Solo soğutucularda kapı alt kapama parçasında görülen deformasyonların sayısal ve deneysel incelenmesi ve iyileştirme çalışmaları
Numerical and experimental investigation of deformations on door end part within solo coolers and improvement studies
Yazar: EMRE EMEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde kullanılan solo soğutucu ürünlerde fonksiyonel yeterliliğin ve enerji verimliliğin dışında görsel açıdan da ürünlerin yüksek seviyelere çıkması beklenir hale gelmiştir. Sadece soğutucu ürünün iç kısmında değil dışından da şıklık ve kalite olgusu aranan önemli özelliklerden biri olmuştur. Firmalar da pazardan gelen bu beklentileri karşılamak adına solo soğutucu ürünlerin kapılarının dış kısımlarına farklı renklerde cam uygulaması yaparak hatta ürünün kontrol ünitesini bu cam kapıların yüzeyine uygulanarak kullanıcılara hem estetik açıdan güzel hem de fonksiyonellik açısından daha kullanışlı ürünler sunmuştur.
Firmalar, cam kapılı ürünler ortaya çıkarırken diğer ürünlerde elde ettiği tasarım tecrübesinin dışında yeni uygulamanın getirdiği bazı sınırlamaları da göz önününde bulundurarak tasarımlar yapmak durumdadır. Tasarım sınırları göz önünde bulundurularak yapılan tasarımların uygulanması sırasında öngörülemeyen başka problemler ile karşılaşılabilinir. Bu problemlerin ortadan kaldırıp sorunsuz üretim şartlarını sağlayabilmek için mühendislik yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır.
Tez kapsamında cam uygulaması yapılmış solo soğutucu ürünlerin kapı açılıp ve kapı açıklığı 1400 ' ye ulaştığında kapı başka ürünlere ya da kendi gövdesine çarpmaması için durdurulur. Durdurma işlemi sağlanıp kapı açma yönünde zorlamaya devam edildiğinde kapının alt kısmında kapama plastiği üzerinde orta menteşeye yakın bölgelerinde deformasyonlar gözlemlenmiştir ve bu konuyla ilgili proje başlatılmıştır.
Tez başlangıcında ilk olarak probleme etki edebilecek parçalar incelenip her biri hakkında bilgiler toplanmıştır. Problemin tekil problem olmayıp süreklilik arz eden problem olup olmadığını belirlemek amacıyla IEC 60335 Ev ve benzeri yerlerde kullanılan elektrikli cihazlar için güvenlik kuralları bölüm 2.24 – Soğutucular, dondurma makinaları ve buz yapıcılar için özel kurallar yönetmeliğine dayandırılmış aşırı germe testi uygulanması kararlaştırılmıştır. Aşırı germe testi uygulanmadan önce cihazın hazırlanması için gereken yükleme testi uygulanmıştır. Sonrasında aşırı germe testi uygulanıp test sonucu parçalar ayrı ayrı incelenmiştir.
Aşırı germe test koşulları referans alınarak parçalar üzerinde sonlu elemanlar analizi uygulayıp test sonuçlarıyla birbirini doğrulama çalışması yapılması planlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda her bir parça için malzeme bilgileri, malzeme teknik verileri araştırılıp tanımlanmıştır sonrasında sonlu elemanlar analizi yapılarak deformasyonların gözlemlendiği kapı alt kapama plastik parçası ve kapı alt destek sacı parçası için incelemelerde bulunulmuştur. Aşırı germe test sonuçları ile sonlu elemanlar analizi karşılaştırılarak temel problemin tanımlanması yapılmıştır.
Problem tanımı tam olarak yapıldıktan sonra solo soğutucu ürünlerin problemle ilgili kısımlarda firma bünyesi içinde bulunmuş diğer çözümler incelenmiştir ve rakip firmalardaki çözümleri incelemek adına patent araştırmaları yapılmıştır. Patent araştırmaları sırasında özellikle menteşe tasarımlarından ziyade menteşelerin kapı gövdesiyle bağlantıları ve kapı açılma sırasında oluşacak gerilmenin nasıl yayıldığı ve dengelendiğine odaklanılmıştır. Problem için çözüm önerilerine geçmeden önce doğru çalışmalar yapmak adına ve parçalar üzerinde başka öngörülmeyen problemlere sebep olmamak amacıyla plastik ve sac parçaların tasarımlarında dikkat edilmesi gereken hususlar için literatür araştırmaları yapılmıştır.
