Yüksek dayanımlı düşük alaşımlı çelik sac üzerinde geri esnemenin şekillendirmeye etkisinin incelenmesi
Investigating the effect of springback on forming in high-strength low-alloy steel sheet
Yazar: CEMİL GÜNHAN ERHUY
Danışman: PROF. DR. TAYLAN ALTAN ; PROF. MEHMET EMİN YURCİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Geri yaylanma = Springback ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Young modülü = Young modulus ; Çekme deneyi = Tensile experiment

Özet:
Metal sacların şekillendirilmesi sonrasında, malzeme özellikleri, parça ve takım geometrisi ve işlem parametreleri ile bağlantılı olarak, yük boşaltma ile birlikte ortaya çıkan geri esneme, parçaların kalitesini olumsuz yönde etkileyen ciddi geometrik kusurlara yol açabilmektedir. Yürütülen çalışma, esasen, tek eksenli çekme deneyinde yük boşaltma süreci için tanımlanan efektif modülün deformasyona bağlı değişimi ve bu değişimin geri esneme tahminleri üzerine etkisinin incelenmesine dayanmaktadır. Çalışmada, H 320 LA kalite ve 1.01 mm'lik nominal kalınlık ile üretilen, soğuk haddelenmiş ve tavlanmış yüksek dayanımlı düşük alaşımlı çelik sac, incelemeler için malzeme olarak seçilmiştir. Bazı temel deneylere ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile yürütülen simülasyonlara dayalı bir metodolojinin uygulanmasının sonucu olarak, geri esnemelere yönelik tahminlerde iyileştirilmeler hedeflenmiştir.Öncelikle, seçilen sacın tek eksenli çekme deneylerinde, çeşitli gerinim düzeylerinden itibaren yükleme ve yük boşaltma uygulamak suretiyle, haddeleme yönüne göre 0º, 45º ve 90º'lik doğrultulardaki efektif modül değerleri ölçülmüştür. Yük boşaltmada lineer regresyon yoluyla belirlenen efektif modül, geri esneme modülü olarak anılmıştır. Her iki süreçteki efektif modülün de gerinim ile azalmakta olduğu gözlenmiştir. Literatürde bu düşüşler, temel olarak, dislokasyonların küçük ölçekli hareketinden kaynaklanan ve gerilme ? gerinim bağıntısını lineer davranıştan uzaklaştıran anelastik veya geri dönebilen mikroplastik gerinimlere dayandırılmıştır. Sac malzemenin belirgin akma davranışı, pekleşme değerleri ve normal anizotropi derecesi de uygulanan tek eksenli çekme deneyleri ile incelenmiştir. Deformasyon miktarını temsil etme adına, üniform deformasyon bölgesinde birim hacim için yapılan işe dayalı bir yaklaşım ile yönden bağımsız ve gerilme ile gerinimin tüm bileşenlerini dikkate alan bir parametre tanımlanmıştır. Malzemenin plastik anizotropisi Hill-1948 akma kriteri ile değerlendirilmiş ve tek eksenli çekme deneylerinde efektif gerilme ? efektif gerinim eğrileri elde edilmiştir. Efektif eğri, dengelenmiş iki eksenli çekme gerilmesi halini oluşturan viskoz basınç ile şişirme deneylerinden de belirlenmiştir.Son adımda, deneylerden elde edilen sonuçlar, uygulama olarak seçilen konkav kenar bükme işlemlerinde kullanılmıştır. Pres altında kenarı konkav formlarda bükülen saclarda ölçülen ve PAM STAMP 2G kodu ile yapılan FEM işlem simülasyonlarından tahmin edilen geri esneme açıları karşılaştırılmıştır. Simülasyonlarda, tek eksenli çekme ve şişirme deneylerinden elde edilen akma gerilmesi eğrileri denenmiş ve simülasyon yazılımına tanıtılan elastiklik (Young) modülü, deformasyon parametresine göre hesaplanmış olan geri esneme modülü değerleri ile değiştirilmiştir. Bu yolla, geri esneme tahminlerinde % 26.5 ile % 41.5 arasında iyileştirmeler sağlanmıştır. Sağlanan iyileştirmenin, parçaların konkavlık derinliğine ve sonlu elemanlar analizinde kullanılan akma gerilmesi eğrisine bağlı olduğu gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Metal sac, geri esneme, yüksek dayanımlı düşük alaşımlı çelik, tek eksenli çekme deneyi, elastiklik modülü, efektif modül, şişirme deneyi, konkav kenar bükme, sonlu elemanlar analizi.

Abstract:
Springback that occurs with unloading after sheet metal forming as in relation with material properties, part and tool geometry, and process parameters may cause serious geometrical defects that affect the quality of the parts negatively. The study carried out is essentially based on deformation-dependent variation of the effective modulus defined for unloading process in uniaxial tension test and investigating the effect of that variation on springback predictions. In the study, the cold rolled and annealed high-strength low-alloy steel sheet produced with the quality of H 320 LA and nominal thickness of 1.01 mm was selected as material for the investigations. As the result of implementation of a methodology based on some fundamental tests and the simulations run with finite-element method (FEM), improvements in springback predictions were aimed.Firstly, the effective modulus values at 0º, 45º, and 90º to the rolling direction were measured in uniaxial tensile tests of the selected sheet by carrying out loading and unloading from various strain levels. The effective modulus determined by linear regression in unloading was called as springback modulus. It was observed that the effective modulus in both processes decreases with strain. In literature, the decreases have been attributed basically to the anelastic or recoverable microplastic strains that arise from small-scale movement of dislocations and deviate stress ? strain relation from linear behavior. The pronounced yield point behavior, work-hardening values, and the degree of normal anisotropy of the sheet material were also investigated by the uniaxial tensile tests carried out. To represent the amount of deformation, a parameter that is independent form direction and considers all the components of stress and strain was defined with an approach based on the work done for unit volume in the uniform deformation region. The plastic anisotropy of the material was evaluated with Hill-1948 yield criterion and effective stress ? effective strain curves in uniaxial tension tests were obtained. The effective curve was also determined from the viscous pressure bulge tests that forms the stress state of balanced biaxial tension.On the last step, the results obtained from the experiments were used in the concave flanging operations selected as application. The springback angles measured on the sheets flanged in concave forms under press and ones predicted from the FEM process simulations run with PAM STAMP 2G code were compared. In the simulations, the flow stress curves obtained from uniaxial tensile and bulge tests were tried and the elastic (Young?s) modulus introduced to simulation software was changed with the springback modulus values that were calculated according to deformation parameter. By this way, improvements between 26.5 % and 41.5 % in springback predictions were achieved. It was observed that the improvement achieved depends on the concavity depth of the parts and the flow stress curve used in finite-element analysis.Keywords: Sheet metal, springback, high-strength low-alloy steel, uniaxial tensile test, elastic modulus, effective modulus, bulge test, concave flanging, finite-element analysis.