بخشی از مقاله
چکیده:
درعملیات شکل دهی سرد - کشش عمیق - به منظور به دست آوردن شکل مطلوب نهایی ، ورق های فلزی در معرض تنشهای بزرگ قرار می گیرند. با این حال، در شرایط شکل دهی شدید ورق فلز ممکن است نازک شدن و پارگی در طول فرآیند را تجربه کند. پارامترهای دخیل در فرایند کشش عمیق عبارتند از: نسبت ابعاد، ضخامت بلانک اولیه ، دمای شکل دهی، شعاع لبه سنبه و ماتریس، شرایط تماس بین بلانک و قالب، ورقگیر و سنبه، نرخ جابه جایی سنبه، و غیره . کار ارائه شده در مقاله حاضر بخش اول یک مطالعه پارامتری عددی است که شامل پارامترهای ریز در یک فرایند شکل دهی برای شبیه سازی کشش عمیق از جام مربع - مانند پارامترهای هندسی و ضریب اصطکاک - است. در واقع، یک مدل سه بعدی FEA با استفاده از ABAQUS ساخته شده است. هدف این مقاله حل فرآیند شکل دهی ورقهایست که دارای خواص غیرخطی مختلفند، از طریق FEM است. هدف ما توسعه یک مطالعه پارامتری است که می تواند به طور عمده منجر به پیش بینی دقیق هندسه نهایی بلانک اولیه و توزیع کرنش ها و تنش ها و نیز برای کنترل نقص عیوب شکل دهی مانند نازک شدن و همچنین پارامترهای موثر بر شکل نهایی ورق پس از فرآیند شکل دهی است.
.1مقدمه و معرفی
کشش عمیق ورق نازک فلز به طور گسترده ای در شکل دهی مواد صنعتی استفاده می شود که اجازه تولید قطعات با دیواره نازک با اشکال پیچیده مانند پانل های خودرو و یا قطعات ساختمانی را می دهد. این فرایند شامل تغییر شکل پلاستیک بلانک اولیه در معرض حرکت سنبه و ماتریس در حاشیه های محدوده ورق گیر است . فرآیندهای طراحی متعارف برای شکل دهی ورق های فلزی معمولا بر اساس یک رویکرد تجربی است. با این حال، به دلیل نیاز به دقت بالا و قابلیت اطمینان در شکل دهی قطعات، این روش به دور از یک راه حل نهایی و قابل اعتماد است. امروزه، روش اجزاء محدود - FEM - به تدریج برای خواص شکل دهی فلزات، توسط صنعت به تصویب رسیده است. برای توسعه و تجاری سازی فرآیندهای کشش عمیق شبیه سازی بسیار مفید است 1]،.[2 اساسا کدهای نهایی در روش implicit or explicit توجه زیادی به تنش های الاستیک و پلاستیک و شرایط تماس با اصطکاک بین ابزار و ورق دارد. سودمندی کدهای نهایی به طور کامل برای ارزیابی پیش بینی نقص کیفیت مانند چروک، کمانش، گلویی شدن، شکستگی، و اجازه برگشت فنری است که توسط تولید کنندگان به منظورجلوگیری از روش های عملی طولانی و گران به رسمیت شناخته شده است. درواقع، مواد فلزی در معرض فرآیندهای شکل دهی ورق غیر قابل برگشت هستند. این امر منجر به ایجاد فشار بالا در مناطق متمرکز ویاداخلی یا میکرو نقصهای سطحی می شود. - آسیب نرم - [3] این آسیب باعث مشکلات کیفیت مانند گلویی شدن و شکستگی، که منجربه شکست فرآیند می شود. به این دلیل، باید روشهای شبیه سازی برای انجام دادن دقیق پیش بینی مکانیسم آسیب استفاده شود. بنابراین به طور کلی روشهای مذکور برای معادله آسیب با استفاده از معادلات ساختاری استفاده می شود.[10-1]
هدف از این مطالعه بررسی تاثیرپارامترها با استفاده از تجزیه و تحلیل FEM بر روی یک جام مربع است. فرایندهای کشش عمیق ارائه شده در این مقاله با استفاده از ورقهای آلومینیومی، فولاد
معمولی و فولاد HFS که معمولا مورد استفاده در شکل دهی هستند طراحی شده است. ویژگی مواد مورد استفاده در جدول1 ذکر شده. است در این مطالعه، جزئیاتی از تحلیل شکل دهی سه بعدی فرآیند کشش عمیق صورت پذیرفته شده است. در واقع، کارآمدترین روش برای ارزیابی این نوع از مشکل این است که تجزیه و تحلیل دینامیک و استاتیک در FEM انجام شود. در این مقاله تجزیه و تحلیل از طریق [11]ABAQUS/Explicit مورد استفاده قرار گرفته شده است. از آنجا که فرآیند شکل دهی اساسا شبه استاتیک است ، محاسبات با ABAQUS/Explicit می تواند بیش از یک دوره زمانی به اندازه کافی طولانی برای ارائه اثرات اینرسیایی کم اهمیت انجام گیرد. با این حال، محاسبات گران تر خواهد شد و ازشبیه سازی شکل دهی اجزای پیچیده جلوگیری می کند.
