri taneli yap deforme edilmi yzey blgesinde kaba grntye neden olur. Bu durum hem grnty bozar hem de derin ekme esnasnda atlak oluumuna neden olur. Optimum deerlere bal olarak tane bykl artka ekil deitirme direnci ve metalin ekil deiim esnasndaki yaylanmas artar[1]. Metalin yaylanmas byk lde ekillendirilmi blgenin hassasiyetini etkiler ve kalbn alan yzeyinin anmasn arttrr. yi ekillendirilebilirlie ilave olarak levha sac alamlar yeterli yksek mukavemete, dispersiyon sertlemesine ve korozyon direncine sahip olmaldr. Bu adan akma noktas nemli bir parametredir. Kalpta gerekli ekillendirilebilme ve yaylanmay salamak iin ekillendirme artlarndan nce akma noktas yeterince dk olmaldr. ekillendirme ve vernikleme prosesinden hemen sonra uygulanan frnlama ilemi parann yeterli rijitlik ve presleme direncini srdrebilmesi iin yksek akma mukavemeti gerekmektedir[1]. Alminyum alamlar dk younluklu, yksek mukavemetli ve mkemmel korozyon dayanm nedeni ile otomobillerin gvde panel uygulamalarnda olduka ok ilgi ekmektedir. Gvde panel uygulamalar iin alminyum-bakr, alminyum magnezyum, alminyum-magnezyum-silikon, olmak zere eit alminyum alam kullanlmaktadr. 5000 (Al-Mg) Serisi Alminyum Alamlar: Otomobil panelleri iin kullanlan dier alamlar 5083, 5454 ve 5754 alamlardr. Bu alamlar ayn zamanda mangan elementi de ihtiva ederler. Bu alamlar kelme sertlemesi gstermezler ve sl ilem esnasnda mukavemetleri de artmaz. Bu alamlara ekil verme yolu ile ilave mukavemet kazandrlabilirler. Fakat bu zelliklerini de frnlama evrimi esnasnda kaybederler. Bu nedenle -O sl ilem zelikleri alamn mukavemetinin daha uygun hale gelmesine yardmc olur. 5000 alamlar istisna olarak ekillendirilir ve yksek korozyon dayanmna sahiptirler. Bu alamlar deformasyon esnasnda Lders bantlarnn oluumuna hassas olmalarndan dolay, d gvde panel konstrksiyonunda tercih edilmezler. Ayrca 5083 alam yaklak %4'n zerinde magnezyum ihtiva ettiklerinden ekillendirme ve daha sonra egzoz ve katalitik sistem gibi paralara yakn uygulamalarda uzun sreli 65 C'nin zerinde scakla maruz kaldklarndan gerilme-korozyon atlamasna maruz kalabilirler. Gerilme-korozyon hassasiyeti genellikle gvde panel uygulamalar iin pratik grlmemektedir. Mteri isteklerini, gvenlik gereksinimlerini ve Pazar rekabetini karlamak amacyla yeni retim teknolojileri hayata geirilmitir. Gelien teknoloji ile birlikte gnmzde kullanlan sac metal sekilendirme yntemlerinden bazlar da derin ekme ve bkmedir. Bu almada teorik ve numunelerden elde edilen kalnlk deiimleri, kritik blge ve uzama gerilme grafiine baklarak karlatrma yapld.

DENEYN YAPILII: Bu almada Al 5754 ve Al 5083 levhalarn deri ekme ve bkme ilemlerinin teorik ve uygulama sonularnn karlatrlmas yaplmtr.Al 5083 Mekanik zellikleri Al 5754 Mekanik zellikleri

Sac levhalarn mekanik zellikleri yukardaki tablolarda verilmitir.[9] Derin ekme esnasnda bir takm kuvvetlerin etkisi altnda kalmaktadr. Bu kuvvetler, kavis zerindeki bkme kuvvetleri; sacn kalp ve bastrc ile srtnmesinden doan kuvvetler; kabn flan ksmndaki basma gerilmeleri olmaktadr.[10] Bu kuvveti yenmek iin ekme kuvveti uygulanmaktadr. Dolaysyla ekilen kabn cidarlar ekme gerilmesi etkisi altnda kalmakta, bu etki ve incelme zellikle dip kavisi yaknnda younlamaktadr. Dolaysyla derin ekme ilemindeki atlama hatalar daha ziyade burada meydana gelmektedir.[11]

