OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
SICAK ŞEKİLLENDİRİLMİŞ USIBOR 1500P- M6 CİVATA PROJEKSİYON
PUNTA KAYNAĞI
Ahmet Serdar Önal* , Necmettin Kaya**
Beyçelik Gestamp A.Ş. Ar-Ge Merkezi, Bursa
Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Müh. Böl., Bursa
*
**
ÖZET
Bu çalışmada, otomotiv endüstrisinde kullanılan sıcak şekillendirilmiş parçalar ile 8.8 kalite M6 kaynak somununun
elektrik direnç projeksiyon punta kaynağıyla kaynak edilebilirliği incelenmiştir. Taguchi deneysel tasarım metodolojisi
L 9 ortogonal dizisine göre hazırlanmış bir deney planına göre çalışmalar gerçekleştirilerek elde edilen sonuçlar
değerlendirilmiştir.
Anahtar kelimeler: Elektrik direnç projeksiyon nokta kaynağı, sıcak şekillendirme, Taguchi metodu.
HOT STAMPED USIBOR 1500P- M6 WELD NUT PROJECTION SPOT
WELDING
ABSTRACT
In this study, it is determined that press hardened sheet parts and M6 8.8. quality welding screws weldability with
electrical resistance projection spot welding which are used at automotive industry. The experiments performed with
based a Taguchi design of experiment methodology L 9 ortogonal array experiment plan and the results are evaluated.
Keywords: Electrical resistance spot welding, hot stamping, Taguchi method.
endüstrisinde kullanılan malzeme yelpazesinin her geçen
gün artması, sektörde kullanılan malzemelerle yeni
kullanılmaya başlayan malzemelerin etkileşimlerinin de
detaylı incelenmesi zorunluluğunu gerektirmektedir.
1. GİRİŞ
Sıcak şekillendirme prosesi, malzemenin östenizasyon
sıcaklığına kadar ısıtılıp hızlı bir şekilde soğutulmuş
kalıplara transfer edilerek hem form verme, hem de
içyapı transformasyonunun gerçekleştirildiği bir sac
metal şekillendirme işlemidir. Proseste kullanılan ultra
yüksek mukavemetli çelikler sınıfında yer alan sıcak
şekillendirilmiş Al-Si kaplamalı 22MnB5 malzeme,
kullanıcılarına
kesit
optimizasyonu
avantajı
sağladığından araç üzerindeki kullanımı giderek
artmaktadır. Araçlar üzerindeki bu kullanım artışına
paralel olarak, malzeme kendi kalitesindeki ve farklı
kalitelerdeki
parçalarla
montaj
operasyonlarına
girmektedir.
Punta kaynağı araçlar üzerinde en çok tercih edilen
kaynaklı birleştirme yöntemleri arasındadır. Otomotiv
Elektrik direnç kaynağı yöntemlerinden olan punta
(nokta) kaynağı, iki veya daha fazla parçanın
üzerlerinden geçirilen akıma karşı göstermiş oldukları
dirençle oluşan ısının, elektrotlar tarafından oluşturulan
basınca bağlı olarak temas yüzeylerinde noktasal
birleştirme işlemidir. Projeksiyon punta kaynağında ise
parça yüzeyinde veya bağlantı elemanları üzerindeki
lokal şişirmelerin (bünyelerin) noktasal olarak temas
ettiği bölgeler üzerinden akım geçişi oluşturulduğundan
geleneksel punta kaynağına göre daha düşük akımlarda
kaynak işlemi yapılmaktadır [1]. Böylece kaynak işlemi
tek noktadan değil bünye sayısı kadar gerçekleşmektedir.
1
Bu çalışmada 1,5 mm kalınlığında Al-Si kaplamalı
sıcak şekillendirilmiş 22MnB5 (USIBOR 1500P) ve 8.8
Kalite M6 kaynak somunu kullanılmıştır. Deneylerde
kullanılan sac malzemelerin ebatları Şekil 1’de
verilmiştir.
Literatür çalışmaları göz önüne alındığında
çalışmaların sacların punta kaynakları üzerine
yoğunlaştıkları görülmüştür.