.2شرح مدل
در این بخش، اول از همه، ساختار موادی متفاوت بخش هایی از مدل بیان شده است و پس از آن تنش - کرنش فشارحاکم بر بخش های مختلف تحت شرایط مرزی خاص توصیف شده است. مواد بلانک که شکل پایه جام است در شکل 1 نشان داده شده است که در تماس با پیشانی پانچ، قالب و ورقگیر است . این مواد می تواند برروی سطح پانچ بلغزد و کشیده شود. با این حال، حداقل کردن نوسانات در ضخامت این مواد مورد انتظار است. در طی یک عملیات کشش عمیق، بلانک تحت تنش شعاعی است که درون قالب کشیده می شود و نیز تنش فشاری نرمالی وجود دارد که به المان در تماس با ورقگیر وارد می شود. تنش های کششی شعاعی منجر به ایجاد فشار حلقه ای می شود که سبب کاهش در جهت محیطی است. فلنج بلانک به دلیل این فشار حلقه ای مبادرت به ایجاد چین و چروک می کند. با این حال، ورقگیر باید از وقوع این حادثه جلوگیری کند . در واقع، بار اعمال شده بر روی بلانک به عنوان یک مدل توزیع بار در سطح تماس با بلانک - ورقگیر است . دیوارهای جام اولین جاییست که تحت تنش کششی طولی قرار می گیرد، همانگونه که پانچ نیروی کشش میان دیواره های جام ومیان نگهدارنده را به درون حفره قالب کشیده شده انتقال می دهد. و نیز تنش حلقه ای کششی ناشی از گرفتن محکم سنبه وجود دارد.
1-2 مفهوم
انتخاب ابعاد مختلف هندسی و خواص مواد به داده های تجربی قبلی [12] مطابقت داده شد. به واقع، بلانک اولیه مربعیست به ابعاد، 150 میلی متر ، وضخامت آن برای 1.2 HFS میلی متر ، برای 0.78 MS میلی متر و برای آلومینیوم 0.81 میلی متر است. قالب صلب یک سطح صاف است با یک سوراخ مربعی 84 میلی متر ، با گردی لبه به شعاع 8 میلی متر . ابعاد پانچ صلب مربعیست به اندازه 70 میلیمتر و با گردی لبه به شعاع 10 میلی متر. ورقگیر را می توان به عنوان یک صفحه تخت در نظر گرفت، بلانک هرگز نزدیک به لبه های آن نمی آید . هندسه ای از این قطعات در شکل 1 و 2 نشان داده شده است. سطوح صلب از بلانک به اندازه نیمی از ضخامت بلانک آفست شده اند. ABAQUS/Explicit به طور خودکار ضخامت پوسته در هنگام تماس را محاسبه می کند. بار متمرکز 19.6 کیلو نیوتنی با سطح تماس ورقگیر اعمال می شود. ورقگیر فقط مجاز به حرکت در جهت عمودی است. ضریب اصطکاک بین ورق و پانچ به طور متغیر 125.-01 در نظر گرفته شده ، و همچنین بین بلانک وپانچ 0.25-0.01 در نظر گرفته شده است. در واقع، قبلا، تایید شد که ضریب اصطکاک بین سطوح تماس یک اثر مهم در روند شکل دهی هستند 12]،.[13
شکل - 2بلانک در پیکربندی اولیه
