مطالعه تاثیر هندسه بیدهای کششی بر روی شکل پذیری فلنج کششی Study of The Effect of Draw-bead Geometry on Stretch Flange Formability
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- چاپ و سال / کشور: 2004
توضیحات
چاپ شده در مجله موسسه آمریکایی فیزیک – American Institute of Physics
رشته های مرتبط مهندسی مواد، مهندسی مکانیک، ساخت و تولید، طراحی جامدات، مواد و متالوژی، بیومواد
مقدمه فلنج های کششی یا فلنج های-Z، از اجزای رایج در قالب ها و حدیده های ورق های فلزی اتومبیل نظیر پانل های درونی ساختاری هستند که دارای گشودگی های پنجره یا در می باشند در عملیات شکل دهی فلنج کششی(۱-۲)، بید های کششی به طور گسترده ای برای کنترل تغذیه مواد و نازک سازی از طریق ارایه نیروی مهار کننده اضافی با عبور ورق های فلزی از میان آن ها استفاده می شوند. این نیرو های مهار کننده در مقیاس محلی عمل کرده و امکان استفاده از نیرو های قفل قالب را در طی شکل دهی فراهم می کند. مقدار میزان درگیری و آسیب ایجاد شده در یک فلز، از ویژگی های بارز بید های کششی بوده و به شدت به هندسه بید های کششی بستگی دارد. بید های کششی به طور گسترده ای در طی چند دهه اخیر توسط محققان مختلف مطالعه شده اند و تعداد زیادی از طرح های بید های کششی پیشنهاد شده اند. بسیاری از محققان(۳-۵) بر روی دسته ای از بید های کششی فعال کار کرده اند که این بید ها دارای نیرو های مهار کنندگی و عمق نفوذ متغیر می باشند. سایرین، نظیر کایوم و همکاران(۶) مطالعاتی را بر روی طرح های چندگانه بید های کششی انجام داده اند که متشکل از انواع مختلف بید های کششی منفرد است. مطالعه اخیر توسط زو و همکاران(۷) خلاصه ای از انواع مختلف طرح های بید های کششی و نیز مدل سازی اجزای محدود و پیش بینی نیرو های مهار کننده را ارایه کرده است. عملیات فرم دهی قطعات تجاری معمولا با استفاده از بسته اجزای محدود قبل از ساخت قالب شبیه سازی می شوند. به طور کلی، مش مورد استفاده بایستی به اندازه کافی ریز باشد تا بتواند اثرات ناشی از ویژگی ها و اجزای هندسی کوچک را پوشش دهد. با این حال، بید های کششی معمولا دارای اندازه بسیار کوچکی می باشند و مدل سازی جریان مواد از طریق آن ها منحر به هزینه های محاسباتی بسیار زیادی به دلیل تعداد زیادی از عناصر و اجزای مورد نیاز می شود. از این روی، بید های کششی با استفاده از بید های کششی معادل مدل سازی می شوند- مناطقی که نیروی مهار کننده اضافی را در مناطق خاصی از ورق، برای اجتناب از اصلاح مش های اضافی و کاهش زمان محاسباتی فراهم می کنند. انواع مختلفی از بید های کششی را می توان برای تعیین نیروهای مهار کننده آن ها تست کرده و به عنوان بید های کششی معادل در طی تحلیل اجزای محدود پیاده سازی کرد. یک پارامتر آسیب برای توصیف کامل پروفیل بید کششی لازم است زیرا سطوح خسارت و آسیب ایجاد شده از طریق بید های کششی مختلف از حیث شعاع انحنای بید کششی و تعداد خمیدگی ها و غیر خمیدگی های موجود متفاوت می باشند. از این روی، هدف این تحقیق، بررسی اثر هندسه مهره های کششی بر شکل پذیری فلنج کششی با مقایسه نیرو های مهار کننده و آسیب ناشی از انواع بید های کششی منفرد و مضاعف با استفاده از کد اجزای محدود دینامیک صریح LS- DYNA با یک مدل ماده مبتنی بر گارسون اصلاح شده می باشد. روش عملیات فرم دهی فلنج کششی شکل ۱ نمای شماتیک را از کاربرد معمول بید های کششی در یک عملیات فرم دهی فلنج کششی نشان می دهد که در آن شکل هندسی قالب، متقارن است. مهره کششی برای تاخیر در توسعه و انبساط فاصله استفاده می شود. بید های لاک( بید های قفلی) درون سیستم قفل برای پیش گیری از تغذیه ورق فلز به حفره قالب یا حدیده قرار می گیرد. یک حالت خرابی معمول در طی این عملیات، ترک پیرامونی در امتداد دیواره فلنج می باشد که در شکل ۲ نشان داده شده است. ماده در منطقه ترک خورده به طور مکرر از طریق جریان عبوری از درون پروفیل بید کششی خم و راست شده و در جهت پیرامونی کشیده می شود. بید های کششی نقش مهمی در عملیات فرم دهی کشش ایفا می کند و طرح های بید کششی پیشرفته امکان بهینه سازی بیشتر این فرایند را می دهند. مطالعات قبلی انجام شده توسط ارلوف و همکاران(۹) نشان می دهد که سطوح مشابه نیروهای مهار کننده ولی با سطوح آسیب متفاوت در یک فلنج کششی با بید