Galvanizli sac ile paslanmaz çeliğin nokta direnç
kaynağı ile kaynaklanabilirliği üzerine yapılan bir
çalışmada kaplama kalınlığı farklı iki galvanizli sac
paslanmaz çeliğe kaynaklanarak, kaplama türünün
kaynak bölgesine etkileri araştırılmıştır. Kaynaklanan
numunelerin mikro yapıları, mikro sertlikleri ve
makaslama deneyleri yapılarak, kaplama kalınlığının
kaynak kabiliyetine etkisini tespit amaçlı gerçekleştirilen
çalışmalarda, daldırma yöntemi ile elde edilen kalın
kaplamalı galvanizli sac kaynağında, fışkırma ve
kaplamada katmerleşmenin daha fazla görüldüğünü,
mekanik özelliklerin ise elektro kaplamalı galvanizli saca
göre daha düşük değerler verdiğini belirtmişlerdir [2].
AISI 304 paslanmaz çeliğinde elektrik direnç nokta
kaynağı koşullarını tespit için Taguchi metoduna dayalı
bir deneysel optimizasyon çalışmasında kaynak
kalitesinin en iyi çekirdek çapı ve kaynak dayanımıyla
tespit
edilebileceği
vurgulamış
çalışmada
karşılaştırmaların
kaynak
dayanımına
göre
gerçekleştirildiği görülmüştür. Yapılan çalışmada
Taguchi deneysel tasarım metoduna göre seçilen proses
parametreleri kaynak akımı, elektrot basıncı ve kaynak
zamanıdır. Seçilen bu üç faktörü 3’er seviye belirleyerek
L 27 ortogonal dizine göre deneyler gerçekleştirilmiştir.
Deneyleri 3’er kez tekrarlanmış, elde edilen veriler
varyans analizine ( ANOVA ) tabi tutulmuştur. En iyi
kaynak dayanımı sonuçlarını elektrot basıncı 0,46 MPa,
kaynak akımı 9,5 kA ve kaynak zamanı olarak da 10
çevrimde elde ettiklerini belirtmişlerdir [3].
304 östenitik paslanmaz çeliğinin punta kaynağının
incelendiği bir başka çalışmada kaynak punta çapı ile
kaynak akımı arasındaki ilişki araştırılmıştır. Sonuç
olarak kaynak akımı arttığında, kaynak punta çapının
arttığını, kaynak akımının sertlik dağılımını pek
etkilemediğini belirtmişlerdir [4].
Martenzitik sacların direnç nokta kaynağı üzerine
yapılan çalışmada, 0,5 mm ince AISI 420 kalite (%0,29
C) malzeme üzerinde yapılan punta işleminde, kaynak
akımı ve kaynak sonrası ısıl işlemin punta ölçüleri, kesme
gerilmesi, çapraz çekme gerilmesi ve sertlik değerleri
üzerine etkileri araştırılmış; çekme-kesme koparma
yükünün akım arttıkça artarken, çapraz-çekme koparma
yükü ve süneklik oranının düştüğünü, ayrıca, sonradan
ısıtma akımı ile de punta çapında artışla beraber sertlikte
azalışa sebep olduğunu belirtmişlerdir. [5]
Taguchi deneysel tasarım metodolojisi Dr. Genichi
Taguchi tarafından ortogonal dizilere dayalı, az sayıda
deneyle kontrol parametrelerinin optimal seviyelerini
tespitine yönelik geliştirilmiş bir deneysel tasarım
metodolojisidir. Ortogonal diziler iyi dağılım sağlamış az
sayıda deneyin setlerinin oluşturulmasına olanak
sağlarken sinyal/gürültü (S/N)
oranları da denilen
istenilen yanıtın logaritmik fonksiyonları; optimizasyon
işlemlerinde amaç fonksiyonu gibi davranarak verilerin
analizine ve optimal parametre seviyelerinin tespitine
olanak sağlar. [6]
Bu çalışmada kaynak parametreleri olarak baskı
kuvveti, kaynak zamanı ve kaynak akımı seçilmiştir.
Taguchi deneysel tasarım metodolojisi L 9 ortogonal
dizisine göre hazırlanmış olan deney planına göre deney
numuneleri sabit punta makinesi ile puntalanmıştır.
Yapılan bu çalışmada otomotiv endüstrisinde
kullanılan
sıcak
şekillendirilmiş
ultra
yüksek
mukavemetli Al-Si kaplamalı 22MnB5 malze ile 8.8
kalite 22-32 HRC sertlik değerlerindeki kaynak cıvataları
ile projeksiyon punta kaynak edilebilirliği incelenmiştir.
2. MATERYAL ve METOT
3 parametre 3’er seviye halinde hazırlanmış olan
deney planına göre punta işlemleri 3’er kez tekrar
edilmiştir. Puntalanmış numuneler basma testine tabi
tutulmuştur.
