Sac Metal Şekillendirme Proseslerinde Geri Esneme Telafisi

OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
SAC METAL ŞEKİLLENDİRME PROSESLERİNDE
GERİ ESNEME TELAFİSİ
Emre Esener*, Mehmet Fırat**, Mustafa Yenice***
*
Bilecik Ş. E. Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine ve İmalat Müh. Böl., Bilecik
**
Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Müh. Böl., Sakarya
***
Coşkunöz A.Ş., Uludağ Üniversitesi,Teknopark, Bursa
ÖZET
Geri esneme, özellikle otomotiv endüstrisinde kullanılan sac metal şekillendirme proseslerinde en sık görülen
problemlerin başında gelmektedir. Geri esneme malzemenin elastikiyet özelliğinde ötürü şekillendirme sonrası
malzemede oluşan bir şekil bozukluğudur. Geri esnemeyi azaltmak adına birçok çalışma yürütülmektedir. Bu
çalışmada, endüstriyel bir ürün olan tavan destek sacı parçası üzerinden geri esneme telafisi gerçekleştirilmiştir. Geri
esneme telafisinde kalıbın geri esnemeye negatif yönde tekrar işlenmesi ile yeni kalıp modeli oluşturulmuştur.
Modelleme ve telafi aşamalarında Catia, sonlu elemanlar analizlerinde ise Autoform yazılımları kullanılmıştır.
Oluşturulan bu yeni kalıp modeli ile gerçekleştirilen simülasyonlar sonucunda geri esnemenin efektif bir şekilde
azaltıldığı gözlemlenmiştir.
Anahtar kelimeler: Geri esneme, metal şekillendirme, sonlu elemanlar yöntemi.
SPRINGBACK COMPENSATION IN SHEET METAL FORMING PROCESSES
ABSTRACT
There are many manufacturing problems when considering sheet metal stamping parts. Shape distortion problems
like springback is an issue encountered during production. In this study, a springback compensation was performed on a
roof stiffener automotive part. Displacement adjustment method was studied in springback compensation; Catia
software was used in modeling and compensation steps and Autoform software was used in finite element analysis.
Finite element analysis results with new die tool surfaces showed that displacement adjustment is an effective method
for compensating springback.
Keywords: Springback, metal forming, finite element method.
bir miktar değişim meydana gelir. Geri esnemeyi tahmin
etmek ve telafi etmek üzerinde çalışılan en önemli
konulardır. Geri esneme tahminde endüstriyel ve
akademik alanda en sık kullanılan yöntem sonlu
elemanlar analizleridir. Sonlu elemanlar analizleri ile
prosesi gerçekleştirmeden sacın şekillendirme ve geri
esneme durumu hakkında bilgi edinilebilir. Böylelikle
zamandan ve maliyetten kazanç sağlanılmış olunur. Geri
esnemeyi önlemek adına da birçok çalışma
yürütülmektedir. Sıcak şekillendirme günümüzdeki en
efektif çözümlerin başında gelmektedir. Sıcak
şekillendirme haricinde kalıp telafisi de kullanılan bir
1. GİRİŞ
Sac metal şekillendirme prosesi, özellikle otomotiv
alanında en yaygın uygulamalardan birisidir. Fakat
yöntemin üretilen parçaların geometrilerinden dolayı
karmaşık
olması
birçok
problemi
beraberinde
getirmektedir. Sac üzerindeki yırtılmalar, kırışmalar,
kulaklanmalar bu problemlerden bazılarıdır. Fakat en sık
karşılaşılan ve en önemli problem geri esnemedir. Geri
esneme malzemenin elastikiyet özelliğinden dolayı, sac
metal şekillendirme işlemi sonrasında malzemenin eski
haline dönme isteğidir. Bu nedenle sacın geometrisinde
1
diğer yöntemdir. Sonlu elemanlar analizleri sonucunda
elde edilen geri esneme değerlerine göre kalıp negatif
yönde yeniden işlenerek malzeme geri esnediğinde
istenilen geometriye gelmesi amaçlanmaktadır.
A.Anderson yaptığı çalışmada [1] yumuşak çelik
grubu, rephos çeliği ve trip çelik malzemeye sahip bir
otomobil parçası üzerinden şekillendirme prosesi
gerçekleştirmiş ve sonlu elemanlar analizlerini
gerçekleştirmiştir. Trip çeliğinin diğer çeliklere göre daha
fazla geri esnediğini tespit etmiştir. R. Lingbeek ve
diğerlerinin çalışmalarında [2] bir otomotiv parçası
üzerinden kalıp yüzeyleri bozularak bir geri esneme
telafisi gerçekleştirmişlerdir. Sonuç olarak yöntemin
efektif olduğunu belirtmişlerdir. F. Lan ve arkadaşları
yaptıkları çalışmada [3] bir alüminyum alaşımı üzerinden
şekillendirme işlemi gerçekleştirerek geri esneme
durumunu değerlendirmişlerdir. Sonlu elemanlar
analizleri ile entegre olarak birden fazla iterasyonla kalıp
telafisi gerçekleştirmişlerdir. Sonuç olarak telafinin geri
esnemeyi azalttığını belirtmişlerdir. M. Banu ve
diğerlerinin çalışmalarında [4] DP600 malzemesi ile bir
kanal çekme prosesi gerçekleştirmişlerdir. Sonlu
elemanlar analizleri ile malzemede meydana gelen
kırışıklık ve geri esneme durumunu incelemişlerdir. R.
