Üçüncü nesil fortiform 1050 çeliğinin basınca bağlı sürtünme katsayısının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle araştırılması

Abstract

Sac metaller başta otomotiv sektörü olmak üzere birçok farklı sektörde kullanılmakta ve uygulama alanları sürekli artmaktadır. Kullanım alanları ve geometrilerine bağlı olarak malzemelerden beklenen özellikler değişmektedir. Günümüz otomotiv endüstrisinde ağırlıktan kazanç sağlayarak emisyon oranını azaltma trendi göz önünde bulundurulduğunda, geleneksel malzemelere oranla nispeten hafif malzemeler dikkat çekmektedir. Bu bağlamda hafif malzemeler olarak adlandırılan alüminyum, magnezyum, kompozit ve ileri yüksek mukavemetli çelik malzemeler ön plana çıkmaktadır. İleri yüksek mukavemetli çelikler geleneksel çeliklerle kıyaslandığında aynı özgül ağırlık değerine sahipken daha yüksek dayanım sunabilmektedirler. Geleneksel malzemeler yerine yüksek dayanımlı malzemenin kullanımı ile aracın çeşitli parçalarında sac kalınlığını düşürerek eş dayanım değerine sahip daha hafif parçaların ve dolayısıyla daha hafif araçların üretilmesi mümkün kılınmaktadır. Bu çalışmada, üçüncü nesil ileri yüksek mukavemetli çelikler ailesinin bir üyesi olan Fortiform 1050 malzemesinin preste şekillendirilme davranışı incelenmiştir. Sac parçaların soğuk şekillendirme prosesinde form vermeyi etkileyen pek çok farklı parametre bulunmaktadır. Bu parametrelerden biri olan sürtünme katsayısı, iki farklı sanal simülasyon yöntemi ile incelenmiş ve bu iki yöntemin kıyaslaması yapılmıştır. Bahsi geçen bu iki yöntemde Coulomb sürtünme katsayısı ile basınca bağlı sürtünme katsayısının sac şekillendirme üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Basınca bağlı sürtünme katsayısının bulunabilmesi adına değişik kuvvet değerleri altında bir takım testler gerçekleştirilmiştir. Bu testler sonucunda sürtünme katsayısının farklı kuvvetler altındaki değerleri elde edilmiştir. Basınca bağlı sürtünme katsayısı formülasyonuna uygun Matlab kodu yazılarak elde edilen sürtünme katsayıları ve bunlara karşılık gelen kuvvetler girilerek simülasyonu gerçekleştirebilmek için gerekli olan n ve Po değerleri bulunmuştur. Sürtünme katsayısının şekillendirme üzerindeki etkisini araştırabilmek adına destek parça tasarımı gerçekleştirilmiş ve bu parçayı preste üretebilmek için gerekli olan kalıp, firma bünyesinde bulunan prototip kalıbın revize edilesiyle elde edilmiştir. Bu kalıp yüzeylerine ve iki farklı sürtünme katsayısı teoremine göre şekillendirme analizleri gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarının doğruluğunu anlamak adına prototip parçaların üretimi yapılmış ve prototip parçalar ile simülasyon sonuçları kıyaslanmıştır. Bu kıyaslamayı gerçekleştirebilmek için ilk olarak parçaların şekillendirilme sonrasındaki çekme paylarına bakılmıştır. Prototip parçalardaki çekme paylarını ölçebilmek adına pot üzerine belirli bölgelerde işaretlemeler yapılmış, bu işaretler ile final parça arasındaki mesafeler ölçülmüştür ve simülasyon sonuçlarındaki çekme payları arasındaki fark incelenmiştir. Daha sonra üretilen prototip parçalar taranıp, tarama datası simülasyon sonuçları ile çakıştırılarak şekillendirme sonrası sac parçaların geri esneme doğruluğu kıyaslanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda, basınca bağlı sürtünme katsayısının daha doğru sonuçlar verdiği görülmüştür.

Sheet metals are being used in many industries, particularly in the automotive industry, and they have increasing use cases. Depending on the geometry and the area of use, the expected properties of the materials vary. Considering the trend of reducing emission rate by the reduction in weight, compared to traditional materials, relatively light materials stand out. In this regard, aluminium, magnesium, composite and advanced high strength steel materials, which are called light materials, come into prominence. In comparison to traditional steel, advanced high strength steels provide higher strength while having the same specific gravity. By using high strength materials in place of traditional materials, the sheet thickness of the parts of the automobile can be reduced without a loss on their strength. Thus, the automobile becomes lighter corresponding to the weight loss of its parts. In this study, the behaviour of Fortiform 1050, a member of the third-generation high strength steel family, in press forming is examined. There are many parameters in cold press forming of sheet metals that affect forming. Friction coefficient, which is one of those parameters, is examined by two different virtual simulation methods, and a comparison of two is made. With these two methods, the effects of Coulomb friction coefficient and pressure dependent friction coefficient on sheet metal forming is investigated. A number of tests under varying force values are conducted in order to calculate the pressure dependent friction coefficient. In consequence of these tests, different values of friction coefficient under different forces are obtained. By entering the friction coefficient values and the corresponding forces on the coding in MATLAB, that is coded in regard to pressure dependent friction coefficient, n and Po values, which are required in order to run the simulations, are calculated. To be able to examine the effects of the friction coefficient on forming, a support part is designed and the die design that is required to produce this part is updated to revise the die of the prototype found at the company site. Forming analyses are made according to these die surfaces and two different friction coefficient theorems. In order to understand the accuracy of the simulation results, prototype parts are produced, and the results are compared with the prototype parts. To carry out this comparison, firstly shrinkage allowance of the parts after forming is examined. In order to measure the shrinkage allowance in the prototype parts, markings are made on specific parts of the pot, the distances between these marks and the final part were measured and the difference between the shrinkage allowances in the simulation results is examined. Then, produced prototype parts are scanned, and shrinkage allowance accuracy of sheet metal parts is compared with the results of the simulation data. According to the data obtained, the pressure dependent friction coefficient is found to be more accurate.