Çözüme ulaşmak amacıyla tasarım önerilerine geçmeden önce parçaların tasarım sınırları belirlenip sıralanmıştır. Belirlenen tasarım sınırları göz önünde bulundurularak önce kapı alt destek sacı için tasarım önerileri toplanmıştır ve her bir öneri için tahmini kalıp maliyet analizleri yapılmıştır. Sonrasında, kapı alt kapama plastik parçası için tasarım önerileri belirlenmiş ve bu parça için tahmini kalıp maliyet analizi yapılmıştır.
Toplanan tasarım önerilerinin karşılaştırılabilmesi için kapı alt kapama plastik parçası üzerinde deformasyonların görüldüğü bölgeler 5' e ayrılmış ve her bölge isimlendirilmiştir. Önce kapı alt destek sacı için verilen önerilere analiz yapılarak kapı alt kapama plastik parçası üzerindeki uzama değerleri referans alınarak belirlenen 5 bölge için yüzdelik iyileşmeler belirlenmiş ve öneriler karşılaştırılmıştır. Sonrasında kapı alt kapama plastik parçası için verilen önerilere analiz yapılarak belirlenen 5 bölgedeki uzama değerleri elde edilmiştir ve bu veriler göz önünde bulundurularak iyileştirme yüzdeleri karşılaştırılmıştır.
Oluşturulan karşılaştırma matrislerinin sonucunda kapı alt destek sacının malzemesinin değiştirilip akma dayanımı daha yüksek malzeme kullanımı ve parça et kalınlığının 1 mm' ye çıkarılma önerisi en fazla iyileşmenin görüldüğü öneri olmuştur. Kapı alt kapama plastik parçası için ise en fazla deformasyonun gözlemlendiği bölgedeki adımın iptal edilip kaburgaların eklendiği önerinin en fazla iyileştirme etkisini yaptığı belirlenmiştir.
Kapı alt destek sacı ve kapı alt kapama plastik parçası için elde edilen optimum çözüm önerileri birleştirilerek sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Birleştirilmiş öneriler için analiz yapılırken problemin tanımının yapılması sırasında uygulanan bütün sınır ve temas koşulları korunup sadece değişen CAD tasarımı ve malzeme bilgileri güncellenerek yapılmıştır. Bu sayede problem ve çözüm arasındaki karşılaştırmada hata oranı minimuma indirilmiştir. Yapılan analiz sonucunda problemin gözlemlendiği tüm bölgelerde yüksek oranda iyileşmeler tespit edilmiştir.
Kapı alt destek sacı için verilen öneriler arasında iki çözüm önerisi için numune çalışması yapılıp mekanik testler uygulanmıştır. Yapılan testler sonucunda hem parçalar üzerindeki iyileşmleler ortaya konulmuş hem de yapılan analizlerin sonuçlarının doğruluğu teyit edilmiştir.
Tez çalışması sırasında problem tanımlanırken yapılan test ve analizlerde ilk durumda kapı alt destek sacının oluşan gerilmeler sonucunda plastik deformasyona uğrayıp görevini yerine getirememesi ve oluşan momenti kapı alt kapama plastik parçasına taşıdığı ortaya konulmuştur. Bu bağlamda kapı alt destek sacı için akma dayanımı daha yüksek malzeme kullanılabileceği ve malzeme et kalınlığının artırılabileceği görülmüştür.
Tez çalışmasında kapı alt kapama plastik parçasının çalışma koşullarında ilk olarak zayıf kaldığı bölgeler ortaya konuşmuştur sonrasında bu deformasyonların da görüldüğü bu zayıf bölgelerin güçlendirilmesi amacıyla tasarım değişikliği yapılıp modifikasyon uygulanarak parça üzerindeki deformasyonların ortadan kaldırılabileceği ortaya konulmuştur.
Sadece problemin görüldüğü modelde kullanılan kapı alt kapama plastik parçasında değil diğer modellerde kullanılan ve ilerideki projelerde kullanılacak kapı alt kapama plastik parçalarında tez içinde faydası ispatlanmış güçlendirme çalışmaları uygulanabileceği tecrübe edilmiştir.

Abstract:
Visual expectation beside functional efficiency and energy consumption from solo cooler appliances is getting increased nowadays. Classiness and quality are became one of the qualification that have required for not only inside of cooler appliance but also outside. Glasses that has various color were implemented to outside of door of appliances by the companies in order to meet the expectation that consisted from market. Even by integrate into control unite to glass door surface the products that has both good aesthetic appearance and more useful from the stand point of functionality are being presented by the companies.