Lingbeek ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada [5] bir
otomobil parçası üzerinden kalıp telafisi gerçekleştirerek
yöntemin efektif olduğunu belirtmişlerdir. T. Meinders ve
diğerlerinin çalışmalarında [6] yumuşak çelik grubundan
bir
otomobil
parçasının
şekillendirme
prosesi
gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçları telafi ve
optimizasyon yapılarak iyileştirmişlerdir. M. Firat ve
arkadaşlarının yaptıkları çalışmada [7] Numisheet 93 SKanal parçası üzerinden şekillendirme ve sonlu elemanlar
analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada sunulan model
ile yapılan simülasyonlar sonucunda daha hassas
değerlerin elde edildiğini belirtilmiştir. Literatürdeki
diğer çalışmalardan da [8-15] görüldüğü üzere geri
esneme üzerine oldukça fazla çalışılmaktadır.
Bu çalışmada ise DP600 malzemeye sahip endüstriyel
bir ürün olan tavan destek sacı şekillendirme prosesi
üzerinden geri esneme telafisi gerçekleştirilmiştir.
Şekil 1. Tavan destek sacı ve araçtaki konumu.
Yapılan çalışmada orijinal parça geometrisi üzerinden
kalıp takımı ve sac açınımı tasarımı yapılmıştır. Kalıp
tasarımında Catia v5r21 yazılımı kullanılmıştır. Kalıp
takımı elde edildikten sonra orijinal geometri ile ilk
simülasyon gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonrası geri
esneme durumu incelenmiş ve ardından kalıp yüzeyi
bozularak (Displacement Adjustment) telafili bir kalıp
yüzeyi elde edilmiştir. Sonrasında bu yeni kalıp yüzeyi ile
simülasyonlar gerçekleştirilmiş ve sonuçlar geri esneme
açısından incelenmiştir. Genel prosesin iş akış şeması
Şekil 2’de verilmiştir.
2. MALZEME ve PROSES
Çalışmada endüstriyel bir uygulama olan tavan destek
sacı şekillendirme prosesi incelenmiştir. Şekil-1’de tavan
destek sacının görüntüsü verilmiştir. Proseste malzeme
olarak çift fazlı çelik grubundan 0.8mm kalınlığında iki
yüzü 10 mikron galvaniz kaplı DP600 kullanılmıştır.
Parçalar Coşkunöz A.Ş. firmasında bulunan preslerde
şekillendirilmiştir, şekillendirme sırasında parça tutucu
kuvvet 120 ton’dur.
Şekil 2. Genel prosesin iş akış şeması.
2
ilk simülasyon sonucunda %28.4 iken telafili kalıpla
yapılan simülasyon sonucunda bu oran %95.03’e
çıkmıştır. Sonuç olarak kalıp telafisinin geri esnemede
oldukça etkili olduğu görülmektedir. Bu yöntemin
dezavantajı ise kalıp yeniden işleneceğinden dolayı
prosesin maliyetini arttırmasıdır.
3. SONLU ELEMANLAR ANALİZLERİ
Orijinal parça yüzeyi üzerinden kalıp takımı elde
edildikten sonra ilk simülasyonlar gerçekleştirildi (Şekil
3-4). Sonlu elemanlar analizlerinde Autoform yazılımı
kullanıldı. Parça geometrisinde simetri bulunduğundan
çözüm süresini kısaltmak adına ½ model kullanılmıştır.
Sürtünme katsayısı 0.15 ve yarı model kullanıldığı için
parça tutucu kuvvet 60 ton olarak verilmiştir. Simülasyon
çözümleri gerçekleştirildikten sonra geri esneme değerleri
incelenmiştir. Parçadaki kalınlık dağılımı Şekil 5’te
gösterilmiştir.
Şekil 6. İlk simülasyon sonucu yüzey karşılaştırması.
Şekil 3. Orijinal parça geometrisi.
Şekil 4. Parça geometrisinden elde edilen kalıp yüzeyleri
ve sac açınımı.
Şekil 7. Telafili kalıpla yapılan simülasyon sonucu
yüzey karşılaştırması.