Bkme kalplar, sac veya erit malzemelere ekil vermede kullanlrlar. Bkme ilemi srasnda para plastik, ekil deiimine urar. Parann bkme alannda boyutta da gerilmeler meydana gelir. Tarafsz dzlemde gerilimler sfrdr. Tarafsz dzlemin iinde baslma dnda ekilme oluur. Bu nedenle (W) para genilii ite artarken dta azalr, tarafsz dzlemde ise sabit kalr. Bkme ileminde kalc plastik ekil deiimini salayabilmek iin para zerindeki basma ve ekilme gerilimleri giderilmelidir.[12]

Her iki malzemede Pro-Engineer Wildfire 5.0 program kullanlarak modellendi, daha sonra bu modellemelerden yararlanlarak paralarn retile bilecei kalplarn kat modelleri izilmitir.

a) derin ekme numunesi(Al 5754 ve Al 5083)

b)bkme numunesi(Al 5754 ve Al 5083)

c) Derin ekme Kalb

d)Bkme Kalb

Yaplan almada, dinamik eksplisit ANSYS/Ls-Dyna ve alt modl Lsprepost kullanlmtr. Kalp elemanlar 1/1 orannda yzey (surface) olarak modellenmitir. Modellenen paralar sisteme yerlestirilirken kalp elemanlarnn konumuna ve et kalnlklarna dikkat edilmitir. Teorik analizlerde Al 5083 ve Al 5754 sac malzemelerine Bilinear Kinematic ve 3 Parameter Barlat Anisotropic malzeme model tanmlamalar yaplmtr [13]. almada SHELL 163 eksplisit element tipi kullanlmtr. SHELL 163 elementin 11 farkl element formlasyonu vardr. Bunlardan Belytschko-Wong-Chiang formlasyonu seilmitir. Kalp elemanlar, kullanlan element tipi ve malzeme zelliklerine gre sonlu sayda blntlere blmek ve daha iyi sonular elde etmek iin modellere mesh(ag) rlmtr.

a)Derin ekme kalb Yzey izimi

b)Bkme Kalb yzey izimi

c) Derin ekme Kalbnn Mesh rlm Hali

d) Numunenin Mesh rlm hali

e) Bkme numune Mesh rlm hali

f) Bkme Kalb Mesh rlm Hali

ekme 250mm apndaki Al 5754 ve Al 5083 sacnn ekillendirilmesinin teorik olarak iki malzeme modeline ait sekilenme snrlar deiimi aada verilmitir. ANSYS/Ls-Dyna programnda yaplan simlasyonlarda Lsprepost programndaki simlasyonlar sonucu 3 Parameter Barlatn Blinear Kinematice gre ekillenme snr incelendiinde malzeme tepe noktasnda incelme grlmedii iin daha iyi sonu verdii grlmtr.

Al 5754sekillenme snrlar deiimi

Al 5083sekillenme snrlar deiimi

ekme derinlii 48 mm olarak elde edilmitir. Aada kalnlk deiimleri gsterilmitir.

Al 5754 kalnlk deiimi

Al 5083 kalnlk deiimi

Teorik modelden Al 5754 sacn ekillendiini incelemek amacyla teorik modelden elde edilen sonulardan yararlanlarak iin aadaki ekillendirme Snr Diyagram (SSD) oluturulmutur. ekillendirme snr diyagram incelendiinde yan duvarlarda krklk sekilenmenin emniyetli blgede gerekletii grlmtr.

Al 5754 sacnn S.S.D Teorik modelden Al 50833 sacn ekillendiini incelemek amacyla teorik modelden elde edilen sonulardan yararlanlarak iin aadaki ekillendirme Snr Diyagram (SSD) oluturulmutur. ekillendirme snr diyagram incelendiinde yetersiz elastikiyet hattnda ve sekilenmenin emniyetli blgede gerekletii grlmtr.

