Süperalaşım Sac Malzemelerin Soğuk Şekillendirmesi için Süreç Simülasyonu

Abstract

Sac şekillendirme süreçleri havacılık sektöründe yanma odası, egzoz nozulları, sızdırmazlık elemanları gibi gaz türbin parçalarının ve yüksek sıcaklıkta çalışan çok sayıda elemanın imalatında yaygın olarak kullanılır. Söz konusu süreçlerin başarısı, kalıp geometrisi, sac malzeme ve yardımcı kalıp ekipmanlarına ait malzeme özellikleri gibi proses parametreleri tarafından belirlenir. Optimum parametrelerin deneme-yanılma yolu ile belirlenmesi yüksek maliyet gerektiren ve zaman alan bir yaklaşımdır, bu sebeple sonlu eleman analizlerinin kullanımı kaçınılmaz bir ihtiyaç olmuştur. Bu çalışma; TEI-TUSAŞ'ta yaygın olarak uygulanan derin çekme, kauçuk ile şekillendirme ve ekspend gibi en sık kullanılan sac metal şekillendirme süreçlerinin LS-DYNA®'da sonlu eleman modellerinin (SEM) doğru olarak hazırlanmasına yardımcı olacak bir kılavuz oluşturmayı hedeflemektedir. Bu amaçla, malzeme bilgisi ve sınır koşulları mümkün olan en doğru şekilde modellenmştir. Havacılık süperalaşımlarına (Hastelloy x, Inconel 718, Rene 41 ve Waspaloy) ait deneysel olarak belirlenmiş malzeme verileri, malzeme veritabanı oluşturmak için kullanılmıştır. Bununla birlikte, süperalaşım sac malzemelerin anizotropi davranışları yazılımda tanımlanmıştır. Ayrıca yazılım, özel malzemelerin akma eğrilerinin gerilme-şekil değiştirme grafiği olarak kullanıcı tarafından tanımlanmasına olanak sağlamaktadır. Sözkonusu girdilerin kullanılması ile temel sac şekillendirme süreçleri olan derin çekme, radyal dilimli ekspend ve poliüretan kauçuk malzeme ile şekillendirme süreçlerinin nümerik modelleri sonlu eleman modelleme yazılımı tarafından oluşturulmuştur.

Sheet metal forming processes are extensively used in the aviation industry for the production of gas turbine parts such as combustion chambers, exhaust nozzles, sumping assemblies and various hot section elemets. The success of sheet metal forming processes is determined by the process parameters such as die geometries and material properties of sheet metal and auxiliary die equipment. Determination of the optimum inputs by trial and error is a costly and time consuming approach, therefore implementation of finite element analysis has been an inevitable requirement. This paper aims to form a guideline for the preparation of finite element model (FEM) in LS-DYNA® for most frequently used sheet metal forming processes at TEI-TUSAŞ such as deep drawing, rubber pad forming, and segmented radial expansion process. For that purpose, material information and boundary conditions are modeled as accurately as possible. Experimentally determined material data of aerospace superalloys (Hastelloy x, Inconel 718, Rene 41, and Waspaloy) are employed to establish material database for the model. Furthermore, anisotropy behaviour of superalloy sheet materials are defined inside the software. Software also lets user to define flow curve of specific materials as stress-strain graph. Using these information, numerical simulation of the manufacturing processes are constructed by finite element modeling software for basic sheet metal forming process, which are; deep drawing, expanding, and rubber pad forming.