AL 5083 ve AL 5754 Magnezyum Alaml Levhalarn

Derin ekme ve Bkmenin Teorik ve Deneysel

ncelenmesi Ahmet KOLER

Karabk niversitesi Teknik Eitim Fakltesi, ahmet_koleri42@hotmail.com

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 AW-

5083(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 AW-

5083 (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 / LS-

Dyna 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.

Aratrma Makalesi / Research Article

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.

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]

Al 5083 Mekanik zellikleri Al 5754 Mekanik zellikleri

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 Diyagr