SCGADUB 1180 yüksek mukavemetli sacının farklı duvar açısı ve farklı kalıp radyüslerindeki şekillendirilmesinin deneysel ve sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi, geri yaylanma tahmini ve giderilmesi
Experimental and finite element analysis of the forming of SCGADUB1180 high-strength sheet at different wall angles and different punch radii, estimation and elimination of springback
Yazar: SAMET KARABULUT
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ESEN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bükme = Bending ; Geri yaylanma = Springback ; Sac bükme = Sheet twisting ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Çelik = Steel

Özet:
Geliştirilmiş yüksek mukavemetli sacların geri yaylanma davranışı istenmeyen bir durumdur ve kalıp imalat süreçlerinden önce bilinmelidir. Kalıp imalat süreçlerinden önce simülasyon çalışmalarının doğrulukla yapılması deneme yanılma sürelerini ve maliyetleri azaltmaktadır. Bu çalışmada, otomotiv sektöründe kullanılan 1,2 mm kalınlığındaki SCGADUB1180 geliştirilmiş yüksek mukavemetli sacının U bükme ve V bükmesi farklı proses parametrelerinde gerçekleştirilerek, şekillendirme sonrası geri yaylanma davranışları deneysel ve sonlu elemanlar methodu ile incelenmiştir. Bu amaçla, sac levhaların 0°, 45° ve 90° hadde yönlerinde çekme testleri yapılarak, mikro yapısı incelenmiş ve Autoform yazılımı için tanımlanacak mekanik özellikleri belirlenerek K ve n parametrelerinin değerleri hesaplanmıştır. U büküm ve V büküm deneyleri yapılarak farklı zımba yarıçaplarında, farklı bükme açıları, farklı hadde yönleri ve farklı malzeme modelleri tanımlanarak, bu parametrelerin etkisi gözlemlenmiştir. Ayrıca, Hill-48 ve Barlat-89 akma kriterleri, Power (Ludwik) akma eğrisi fonksiyonu ve kinematik pekleşme kuralı uygulanarak yüksek mukavemetli çeliklerin bükülmesinde deneysel sonuçlar ile belirtilen modellerin kıyaslaması yapılarak en yakın model belirtilmiştir. Yapılan incelemenin sonucunda, Hill-kinematik pekleşme modeli ve Barlat-kinematik pekleşme modeli ile yapılan analizlerin deneysel sonuçlara daha yakın olduğu görülmüştür. U bükmelerde u parçanın tabanında form bozuklukları gözlenmiştir. R3 zımba yarıçapında U bükmede telafi çalışması yapılarak geri yaylanma giderilmiştir.

Çekme testi sonuçları incelendiğinde; SCGADUB1180 yüksek mukavemetli sacının yüksek akma ve çekme mukavemet değerlerine rağmen düşük uzama değerlerine sahip olduğu, mikroyapısını incelediğimizde, yüksek oranda martenzit yapıya sahip olduğu görülmüştür. 

V bükme deneysel ve sonlu elemanlar analizleri sonucunda, neredeyse bütün analizlerde, geri yaylanmalar görülmüştür. Zımba yarıçapı ve kalıp açısın değişiminin sacın geri yaylanma davranışına önemli derecede etkisi olduğu görülmüştür. Küçük zımba yarıçapı ve küçük bükme açılarında hadde yönünün geri yaylanmaya etkisi vardır. Özellikle küçük zımba yarıçaplı bükme prosesinde bükme açısı arttıkça hadde yönünün geri yaylanmaya etkisi azalmaktadır. Zımba yarıçapları arttıkça geri yaylanma değerleri artmıştır. R3, R6 ve R9 zımba yarıçaplarında, bükme açılarının 60° ve 90° durumda yakın geri yaylanma değerleri ölçülmüş, bükme açısının 120° olduğu durumda geri yaylanma değerleri azalmıştır. Proses parametrelerinin etkisini görmek için varyans analizi yapılarak, zımba radyusu % 83, bükme açısı % 8,52, hadde yönü % 0,16 geri yaylanmaya etkisi olduğu görülmüştür.

U bükme deneysel ve sonlu elemanlar analizleri sonucunda, U bükme prosesinde deneysel verilerden elde edilen geri yaylanma değerlerini incelediğimizde R3 zımba yarıçapında parça içeri yöne kapanmaya çalışarak, ileri yaylanma davranışı göstermiştir. R5 zımba yarıçapında 93° duvar açısında geri yaylanma, 97° duvar açısında ileri yaylanma davranışı göstermiştir. R8 zımba yarıçapında ise her iki duvar açısında geri yaylanma meydana gelmiştir.

Abstract:
The springback behavior of the developed high-strength sheets is undesirable and must be known before the die manufacturing processes. Accurate simulation studies before die manufacturing processes reduce trial and error times and costs. In this study, U bending and V bending of 1,2 mm thick SCGADUB1180 developed high strength sheet used in the automotive industry were performed at different process parameters, and the springback behaviors after forming were investigated by experimental and finite element method. For this purpose, tensile tests of sheet metals in 0°, 45° and 90° rolling directions were performed, microstructure was examined and the values of K and n parameters were calculated by determining the mechanical properties to be defined for Autoform software. U bending and V bending experiments were carried out and the effects of these parameters were observed by defining different bending angles, different rolling directions and different material models at different punch radii. In addition, by applying Hill-48 and Barlat-89 yield criteria, Power (Ludwik) yield curve function and kinematic hardening rule, the closest model is determined by comparing the experimental results and the models specified in the bending of high strength steels. As a result of the examination, it was seen that the analyzes made with the Hill-kinematic hardening model and the Barlat-kinematic hardening model were closer to the experimental results. In U bends, deformities were observed at the base of the u part. Springback is eliminated by performing compensating work in U bending at R3 punch radius.

When the tensile test results are examined; Despite its high yield and tensile strength values, SCGADUB1180 high strength sheet has low elongation values, and when we examine its microstructure, it is seen that it has a high martensite structure.

As a result of V bending experimental and finite element analysis, springbacks were observed in almost all analyses. It was observed that the variation of punch radius and die angle had a significant effect on the springback behavior of the sheet. At small punch radius and small bending angles, the rolling direction has an effect on springback. Especially in small punch radius bending process, the effect of rolling direction on springback decreases as the bending angle increases. As the punch radii increased, the springback values increased. In R3, R6 and R9 punch radii, close springback values were measured at 60° and 90° bending angles, and the springback values were decreased when the bending angle was 120°. Variance analysis will be performed to see the effect of prose parameters, punch radius % 83, bending angle % 8,52, rolling direction % 0,16 effect on back publication was observed.

As a result of U bending experimental and finite element analyses, when we examined the springback values obtained from the experimental data in the U bending process, the part showed forward springing behavior by trying to close inward at the R3 punch radius. It showed springback behavior at 93° wall angle at punch radius R5 and forward springing behavior at 97° wall angle. In R8 punch radius, springback occurred in both wall angles.