TMMOB Makina Mühendisleri Odası 11. Otomotiv Sempozyumu 8-9 Mayıs 2009 SANAL ÖLÇME UYGULAMASI Özet Uygulamanın temel amacı Otomotiv sac kalıpçılığında, kalıptan elde edilen parçanın kalite seviyesinin bilgisayar ortamında kontrol altına alınarak kalıp deneme sayılarının düşürülmesidir. Bu iş için ileri simulasyon yazılım teknolojilerinden faydalanılmaktadır. Bir sac parçanın gerçek fiziksel imalat süreci, hassas bir şekilde birebir olarak bilgisayar ortamında simulasyon yazılımı ile modellenmektedir. Sanal imalat diyeceğimiz bu işlemin arkasından yine gerçeği ile birebir olarak modellenmiş Sanal Ölçme işlemi yapılmaktadır. Sanal İmalat ve Sanal Ölçme işlemi bir bütün olarak, parça istenilen tolerans değerlerine gelinceye kadar tekrarlanmaktadır. Bu da Sanal Kalite Çevrimi adını almaktadır. Anahtar Sözcükler : Kalıp Prosesi, Sanal İmalat,Sanal Ölçme, Simulasyon, STL 1. GİRİŞ Otomotiv endüstrisinde kullanılan kalıpların imalatında, kalıp imalatçısı kalıbın fiziksel olarak imalatından sorumlu olduğu gibi o kalıpta üretilecek olan sac parçanın kalitesinden de sorumludur. Parça kalitesi imalatın en başında yeralan Kalıp Proses ve en sonunda yeralan Kalıp Denemeleri aşamalarında şekillenmektedir. Sac şekillendirme simulasyon yazılımlarının ve cad yazılımlarının gelişmesine paralel olarak Kalıp Proses aşaması parça kalitesinde çok etkin bir rol oynamaya başlamıştır. Daha önce parçayı istenen kalite seviyesine getirmek için kalıp deneme safhasında deneme yanılma yoluyla tekrarlı bir şekilde ve gerektiğinde de kalıp üzerinde tadilatlarla, kalite çevrimi denen bir çalışma yapılıyordu. Bugün bu maliyeti yüksek kalite çevriminin kalıp proses aşamasında sanal olarak bilgisayar ortamında gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla sanal imalat, sanal ölçme kavramları geliştirilmiştir. Bilgisayar ortamında yapılan kalite çevrimi de sanal kalite çevrimi adını almaktadır. 2. SANAL İMALAT Sanal imalat adı altında yapılan bir simulasyon çalışmasıdır. Fakat düzensiz,plansız bir simulasyon çalışmasını sanal imalat olarak adlandıramayız. Sanal imalat dendiği zaman, bir sac parçanın kalıp prosesine,tasarımına ve pres şartlarına çok benzer parametrelerle ve operasyonlarla simulasyonunun yapılması anlaşılmalıdır. Örneğin bir sac parça için çekme,kesme,flanş bükme ve son form gibi operasyonlar öngörülmüşse bu farklı operasyonların herbirinin sırasıyla simulasyonun yapılması gerekmektedir. Böyle bir simulasyon çalışması sonunda parça, yayınlanan cad datası ile birebir şekilde sanal ortamda elde edilmiş olur. Geri yaylanma da operasyonel bazda bu simulasyon çalışmasına dahil edilmektedir. Şekil-1: Simulasyonda çekme operasyonu sonucu Şekil-2: Simulasyonda flanş operasyonu sonucu
Şekil-1 ve Şekil-2 de farklı operasyonlara ait simulasyon çıktıları görülmektedir. Sanal imalattan gerçeğe en yakın sonuçların elde edilmesi hedefimiz olan sanal kalite çevrimini gerçekleştirmek yolunda en önemli adımı teşkil etmektedir. Gerçeğe yaklaşımın arttırılması için simulasyon parametrelerinin doğru seçilmesi ve doğru yöntemler kullanılması gereklidir ki, uygulamanın can alıcı noktası burasıdır. Bugün birçok imalatçı tarafından simulasyon yazılımlarından faydanılmakta olmasına