THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE PUNCHING PROCESS OF DP-AL PLATE COMPOSITES BY USING DIFFERENT PUNCH TIPS

Abstract

ABSTRACT

Although there has been a great development in laser, water jet and similar sheet metal cutting processes, cutting/drilling processes continue to gain more importance as drilling and cutting are the most used applications in the industrial field. On the other hand, a major challenge when using punching/punching sheet metal is overcoming the shear force required for high-strength and bonded sheets. Increased cutting forces lead to higher performance requirements expected from the press machine and cause increased wear on the punch tool and die. The quality and condition of the cut area are also very important as a separate phenomenon. One of the techniques used to reduce the punch cutting force needed is to change the punch type, which is done by changing the punch shape, especially the cutting angle. This study aimed to produce laminated composites of three different Dual Phase steels and Al sheets with enhanced strength by explosive welding and then to examine the punch-cutting process of these three quality laminated composite sheets and the shear effects on the material. Sheet steels were commercial grades DP600, DP1000 and DP1200. The Al plate was commercial Al 1100 grade Al alloys. Base metals were used to produce laminated Al-DP steel composite by explosive welding. Cutting tests were conducted in punching operations using five punch slip angles, 0°, 16°, R1, R2 and V16°.

The force graphs corresponding to the procedure times were obtained thanks to the load-cell computer system in Punching operations. Experimental studies meaning shear analyses have also been evaluated via finite element method simulations. Besides, the punching results showed good agreement between modelling and experimental punching forces. The highest cutting forces were observed when the punch was "0" (flat-punch, 0°). The other punch forms obtained the lowest cutting forces using punch R2, V16, R1, and 16, respectively. Moreover, the punched surfaces have been observed by comparing the force-time graphs. In addition, this study is a pioneer in the literature on its concepts, such as explosive weld materials and their punch process.

ÖZET

Lazer, su jeti ve benzeri sac metal kesme işlemlerinde büyük gelişme olmasına rağmen, delme ve kesme endüstriyel alanda en çok kullanılan uygulamalar olduğu için kesme/delme işlemleri halen daha fazla önem kazanmaya devam ediyor. Diğer taraftan metal sacı makinede zımba ile kesme/delme kullanırken karşılaşılan önemli bir zorluk, yüksek mukavemetli ve birleştirilmiş saclar için gereken kesme kuvvetinin üstesinden gelmektir. Artan kesme kuvvetleri, pres makinesinden beklenen daha yüksek performans gerekliliğine yol açar ve zımba takımında ve kalıpta aşınmanın artmasına neden olur. Kesilen bölge de oluşan kalitede ve durum da ayrı bir olgu olarak oldukça önemlidir. İhtiyaç duyulan zımba kesme kuvvetini azaltmak için kullanılan tekniklerden biri zımba tipinin değiştirilmesi ve bunun zımba şeklini özellikle de kesme açısını değiştirerek yapılmasıdır. Bu çalışma, gelişmiş mukavemetli üç farklı Çift Fazlı çelik ve Al sacların patlama kaynağı ile lamine kompozitlerinin üretilmesini ve ardında, bu üç kalite lamine kompozit levhanın punç ile kesme sürecini ve oluşan kesme etkilerini malzeme üzerinden incelemeyi hedef edinmiştir. Sac çelikler, DP600, DP1000 ve DP1200 ticari kaliteleriydi. Al levha, ticari Al 1100 dereceli Al alaşımlarıydı. Patlayıcı kaynak yoluyla lamine Al-DP çelik kompoziti üretmek için baz metaller kullanıldı. 0°, 16°, R1, R2 ve V16° olmak üzere beş zımba kayma açısı kullanılarak zımbalama operasyonlarında kesme deneyleri gerçekleştirilmiştir.Punch ile kesme deneylerinde bilgisayar sistemine bağlanan load cell ile işlem sürelerine karşılık gelen zımba kuvveti-işlem süresi veri ve grafikleri elde edilmiştir. Kesme-kayma analizleri anlamına gelen deneysel çalışma sonuçları sonlu elemanlar yöntem simülasyonları ile değerlendirilmiştir.

Punch ile kesme-delme Deneysel ve simulasyon sonuçları punch kesme kuvvetleri arasında oldukça iyi bir iyi bir uyum göstermiştir. En yüksek kesme kuvveti düz zımba "0" (0°) kullanılan işlemlerde gözlendi. Diğer taraftan, sırasıyla olmak üzere R2, V16, R1 ve 16 punch tipleri kullanılarak yapılan punc ile delme işlemlerinde elde edilmiştir. Bu çalışmada elde edilen punch ile delme deneyleri kesme yüzeyleri ve ortaya çıkan kesme sonuçları kuvvet-zaman grafikleri ile karşılaştırılarak da bazı değerlendirmeler yapılmıştır. Genel bir değerlendirme olarak, bu çalışma, patlamalı kaynak ile clading-kompozit metaller ve bunların zımbalama prosesi gibi kavramları konusunda kullanılan metallerde ayrıca değerlendirildiği, literatürde bir öncü niteliğindedir.