تحلیل عددی فرایند کشش عمیق داغ ورق ضخیم فولادی بدون استفاده از ورق‌گیر با قالب‌های تراتریکس و شبه‌تراتریکس

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانش‌آموخته، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، ایران

چکیده

فرایند کشش عمیق فرایندی است که معمولاً به صورت سرد انجام می‏شود، اما مواردی از کاربرد این فرایند در شرایط گرم به منظور کاهش نیروی شکل‌دهی نیز به چشم می‏خورد. استفاده از ورق‌گیر در فرایند شکل‌دهی منجر به افزایش نیروی شکل‌دهی شده و تغییرات ضخامت ورق را به ویژه در حالت گرم به دلیل افزایش اصطکاک به همراه دارد. از سوی دیگر، حذف ورق‏گیر نیز به دلیل بروز تنش‏های محیطی می‌تواند موجب چین‏خوردگی ورق شده و با افزایش عمق کشش این مشکل تشدید می‌گردد. در این پژوهش، تحلیل المان محدود برای شکل‏دهی کلاهک نیم‌کروی از ورق فولادی استحکام بالا در فرایند کشش عمیق داغ بدون استفاده از ورق‌گیر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی‌ها برای دو نوع قالب تراتریکس و تراتریکس تقریبی و ورق با ضخامت‌ها و قطرهای متفاوت انجام گرفته و نتایج آن با یک‌دیگر مقایسه می‌گردد. نتایج تحلیل‏ها نشان می‏دهد با افزایش ضخامت و قطر ورق، نیروی موردنیاز سنبه برای شکل‌دهی افزایش می‌یابد. به طور کلی، در قالب تراتریکس به نیروی شکل‌دهی کمتری نیاز است و در عین‌حال تغییرات ضخامت کمتری به همراه دارد. هم‌چنین، شکل‌دهی نیم‏کره‏های بدون دنباله‌ی استوانه‏ای در ضخامت‏های بالاتر از یک سانتی‌متر سالم و عاری از چین‏خوردگی خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Karima, M. M. N. (1980). A brief study of wrinkling in deep drawing. (PhD), McMaster Hamilton, Ontario, Canada.
[2] Al-Makky, M. M. (1980). The production of hollow-ware  by deep-drawing and bluge forming (PhD), Sheffield West Yorkshire, England.
[3] Yu, T., & Stronge, W. (1985). Wrinkling of a circular elastic plate stamped by a spherical punch. Int J Solid Struct, 21(10): 995-1003.
[4] Hutchinson, J. W., & Neale, K. W. (1985). Wrinkling of curved thin sheet metal. Paper presented at the Plastic instability.
[5] Breuer, U., Neitzel, M., Ketzer, V., & Reinicke, R. (1996). Deep drawing of fabric reinforced thermoplastics: Wrinkle formation and their reduction. Polymer Compos, 17(4): 643-647.
[6] Manish, k. (2002). Drawing of non circular cups through tractrix die. (MS), Indian Institute of technology Dehli, India.
[7] Chu, E., & Xu, Y. (2001). An elastoplastic analysis of flange wrinkling in deep drawing process. Int J Mech Sci, 43(6): 1421-1440.
[8] Gharib, H., Wifi, A., Younan, M., & Nassef, A. (2006). An analytical incremental model for the analysis of the cup drawing. J. Achiev. Mater, 17(1-2): 245-248.
[9] Manji, J. (1994). Die Lubricants Forging Spring, 39-44.
[10] Dhaiban, A. A., Soliman, M.-E. S., & El-Sebaie, M. (2014). Finite element modeling and experimental results of brass elliptic cups using a new deep drawing process through conical dies. J Mater Process Tech, 214(4): 828-838.
[11] Narayanasamy, R., & Loganathan, C. (2008). Study on wrinkling limit of interstitial free steel sheets of different thickness when drawn through Conical and Tractrix dies. Mater Des, 29(7): 1401-1411.
[12] Agrawal, A., Reddy, N. V., & Dixit, P. (2007). Determination of optimum process parameters for wrinkle free products in deep drawing process. J Mater Process Tech, 191(1-3), 51-54.
]13[ صدیقی, م.، و راستی, م. (1388). مقایسه تغییرات نیرو و ضخامت درفرایند کشش عمیق ورق‌های ضخیم درقالب‌های تخت، مخروطی و تراکتریکس. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، 41(1): 65-59.
[14] Morovvati, M., Mollaei-Dariani, B., & Asadian-Ardakani, M. (2010). A theoretical, numerical, and experimental investigation of plastic wrinkling of circular two-layer sheet metal in the deep drawing. J Mater Process Tech, 210(13): 1738-1747.
[15] Saxena, R. K., & Dixit, P. (2010). Prediction of flange wrinkling in deep drawing process using bifurcation criterion. J Manuf Process, 12(1): 19-29.