های کششی با اشکال هندسی متفاوت ایجاد می شوند. نیرو های مهار کننده حاصل از بید های کششی بر روی یک ماده در طی فرم دهی، بستگی به شعاع انحنای بید های کششی و تعداد انحنا های ماده دارد. بید های کششی با شعاع انحنای کوچک تر یا بید های کششی چندگانه با تعداد زیادی انحنا، یک نیروی مهار کننده را اعمال می کنند. در عملیات فرم دهی، بید های کششی، نیروی مهاری کافی را با حداقل خسارت یا کاهش فرم پذیری در ماده فراهم می کنند. نیروهای مهار کننده و تغییرات آسیب ناشی از بید های کششی گرد منفرد و دوگانه سطحی( شکل ۳) با شعاع های متفاوت بررسی می شوند. بید های کششی کم عمق برای این مطالعه انتخاب می شوند زیرا بید های کششی عمیق تر منجر به افزایش نیروهای اصطکاکی به دلیل تماس سطحی بیشتر با قالب می شود.
رشته های مرتبط مهندسی مواد، مهندسی مکانیک، ساخت و تولید، طراحی جامدات، مواد و متالوژی، بیومواد
مقدمه فلنج های کششی یا فلنج های-Z، از اجزای رایج در قالب ها و حدیده های ورق های فلزی اتومبیل نظیر پانل های درونی ساختاری هستند که دارای گشودگی های پنجره یا در می باشند در عملیات شکل دهی فلنج کششی(۱-۲)، بید های کششی به طور گسترده ای برای کنترل تغذیه مواد و نازک سازی از طریق ارایه نیروی مهار کننده اضافی با عبور ورق های فلزی از میان آن ها استفاده می شوند. این نیرو های مهار کننده در مقیاس محلی عمل کرده و امکان استفاده از نیرو های قفل قالب را در طی شکل دهی فراهم می کند. مقدار میزان درگیری و آسیب ایجاد شده در یک فلز، از ویژگی های بارز بید های کششی بوده و به شدت به هندسه بید های کششی بستگی دارد. بید های کششی به طور گسترده ای در طی چند دهه اخیر توسط محققان مختلف مطالعه شده اند و تعداد زیادی از طرح های بید های کششی پیشنهاد شده اند. بسیاری از محققان(۳-۵) بر روی دسته ای از بید های کششی فعال کار کرده اند که این بید ها دارای نیرو های مهار کنندگی و عمق نفوذ متغیر می باشند. سایرین، نظیر کایوم و همکاران(۶) مطالعاتی را بر روی طرح های چندگانه بید های کششی انجام داده اند که متشکل از انواع مختلف بید های کششی منفرد است. مطالعه اخیر توسط زو و همکاران(۷) خلاصه ای از انواع مختلف طرح های بید های کششی و نیز مدل سازی اجزای محدود و پیش بینی نیرو های مهار کننده را ارایه کرده است. عملیات فرم دهی قطعات تجاری معمولا با استفاده از بسته اجزای محدود قبل از ساخت قالب شبیه سازی می شوند. به طور کلی، مش مورد استفاده بایستی به اندازه کافی ریز باشد تا بتواند اثرات ناشی از ویژگی ها و اجزای هندسی کوچک را پوشش دهد. با این حال، بید های کششی معمولا دارای اندازه بسیار کوچکی می باشند و مدل سازی جریان مواد از طریق آن ها منحر به هزینه های محاسباتی بسیار زیادی به دلیل تعداد زیادی از عناصر و اجزای مورد نیاز می شود. از این روی، بید های کششی با استفاده از بید های کششی معادل مدل سازی می شوند- مناطقی که نیروی مهار کننده اضافی را در مناطق خاصی از ورق، برای اجتناب از اصلاح مش های اضافی و کاهش زمان محاسباتی فراهم می کنند. انواع مختلفی از بید های کششی را می توان برای تعیین نیروهای مهار کننده آن ها تست کرده و به عنوان بید های کششی معادل در طی تحلیل اجزای محدود پیاده سازی کرد. یک پارامتر آسیب برای توصیف کامل پروفیل بید کششی لازم است زیرا سطوح خسارت و آسیب ایجاد شده از طریق بید های کششی مختلف از حیث شعاع انحنای بید کششی و تعداد خمیدگی ها و غیر خمیدگی های موجود متفاوت می باشند. از این روی، هدف این تحقیق، بررسی اثر هندسه مهره های کششی بر شکل پذیری فلنج کششی با مقایسه نیرو های مهار کننده و آسیب ناشی از انواع بید های کششی منفرد و مضاعف با استفاده از کد اجزای محدود دینامیک صریح LS- DYNA با یک مدل ماده مبتنی بر گارسون اصلاح شده می باشد. روش عملیات فرم دهی فلنج کششی شکل ۱ نمای شماتیک را از کاربرد معمول بید های کششی در یک عملیات فرم دهی فلنج کششی نشان می دهد که در آن شکل هندسی قالب، متقارن است. مهره کششی برای تاخیر در توسعه و انبساط فاصله استفاده می شود. بید های لاک( بید های قفلی) درون سیستم قفل برای پیش گیری از تغذیه ورق فلز به حفره قالب یا حدیده قرار می گیرد. یک حالت خرابی معمول در طی این عملیات، ترک پیرامونی در امتداد دیواره فلنج می باشد که در شکل ۲ نشان داده شده