Al 5083 sacnn S.S.D.

Bkme 115*270*410*2 Al 5754 ve Al 5083 sacnn ekillendirilmesinin teorik olarak iki malzeme modeline ait ekillenme snrlar deiimi aada verilmitir. ANSYS/Ls-Dyna programnda yaplan simlasyonlarda Lsprepost programndaki simlasyonlar sonucu 3 Parameter Barlatn Blinear Kinematice gre ekillenme snr incelendiinde malzemede ksmen iyi bir sonu elde etmitir.

Al 5754sekillenme snrlar deiimi

Al 5083sekillenme snrlar deiimi

Bkme derinlii 24mm olarak elde edilmitir. Aada kalnlk deiimleri gsterilmitir.

Al 5754 kalnlk deiimi

Al 5083 kalnlk deiimi

Teorik modelden Al 5083 ve Al 5754 sacn ekillendiini incelemek amacyla teorik modelden elde edilen sonulardan yararlanlarak iin aadaki ekillendirme Snr Diyagram (SSD) oluturulmutur. ekillendirme snr diyagram incelendiinde yetersiz elastikiyet hattnda ve sekilenmenin emniyetli blgede gerekletii grlmtr.

Al 5754 sacnn S.S.D.

Al 5083 sacnn S.S.D.

DENEYN UYGULAMA KISMI

Derin ekme:

Al 5754 ve Al 5083 plazma tezgah ile ap 250mm olacak ekilde ayr ayr kesildi oluan apaklar alnd. Levhalarn stlp yaland ve ekme kalbnda derin ekme ilemi yapld

.(a) (b)

(c)

(d)

(e)

a):Al 5754 el-plazma tezgahnda kesimi b):Al 5083 el-plazma tezghnda kesimi c): kenar apaklar alnm numuneler. d): Al 5754 derin ekme e): Al 5083 derin ekme

Bkme:

Al 5754 ve Al 5083 levhalar giyotin makasnda verilen llerde ayr ayr kesildi levhalar stlp yaland basit bkme kalbnda bkld.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

a):Al 5083 giyotin makas tezgahnda kesimi b):Al5754 Giyotin makasnda kesimi c):Al 5083 bkme kalbnda bklmesi d): Al 5754 bkme kalbnda bklmesi e): Al 5083 bkme sonucu f): Al 5754 bkme sonucu

Derin ekme numunesi testere yardmyla kesildi ve iinden alnan para zerinde 6 farkl blgeden mikro metre yardmyla kalnlk kontrol yapld.

Al 5754 Kalnlk Deiimi2,20 2,15 2,10 2,05 2,00 1,95 1,90 1,85 1,80 1,75 0 5 10 15 20 25 30

Al 5083 Kalnlk Deiimi2,25 2,20 2,15 2,10 2,05 2,00 1,95 1,90 0 5 10 15 20 25 30

Tartma ve Sonu Bu alma bkme ve derin ekme sonucunda, elde edilecek kabn fiziksel zelliindeki beklentilerin karlanmas bakmndan nem arz etmektedir. Derin ekmede elde edilecek kabn az yaps ve cidar kalnlk dalmnn dzgn olmas istenir. Bkmede ekillendirilen parann dzgn ve cidar kalnlk dalmnn dzgn olmas beklenir. Alminyum malzeme elie nazaran farkl karakteristik zellikler sahiptir. Ancak malzeme olarak alminyumun tanmas, ekillendirilmesi kaynaklanmas, mamul hale gelmesine kadar ki ilemlerde kullanlan birok sistem ve makineler, elik malzemelerle kullanlanlar ile ayn olmas byk bir avantaj salamaktadr. Otomotiv endstrisinde alminyum malzemelerin kullanmnda birok avantajlar bulunmaktadr. zellikle otomotiv panel uygulamalarnda alminyumun etkili ve ekonomik kullanlmasnda her bir parann zellik ve karakteristiine gre optimize edilmesi gerekmektedir. Bunun iin alamlarn hem fiziksel hem de mekanik ayn zamanda sekilendirilebilme ve birleme zelliklerinin bilinmesi gerekmektedir [14]. ANSYS/Ls-Dyna yazlm kullanarak uygun parametreler bulunmaya allmtr. Al 5754 alamnn akma dayanm Al 5083 alamnn akma dayanmndan dk olduu iin gzle grlemeyen krklklar dierine gre daha fazla olduu bilgisayar analizi sonucu(ANSYS) grlmtr. Al 5083 alamnn akma dayanm Al 5754 alamndan fazla olduu iin kalnlk deiimi daha fazla olduu grlmtr. Buna bal olarak Bkme deneyinde yetersiz gerilim hatt fazla olumutur. Bylece kaliteli blge fazla olduu analiz sonucunda grlmtr.

