Simulation Assisted Design, Prototype Production and Non-Destructive Testing Methods of Bending Process of Hot Rolled TH34 Profile Used in Mining and Tunneling Sector

Year 2019, Volume: 34 Issue: 1, 67 - 82, 31.03.2019

Aytaç Başsüllü Hülya Durmuş

https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.601314

Abstract

In recent years there have been many casualties due to mining accidents in our country and there have been searches and anticipations for new developments in mining and tunnel construction sector. With the emergence of new developments, it is possible to secure the expected precision of tunnel projects in a short time, at low cost and high quality. From past to present day, ground support materials have affected the orientation of the mining and tunneling sector. One of the materials that have recently been used for various purposes in the mining and tunneling sector is steel. Steel is higher in strength than wood and can be shaped according to various mechanisms and can be used undisturbed under a load of these mechanisms.

The profile recently used in steel support systems is Toussaint-Heitzmann (TH). The TH profile reveals that the cold deformation processes affecting the service life of the ground supports can be achieved with controlled and efficient process designs. In this study, S480W material TH34 profiles obtained by the hot rolling method are designed by using finite element method for bending and shaping processes according to gallery sections for use in mining and tunneling sector. Prototype production was carried out with the results obtained. According to the reference gallery arc gauge, the bending surfaces of the profile produced prototype were examined by using non-destructive inspection methods and crack formation due to plastic deformation was not found. According to the results obtained, it has been determined that the most efficient process design for cold plastic deformation (bending) of steel ground supports is carried out.

Keywords

Mining, Ground supports, Bending process, Simulation, Non-destructive inspection

Maden ve Tünelcilik Sektöründe Kullanılan Sıcak Haddelenmiş TH34 Profilin Bükme Prosesine İlişkin Simülasyon Destekli Tasarımı, Prototip Üretimi ve Tahribatsız Muayene Yöntemi ile Analizleri

Abstract

Son yıllarda ülkemizde yaşanan maden kazaları sebebiyle birçok can kaybı yaşanmıştır. Bundan dolayı madencilik ve tünel inşa sektöründe yeni araştırmalar ortaya çıkmıştır. Yeni gelişmelerle tünel kısa zamanda, düşük maliyet ve yüksek kalitede tamamlayarak projelerinde beklenen hassasiyeti güvence altına almak mümkündür. Geçmişten günümüze kadar tahkimat malzemeleri maden ve tünelcilik sektörünü etkilemiştir. Son zamanlarda madencilik ve tünelcilik sektöründe farklı amaçlar için kullanım alanlarına sahip malzemelerden biri çeliktir. Çelik, ahşaba göre daha yüksek dayanıma sahiptir, çeşitli mekanizmalara göre şekillendirilebilir ve bu mekanizmaların yükü altında bozulmadan kullanılabilir. Çelik tahkimat sistemlerde son zamanlarda kullanılan profil ise Toussaint-Heitzmann (TH)’dır. TH profili tahkimatların servis ömrünü büyük oranda etkileyen soğuk deformasyon proseslerinin kontrollü ve en verimli süreç tasarımları ile elde edilebilirliğini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada, sıcak haddeleme yöntemi ile elde edilen S480W malzemesinden TH34 profiller için, madencilik ve tünelcilik sektöründe kullanımı amacıyla galeri kesitlerine göre profilin bükme ile şekil verme süreçleri, sonlu elemanlar yöntemi ile tasarlanmıştır. Elde edilen çıktılar ile birlikte prototip üretim gerçekleştirilmiştir. Referans alınan galeri ark ölçüsüne göre prototip üretimi gerçekleştirilen profilin büküm yüzeyleri tahribatsız muayene yöntemleri kullanılarak incelenmiş ve plastik deformasyon kaynaklı çatlak oluşuma rastlanılmamıştır. Elde edilen sonuçlara göre çelik tahkimatların soğuk plastik deformasyonuna (bükme) ait en verimli proses tasarımının gerçekleştirildiği belirlenmiştir.

