تحلیل تئوری و عددی فرآیند کشش عمیق داغ کلاهک ضخیم نیمکروی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، ایران

10.22044/jsfm.2020.8960.3031

چکیده

از جمله فرآیندهای متداول برای ساخت کلاهک، جوشکاری است که با اتصال ورق‌های از پیش‌ شکل‌دهی‌شده، انجام می‌شود. محصول تولیدی به دلیل خطای مونتاژ، معایب متالورژیکی و ضعف استحکام مکانیکی اتصال، از کیفیت ابعادی و مکانیکی مناسبی برخوردار نیست. از این‌رو در این مقاله، برای رفع معایب مذکور و تولید یکپارچه کلاهک، فرآیند کشش عمیق داغ به عنوان روش جایگزین، معرفی و بررسی می‌شود. در مقاله پیش‌رو، تحلیل تئوری و عددی ساخت کلاهک ضخیم نیمکروی از ورقی به ضخامت 5/63 میلیمتر و از جنس فولاد آلیاژی HY-100 با بکارگیری این فرآیند با استفاده از ورقگیر، ارائه می‌شود. در این پژوهش از مدل ساختاری جانسون- کوک برای توصیف رفتار سیلان ماده و از مدل آسیب نرم جانسون- کوک برای پیش‌بینی احتمال وقوع شکست، استفاده می‌شود. فرض می‌شود که فرآیند به صورت همدما انجام شود و نرخ کرنش، ثابت باشد. نتایج تحلیل تئوری نشان داد که نیروی لازم برای کشش کلاهک با افزایش دمای بلنک، کاهش اصطکاک و افزایش شعاع انحنای ماتریس، کاهش می‌یابد. از سوی دیگر، نتایج تحلیل عددی نشان داد که کلاهک به صورت موفقیت آمیز و عاری از هرگونه پارگی، شکل‌دهی شده است. همچنین، در ناحیه فلنج، هیچ‌گونه اثری از چین‌خوردگی ظاهر نمی‌شود و بیشترین کاهش ضخامت در نواحی نزدیک به رأس نیمکره رُخ می‌دهد؛ در حالی که ضخامت نواحی نزدیک به فلنج، افزایش می‌یابد. مقایسه مقادیر نیروی شکل‌دهی نشان داد که مقادیر نیروی کشش حاصل از تحلیل تئوری و عددی تحت شرایط مختلف دمایی و اصطکاکی، حداکثر به میزان 10 درصد اختلاف دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Heavy Fabrication Division Dillinger Hütte GTS (2008) www.dillinger.de.

[2] Rasti A, Sattari-Far I, Salehi M, Karimnia V (2014) Optimal design of geometry and finite element analysis of stress in welded joint of internal stiffener ring and cylinder made of high strength aluminium alloy. Journal of Solid and Fluid Mechanics4 (1): 13-23. (In Persian)

[3] Ouyang Y, Lee M, Moon J, Kang C (2012) The effect of the blank holding force on formability in hot deep drawing of boron steel considering heat transfer phenomena and friction coefficient by simulation and experimental investigation. Proc IMechE Part B: J Eng Manuf 226 (9): 1506-1518.

[4] Kotkunde N, Deole A, Gupta A, Singh S, Aditya B (2014) Failure and formability studies in warm deep drawing of Ti–6Al–4V alloy. Mater Design 60: 540-547.

[5] Ma W, Wang B, Fu L, Zhou J, Huang M (2015) Effect of friction coefficient in deep drawing of AA6111 sheet at elevated temperatures. Trans Nonferr Met Soc China 25: 2342-2351.

[6] Xiao W, Wang B, Kang Y, Ma W, Tang X (2017) Deep drawing of aluminum alloy 7075 using hot stamping. Rare Met 36 (6): 485-493.

[7] Ma W, Wang B, Lin J, Tang X (2017) Influence of process parameters on properties of AA6082 in hot forming process. Trans Nonferr Met Soc China 27: 2454-2463.

[8] Wang X, Li J, Deng L, Li J (2017) Metal flow control during hot forming of square cups with local-thickened plates and varied friction conditions. J Mater Process Tech 253: 195-203.

[9] Maeno T, Tomobe M, Mori K, Ikeda Y (2018) Hot stamping of titanium alloy sheets using partial contact heating. 17th International Conference on Metal Forming, Toyohashi, Japan, Procedia Manuf 15: 1149-1155.

[10] Suzuki Y, Mori K, Maeno T, Sakakibara K, Abe Y (2018) Improvement of formability using partial cooling during transfer in hot stamping of ultra-high strength steel parts. 17th International Conference on Metal Forming, Toyohashi, Japan, Procedia Manuf 15: 1119-1126.

[11] Nakagawa Y, Mori K, Yashima S, Kaido T (2018) Springback behaviour and quenchability in hot stamping of thick sheets. 17th International Conference on Metal Forming, Toyohashi, Japan, Procedia Manuf 15: 1071-1078.

[12] Ota E, Yogo Y, Iwata N, Nishigaki H (2019) CAE-based process design for improving formability in hot stamping with partial cooling. J Mater Process Tech 263: 198-206.

[13] Neumann R, Schuster S, Gibmeier J, Bohlke T (2019) Two-scale simulation of the hot stamping process based on a Hashin–Shtrikman type mean field model. J Mater Process Tech 267: 124-140.

[14] Kou S (2002) Welding Metallurgy. 2nd Edition, John Wiley & Sons, ISBN: 9780471434917.

[15] Marciniak Z, Duncan JL, Hu SJ (2002) Mechanics of Sheet Metal Forming. 2nd edn. Butterworth-Heinemann 108-128.

[16] Lange K (1985) Handbook of Metal Forming. Soc Manuf Eng 20.1-20.69.

[17] Holmquist TJ (1987) Strength and Fracture Characteristics of HY-80, HY-100 and HY-130 Steels Subjected to Various Strains, Strain Rates, Temperatures, and Pressures. Naval Surface Warfare Center, Maryland.

[18] Hosford WF, Caddell RM (2007) Metal Forming: Mechanics and Metallurgy, Camb Univ Press, 3rd edn.

[19] Schoof C, Goland L, Lo D (2007) Pressurized rescue module system hull and transfer skirt design and experimental validation. OCEANS Conference, Vancouver, BC 1-8.

[20] Oehler G, Kaiser F (1973) Blanking, Punching, and Drawing Tools. 6th edn. Berlin/Heidelberg/ New York, Springer, In German.

[21] Klocke F (2013) Manufacturing processes 4: Forming. Translation from the German edition: Fertigungsverfahren 4: Umformen, Springer.

[22] Sellin W (1931) Handbook of Drawing Technology. Berlin, Springer, In German.

[24] Bolt PJ, Lamboo NAPM, Rozier PJCM (2011) Feasibility of warm drawing of aluminium products. J Mater Process Tech 115: 118-121.

[25] Dassault Systèmes (2002-2020) www.3DS.com.

[26] Johnson GR, Cook WH (1985) Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Eng Fract Mech 21(1): 31-48.

[27] Lange K (1985) Handbook of Metal Forming. Soc Manuf Eng 6.21.

[28] Schey J (1983) Tribology in Metal-working: Lubrication, Friction, and Wear. Am Soc Met.

[29] Ghaforian Nosrati H, Gerdooei M, Falahati Naghibi M (2015) A new approach to identify the ductile damage constants of seamed metallic tube using hydro-bulging process. Journal of Solid and Fluid Mechanics 5(2): 139-151. (In Persian)