Çok parçalı sac konstrüksiyonlarda kümülatif ölçü sapmalarının ölçme ve analizlere dayalı olarak belirlenmesi ve bir algoritma geliştirilmesi
Determining of cumulative dimension deviations in multi – part sheet metal constructions by means of measurements and analyses and development of an algorithm
Yazar: CEM YURCİ
Danışman: DOÇ. DR. ANIL AKDOĞAN ; PROF. DR. M. NUMAN DURAKBAŞA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde herhangi bir endüstriyel ürünün ortaya çıkarılışında, tasarım, imalat, ölçme sistemleri ve kalite yönetimi süreçleri birbiriyle içi içe geçmiş olup sıkı bağlarla bağlanmış durumdadır. Bu bağlar zaman içinde daha da güçlenerek fonksiyonel hale gelmiş ve sağlanan gelişmeler son yıllarda ortaya çıkan Endüstri 4.0 devriminin de temelini oluşturmuştur. Sanayi kuruluşlarının söz konusu fonksiyonel bağları kurma ve veri tabanlarını güçlendirme yönündeki çabaları ne ölçüde amacına ulaşabilmiş ise, çağın gerisinde kalma tehlikesinden de o ölçüde uzaklaşmaları mümkündür. Bu bakış açısının baskın şekilde görüldüğü sektörlerden birisi de otomotiv olduğundan, tez çalışmasının uygulama alanı buradan seçilmiştir. Buna yönelik olarak, yapılacak çalışmalar için seçilen şasi grubunda, sac parçaların şartnamesi ile uyumlu tolerans ve istatistiksel tolerans analiz yöntemleri ile şekillendirme sonucu oluşan geri esnemeler ve kaynak sonrası distorsiyonlar ele alınmaktadır. Kaynak öncesi ve sonrasında ortaya çıkan tüm sapmalar ile parçaların tasarım kriterleri ve proses parametreleri hep birlikte değerlendirilerek bir yaklaşım metodu kurulmaktadır. Böylelikle ölçü ve biçim sapmalarının toplamının önceden tahmini hedeflenmiş bulunmaktadır. Kurulan yaklaşım metodu, analiz ve uygulamalardan gelecek yeni parametrik değerlerin yüklenmesi ile sürekli iyileştirilebilir bir zeminde akıllı sistemlere doğru terfi edebilecek yapıdadır. İşletme içinde de, seri imalattan alınacak sürekli geri beslemeler ile kurulan metodun sürdürülebilirliği ve aynı zamanda yeni grup ve parçalar açısından adaptasyonu sağlanabilecek durumdadır. Metodun, söz konusu çıkış noktasından hareketle; Endüstri 4.0 bağlamında diğer unsurlar ve yöntemler ile ilişkilendirilebileceği görülmektedir. 
Teknolojik ve finansal kısıtlamalardan dolayı, imalat proseslerinin uygulanışı esnasında nominal ölçüleri sağlamak mümkün olamamaktadır. Bu yüzden başarılı bir montaj için toleranslandırma çok büyük önem taşımaktadır. Kompleks parçalar ile montajlı gruplar için toleransları tasarım aşamasında belirlemek zor bir iştir. Çünkü, tasarım sırasında öngörülebilecek ve imalat sırasında realize edilebilecek olanları iyi belirleyebilmek; bilgiye olduğu kadar aynı zamanda tecrübeye de dayanmaktadır. Küçük ölçü ve biçim sapmaları kümülatif birikime uğrayarak, montaj sırasında ortaya çıkan son toleranslara uyulamamasına yol açabilmektedir. Bu tez çalışmasının yapılış amaçlarından başta geleni, gerek geometrik ve gerekse de kaynak prosesi tasarımları esnasında söz konusu son aşamayı önceden tahmin ederek tasarımcıya bir çıkış yolu bulmaktır.  Günümüzde belirli yüzeyler için yaklaşım modelleri bulunsa da, montajda toleransı direkt olarak temsil eden bir matematiksel model henüz mevcut değildir. 
Tez çalışmasındaki uygulamalar için sac parçalar ele alındığı için sapmaları etkileyecek olan en büyük iki etken, şekillendirme sonrası geri esnemeler ile punta kaynağı sonrası distorsiyonlardır. Şekillendirme sonrası biçim sapmaları tarama yöntemi ile elde edilip bu veriye analiz yolu ile elde edilmiş kaynak distorsiyonları da eklenebilir. Bu safhada distorsiyonlar ile kaynak parametreleri arasında bulunacak matematiksel bağıntı kullanılacak olup bu parametre sınırları belirli testlerle tespit edilmiş bulunacaktır.
Tez çalışmalarının ikinci kolu, hiçbir düzeltme çabasına girmeden, montajı oluşturan parçaların imalattan çıkan sapmalarını olduğu gibi kabul edip bunların optimum toplam sapmayı sağlayabilecek şekilde kendi aralarındaki eşlenmelerini sağlamaya dayanmaktadır. Dolayısıyla, parçaların ölçümlerinden elde edilecek tekil sapma dataları kullanarak bileşik (kümülatif) toleransı optimize edebilecek bir yazılım hazırlanmış bulunmaktadır. Bunu sağlayacak şekilde oluşturulan yazılım, tekil parçaları İstatistiksel Tolerans Analiz Yöntemlerine göre eşlendirmekte ve kaynak öncesinde montaja hazır gruplamalar ortaya çıkmaktadır. 
Tez çalışmalarının sonunda ortaya konan sistemin mekanizasyonu tasarlanıp prototipi de imal edilerek çalışır duruma getirilmiştir. Bu sistemin patent başvurusu yapılmış bulunmaktadır.  
Sonuç olarak, yapılan tez çalışması toleransları, geometrik ölçü ve biçim ile kaynak proses parametrelerini usulüne ve standartlarına uygun bir şekilde bütünleşik halde tasarlamayı sağlayacaktır. Bununla da kalmayıp, elde mevcut olan imalatın kalite realitesinden hareketle, mevcut tekil toleranslardan grupsal optimum bileşik toleransa geçebilmeyi de mümkün kılmaktadır. Yukarıda da belirtildiği gibi, teklif edilen bu sistemlerin doktora sonrasında sürdürülecek çalışmalar ile akıllı hale getirilmesiyle, ülkemiz imalat sanayisinin Endüstri 4.0 devrimini yakalaması yolunda yardımcı olması amaçlanmaktadır. 
         