[16] Agrawal, A., Reddy, N. V., & Dixit, P. (2011). Determination of Minimum Blankholding Pressure for Producing Wrinkle Free Products in Multistage Deep Drawing. International Manufacturing Science and Engineering Conf.
[17] Kadkhodayan, M., & Moayyedian, F. (2011). Analytical elastic–plastic study on flange wrinkling in deep drawing process. Scientia Iranica, 18(2): 250-260.
[18] Prakash, S., & Kumar, D. (2012). Investigation and analysis for the wrinkling behaviour of deep drawn die sheet metal component by using fast form. Proc. Natl. Conf. Trends Adv. Mech. Eng. m.
[19] Reddy, V., R., Reddy, J. T. A., & Reddy, G. C. M. (2013). Effect of Friction Factor on Wrinkling and Fracture Limits in Deep Drawing of Cylindrical Cup. Int J Eng Res Tech, 6(1): 75-86.
[20] Dhaiban, A. A., Soliman , M.-E. S., & El-Sebaie, M. G. (2014). A new elliptical cup deep drawing technique for better formability of commercial aluminum. ]nternational conference of The Industry-Academic Collaboration, ICA2014 Cario, Egypt.
 [21] Hassan, M., Hassab-Allah, I., Hezam, L., Mardi, N., & Hamdi, M. (2015). Deep Drawing of Asymmetric Cups through Conical Die without Blank Holder. Proceedings of the World Congress on Engineering.
[22] Liewald, M., Han, F., & Radonjic, R. (2015). New criterion for prediction of the wrinkle formation in deep drawing process. Key Engineering Materials.
[23] Saleh, A. H., & Ali, A. K. (2015). Development technique for deep drawing without blank holder to produce circular cup of brass alloy. Int J Eng Tech, 4(1): 187-195.
[24] Magrinho, J., Silva, C., Silva, M., & Martins, P. A. (2018). Formability limits by wrinkling in sheet metal forming. Proc IME J Mater Des Appl, 232(8): 681-692.
 [25] Saleh, A. H., Ameen, H. A., & abdel Radh, O. H. (2018). Development of reversed deep drawing without blank holder for producing brass elliptical cup. Int J Eng Tech,, 7(2): 578-583.
]26[ سیفی, ر.، و عباسی, ز. (1393). بررسی تجربی و عددی چین‌خوردگی فلنجی ورق‌ها در کشش عمیق دو فلزی. نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، 25(2): 81-65.
[27] Béres, G., Lukács, Z., & Tisza, M. (2019). Study on the wrinkling behavior of cylindrical deep-drawn cups. AIP conf.
[28] Weiping, D., Qichao, W., & Xiaoming, W. (2018). Stress analysis of cylindrical parts during deep drawing based on Dynaform. MS&E, 423(1): 012166.
[29] Ashtiani H. R. R & Arjenki M. G. (2020) Experimental and Numerical Investigation of Warm Deep Drawing Process of AA5052 Aluminum Alloy. IJMF.
[30] Abdel-Magied, R. K., Elmashad, A. M., Elmetwally, H. T., El-Sheikh, M. N., Abd-Eltwab, A. A., & Saied, E. K. (2020). An Investigation into Deep Drawing Process without Blank Holder. IJAST, 29(3): 2230-2243.
[31] Schey, J. A. (1984). Tribology in Metalworking: Friction, Lubrication, and Wear. Journal of Applied Metalworking, 3(2): 173-173.
]32[ وحدتی، م.، رسولی، م. ع.، و گردویی، م. (2020). تحلیل تئوری و عددی فرآیند کشش عمیق داغ کلاهک ضخیم نیمکروی. مکانیک سازه ها و شاره ها، 10(2): 59-78.
[33] Lange, K. (1985). Handbook of Metal Forming.
[34] Liang, R., & Khan, A. S. (1999). A critical review of experimental results and constitutive models for BCC and FCC metals over a wide range of strain rates and temperatures. Int J Plast, 15(9): 963-980.
[35] Holmquist, T. J. (1987). Strength and Fracture Characteristics of HY-80, HY-100 and HY-130 Steels Subjected to Various Strains, Strain Rates, Temperatures, and Pressures. Defense Technical Information Center.
[36] Johnson, G. R., & Cook, W. H. (1983). A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics.
[37] Jeswiet, J., Geiger, M., Engel, U., Kleiner, M., Schikorra, M., Duflou, J., Bruschi, S. (2008). Metal forming progress since 2000. CIRP-JMST, 1(1): 2-17.
[38] Shaaban, A., & Elakkad, A. S. (2021). Numerical and experimental analysis of single-acting stroke deep drawing of symmetric low-depth products without blank holder. Ain Shams Engineering Journal, 12(3): 2907-2919.