Boru bükme operasyonu sonucunda meydana gelen geri yaylanma miktarının öngörülmesi

Abstract

Otomobil, uçak ve gemi imalatı endüstrileri başta olmak üzere; tesisat elemanları, hidrolik sistemler ve ısı değiştiricilerinin bazı parçalarının imalatlarında boru bükme operasyonlarından yararlanılmaktadır. Boru bükme operasyonları geleneksel biçimde operatör yardımıyla gerçekleştirilebileceği gibi, CNC boru bükme tezgahları kullanılarak sayısal kontrollü bir şekilde de gerçekleştirilebilir. Bükme operasyonları sonucunda elde edilen ürünlerde; et kalınlığında incelme, ovalleşme, kırışma ve geri yaylanma gibi ürün kalitesini düşüren kusurlar meydana gelebilmektedir. Bükme operasyonu bitiminde bükülmüş borunun kalıplardan çıkarılmasının ardından; malzeme, geometrik ve süreçsel parametrelere bağlı olarak borunun sahip olmasının beklendiği açıdan bir miktar sapmasına geri yaylanma, bu sapma açısına da geri yaylanma açısı denir. Geri yaylanma açısının operasyon öncesinde öngörülmesi hem hurda miktarlarını azaltarak maliyetleri düşürecek hem de operasyon sonrasında ara ürünün kullanılacağı montaj aşamalarında meydana gelebilecek zorlukları bertaraf edecektir. Yapılan bu çalışmada boru bükme operasyonu sonlu elemanlar analizinden (SEA) faydalanılarak, açık sonlu elemanlar kodu olan LS-DYNA® vasıtasıyla modellenmiş, sonuçlar literatürdeki deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Devamında farklı geometrik ve süreçsel parametrelere bağlı olarak çeşitli modeller hazırlanmış, simülasyonlar gerçekleştirilerek elde edilen geri yaylanma açıları kaydedilmiştir. Elde edilen bu geri yaylanma açıları birer tasarım noktası kabul edilerek bunların kullanımıyla farklı vekil modeller oluşturulmuştur. Bu vekil modellerden tasarım noktalarındaki sonuçlara en yakın sonuçların elde edildiği model olan polinom yanıt yüzey (PYY) yöntemi seçilerek, geri yaylanma açısını farklı parametrelere bağlı olarak ifade eden matematiksel bağıntı elde edilmiştir.

Tube bending operations are mainly used in the industries such as automotive, aerospace and shipbuilding; they are also utilized in the production of piping equipment, hydraulic systems and some parts of the heat exchangers. Tube bending operations can be carried out in a traditional manner that needs the help of an operator; they are also performed by using CNC tube bending machines. Some of the bent tubes; which are the products of the tube bending machines, include some defects such as thinning, flattening, wrinkling and springback. Springback is defined as the deviation from the predefined bend angle after the end of the bending operation, and is affected by certain operational parameters related to the mechanical and geometrical properties of the tubes. The amount of the deviation from the predefined angle is also called as springback angle. Prediction of the springback angle reduces the production cost by reducing the amount of scrap as well as that eliminates the difficulties may occur in assembling the semi-manufactured tubes. In this study, finite element analyses (FEA) of tube bending operations are performed with the help of an explicit finite element code LS-DYNA® and the results are compared to the experimental results from the literature. Later on, various models are generated and finite element analyses are performed to obtain springback results for different values of effective geometrical and operational parameters. Various surrogate models are generated by treating these springback results as training points. A mathematical relation between the mentioned parameters and the springback angle is developed by using Polynomial Response Surface (PRS) model; which is one of the surrogate models used in this study that gives the closest results to the simulations.