است. ماده در منطقه ترک خورده به طور مکرر از طریق جریان عبوری از درون پروفیل بید کششی خم و راست شده و در جهت پیرامونی کشیده می شود. بید های کششی نقش مهمی در عملیات فرم دهی کشش ایفا می کند و طرح های بید کششی پیشرفته امکان بهینه سازی بیشتر این فرایند را می دهند. مطالعات قبلی انجام شده توسط ارلوف و همکاران(۹) نشان می دهد که سطوح مشابه نیروهای مهار کننده ولی با سطوح آسیب متفاوت در یک فلنج کششی با بید های کششی با اشکال هندسی متفاوت ایجاد می شوند. نیرو های مهار کننده حاصل از بید های کششی بر روی یک ماده در طی فرم دهی، بستگی به شعاع انحنای بید های کششی و تعداد انحنا های ماده دارد. بید های کششی با شعاع انحنای کوچک تر یا بید های کششی چندگانه با تعداد زیادی انحنا، یک نیروی مهار کننده را اعمال می کنند. در عملیات فرم دهی، بید های کششی، نیروی مهاری کافی را با حداقل خسارت یا کاهش فرم پذیری در ماده فراهم می کنند. نیروهای مهار کننده و تغییرات آسیب ناشی از بید های کششی گرد منفرد و دوگانه سطحی( شکل ۳) با شعاع های متفاوت بررسی می شوند. بید های کششی کم عمق برای این مطالعه انتخاب می شوند زیرا بید های کششی عمیق تر منجر به افزایش نیروهای اصطکاکی به دلیل تماس سطحی بیشتر با قالب می شود.
Description
Stretch flanges or Z-flanges are common features in automotive sheet metal stampings, such as structural inner panels that contain window or door cutouts. In stretch flange forming operations [1,2], draw-beads are widely employed to control material feed and thinning by providing additional restraining force as the sheet metal flows through them. These restraining forces act locally and allow the use of lower overall clamping forces during forming. The amount of restraint and damage induced in a material are characteristic of draw-beads used and are highly dependent on drawbeads’ geometry. Draw-beads have been extensively studied over the last few decades by various researchers and a large number of draw-bead designs have been proposed. Many researchers [3-5] have worked on a class of active draw-beads that are capable of variable penetration depth and restraining forces. Others, such as Kaum et al. [6], have carried out studies on multiple draw-bead designs that consist of single draw-beads of different types. A recent review by Xu et al. [7] summarizes the various types of draw-bead designs studied, as well as their finite element modeling and restraining force predictions. Commercial part forming operations are usually simulated using a finite element package prior to tooling fabrication. In general, the mesh utilized should be sufficiently fine in order to capture effects from small geometrical features. However, draw-beads are usually very small in size, and modeling material flow through them would result in additional computational expenses due to the high number of elements required. Therefore, draw-beads are modeled using “equivalent draw-beads” – regions that provide additional restraining force at specific locations of the sheet, to avoid redundant mesh refinement and reduce computational time. Different types of draw-beads can be tested to determine their restraining forces and then implemented as equivalent draw-beads during finite element analysis. A damage parameter is required to fully describe the draw-bead profile since the damage levels produced by different draw-beads varies with the draw-bead’s curvature radii and the number of bends and unbends it contains. Hence, the objective of this research is to investigate the effect of draw-bead geometry on stretch flange formability by comparing the restraining forces and damage induced by a variety of single and double draw-beads using the explicit dynamic finite element code, LS-DYNA, with a modified Gurson-based material model.