Kaynaka [1] N.,Fridlyander,.,V.G.,Sister, O.E.,Grushko, V:V.,Berstenev, L.M.,Sheveleva, L.A.,Ivanova1, Aluminum Alloys: Promising Materials In The Automotive Industry, Metal Science and Heat Treatment, Translated from Metallovedeniei Termicheskaya Obrabotka Metallov, No.9,pp.3-9, September, 2002. [2] F.,Rosch, Aluminum-Its Suitability and Performance in Light Weight Automobile Structure, Automotive Technology for Improving Fuel economy, Germany, SEA Technical Paper eries 937397, 1993. [3] H.,Wallentowitz, J.,Leyers, T.,Parr, Materials For Future Automotive Body Structures, A Report, Institut fr Kraftfahrwesen Aachen (KA), Rheinisch-Westflische Technische Hochschule (RWTH) Aachen, and Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen, Business Briefing:Global Automotive Manufacturing & Technology, 2003. [4] F.,Ostermann, Aluminum Materials Technology For Automobile Construction, English translation by Row Woodward, Mechanical Engineering Publication Limited, London, 1993. [5] The Automotive Future in Aluminum, Corus Aluminum NV, Belgium, www.corusgroupduffel.com

[6] S.J.,Harris, B.,Noble, D.G.,McCartney, et al., Controlling The Formability and Strength of AlMgSi alloys, in: Aluminium Alloys, ICAA-6, July 510, 1998, Japan, pp.383388. [7] R.,Mahmudi, W.T.,Roberts, D.V.,Vilson, et al., Mechanical Properties and Formability Of The Grained Aluminum Alloys sheets, Aluminium, No.1, pp.6266, 1987. [8]TR1.2.16472000, Fabrication of Sheets from AV-Type Alloys with Fine-Grained Recrystallized Structure for Cold Forming, Technol. Recommend, VIAM, Moscow, 2000 [9] Murat Dndar, Canan nel, Soner Akkurt, Otomotiv Sektrnde Kullanlmak Amacyla Srekli Dkm Tekniiyle retilmi 5XXX Serisi Al-Mg Alamlarnn Mekanik Karekterizasyonu [10] Mehmet Karal, Silindirik Kaplarn Derin ekilmesinde Farkl Bask Plakas Kuvvetlerinin Ve Uygulama Yntemlerinin Kulaklamaya Olan Etkilerinin ncelenmesi Trakya Univ J Sci, 9(1): 41-46, 2008 [11] Cebeli ZEK ve Muhammet BAL, Derin ekme Kalplarnda Matris-Zmba Radys Ve ekme Orannn Et Kalnl zerindeki Etkisi, Gazi niv. Mh. Mim. Fak. Der. Cilt 24, No 1, 33-41, 2009 [12] Megep ,Meslek Eitim Ve retim Sisteminin Glendirilmesi Projesi, Makine Teknolojisi, Bkme Kalplar-1 Ankara 2006 [13] Release 12.0 Documentation for ANSYS . [14] Bed_R F., Durak E., Del_Kanl K. Alminyum alasmlarnn otomotiv endstrisinde uygulanlabilirligi ve mekanik zellikleri, Sleyman Demirel niversitesi Makine Mhendisligi Blm, Mhendis ve Makine, 47: 555, 37-46