THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF PUNCHING PROCESS OF DP800 AUTOMOTIVE STEEL SHEET WITH DIFFERENT PUNCH TIPS

Abstract

ABSTRACT

With the increasing awareness of the importance of automobile lightness, the use of AHSS steels with good lightness, strength and ductility combinations in production has also increased. The increasing of the strength of AHSS steels also limits the application of manufacturing processes such as cutting and punching. One of the most used manufacturing methods during automobile manufacturing is punching. Although it is a simple process, its dependence on many parameters makes it difficult to obtain quality outputs due to optimization studies. Punching process of good quality depends on some parameters such as clearance, punch force, punch speed, blank-holder force and punch tip geometry. The punch force is the most complex one of these parameters, as it is linked to many parameters. The most important parameter affecting the cutting force is the punch tip geometry. Although there have been many studies in the literature on the effects of different punch geometries on punch force, the effects of different punch geometries on cutting surface properties, which is a quality criterion for punching, should also be examined. As a result of the punching process, the different zones of the cutting surface, significantly affect the stretchability of the part. Cutting surface quality is the most important factor affecting the formation of corner cracks. Therefore, the relationship between punch geometry and cutting surface should be determined and the differences in punch forces caused by different geometries should be examined. For this study, dual-phase steel grade DP800 steel, which is a most widely used AHSS type, were used. Punch with 5 different tip geometries were used for the experimental studies. The cutting surfaces formed as a result of the experiments to be made at constant clearance and cutting speeds have been examined with the help of an optical and stereo microscope. In addition, the punching process will be examined numerically with the finite element method by DEFORM-3D and SIMUFACT-2D programs, and the effects of stress distributions caused by different tip geometries on the cutting surface will be examined. The damage model will be defined for the material and damage constant will be determined. Thus, damage predictability will be provided for the study. Finally, the consistency of the model will be analysed by comparing experimental and numerical studies.

ÖZET Otomobil hafifliğinin önemi konusunda artan farkındalıkla birlikte, iyi hafiflik, mukavemet ve biçimlendirilebilirlik özelliklerine sahip AHSS çeliklerinin (Geliştirilmiş Yüksek Mukavemetli Çelik) üretimde kullanımı da artmıştır. AHSS çeliklerinin mukavemetinin artması aynı zamanda kesme ve delme gibi üretim işlemlerinin uygulanmasını da sınırlamaktadır. Otomobil üretimi sırasında en çok kullanılan üretim yöntemlerinden biri delmedir. Basit bir süreç olmasına rağmen birçok parametreye bağlı olması, optimizasyon çalışmaları nedeniyle kaliteli çıktılar elde etmeyi zorlaştırmaktadır. İyi kalitede delme işlemi, iki parça arasındaki boşluk, delme kuvveti, delme hızı, pot çemberi kuvveti ve delme ucu geometrisi gibi bazı parametrelere bağlıdır. Delme kuvveti, birçok parametreye bağlı olduğu için bu parametrelerden en karmaşık olanıdır. Kesme kuvvetini etkileyen en önemli parametre, delme ucu geometrisidir. Farklı delme geometrilerinin delme kuvveti üzerindeki etkileri konusunda literatürde birçok çalışma bulunmasına rağmen, farklı delme geometrilerinin delme işlemi için bir kalite kriteri olan kesme yüzeyi özellikleri üzerindeki etkileri de incelenmelidir. Delme işleminin bir sonucu olarak, kesme yüzeyinin farklı bölgeleri, parçanın esneme kabiliyetini önemli ölçüde etkilemektedir. Kesme yüzey kalitesi köşe çatlaklarının oluşumunu etkileyen en önemli faktördür. Bu nedenle, delme geometrisi ile kesme yüzeyi arasındaki ilişki belirlenmeli ve farklı geometrilerin neden olduğu delme kuvvetlerindeki farklılıklar incelenmelidir. Bu çalışmada en yaygın kullanılan otomotiv olan AHSS sac çeliklerinden olan DP800 çeliği kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için 5 farklı tipte-geometrili zımba kullanılmıştır. Sabit açıklıkta ve kesme hızlarında yapılan deneyler sonucunda oluşan kesme yüzeyleri optik ve stereo mikroskop yardımıyla incelenmiştir. Buna ek olarak, delme işlemi DEFORM-3D ve SIMUFACT-2D programları üzerinden sonlu elemanlar yöntemi ile sayısal olarak incelenmiş ve farklı zımba geometrilerinin neden olduğu gerilme dağılımlarının kesme yüzeyine etkileri incelenmiştir. Malzeme için hasar modeli tanımlanmış ve hasar sabiti belirlenmiştir. Böylece çalışma için hasar öngörülebilirliği sağlanmıştır. Son olarak, deneysel ve sayısal çalışmalar karşılaştırılarak modelin tutarlılığı analiz edilmiştir.