Şekil 1. Numune ölçüleri
Şekil 2. Sabit punta makinası
2
malzemelerle uyumlarını irdelemeyi zorunlu kılmaktadır.
Gerçekleştirilen
bu
çalışmada
klasik
soğuk
şekillendirilmiş parçalarda kullanılan bir kaynak
cıvatasının sıcak şekillendirilmiş malzeme üzerindeki
performansı incelenmiştir. Sonuçlar göz önüne
alındığında mevcut kullanılan sıcak şekillendirilmiş
parçalarla uyumlu olmadığı görülmüştür. Bunun temel
sebebinin;
Cıvata malzemesinin içyapı kompozisyonunun,
mekanik özelliklerinin ve bünye geometrisinin kullanılan
sıcak şekillendirilmiş malzemenin özellikleri ile uyumlu
olmamasından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır.
Şekil 3. Basma testi
Değerlendirme kriteri olarak basma testi sonuçlarına
göre kopma yükü esas alınmıştır. Ayrıca koparma testi
sonucunda numuneler gözle incelenmiş, kaynakların göz
alıp almadığı incelenmiştir.
KAYNAKLAR
1. Sun, X., 2001, “Effect of Projection Height on
Projection Collapse and Nugget Formation - A Finite
Element Study”, Suplement to the Welding Journal,
Eylül.
3. BULGULAR
Deney sonuçlarından elde edilen veriler, Taguchi
deneysel tasarım metodolojisi ile “en büyük en iyidir”
yaklaşımına göre analiz edilmiştir.
2. Aydın, M., Gülenç,B., 2003, “Elektro ve Sıcak
Daldırma Metotlarıyla Galvaniz Kaplanmış Çelik
Sacların Paslanmaz Çeliğe Direnç Kaynağı İle
Kaynaklanabilirliği”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri
Dergisi, Sayı 16 (1),s.179-187.
(1)
3. Thakur, A. G., , Nandedkar ,V. M., 2010, “
Application of Taguchi method to determine
resistance spot welding conditions of austenitic
stainless steel AISI 304” Journal of Scientific Industrial
Research Vol. 69,pp. 680-683.
Tablo 2 Sinyal/Gürültü Oranları için yanıt tablosu
Baskı
Kuvveti
(N)
Kaynak
Akımı
(kA)
Kaynak
Zamanı
(Cycle)
1
55,81*
52,61
55,51*
2
54,69
54,77
53,52
3
51,7
54,81*
53,17
Delta
4,11
2,21
2,34
1
3
2
Seviye
Derece
4. Shamsul J.B., Hisyam, M.M., Rizam, S.S., Murizam,
D., Fitri, M.W.M. , 2007, “Study of Spot Welding of
Austenitic Stainless Steel Type 304”, ICoSM, pp. 229230.
5. Badheka, V.J., Agrawal, S .K ., Shroff, N., 2009,
“Resistance Spot Welding of Martensitic Stainless
Steel (SS420)” - Part I, International Journal of
Mechanical and Materials Engineering (IJMME), Vol. 4,
No. 3, pp.328-340.
* Optimal parametre seviyesi.
Sinyal/Gürültü oranları yanıt tablosuna göre seçilen
parametre değerlerinden, baskı kuvvetinin punta
mukavemeti üzerinde en büyük etkiye sahip proses
parametresi olduğu tespit edilmiştir. Sırasıyla kaynak
zamanı ve kaynak akımı bu parametreyi takip eden diğer
parametrelerdir.
6.
Introduction
to
Taguchi
Method,
http://www.ee.iitb.ac.in/~apte/CV_PRA_TAGUCHI_INT
RO.htm, Erişim Tarihi: 01.10.2013.
Otomotiv endüstrisinde cıvata ve somunlar için
uygulanan kalite kontrol testlerinden göz alma testi
açısından numuneler incelendiğinde göz alma
sonuçlarının gerçekleştirilen tüm testlerin ancak
%30’unda sağlanabildiği tespit edilmiştir.
TEŞEKKÜR
Bu çalışma TÜBİTAK- TEYDEB Projesi (No:
3120005)
sonucu
elde
edilen
verilerin
değerlendirilmesi ile hazırlanmıştır. Katkılarından
dolayı
TÜBİTAK’a
teşekkür
ederiz.
4. SONUÇ
Günümüz otomotiv endüstrisindeki trendler göz
önüne alındığında proseslerde kullanılmaya başlayan her
yeni malzeme, araç üzerinde etkileşimde olduğu diğer
3
4
Download

Sıcak Şekillendirilmiş USIBOR 1500p- M6 Civata