Çift fazlı çeliklerde şekil verme operasyonları sonucunda oluşan geri yaylanmanın gürbüz optimizasyonu
Robust optimization of springback in dual phase steels during sheet metal forming operations
Yazar: DENİZ BEKAR
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ALİ GÜLER ; YRD. DOÇ. DR. ERDEM ACAR
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Geri yaylanma = Springback ; Gürbüz tasarım = Robust design ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Optimizasyon = Optimization ; Çift fazlı çelik = Dual phase steel

Özet:
Günümüzde otomobil şirketleri, araçlardaki yapısal elemanların mukavemetlerini ve çarpmaya dayanıklılıklarını riske atmadan daha düşük ağırlığa sahip ve daha az yakıt tüketimi olan araç üretimi üzerine odaklanmışlardır. Bu amaçla otomotiv üreticileri, alüminyum ve magnezyum alaşımlı malzemelerin yerine alternatif olarak daha az maliyetli ve daha iyi dayanımlı yüksek mukavemetli çift fazlı çeliklerin kullanımını arttırmışlardır. Bununla birlikte, yüksek akma mukavemetinden dolayı çift fazlı çelikler diğer yapısal çeliklere oranla şekil verme işlemlerinden sonra daha fazla geri yaylanma eğilimi göstermektedir. Ayrıca, malzeme özelliklerinin ve imalat sürecindeki değişkenlerin sahip olduğu varyasyonlar üretilen parçaların geri yaylanma değerlerinde değişimlere sebep olmaktadır. Bu nedenle, hem gürbüz hem de uygun maliyetli parçaların üretilebilmesi için geri yaylanmanın azaltılması kadar sahip olduğu varyasyon değerinin de düşürülmesi önemli bir çalışma konusudur. Bu çalışmada, DP600 çeliklerinde iki farklı problem için, U-büküm ve 7-flanşlı, şekil verme işlemlerinden sonra oluşan geri yaylanma miktarının ve varyasyonunun bir gürbüz optimizasyon çerçevesinde en aza indirilmesi incelenmektedir. Gürbüz optimizasyonun hesaplama maliyetini azaltabilmek ve Monte Carlo benzetimi ile hesaplanan geri yaylanma miktarını ve varyasyonunu tahmin edebilmek için vekil modeller oluşturulmuştur. Geri yaylanmayı etkileyen en etkili rastsal değişkenleri belirleyebilmek için hassasiyet analizi gerçekleştirilmiş ve akma gerilmesi (?y) en önemli parametre olarak belirlenmiştir. Parçadan-parçaya ve partiden-partiye olan geri yaylanma varyasyonlarını hesaplayabilmek amacıyla çift döngülü bir Monte Carlo benzetimi yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemden elde edilen sonuçlar göstermiştir ki, akma gerilmesinin partiden-partiye olan varyasyonu arttıkça, partiden-partiye olan geri yaylanma varyasyonu artmakta fakat parçadan-parçaya olan geri yaylanma varyasyonu değişmemektedir. 7-flanşlı tasarım problemi için gerçekleştirilen gürbüz optimizasyon süreci sonucunda geri yaylanma açılarının ortalama değerlerinde nominal ortalama geri yaylanma sonuçlarına kıyasla %7 ila %85 arasında değişen miktarlarda azalma meydana geldiği görülmüştür. Ayrıca, kalıp ve zımba yarıçapları için tasarımcı tarafından belirlenen alt ve üst sınır değerlerinin geri yaylanmanın optimum ortalama ve standart sapma değerini doğrudan etkilediği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, automobile companies have been focused on manufacturing light-weight and fuel efficient automobiles without jeopardizing the strength and crashworthiness of the structural parts. For that purpose, automotive manufacturers are actively exploring the use of high strength dual phase steels as an alternative to aluminum and magnesium alloys due to their low cost and durability. However, dual phase steels have a tendency to springback more than other structural steels in a forming operation due to their high tensile strength. In addition, variations in manufacturing process parameters and material properties cause springback variation over different manufactured parts. Therefore, it is an important task to reduce the magnitude of springback as well as its variation within to produce robust and cost-effective parts. This work investigates minimization of the magnitude and variation of springback of DP600 steels in both U-channel forming and 7-flange design within a robust optimization framework. Metamodels are constructed to reduce the computational cost of robust optimization and also predict the springback and its variation computed by Monte Carlo simulations. Sensitivity analysis is performed to determine the most important random variables that affect the springback. Yield stress (?y) is found to be most influential parameter. Finally, a double-loop Monte Carlo simulation method is proposed to calculate part-to-part and batch-to-batch springback variations. It is found that as the batch-to-batch variation of yield stress increases, the batch-to-batch springback variation increases while the part-to-part springback variation remains unchanged. For 7-flange design, considerable reductions were obtained for the mean values of different springback angles in amounts varying between 7% and 85% when compared to nominal mean springback results. It was observed for most cases that the optimizer pushed the design variables to lower and upper bounds.