Sıcak preslemeyle şekil verme parametrelerinin ürün özelliklerine etkilerinin simülasyonla belirlenmesi ve kalıp tasarım optimizasyonu

Abstract

Sıcak preslemeyle otomotiv parçalarının üretimi görece yeni bir teknoloji olmakla birlikte günümüz otomotiv taşıtlarında çarpışma güvenliğini arttırmak ve gerekli egzoz emisyon standartlarını sağlayabilmek için düşük ağırlığa sahip, yüksek mukavemetli parçaların üretiminde kullanılan bir yöntemdir. Elektrikli araçlarda kullanılan bataryaların getirdiği yüksek ağırlık nedeniyle araç güvenliğinden ödün vermeden artan hafifletme arayışı sıcak şekillendirmeyi yüksek ekipman yatırım maliyetlerine rağmen gelecekte daha yaygın kullanılan bir yöntem haline getirecektir. Bu yüksek lisans tezinde, güncel sıcak şekillendirme teknolojisi ve uygulamaları tanıtıldıktan sonra, örnek bir otomobil B-Sütununun sıcak şekillendirme kalıbı tasarımı ve proses parametreleri sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan bir dizi simülasyonla optimize edilmiştir. 950°C'ye kadar ısıtılmış 2 mm kalınlığındaki 22MnB5 sacdan tek bir adımda B-Sütununun oluşturulması ticari bir statik kapalı sonlu elemanlar programı olan Autoform R7 ile analiz edilmiştir. Bunun yanında güncel sıcak şekillendirme yöntemlerinin, daha yaygın soğuk sac şekillendirme yöntemlerine göre teknik ve maliyet üstünlükleri ile gelişime açık yönleri irdelenerek, otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan malzeme ve kaplama çeşitleri tanıtılmıştır. Kalıp tasarımının ve işlem parametrelerinin optimizasyonu, düz bir yüzeye kıyasla yan duvarlarında azalmış temas basıncı nedeniyle, B-Sütunu gibi parçaların derin çekilmesinde özellikle önemlidir. Bu tezde, 7 s taşıma süresi ve 2000 kN pres baskı kuvveti için çeşitli su verme sürelerinde B-Sütunu malzemesinin faz dönüşüm oranları ve sertlik dereceleri incelenmiştir. Soğutma kanallarının optimizasyonu ve ısıl iletkenliği yüksek çeliklerin kullanılmasının kalıp ile şekillendirilen parça arasında daha yüksek ısı transfer hızı sağladığı, su verme süresini kısaltarak üretim hızını arttırdığı tespit edilmiştir.Although the production of automotive parts by hot forming is a relatively new technology, it is a method used in the production of low-weight, high-strength parts in today's automotive vehicles to improve crash safety and to comply with current exhaust emission standards. Due to the high weight of the batteries utilized in electric vehicles, the increasing efforts to lighten vehicles without compromising vehicle safety is expected to make hot forming a more common method in the future despite its high equipment investment costs. In this master's thesis, after presenting the current hot forming technology and applications, the hot forming die design and process parameters of a sample automobile B-pillar were optimized by a series of simulations using the finite element method. Forming the B-pillar in a single step from a 2 mm thick 22MnB5 sheet metal heated to 950°C was analyzed by Autoform R7, a commercial static implicit finite element program. In addition, the technical and cost advantages of current hot forming methods compared to the more common cold sheet forming methods, as well as their developmental aspects, are examined, and materials and coatings that are commonly utilized in the automotive industry are introduced. Optimization of die design and process parameters is especially important in deep drawing of parts such as a B-pillar, due to the reduced contact pressure on their sidewalls compared to a flat surface. In this thesis, the phase transformation ratios and hardness degrees of the B-pillar material were investigated at various quenching times for a carrying time of 7 s and a press compression force of 2000 kN. It has been determined that the optimization of the cooling channels and the use of high thermal conductivity steels provide a higher heat transfer rate between the die and the formed part, increasing the production speed due to shortened quenching time.