Makaralı bükme işleminde ince sacların kenar dalgalanma kusurunun deneysel incelenmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Experimental investigation and finite element analysis of edge waviness defect during cold roll forming of thin sheet metal
Yazar: OSMAN ELDAR DÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. HİKMET KOCABAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonsuz elemanlar analizi = Infinite elements analysis ; Taguchi yöntemi = Taguchi method

Özet:
Makaralı bükme işlemi arka arkaya dizilen alt ve üst makaraların döndürülmesi ile arasından geçirilen sac malzemenin kenarının bükülmesi olarak tarif edilebilir. Makaralı bükme işleminde, simetrik u-tipi açık profillerde şekil bozuklukları içinde, en sık görüleni kenar yüzeylerde dalgalanmadır. Bu çalışmada ince sac malzemede (0.5 mm kalınlığa sahip) u-kesitli simetrik açık profil için kenar dalgalanmaları davranışları etki eden parametreler (makara dizilişi, kenar yüksekliği ve malzeme cinsi) ve aralarındaki etkileşimler Taguçi yaklaşımı ile L8 tam eşleştirmeli deney tasarımı yöntemi ile incelenmiştir. Ayrıca, makaralı bükme işlemi için, birden fazla parça ile hareket halinde temas, sürtünme, kayma, eleman sayısının yüksek olması gibi unsurlar göz önüne alınarak, sonlu elemanlarla analiz ve hesaplama yapabilecek bir model dinamik açık algoritmalar kullanan bir ticari paket yazılımından (LS-DYNA) yararlanılarak geliştirilmiştir. Sonuçlarda kenar uzunluğunun makaralı bükme işleminde en büyük etkisi olduğu, makara dizilişi ile malzeme cinsinin de eşit miktarda etkileri olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, kenar uzunluğu ile malzeme cinsi ve makara dizilişi ile kenar uzunluğu arasında etkileşimler tespit edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen davranış ve sonlu eleman analizi modeli ile elde edilen sonuçlar arasında güçlü bir korelasyon (0.97) tespit edilmiş ve modelin makara dizilişi, malzeme ve kenar uzunluğu değişkenlerinin etkilerinin simülasyonunda başarılı olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Cold roll forming (CRF) is the process of forming the sheet metal by passing it through a series of rotating rolls arranged in tandem that bend and shape the sheet metal. The most common defect observed during the process is the edge waviness. In this study the parameters (roll setup, flange length and material type) affecting edge waviness and their interactions, during CRF process of thin sheet metal, which has 0.5 mm thickness for symmetrically open channel section, are investigated using Taguchi approach of full factorial L8 experiment method. Taking into account of the large deformation, contact with more than one part, friction, slippage and large number of elements in the modeling, it was decided to use a finite element program (LS-DYNA), which has explicit algorithms to simulate and analyze the process. The finite element analysis (FEA) model combinations for each experimental setup were developed and analyzed. The results were compared with the obtained experimental results. The study shows the flange length has the biggest effect on the edge waviness. The roll-setup and material type are observed to have equal magnitudes after flange length effect. In addition, the interactions between the flange length, material type and roll setup were observed and detailed in this study. The developed FEA model is successful in simulating the effects of the changing parameters of roll setup, flange length and material type on edge waviness and a strong correlation of 0.97 was observed between the experimental and FEA results.