سرعت شبیه سازی پانچ ثابت نگه داشته و برابر به 1.66 میلیمتر / ثانیه است در حالی که حداقل فاصله گره در نظر گرفته کمتر از ضخامت بلانک است. بلانک یا ازآلومینیوم، HFS و فولاد MS ساخته شده است. رابطه بین تنش واقعی و فشار لگاریتمی، با معادلات ساختاری برای این مواد در مرجع التیناتاش [12] - 1996 - داده شده است. رفتار تنش-کرنش توسط بخش خطی منطبق با منحنی رامبرگ -اسگود تا سطح کل - لگاریتمی - فشار 107 ، با حد تسلیم مایزس، سختی ایزوتروپیک، و بدون وابستگی به نرخ جز برای مواد HFS تعریف شده است. با توجه به تقارن شکل مدل تنها یک چهارم از جام کافی است. با این حال، یک چهارم مدل کار تجسم را آسان تر می کند. فقط المانهای 4گره ای سه بعدی برای عناصر صلب - نوع - R3D4 مدل اعم از : قالب، پانچ، و ورق گیر استفاده می شود. بلانک با 8 گره، ازالمانهای linear finite- - strain shellنوع - SC8R مدل شده است. کامپیوتر در زمان اجرا ی شبیه سازی با استفاده از یکپارچه سازی زمان و مش مشخص که به طور مستقیم متناسب است با دوره زمانی رویداد عمل می کند؛ اندازه افزایش زمان ثابت تابعی از اندازه مش - طول - و سختی مواد است. بنابراین، معمولا اجرای شبیه سازی در سرعت مصنوعی بالا در مقایسه با فرایند فیزیکی مطلوب تراست . اگر سرعت شبیه سازی بیش از حد افزایش یافته است، راه حل به مشکل فیزیکی کم سرعت مربوط نیست بلکه به عنوان مثال به اثرات اینرسیایی شروع به تسلط مربوط می شود. در یک نوعی ازفرایند شکل دهی، پانچ ممکن است در سرعت های 1 متر / ثانیه حرکت کند که در مقایسه با سرعت موج معمولی در شکل دهی مواد بسیار آهسته حرکت می کند. - سرعت موج در فولاد حدود 5000 متر/ ثانیه است. - به طور کلی، نیروهای اینرسی نقش عمده ای برای نرخ شکل دهی که بطور قابل توجهی بالاتر از نرخ اسمی 1 متر / ثانیه که در مشکل فیزیکی است را ندارد. در نتایج ارائه شده ، فرآیند شکلدهی توسط حرکت گره مرجع برای پانچ رو به پایین از طریق یک فاصله ها از 30 -15 -11 - و 40 میلی متر 6.626506، 9.036145، - 24.096386 18.072289 شبیه سازی شده است. در این تجزیه و تحلیل از روش mass scaling برای تنظیم سرعت پانچ موثر بدون تغییر خواص مواد استفاده شده است.
.3 مدل FEM
شبیه سازی عددی FEM فرآیند کشش عمیق جام مربع با ABAQUS/Explicit انجام شد. تنظیمات پانچ، قالب، بلانک و نگهدارنده در شکل1 نشان داده شده است. حرکت پانچ با استفاده از یک گره راهنما تعریف شد. این گره نیز برای به دست آوردن نیروی کشش در طول شبیه سازی به کار گرفته شد .توزیع فون میزس در دو مرحله مختلف در شکل3 نشان داده شده است. تنوع برش ضخامت بلانک با شکل 4 و فشار معادل پلاستیکی نیز توسط شکل 5 نشان داده شده است . به خاطر سادگی، باقی مانده از یافته های FE ارائه شده و مورد بحث در بخش بعدی با نتایج مختلف در
