Beim Blechstanzen sind Zugsicken ein Schlüsselelement bei der Steuerung des Blechzuflusses zur Bildung großer Platten. Die meisten Studien haben sich auf ein Einzelsickendesign konzentriert, das eine begrenzte Bindung ermöglicht;Nur wenige Studien haben sich mit mehreren Ziehsicken oder anderen Geometrien befasst. „Drawing Weld Bead Constraints in Sheet Metal Drawing Operations“, ein im November/Dez. STAMPING Journal 2020 veröffentlichter Artikel über Einzelraupendesign, erklärt, dass die Bindung auf einige erhöht werden kann Durch die Erhöhung der Eindringtiefe der männlichen Wulst und die spitzere Form des Wulstradius wird das Ausmaß erhöht.
Der schärfere Radius erhöht die Verformung des Blechs, wenn es sich mit jedem Schritt biegt/begradigt, während es durch die Zugsicke fließt. Bei Materialien mit begrenzter Duktilität, wie Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen, wird der Verformungsgrad pro Biegung/Begradigung minimiert. Ein biegefreier Zyklus durch die Verwendung größerer Schweißnahtradien kann dazu beitragen, Blechrisse zu verhindern. Anstatt diese Radien schärfer zu machen, kann die Einspannung durch Erhöhen der Anzahl der Biege-/Richtschritte erhöht werden (siehe Abbildung 1).
Der Zweck dieser Studie bestand darin, ein hybrides Einzelwulst-/Doppelwulst-Design einzuführen und die Leistung dieser Konfiguration im Hinblick auf die erreichbare Bindungskraft zu analysieren. Das vorgeschlagene Doppelwulst-Design weist drei zusätzliche Biege- und Richtsequenzen sowie mehr Reibung auf als eine einzelne einstellbare Wulst. Dies führt zu einer höheren Bindungskraft bei gleicher Wulstdurchdringung oder der Möglichkeit, die Wulstdurchdringung zu reduzieren, um die Blechverformung zu minimieren.
Es wurden Aluminium-AA6014-T4-Proben getestet, um zu bestimmen, wie sich die Penetration der Mittelwulst und der Spalt zwischen dem Klebstoff auf die Bindungskraft auswirken. Die für diese Studie verwendeten Testproben waren 51 ± 0,3 mm breit, 600 mm lang und 0,902 ± 0,003 mm dick. Reinigen und schmieren Sie Blechproben und Einsätze ordnungsgemäß mit 61AUS-Schleiföl. Ziehsickeneinsätze werden aus D2-Werkzeugstahl gefertigt und auf HRC 62 wärmebehandelt.
Abbildung 2 zeigt die Komponenten des in dieser Studie verwendeten abstimmbaren Doppelwulstes. Der gleiche Zugwulstsimulator und das gleiche Hydraulikzylindersystem wurden in der im vorherigen Artikel besprochenen Studie verwendet, in der das Systemdesign detaillierter dargestellt wird. Die gesamte Zugwulstsimulatorbaugruppe ist montiert auf einem Stahltisch im Rahmen der Instron-Zugprüfmaschine, und die verstellbaren Doppelraupeneinsätze sind im Zugraupensimulator montiert.
Während des Experiments wurde eine konstante Klemmkraft von 34,2 kN aufgebracht, um den Spalt zwischen Ober- und Unterteil der Zugsicke konstant zu halten, wenn das Blech über die Zugsicke gezogen wurde. Der Spalt zwischen Ober- und Unterteil der Zugsicke ist immer größer größer als die Blechdicke und wird durch einen Unterlegscheibensatz eingestellt.
Das Testverfahren ähnelt dem im vorherigen Artikel beschriebenen monotunable Bead-Test. Verwenden Sie einen kalibrierten Abstandshalter, um den gewünschten Spalt zwischen den Klingen zu erzeugen, und verwenden Sie eine Fühlerlehre, um die Genauigkeit des Spalts zu überprüfen. Die obere Klemme des Zugs Das Prüfgerät klemmt das obere Ende des Blechs ein, während das untere Ende des Streifens zwischen den Einsätzen eingeklemmt wird.
Numerische Modelle von Ziehsickenexperimenten wurden mit der Autoform-Software entwickelt. Das Programm verwendet eine implizite Integrationsmethode zur Simulation von Umformvorgängen, was eine einfache Änderung des Simulationsmodells ermöglicht, ohne die Rechenzeit wesentlich zu beeinträchtigen. Dieses Verfahren vereinfacht das Ausprobieren der Form und zeigt eine gute Korrelation mit experimentellen Ergebnissen. Details des numerischen Modells finden Sie im vorherigen Artikel.