Keywords

Madencilik, Tahkimat, Bükme prosesi, Simülasyon, Tahribatsız muayene

References

• 1. Doğan, İ., 2012. Tabanyolu Tahkimatı Olarak Geçme (TH) Bağ Uygulamaları ve Performans Değerlendirmeleri, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı, Zonguldak.
• 2. Özer, S.C., 2011. Tünel Kazılarında Optimum Çelik Boru Kemer Boyutunun Nümerik Modelleme ile Tayini, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Bölümü Maden İşletme Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, İzmir.
• 3. Ünlü, K., 2010. Bir Demiryolu Tünelinin Tahkimat Analizleri, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Konya.
• 4. Kömürlü, E., Kesimal, A., Çolak, Ü., 2014. Poliüre Türü Püskürtülen İnce Kaplamaların Kaya Saplamaları Performansları Üzerindeki Etkileri, Madencilik TMMOB Maden Mühendisleri Odası Dergisi, 53(3-4), 13-18.
• 5. Toptaş, C., 2015. Yassı Çelik Haddelemede Kullanılan Sıcak Şerit Haddehane Hadde Merdanelerinin Aşınma Parametrelerinin Optimizasyonu ile Servis Ömürlerinin Uzatılması, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Konstrüksiyon Programı Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
• 6. Witthaus, H.P.R., Breedlove, J., 2009. Development in Steel Roadway Support- A Track Recod. The 27th International Conference on Ground Control in Mining, Morgantown, West Virginia 2009 Strata Products (USA) Inc., 358-365.
• 7. Panthi, S.K., Ramakrishnan, N., Ahmed, M., Singh, S.S., Goel, M.D., 2010. Finite Element Analysis od Sheet Metal Bending Process to Predict the Springback. Journal of Materials and Design 31, 657-662.
• 8. Öztürk, F., Toros, S., Kılı., S., 2009. Tensile and Sprindback Behaviour of DP600 Advanted High Strength Steel at Warm Temperatures, Journal of Iron and Steel Research, 16(6), 41-46.
• 9. Gomes, C., Onipede, O., Lovell, M., 2005. Investigation of Springback in High Strength Anisotropic Stells, Journal of Material Processing Technology 159, 91-98.
• 10. Sitar, M., Kosel, F., Brojan, M., 2015. Numerical and Experimental Analysis of Elastic-plastic Pure Bending and Springback of Beams of Asymmetric Crosssections, International Journal of Mechanical Sciences, 77-85.
• 11. Tekaslan, Ö., Gerger, N., Şeker, U., 2008. V Bükme Kalıplarında Bakır Sac Malzemelerin Geri Esneme Miktarlarının Tespiti. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, 23, 231-238.
• 12. Uzun, İ., Erişkin, Y., 1997. Sac Metal Kalıpçılığı, MEB, 253-286, Ankara.
• 13. Semiatin, S.M., 1988. Forming and Forging Volume 14-9th Edition Metals Handbook, ASM International, 1499-1451.
• 14. Erişkin, Y., 1986. Uygulamalı Sac Metal Kalıp Konstrüksiyonu, Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi, 73-126, Ankara.
• 15. Tekaslan, Ö., Gerger, N., Şeker, U., 2008. V Bükme Kalıplarında Bakır Sac Malzemelerin Geri Esneme Miktarlarının Tespiti, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(1), 231-238.
• 16. Tan, Z., Persson, B., Magnusson, C., 1992. An Empiric Model for Controlling Springback in V-Die Bending of Sheet Metals, Journal of Materials Processing Technology, 34(1-4), 449-455.
• 17. Spoorenberg, R.C., Snijder, H.H., Hoenderkamp, J.C.D., 2012. Mechanical Properties of Roller Bent Wide Flange Sections-Part 1: Experimental Investigations, Journal of Constructional Steel Research 68, 51-62.
• 18. Hudovernik, M., Staupendahl, D., Gharbi, M., Hermes, M., Tekkaya, A.E., Kuzman, K., Slabe J.M., 2013. 3D Numerical Analysis of 2D Profile Bending with the Torque Superposed Spatial Bending Method, Journal of Mechanical Engineering 59(3), 139-147.
• 19. Vatter, P.H., Plettke, R., 2013. Process Model for the Design of Bent 3-dimensional Free-form Geometries for the Three-roll-push-bending Process, Forty Sixth CIRP Conference on Manufacturing Systems 2013, Procedia CIRP 7, 240-245.
• 20. Yang, M., Shima, S., 1988. Simulation of Pyramid Type Three-Roll Bending Process, Printed in Great Britain, Int. J. Mech. Sci., 30(12), 877-886.
• 21. He, Y., Heng, L., Zhiyong, Z., Mei, Z., Jing, L., Guangjun, L., 2012. Advances and Trends on Tube Bending Forming Technologies, Chinese Journal of Aeronautics 25, 1-12.
• 22. Feng, Z., Champliaud, H., 2011. Modeling and Simulation of Asymmetrical Three-roll Bending Process, Simulation Modelling Practice and Theory 19, 1913-1917.
• 23. Ghiotti, A., Simonetto, E., Bruschi, S., Bariani, P.F., 2017. Springback Measurement in Three Roll Push Bending Process of Hollow Structural Sections, CIRP Annals-Manufacturing Technology, CIRP-1677, 4.
• 24. Hermes, M., Chatti, S., Weinrich, A., Tekkaya, A.E., 2008. Three-Dimensional Bending of Profiles with Stress Superposition, International Journal of Material Forming Suppl 1,133-136.
• 25. Simonetto, E., Ghiotti, A., Bruschi, S., 2017. Dynamic Detection of Tubes Wrinkling in Three Roll Push Bending, Procedia Engineering 207, 2316-2321.
• 26. Spoorenberg, R.C., Snijder, H.H., Hoenderkamp, J.C.D., 2011. Finite Element Simulations of Residual Stresses in Roller Bent Wide Flange Sections, Journal of Constructional Steel Research 67, 39-50.
• 27. Spoorenberg, R.C., Snijder, H.H., Hoenderkamp, J.C.D., 2010. Experimental Investigation of Residual Stresses in Roller Bent Wide Flange Steel Sections, Journal of Constructional Steel Research 66, 737-747.
• 28. Hudovernik, M., Staupendahl, D., Gharbi, M., Hermes, M., Tekkaya, E., Kuzman, K., Slabe, J.M., 2013. 3D Numerical Analysis of 2D Profile Bending with the Torque Superposed Spatial Bending Method, Journal of Mechanical Engineering 59(3), 139-147.
• 29. Chatti, S., Hermes, M., Tekkaya, A.E., Klenier, M., 2010. The New TSS Bending Process: 3D Bending of Profiles with Arbitrary Cross-sections, CIRP Annals-Manufacturing Technology 59, 315-318.
• 30. Feng, Z., Champliaud, H., 2011. Modeling and Simulation of Asymmetrical Three-roll Bending Process. Simulation Modelling Practice Theory, 19, 1913-1917.
• 31. Hua, M., Baines, K., Cole, I.M., 1999. Continuous Four-roll Plate Bending: a Production Process for the Manufacture of Single Seamed Tubes of Large and Medium Diameters., International Journal of Machine Tools & Manufacture 39, 905-935.
• 32. Url:https://www.thefabricator.com/article/ bending/plate-rolls-keep-rolling-heavier-plate (Erişim Tarihi: 28.06.2018).