Investigation and Solution of Tearing Problem of DD13 and S355MC Materials In Sheet Molding Process

Abstract

Necking and tearing problems are frequently encountered during the molding phase of the sheet metal swing parts used in automotive suspension systems. In this study, the solution processes of the problem were investigated by applying some operations in order to solve the tearing problem encountered in the production of DD13 and S355MC quality sheets used in the production of the sheet swing arm, and the solution of the problem was achieved. In the study, critical areas that will be exposed to tearing were determined in the analysis studies carried out with the help of Autoform software, and some improvements were made in geometry. After the geometric improvement, the tear damages of the molded samples were examined. In the later stages of the study, polishing, mold lubricant and heat treatment were applied to the torn area, respectively. For both materials, rubber-based soft-type polishing rubber was used in the polishing process in order to eliminate the notch effect in the area where the tear was observed. It was observed that the tearing problem tended to neck for DD13 after polishing, while the tearing problem for S355MC was observed to decrease. In the next step, mold lubricating teflon film is used to reduce friction on both materials. While the problem of tearing is completely eliminated for DD13 material, necking and tearing problems remain in S355MC material. In the last stage, heat treatment was applied to the critical area of the S355MC material, whose tearing problem could not be solved, and the tearing problem encountered in the molding of this material was eliminated. In addition to the studies, no damage was observed on the parts after the fatigue tests applied with 500,000 cycles under ± 380 kgf cycle load on the error-free sheet swing parts obtained by using DD13 and S355MC sheet material.

Keywords

• DD13
• S355MC
• Mold Lubricator
• Tear Damage
• Sheet Molding

Sac Kalıplama Prosesinde DD13 ve S355MC Malzemelerin Yırtılma Probleminin İncelenmesi ve Çözümü

Öz

Otomotiv süspansiyon sistemlerinde kullanılan sac salıncak parçalarının kalıplama aşamasında boyun verme ve yırtılma sorunu ile sıklıkla karşılaşılmaktadır. Bu çalışmada sac salıncak kolunun üretiminde kullanılan DD13 ve S355MC kalite sacların üretimde karşılaşılan yırtılma probleminin çözümü için bazı işlemler sırası ile uygulanarak problemin çözüm süreçleri araştırılmış ve problemin çözümü gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Autoform yazılım programı yardımıyla gerçekleştirilen analiz çalışmalarında yırtılmaya maruz kalacak kritik bölgeler tespit edilerek, geometride bazı iyileştirmeler yapılmıştır. Yapılan geometrik iyileştirme sonrası kalıplanmış numunelerin yırtılma hasarları incelenmiştir. Çalışmanın sonraki aşamalarında sırasıyla parlatma, kalıp yağlayıcı ve yırtılan bölgeye ısıl işlem uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Her iki malzeme için de yırtılmanın gözlendiği bölgede oluşan çentik etkisinin giderilmesi için parlatma işleminde kauçuk esaslı yumuşak tip parlatma lastiği kullanılmıştır. Parlatma sonrasında DD13 için yırtılma probleminin boyun verme eğiliminde olduğu, S355MC malzemesinde ise yırtılma probleminin azaldığı gözlenmiştir. Bir sonraki aşamada, her iki malzemeye sürtünmeyi azaltmak için kalıp yağlayıcı teflon film kullanılmıştır. DD13 malzemesi için yırtılma problemi tamamen giderilirken, S355MC malzemesinde boyun verme ve yırtılma problemleri azda olsa devam etmektedir. Son aşamada yırtılma problemi giderilemeyen S355MC malzemesinin kritik bölgesine ısıl işlem uygulanmış ve bu malzemenin kalıplanmasında karşılaşılan yırtılma problemi giderilmiştir. Çalışmalara ek olarak DD13 ve S355MC sac malzemesi kullanılarak elde edilen hatasız sac salıncak parçalara ±380 kgf çevrim yükü altında 500.000 çevrim ile uygulanan yorulma testleri sonrasında parçalarda herhangi bir hasar gözlenmemiştir.