rağmen, yukarıda anlattığımız tarzda doğru şekilde sanal imalat yapan imalatçı sayısı azdır. Şirketimizde sanal imalatı geliştirmek için simulasyonda kullanılan parametreler ve yöntemler üzerinde deneysel çalışmalar da yapılmıştır. Tübitak destekli yürütülen Ar-ge projelerimiz kapsamında süzdürme çubuklarındaki geometriler ve kuvvetler,değişik malzemeler bazında incelenmiştir. Yine aynı şekilde geri yaylanma ile ilgili çalışmalar, deney kalıpları kullanılarak yapılmıştır. Şekil-3 : Süzdürme çubuğu deney aparatı Şekil-4 : Süzdürme çubuğu kuvvet eğrileri Şekil-3 de Ar-ge projesinde kullanılan süzdürme çubuğu deney aparatı görülmektedir.bu aparat sayesinde süzdürme çubuğu içinden geçen sacın maruz kaldığı kuvvetler ölçülebilmektedir ve farklı süzdürme çubuğu geometrileri ile malzemeler arasında kıyaslama yapılabilmektedir. Şekil-4 de batması 8 mm olan bir süzdürme çubuğu geometrisine ait kuvvet değerleri görülmektedir. Şekil-5: HSLA300 malzemenin geri yaylanma davranışı Şekil-6: DP600 malzemenin geri yaylanma davranışı U-profil deney kalıbı ile yapılan çalışmalarda Şekil-5 ve Şekil-6 da görüldüğü üzere farklı yüksek mukavemetteki çeliklerin geri yaylanma davranışları gözlenmiş ve simulasyon sonuçları ile olan ilişkileri ortaya çıkarılmıştır. 3. SANAL ÖLÇME Yaptığımız uygulama içerisinde sanal imalat, çalışmaların ana kısmını oluşturmasına karşın, yapılanları değerlendirme ve sanal kalite çevrimini oluşturmak için sanal ölçme uygulamasına ihtiyaç vardır. Bir parça için sanal ölçme yapmanın anlamlı olabilmesi için, sanal imalat kısmının eksiksiz bir şekilde tamamlanmış olması şarttır. Çünkü sanal ölçme sonucunda çıkartılacak olan sanal ölçme raporu doğrultusunda yapılacak değerlendirmelerden sonra sanal kalite çevrimi uygulanmaya başlayacaktır.
Yazımızın ilk başında da belirtildiği gibi nihayi hedefimiz atelyede yapılan maliyeti yüksek kalite çevrimini, bilgisayar ortamına taşıyarak parça kalitesini kalıp proses aşamasında kontrol altına almaktır. 3.1 Sanal Ölçmenin Gelişimi İlk zamanlarda sanal ölçmenin doğrulanması yönünde bir ihtiyaç oluşmuştur. Bir parçanın en detaylı şekilde simulasyonları yapılıyordu ve sonuçlar elde ediliyordu. Ama bu sonuçların gerçeğe ne oranda yaklaşım sağladığına dair sayısal bir veri elde yoktu. Sanal ölçmenin geçerli ve güvenilir bir işlem olduğunun doğrulanması amacıyla seçilen bir örnek projedeki tüm parçalar üzerinde kalıp proses zamanında sanal ölçme raporları çıkartıldı. Daha sonra kalıplar imal edilip kalıp deneme zamanı geldiğinde preste elde edilen parçaların ölçme raporları ile sanal ölçme raporları karşılaştırılarak, sanal ölçme doğrulandı ve standart bir uygulama olarak kalıp imalat sürecine dahil edildi. Panel No INKR Sanal ölçme raporu 8V21-18A344 - AD 75 75 8V21-18A344 - BD 71 75 8A61-18D317 - AB 75 68 8A61-A281A07 - A 84 81 8A61-A00216-A 71 70 8A61-B281A07-A 82 78 Tablo-1 : Örnek proje parça ölçme rapor değerleri COMPARISON OF PIST VALUES 90 80 70 60 50 40 ISIR PIST VIR PIST 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Şekil-7: Gerçek ölçme ile sanal ölçme raporları karşılaştırma grafiği Tablo-1 6 parçadan oluşan bir projede, parçaların ilk numune ölçüm raporları (INKR) ile sanal ölçüm raporlarının yüzde cinsinden sonuç değerlerini göstermektedir. Bu rapor parçanın dış konturu,birleşme ve serbest yüzeylerinden alınan ölçüm noktalarından yüzde kaçının Tolerans dahilinde olduğunu gösterir. Şekil-7 de de VIR olarak gözüken sanal ölçüm değerleri ile ISIR olarak gözüken gerçek ölçüm değerleri grafik olarak gösterilmiştir. Grafikten görüleceği üzere değerler yakın ve paralel bir seyir izlemektedir. Bu ilk doğrulama çalışmasından sonra uygulama gelişerek devam etmiştir. 