Hidromekanik derin çekmede yükleme profillerinin bulanık mantık kontrol algoritması ile belirlenmesi
Determination of loading profiles with fuzzy logic control algorithm in hydromechanical deep drawing
Yazar: EKREM ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK HALKACI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sac hidroşekillendirme teknolojisinin bir çeşidi olan hidromekanik derin çekme prosesi ileri bir imalat işlemidir. Bu prosesin amacı, sac malzemede burulma, buruşma ya da yırtılma gibi herhangi bir şekillendirme hatası veya kararsızlığı olmadan tek bir şekillendirme adımı ile derin parçalar çekebilmektir. Bu proseste ana yükleme parametreleri olan sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti sacın şekillendirile-bilirliğini doğrudan etkilemektedir. Bu proseste eğer sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti az olursa sacın flanş ya da stampa duvarı bölgelerinde buruşma; aksine fazla olursa da sac malzemede yırtılma meydana gelmektedir. Bu yüzden hidromekanik derin çekme prosesinde arzu edilen geometriyi, yırtılma ve buruşma sınırları içerisinde kalarak elde etmek için uygun yükleme (sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti) profillerinin belirlenmesi gerekmektedir.
Bu tez çalışmasında, hidromekanik derin çekme işlemi için gerekli uygun yükleme profilleri, 
Choi ve ark. (2007) tarafından önerilen bulanık kontrol yaklaşımlı bir adaptif sonlu elemanlar analizi (SEA) yöntemi ile belirlenmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen bulanık mantık kontrol algoritması LS-DYNA explicit kod kaynaklı SEA yazılımında mevcut altprogramların içine yazılmıştır. Bulanık mantık kontrol algoritmasında, şekillendirme esnasında sac metalde meydana gelen maksimum yüzde incelme, sacın stampa duvarına temas durumu ve sacın flanş bölgesinde oluşan maksimum buruşma yüksekliği kriterleri kullanılmıştır. Bulanık kontrol kapsamında farklı kural-tabanlı matrisler kullanılarak analizler yapılmış ve sonuçta sac parçada meydana gelen maksimum incelme yüzdeleri karşılaştırılarak en uygun kural-tabanlı matrisler bulunmuştur. Ayrıca sac çapı ve sac ile kalıplar arasındaki sürtünme katsayılarının değişiminin yükleme profillerine etkisi incelenmiştir. Bulanık mantık kontrol algoritmalı adaptif SEA ile hidromekanik derin çekme işlemi için gerekli uygun yükleme profilleri üyelik fonksiyonlarının ve kural-tabanlı matrislerin belirlenmesi dışında tek bir SEA ile elde edilmiş ve dolayısıyla analiz çözüm süresi kısaltılmıştır. Bulanık kontrol yaklaşımı ile belirlenen uygun yükleme profilleri mevcut sac hidroşekillen-dirme presinde yapılan hidromekanik derin çekme deneylerinde kullanılmış ve deneyler sonucunda sac parçadaki kalınlık dağılımı ile analizden elde edilen kalınlık dağılımı karşılaştırılmıştır. Kullanılan bulanık mantık kontrol algoritmalı adaptif SEA metodu sayesinde 107 mm ilkel çapa sahip 1mm kalınlığındaki Al 5754-O alüminyum sac 40 mm çapında silindir formuna başarıyla şekillendirilmiş ve arzu edilen iş parçası elde edilmiştir.

Abstract:
Hydromechanical deep drawing process, which is a type of sheet hydroforming technology, is an advanced manufacturing process. The aim of this process is to draw deep parts with only one forming step without any instabilities such as buckling, wrinkling or fracture occurring in the sheet blank. The magnitudes and synchronization of the fluid pressure (P) and blank holder force (BHF) as the main loading parameters of this process, affect the formability of the sheet metal directly. In this process, if the blank holder force and the fluid pressure are too low, wrinkling may occur on the flange or side wall area of the sheet metal. On the contrary, if the blank holder force and the fluid pressure are too high, the sheet metal blank may rupture. Hence, in order to achieve a desired part without any forming defects in HMD process, it is necessary to determine the optimal loading profiles (fluid pressure and blank holder force).
In this thesis, the optimal loading profiles, which are essential for a successful hydromechanical deep drawing process, were determined by adaptive finite element analysis (FEA) coupled with fuzzy control algorithm method proposed by Choi et al. (2007). The fuzzy control algorithm, developed within the scope of this study, was written in subroutines available with LS-DYNA explicit code. Maximum thickness reduction occurring in sheet blank, status of punch wall contact during forming, maximum wrinkle height occurring on the flange region of sheet blank were used as criteria in the fuzzy control algorithm. Different rule-based matrices were compared in terms of maximum thickness reduction occurring in the sheet and thus, the most accurate rule-based matrices were determined for the control algorithm. In addition, the effects of initial sheet diameter and coefficient of friction between the blank-dies on the optimal loading profiles were investigated. The feasible loading profiles were determined with only one single FE analysis except for determination of appropriate membership functions and rule-based matrices and thus, the computation time was reduced using the adaptive FEA coupled with fuzzy control algorithm. The feasible loading profiles determined by fuzzy control algorithm were used in the hydromechanical deep drawing experiments performed with a hydroforming press and the sheet thickness distributions obtained with experiment and analysis were compared. Al 5754-O sheet blank having 1 mm thickness and an initial diameter of 107 mm was successfully deep drawn to a cylinder form in diameter of 40 mm and the final desired part was achieved through the adaptive FEA coupled with fuzzy control algorithm.