Effects of drawbeads in sheet metal forming

Abstract

Kırışma, yırtılma, aşın incelme, yüzey bozunması ve geri yaylanma gibi kusurlar sac malzemede şekillendirme esnasında meydana gelen en bilindik kusurlardandır. Bu tür kusurlar genellikle sac malzemenin kalıp boşluğuna kontrolsüz ve istenmeyen bir oranda akışından kaynaklanmaktadır. Bir dizi yöntem sac malzemenin kalıp boşluğuna akışım kontrol etmede kullanılabilir: değişken potçemberi kuvveti uygulaması ve kalıp ile sac yüzeyleri arasındaki sürtünmenin azaltılması gibi. Fakat, bu yöntemler sadece sac malzemenin bütününün genel akışım düzenleyebilir. Sac malzemede meydana gelen kusurları azaltmak ve yok etmek için malzeme akışının belirli bölgelerde düzenlenmesi gerekmektedir. Bu, malzeme akış yollarını gerekli bölgelerde engelleyen bir tür yerel kontrol mekanizması olan süzdürme çubuğunun kullanılması fikrini doğurmuştur. Bu çalışmada, süzdürme çubuklarının kullanımının sac şekillendirmeye etkileri incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde süzdürme çubukları hakkında genel bilgiler sunulmuştur. Süzdürme çubuklarının çalışma prensipleri, metal şekillendirmede kullanılan tipleri ile kullanım yerleri ve bazı dezavantajları bu bölümde sunulmuştur. Üçüncü bölümde süzdürme çubuklarının oluşturduğu kuvvet değerlerinin belirlenmesinde kullanılan bir dizi analitik süzdürme çubuğu modeli ele alınmış ve bu modellerde yapılan kabuller ile bunların doğruluk dereceleri gösterilmiştir. Dördüncü bölümde ise bu analitik modellerden en yaygın kullanılanları üzerinde durularak süzdürme çubuğu kuvvetlerine proses değişkenlerinin etkisi incelenmiştir. Beşinci bölüm süzdürme çubuklarının sayısal modellenmesini içermektedir. Süzdürme çubuğu kuvvetlerinin belirlenmesinde 3B düzlem gerilme ve 2B düzlem şekil değiştirme sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuştur. Çözüm süresini ve optimizasyon çevrimini azaltmak amacıyla sonlu elemanlar uygulamalarında sıkça kullanılan ve gerçek süzdürme çubuklarının yerine kullanılan eşdeğer süzdürme çubuğu modeli de bu bölümde ele alınmıştır. Analitik ve sayısal sonuçlar litaratürdeki deneysel verilerle karşılaştırılarak sunulmuştur. Altıncı bölümde ise süzdürme çubuğu kullanımının metal şekillendirmeye etkisi ile eşdeğer süzdürme çubuğu modelinin doğruluk derecesi iki ayrı sonlu elemanlar uygulamasına yer verilerek gösterilmiştir. Uygulamalar gerçek süzdürme çubuğunun olduğu ve olmadığı durum ile eşdeğer süzdürme çubuğunun olduğu durum ele alınarak çözülmüştür.

The defects such as wrinkles, fractures, excessive thinning surface distortion and springback are common failures that usually occur on the sheets during a sheet metal forming process. Such failures are caused by the use of an unwanted flow rate of the sheet material. A number of techniques can generally be used to control the flow rate of the metal sheet: regulating the blank holder force and reducing the friction between the die and metal sheet surfaces. However, these techniques can only be used to regulate the overall flow rate of the whole metal sheet. In order to minimize tears and wrinkles, it is necessary to regulate the flow rate at certain parts of the sheet. This leads to the idea of using a drawbead to obstruct the flow path in order to achieve control over the flow rate at the necessary locations. In this thesis, the effect of using drawbeads in a sheet metal forming process is investigated. Chapter 2 contains the description of the basics about drawbeads. The working mechanism of drawbeads, the types and location of drawbeads used in sheet metal forming and disadvantage of using drawbeads are presented in this chapter. In Chapter 3 a number of analytical drawbead models are reviewed. The accuracy and assumptions made in these models are demonstrated. In Chapter 4, by concerning one of these models, the effects of parameters in drawbead forces are investigated. Chapter 5 presents the numerical modeling of drawbeads. 3D plane stress and 2D plane strain FE models are constructed in order to determine the drawbead forces. Equivalent drawbead modeling which is used instead of the real drawbead geometries to reduce huge computational time and optimization cycles in sheet metal forming simulations is also taken into account in this chapter. Analytical and numerical results are compared with the literature experimentally determined data. Chapter 6 deals with two FEA applications. The effect of drawbeads in industrial application and the accuracy of equivalent drawbead modelling are shown in this chapter. In the the simulations, the results in which the real drawbead geometry and its equivalent representation are taken into account are shown.