The companies must design by collecting both the experiances which gained from creating other products and design boundaries that handed with new application in an attempt to implement the products have door with glass. During implementation of new applications, unpredictable problems are able to faced view of the fact that design boundaries. Engineering approach is needed to provide production conditions without any problems and solve these unpredictable problems.
Glass implemented doors are stopped when opened and reached to 1400 in order to prevent to hit to other things or itself. Some deformations are observed at over of door end plastic (bottom side) of door when continue to push the door after complete the stopping process and new project is started to investigate this problem.
Parts that is able to have an impact on problem are investigated and explained at the begining of the study. Performing of overstretch test that based on IEC 60335 Safety of household and similar electrical appliances – Part - 2-24: Particular requirements for refrigerating appliances, ice-cream appliances and ice-makers regulations is decided in order to prove to problem is continuos not single case. Overload tests that based on IEC 60335-2-24 regulations, 22.102 section are preformed for preparing the appliances to overstretch test. Thereafter, overstretch tests are performed and all parts are invesgated one by one.
Finite element analyses that is taken as a referance of overstretch test are planned to applied to door assembly and complete the verify operation for both test and simulation results. In accordance with this purpose, material informations and material technical datas are investigated and defined just after that by applying finite element analyses deformations at door end plastic and reinforcement plate part are is investigated.
Fundamental problem is defined by comparing overstretch test results and simulation results.
Other finding design solutions that related with problem within the structure of the company are examined. During investigate of other design solutions, solutions of the doors which have more heavier examined and invention researchs are made in order to investigate the design solutions of rival companies. During invention research, it was focused the stress distribution and balance that occured the door opening and hinge connection with door structure apart from hinge design.
Before define the solution proposals, Some literature research about design rules of sheet metal and plastic parts was made in order to prevent to occur other unpredictable problems and find solutions right first time. Especially, the points to consider about plastic part design and sheet metal forming rules were focused during literature research because door end plastic part and reinforcement plate had been observed deformations.
Design boundaries of door assembly and related parts are defined and specified on the purpose of finding solutions before collecting proposal. First, design proposals of reinforcement plate are collected and estimated cost analysis of each proposal are made by taking into consideration of design boundaries. Second, design proposals of door end plastic parts are specified and estimated mould modification cost analyses of each proposal are made.
The areas that observed some deformations above door end plastic part are divided to 5 pieces and each pieces are named so that become comparatible for design proposals.
First, proposals that were given for reinforcement plate are analysed and strain values that was taken as references over the door end plastic part are defined and improvements of the areas that occured before over door end plastic are specied as percentage values and compared for 5 different pieces. Second, strain values are obtained for 5 defined pieces by analysing the proposals which given for door end plastic parts and percentage improvement values of these strain values are compared.
The proposal that observed highest improvement was idea that changing the raw material to material which has higher yield strenght and increasing the material thickness to 1 mm in consequence of comparison chart. For door end plastic part design proposals, the idea that cancellation of step of area which has observed maksimum deformations and addition of ribs to weak areas was the proposal that have an highes impact on solving problem.
Finite element analyses of the proposal which combined with ideas for door end plastic part ana reinforcement plate that obtained optimum solutions are made. During finite element analyses of combined proposal, analyses are completed by keep the boundary conditions and touching points that used for specifying problem. Only CAD data and material definition of parts are changed. By this way, failure rate at between problem and solution applications is decreased to minimum level. Higher improvements at the areas which observed deformations are confirmed as a result of finite element analysis.
Mechanical tests are performed for two design proposal of reinforcement plate part after completed the sampling processes. Improvements that gained by design proposal are revealed and result of finite element analyses are verified in consequence of overstretch tests that based on IEC 60335-2-24 regulations.
Results of overstretch tests and finite element analyses during definition of fundamental problem at second chapter of thesis was showed that door reinforcement plate part was deformed and not support to door end plastic due to occurance of stress. By this way, the absolute amount of occured moment is beared by door end plastic part. In this context, it is showed that material usage which has higher yield strenght and increased thickness to 1 mm is able to increased to resistance against flow.
Areas which have no adaquate strength of door end plastic part was revealed at working conditions of parts within initial tests and analyses of thesis. By using this data, it is showed that deformations over the door end plastic part are able to annihilated by doing some design changing and modifications in order to strengthen the areas which have no adaquate strength.
Within thesis, it is proved that structural strengthening workings of door end plastic and reinforcement plate part are able to implemented not only door with glass of models but also other models and further project.