Simülasyon
gerçekleştirildikten
sonra
Autoform
yazılımından şekillendirme sonrası ve geri esneme
yüzeyleri ayrı ayrı alınmıştır. Sonrasında, geri esneme
değerleri bu iki geometrinin farkı alınarak elde edilmiştir.
Elde edilen bu fark Catia yazılımında telafi için
kullanılmıştır.
Şekil 8. Simülasyonlar sonucunda yüzey durumları.
KAYNAKLAR
1. A.
Andersson,
2005,
“Numerical
and
experimental evaluation of springback in a front
side member”, Journal of Materials Processing
Technology v.169 pp.352–356.
2. R. Lingbeek, J. Huetink, S. Ohnimus, M. Petzoldt, J.
Weiher, 2005, “The development of a finite
elements based springback compensation tool for
sheet metal products”, Journal of Materials
Processing Technology v.169, pp.115–125.
3. F. Lan, J. Chen, J. Linb, 2006, “A method of
constructing smooth tool surfaces for FE
prediction of springback in sheet metal forming”,
Journal of Materials Processing Technology, v.177,
pp.382–385.
4. M. Banu, M. Takamura, T. Hama, O. Naidim, C.
Teodosiu, A. Makinouchi, 2006, “Simulation of
springback and wrinkling in stamping of a dual
phase steel rail-shaped part”, Journal of Materials
Processing Technology, v.173, pp.178–184.
5. R. Lingbeek, T. Meinders, S. Ohnimus, M. Petzoldt,
J. Weiher, 2006, “Springback Compensation:
Şekil 5. Şekillendirme sonrası kalınlık dağılımı.
Telafi için Catia v5r21 yazılımı kullanılmıştır. Geri
esneme için elde edilen fark dosyası kullanılarak kalıp
yüzeyleri tekrar düzenlenmiştir. Kalıp telafisinin ardından
telafi edilen yüzey, Catia yazılımından alınarak tekrar
Autoform yazılımında simülasyona sokulmuştur.
4. SONUÇLAR ve TARTIŞMA
Telafi edilen kalıpla gerçekleştirilen simülasyon
sonrasında elde edilen yeni yüzeyler orijinal yüzey ile
karşılaştırılmıştır. Sonuçlar Şekil 6-8’de gösterilmektedir.
± 0.8 mm endüstriyel bant içerisine giren yüzey noktaları
3
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Fundamental Topics and Practical Application”,
9th ESAFORM conference on Material Forming,
April, Glasgow, U.K.
T. Meinders, I.A. Burchitz, M.H.A. Bonte, R.A.
Lingbeek, 2008, “Numerical product design:
Springback prediction, compensation and
optimization”, International Journal of Machine
Tools & Manufacture, v.48, pp.499–514.
Mehmet Firat, Bilgin Kaftanoglu, Orhan Eser, 2008,
“Sheet metal forming analyses with an emphasis
on the springback deformation”, Journal of
materials processing technology, v.196, pp.135–
148.
S.A. Asgari, M. Pereira, B.F. Rolfe, M. Dingle, P.D.
Hodgson, 2008, “Statistical analysis of finite
element modeling in sheet metal forming and
springback analysis”, Journal of materials
processing technology, v.203, pp.129–136.
G. Ingarao, R. Di Lorenzo, F. Micari, 2009,
“Analysis of stamping performances of dual
phase steels: A multi-objective approach to
reduce springback and thinning failure”,
Materials and Design, v.30, pp.4421–4433.
LiuWei, Yang Yuying, Xing Zhongwen, Zhao
Lihong, 2009, “Springback control of sheet metal
forming based on the response-surface method
and multi-objective genetic algorithm”, Materials
Science and Engineering A, v.499, pp.325–328.
Giuseppe Ingarao, Rosa Di Lorenzo, 2010, “A new
progressive design methodology for complex
sheet metal stamping operations: Coupling
spatially differentiated restraining forces
approach and multi-objective optimization”,
Computers and Structures, v.88, pp.625–638.
L. Marretta, G.Ingarao, R.DiLorenzo, 2010,
“Design of sheet stamping operations to control
springback and thinning: A multi-objective
stochastic optimization approach”, International
Journal of Mechanical Sciences, v.52, pp.914–927.
Wei Chen, 2011, “Investigation of Friction
Modelling and Elastic Tooling influences on the
Springback Behaviour in Sheet Metal Forming
Analysis”, MSc Thesis, University West.
Long Tang, Hu Wang, Guangyao Li, 2013,
“Advanced high strength steel springback
optimization by projection-based heuristic global
search algorithm”, Materials and Design, v.43,
pp.426–437.
Xiongqi Peng, Shaoqing Shi, and Kangkang Hu,
2013, “Comparison of Material Models for
Spring Back Prediction in an Automotive Panel
Using Finite Element Method”, Journal of
Materials Engineering and Performance, v.22,
pp.2990–2996.
4
5

Download Report