Otomotiv gövde parçaları için kaynak fikstürü tasarım optimizasyonu
Welding fixture design optimization for automotive body parts
Yazar: KEMAL ÖZER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS İSTİF
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, otomotiv endüstrisinde kullanılan kaynak fikstürlerinin ağırlığını azaltmak için bilgisayar destekli tasarım ve sonlu eleman analizine dayanan bir topoloji optimizasyon çalışması yapılmıştır. Ek olarak daha önce kaynak fikstürlerine kullanılmayan farklı imalat yöntemleri ve yeni malzeme türleri için araştırmalar yapılmıştır. Kaynak fikstürlerinin üretim hatlarındaki hareketi, operatörler veya robotlar tarafından sağlanabilir. Hareket sırasında robotun kaldırdığı yük artarsa, robotun yatırım maliyetleri ve bakım maliyetleri artacaktır. Öte yandan, operatörün taşıdığı fikstürlerin ağırlığının arttırılması ergonomi riski yaratmaktadır. Üretim hatlarında kullanılan ekipmanın ağırlığını azaltmak, toplam robot maliyeti ve çalışan sağlığı ile ilgili bu sorunları azaltmak için önemlidir. Çalışmanın amacı, Solidworks Simulation Topoloji Etüdü kullanarak parçaların ağırlığını azaltmaktır. Analiz sonucunda, yazılım programının önerdiği organik yapı dikkate alınarak tasarım tekrarlanmıştır. Çalışmanın temel amacı, kaynak fikstüründe kullanılan parçaların gerilme enerjisini inceleyerek ekipmanın toplam ağırlığını azaltmaktır. Yapılan topoloji optimizasyonlarının verimsiz kaldığı parçalar için ise malzeme değişikliğine gidilmiştir. Temel olarak metal malzemelere alternatif kompozit malzemeler ve plastik malzemeler kullanılmıştır. Bu yeni malzemelerin kullanımı için de eklemeli imalat gibi yeni imalat yöntemleri de araştırılıp fikstür üzerinde kullanılması için tasarımlar gerçekleştirilmiştir.  Son olarak, ilk tasarım ve optimize edilmiş tasarım üzerine uygulanan statik analiz ve yorulma analizi ile parçaların kararlılığı kontrol edildikten sonra son parçalar oluşturulmuştur. Tasarımları yapılan parçaların imalatı gerçekleştirilmiştir. Yapılan yeni kaynak fikstürü üzerinde üretimler yapılıp sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, a topology optimization study is conducted to reduce the weight of welding fixtures used in the automotive industry. The topology optimization study was based on computer aided design and finite element analysis. Additionally, new types of materials and different manufacturing methods were searched that were not used in welding fixtures before. Welding fixtures can be moved by operators or robots on production lines. Investment costs and maintenance costs of the robot would be raised due to the increase in the load lifted by the robot during movement. Furthermore, ergonomics risk could be an issue for the operator due to the increased weight of the fixtures carried. To avoid these robot costs and employee health issues, it is important to decreasing the weight of equipment used in production lines. This study aimed to reduce the weight of parts using the Solidworks Simulation Topology Study. As a result of the analysis, the design has been repeated considering the organic structure proposed by the software program. Decreasing the total weight of the equipment by examining the tensile energy of the parts used in the welding fixture is the main aim of the study. For the parts where the topology optimizations were inefficient, material changes were made. Composite materials and plastic materials are used as option to metal materials. New manufacturing methods such as additive manufacturing were investigated and designs were made for the use of new materials on fixtures. After, initial design's and also optimized design's stability checked by appling static analysis and fatigue analysis, the final pieces concluded. The designed parts were manufactured. Productions were made and results on the new welding fixture were compared