Anahtar Kelimeler: Birleşik (kümülatif) tolerans, İstatistiksel Tolerans Analiz yöntemleri, punta kaynağı ve parametreleri, eşleme

Abstract:
Today, by producing an industrial product design, manufacturing and measuring systems and quality management processes are interlaced and bonded with powerful links. These links have become in the time to a functional state and the provided improvements have formed the basis of Industrial 4.0 Revolution. Industrial establishments are trying to build the aforesaid functional links and to reinforce their databases. So, they have the possibility of the revulsion of being behind the times. Because the automotive industry is one of the main sectors where this point of view can be seen dominantly, the practical application field of this thesis has been chosen from here. So, in the selected chasis group, tolerances, tolerance stack-up analyses and distortions after welding are being handled. Distortions before welding and after welding are being evaluated with design criterions and process parameters and an approachment method is being created. So the estimation of the stack-up of dimensional and form deviations is being aimed. The created approachment method is in a structure that can be converted to intelligent systems by arriving of new parametric values coming from analyses and applications. In the establishment, with feedbacks got from the serial production, the sustainability of the method and its adaptation for new groups and parts can be provided. The method can be linked in the context of Industry 4.0 to its other factors and applications. 
The providing of nominal dimensions during the application of manufacturing processes can not be possible because of technological and financial restrictions. Hence, tolerancing is very important for a successful assembly. Determining tolerances for complex parts and assembly groups in the design stage is a hard job. Because assigning the foreseen tolerances and the ones which can be realized during manufacturing is based not only on the knowledge but also on the experience. Small dimension and form tolerances are accumulated cumulatively and cause that the last tolerances can not be adapted. The main aim of the thesis work is to predict the last stage during geometrical and welding process designs and to help to the designers. Although today some approximation models for specific surfaces appear, there is not a mathematical model yet which represents the tolerance during assembly directly. 
Because sheet metal parts are considered for applications in the thesis work, the pimary two factors affecting on deviations are the springback after forming and distortions after resistance spot welding. The form deviations after forming can be obtained with the method scanning and welding distortions obtained with analysis method can be added to this data. During that stage, the mathematical relation formula between distortions and welding parameters can be used and the parameter limits will have been found with specific tests.
The second arm of the thesis work is, without showing any correction effort, mating the singular parts with each other by accepting the deviations  after manufacturing as they are and by meeting the optimum cumulative tolerances. So, a software has been created to optimize the cumulative tolerances by using the singular deviation datas which can be obtained from the measurements of parts. This software mates the singular parts according to Tolerance Analysis methods and so the groups for assembly before welding become ready.
At the end of the thesis work, the generated mechanization of the system has been designed and ist protype has been manufactured and made ready for functioning. The patent application for this system has been made. 
In conclusion, the made thesis work will provide designing tolerances, geometrical dimension and form and welding process parameters according to the standards in an integrated manner. It will make possible the transition from singular tolerances to optimum cumulative tolerances. So, these proposed systems can be transformed to intelligent systems, after continuing works after the thesis and it is aimed to help to the way reaching of Industry 4.0 Revolution.

Keywords: Cumulative tolerance, Statistical Tolerance Stack-up Analysis methods, resistance spot welding and parameters, mating