3.2 Sanal Ölçmenin Uygulanışı
Sanal Ölçme esasen gerçeği ile birebir aynı şekilde yapılan basit bir ölçme işlemidir. Bu işlemde Sanal imalatı tamamlanmış olan bir parçanın simulasyondan alınan stl mesh formatlı datası, cad data ile belirlenen ölçüm planı çerçevesinde ölçülerek raporu çıkartılır. Ölçme için basit bir makro kullanılmaktadır. Ölçme esnasında esas olan sanal olarak ölçerken kullandığımız yöntem ile gerçek parçayı ölçerken kullanacağımız yöntemin ve ölçüm planının aynı olmasıdır. Sanal Ölçmeye sokacağımız parça için, ölçme fikstüründeki şekliyle klempleri ve pimleri ile tanımlanmış geri yaylanma simulasyonunun yapılmış olması gereklidir. Simulasyon yazılımı bize fikstürdeki şekliyle klempleme ve pimleme imkanını vermektedir. Şekil-8: Sanal Ölçme raporu örneği Şekil-9: Aynı parçanın gerçek ölçme rapor örneği Şekil-8 de bir parçanın flanşlarında sanal ölçmeden alınmış rapor örneği görülürken Şekil-9 da da aynı parçanın aynı flanş bölgesindeki gerçek ölçüm raporu görülmektedir. Sanal Ölçmenin doğrulanması ve uygulamaya geçirilmesini takiben sanal kalite çevrimi devreye alınmaya başlamıştır. Önceki projelerde sadece sanal ölçme uygulaması yapılmış ve bu uygulama bir deneme süreci geçirmiştir. Geri yaylanmanın etkin olduğu parçalarda kalite çevrimi yapmadan ilk haliyle elde edilecek sanal ölçme sonuçları ortalama % 70 dolaylarında olabilmektedir. Gerçek parçalar için istenen min. %90 değerini elde etmek sanal kalite çevriminin efektif şekilde devreye alınması ile mümkün olmaktadır. İlk alınan sanal ölçüm değerlerine göre kalıp prosesinin bilhassa geri yaylanma telafisi ile ilgili olarak revize edilmesi ve istenen %90 değerine proses aşamasında ulaşılana dek sanal kalite çevrimi devam ettirilmelidir. İş akışı buna uygun düzenlenmelidir. SANAL KALİTE ÇEVRİMİ ÜRETİLMESİ İSTENEN PARÇANIN CAD DATASI SANAL İMALAT SANAL ÖLÇME SANAL ÖLÇME RAPORU TASARIM İMALAT PRESTE DENEME FİKSTÜRDE ÖLÇME ÖLÇME RAPORU KALİTE ÇEVRİMİ Şekil-10 İş akışında fiziksel kalite çevriminden sanal kalite çevrimine geçiş
Şekil-10 da görüldüğü gibi mevcut kalıp deneme safhasını oluşturan deneme,ölçme ve rapor kısımlarına tam karşılık olarak sanal olanları yerleştirilmek suretiyle sanal kalite çevrimi tamamlanmaktadır. 4. SONUÇ Yazıda anlatılan sanal imalat,sanal ölçme ve sanal kalite çevrimi süreçleri bugün itibariyle yüzdeyüz istenilen seviyede gerçekleşmiş değildir.halen preste birkaç kalıp denemesine ihtiyaç olmaktadır. Fakat bu yöntem çok hızlı bir şekilde gelişmekte olup yakın bir zamanda kalıp deneme sayısı bir taneye kadar düşecektir. Burada önemli olan sadece kalıp deneme sayısının düşmesi olmayıp,parçanın kalite seviyesinin proses zamanı içinde kontrol edilebiliyor olması da kalıp imalatında çok önemli bir gelişmedir.