مطالعه پنجره فرايند در كشش عميق هيدرومكانيكي فنجاني مربعي با ورق دولايه آلومينيوم–فولاد

Study of Process Window in Square Cup Hydromechanical Deep Drawing of Aluminium/Steel Double Layer Sheet

در فرايند كشش عميق هيدرومكانيكي محفظه‌اي از سيال جايگزين ماتريس شده است و شكل نهايي قطعه براساس شكل سنبه‌ي صلب تعيين مي‌گردد. جهت جلوگيري از بروز پارگي و چين‌خوردگي در قطعه لازم است فشار سيال در حين فرايند در محدوده‌ي كاري مجاز تغيير نمايد. منحني ناحيه كاري نشان‌دهنده محدوده حداكثر نسبت كشش قابل دستيابي بدون ايجاد پارگي در ورق، تحت بيشترين فشار محفظه‌اي مي‌باشد. در اين مقاله كشش عميق هيدرومكانيكي فنجاني‌هاي با مقطع مربعي از جنس ورق دولايه آلومينيوم-فولاد به دليل بالا بردن نسبت كشش آلومينيوم به صورت ورق دولايه تركيبي با فولاد، با استفاده از آزمايش‌هاي تجربي و شبيه‌سازي‌هاي اجزاي محدود بررسي شده است. به منظور تشخيص شروع پارگي در شبيه‌سازي از نمودار حد شكل‌دهي كه به روش تجربي براي ورق دولايه آلومينيوم/ فولاد بدست آمد، استفاده شد. از آزمايش-هاي تجربي به منظور مقايسه و تاييد صحت مدل اجزاي محدود استفاده گرديد. تاثير پارامترهاي فرايند مانند ضخامت لايه‌هاي مختلف ورق، فشار پيش‌بالج، فشار محفظه‌اي و ضريب اصطكاك بر روي ناحيه‌ي كاري و پنجره فرايند بررسي گرديده است. نتايج عددي نشان مي‌دهد كه براي هر فشار پيش‌بالج يك مقدار بهينه براي نسبت كشش مشخص وجود دارد. همچنين با افزايش فشار محفظه‌اي، چروكيدگي در ناحيه فلانج كاهش مي‌يابد. با افزايش اصطكاك بين ورق و قالب يا ورق و ورق‌گير ناحيه كاري كوچكتر شده، در حالي كه با افزايش اصطكاك بين ورق و سنبه ناحيه كاري بزرگتر مي‌شود. براي ارزيابي نتايج عددي براي نسبت كشش‌هاي متفاوت آزمايش‌هاي تجربي انجام شد كه تطابق خوبي بين نتايج تجربي و عددي مشاهده گرديد.

In hydromechanical deep drawing process, the traditional matrix is replaced by pressurized fluid, and the final shape is determined based on the shape of a rigid punch. It is necessary to change the fluid pressure within the allowed working zone during the process to prevent the workpiece from rupturing and wrinkling. Working zone curve represents the range of maximum available drawing ratios without rupture under the highest chamber pressure. In this paper, hydromechanical deep drawing of square cups made of aluminum-steel double layer sheets are studied by experiments and finite element simulations. In order to detect the rupture onset in simulations, experimental forming limit diagrams were obtained using aluminum/steel double layer sheet. Experimental data were used to validate the finite element model. The effects of process parameters such as thickness of the various layers, prebulge pressure, chamber pressure and the friction coefficient were investigated on the working zone and the process window. The numerical results show that an optimum amount for the drawing ratio exists for each prebulge pressure. Also, with increasing the chamber pressure, shrinkage is reduced on the flange area. By increasing the friction between the sheet and matrix or the sheet and blank-holder, working zone becomes smaller; while with increasing the friction between the sheet and the punch it becomes larger. Experiments were performed for different drawing ratios to evaluate the numerical results and good agreement was observed.