Anahtar Kelimeler

• DD13
• S355MC
• Kalıp Yağlayıcı
• Yırtılma Hasarı
• Sac Kalıplama

References

1. Crouse, W. H., Anglin, D.L., “Automotive Brakes, Suspension and Steering”, Macmillan/McGrawHill, New York, 112-133, 1992.
2. Fenton, J., “Handbook of Automotive Powertrain and Chassis Design”, Professional Engineering Publishing, London, 162, 1998.
3. Emekli, M.E., “Hafif Ticari Bir Araç İçin Yarı Aktif Süspansiyon Sistemi Tasarımı”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Türkiye, 1-133 2008.
4. Rutci.A. and Eren F.S., “Investigation of Suspension Ball Joint Pull Out Force Based on FEA Method and Experimental Study” International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, Alanya, 1002-1009, 2018.
5. Luet, D.J., “Bounding Volume Hierarchy and Non Uniform Rational B-Splines for Contact Enforcement in Large Deformation Finite Element Analysis of Sheet Metal Forming”, PhD thesis, Princeton University Mechanical and Aerospace Engineering, 2016.
6. Keeler, S.P. and Backofen, W.A., “Plastic Instability and Fracture in Sheets Stretched Over Rigid Punches”, ASM Trans. Quart., 56, 25–48, 1963.
7. Vishwajeet R.S. ve Uday A.D. “Experimental Investigation on Forming Limit Diagram of Mild Carbon Steel Sheet”, 2nd International Conference on Materials Manufacturing and Design Engineering, Procedia Manufacturing 20, 141–146, 2018.
8. Kayalı, E.S., Çimenoğlu, H. ve Akoy, M.A., “Erdemir T.A.Ş. Üretimi Sacların Biçimlenebilirliklerinin İncelenmesi”, İnceleme Raporu, İTÜ Kimya Metalurji Fakültesi, İstanbul, 2000.

9. Gavas, M., “Sac metallerin şekillendirilmesi : Kesme-bükme-derin çekme-iş ve takım bağlama”, Seçkin Yayıncılık, 2017
10. Paul, S.K., “Theoretical Analysis Of Strain And Stress-Based Forming Limit Diagrams”, IMechE 2013, J Strain Analysis 48(3), 177–188, 2013.
11. Anket O., Koruvatan T., Ay İ., “Sac Malzemelerin Şekillendirilmesinde Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Kullanımı” Politeknik Dergisi, 14(1), 39-47, 2011
12. Gavas M., Uğraş A., “Hava Etki̇li̇ Baski Plakasinin Deri̇n Çekme İşlemleri̇ne Etki̇si̇ni̇n Deneysel Olarak İncelenmesi̇” Gazi Üniversitesi Mimarlık ve Mühendislik Fakültesi Dergisi, 25(4), 847-855, 2010.
13. Bong H. J., Barlat F., Ahn D. C., Kim H. Y., and Lee M. G., “Formability of austenitic and ferritic stainless steels at warm forming temperature,” Int. J. Mech. Sci., 75: 94–109, 2013.
14. Alexandera K., Daniela W., and Marion M., “Influence of a short term heat treatment by conduction and induction on the mechanical properties of AA6014 alloys”, 8th International Conference on Photonic Technologies LANE 2014, 1410-1418, Sindelfingen, Germany: Daimler AG, 2014
15. Şen N., Kurgan N., Karaağaç İ., Uluer O., “Ilık Derin Çekme Prosesinde Yağlayıcı Etkisinin Şekillendirilebilirlik Açısından Deneysel Araştırılması”, Politeknik Dergisi, 19 (2), 185-193, 2016.
16. Merklein M., Böhm W., Lechner M., “Tailoring Material Properties of Aluminium By Locak Laser Heat Treatment”, Physics Procedia, 39, 232-239, 2012.
17. Hermann J., Merklein M., “Improvement of Deep Drawability of Ultra-Fine Grained 6000 series Aluminium Alloy by Tailored Heat Treatment”, Procedia Manufacturing, 15, 976-983, 2018.
18. Krupa R., Biskup K., “Pre-Forming in Sheet Metal Stamping for Part Made of High Strength Low Alloy Steel S355mc”, Journal of Manufacturing Technologies, Vol. 42 No. 3, 7-10, 2017.
19. Yaşar M., Korkmaz Z., Gavas M., “Forming sheet metals by means of multi-point deep drawing method” Materials and Design, 28(10), 2647–2653, 2007.