Es wurden Experimente durchgeführt, um die Auswirkung der Durchdringung der Mittelwulst auf die Leistung des gezogenen Wulstsystems zu bestimmen. Getestet mit einer Mitteldurchdringung von 6 mm, 10 mm, 13 mm und ohne Mitteldurchgang, während der Spalt zwischen dem Einsatz und der Leiste bei 10 % der Testprobendicke gehalten wurde. Für jede geometrische Konfiguration wurden drei Tests durchgeführt, um konsistente Ergebnisse sicherzustellen.
Abbildung 3 zeigt die Wiederholbarkeit der experimentellen Ergebnisse für eine Perlenpenetration von 6 mm in drei Proben mit einer durchschnittlichen Standardabweichung von 0,33 % (20 N).
Abbildung 1. Bei einem Hybrid-Zugwulstdesign sorgt die einstellbare Durchdringung des Wulstes für eine größere Zurückhaltung. Durch das Zurückziehen des Wulstes wird dieser Zugwulst in eine herkömmliche Einzelwulstkonfiguration umgewandelt.
Abbildung 4 vergleicht die Versuchsergebnisse (kein Mittelwulst und 6, 10 und 13 mm Eindringtiefe) mit den Simulationsergebnissen. Jede Versuchskurve stellt den Mittelwert aus drei Experimenten dar. Es ist ersichtlich, dass eine gute Korrelation zwischen den Test- und Simulationsergebnissen besteht , mit einem durchschnittlichen Ergebnisunterschied von etwa ±1,8 %. Die Testergebnisse zeigen deutlich, dass eine zunehmende Perlenpenetration zu einer Erhöhung der Bindungskraft führt.
Darüber hinaus wurde die Auswirkung des Spalts auf die Rückhaltekraft für die Doppelsickenkonfiguration von Aluminium AA6014-T4 mit einer Mittensickenhöhe von 6 mm analysiert. Diese Versuchsreihe wurde für Lücken von 5 %, 10 %, 15 % durchgeführt. und 20 % der Probendicke. Zwischen dem Flansch des Einsatzes und der Probe bleibt ein Spalt bestehen. Die Versuchs- und Simulationsergebnisse in Abb. 5 zeigen den gleichen Trend: Eine Vergrößerung des Spalts kann zu einer erheblichen Verringerung der Zugwulstbeschränkung führen.
Der Reibungskoeffizient von 0,14 wurde durch Reverse Engineering gewählt. Anschließend wurde ein numerisches Modell des Zugsickensystems verwendet, um die Auswirkung des Spalts zwischen Blech und Flansch für Blechdickenspalte von 10 %, 15 % und 20 % zu verstehen. Für einen Wert von 5 % Lücke, der Unterschied zwischen den simulierten und experimentellen Ergebnissen beträgt 10,5 %;Bei größeren Lücken ist der Unterschied geringer. Insgesamt kann diese Diskrepanz zwischen Simulation und Experiment auf eine Scherverformung durch die Dicke zurückgeführt werden, die vom numerischen Modell in der Schalenformulierung möglicherweise nicht erfasst wird.
Die Auswirkung eines Spalts ohne Mittelwulst (ein breiter Wulst) auf die Bindung wurde ebenfalls untersucht. Diese Versuchsreihe wurde auch für Lücken von 5 %, 10 %, 15 % und 20 % der Blechdicke durchgeführt. Abbildung 6 vergleicht die experimentelle und Simulationsergebnisse, die eine gute Korrelation zeigen.
Diese Studie zeigte, dass die Einführung einer Mittelsicke die Bindungskraft um einen Faktor von mehr als 2 verändern konnte. Beim Aluminium-AA6014-T4-Bolzen wurde ein Trend zur Verringerung der Haltekraft beobachtet, wenn der Flanschspalt geöffnet wurde Das entwickelte numerische Modell des Blechflusses zwischen Zugsickenoberflächen zeigt insgesamt eine gute Korrelation mit den experimentellen Ergebnissen und kann den Testprozess sicherlich erleichtern.
Die Autoren danken Dr. Dajun Zhou von Stellantis für seinen wertvollen Rat und die hilfreiche Diskussion der Projektergebnisse.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. Mai 2022