Dans l'emboutissage de la tôle, les cordons de serrage sont un élément clé dans le contrôle de l'afflux de tôle pour former de grands panneaux. La plupart des études se sont concentrées sur une conception à cordon unique, qui offre une liaison limitée ;seules quelques études ont couvert plusieurs cordons de traction ou d'autres géométries. « Drawing Weld Bead Constraints in Sheet Metal Drawing Operations », un article sur la conception à cordon unique publié en novembre/décembre.STAMPING Journal 2020, explique que la liaison peut être augmentée à certains mesure en augmentant la profondeur de pénétration de la perle mâle et en rendant le rayon de la perle plus pointu.
Le rayon plus pointu augmente la déformation de la tôle à mesure qu'elle se plie/redresse à chaque étape, tandis qu'elle s'écoule à travers le cordon de serrage. Pour les matériaux à ductilité limitée, tels que les alliages d'aluminium et les aciers avancés à haute résistance, minimisez le niveau de déformation par pliage/ un cycle de non-flexion en utilisant des rayons de cordon de soudure plus grands peut aider à prévenir la fissuration de la tôle. Plutôt que de rendre ces rayons plus nets, la retenue peut être augmentée en augmentant le nombre d'étapes de pliage/redressage (voir Figure 1).
Le but de cette étude était d'introduire une conception hybride à une seule perle/double perle et d'analyser les performances de cette configuration en termes de force de liaison réalisable. La conception à double perle proposée comporte trois séquences supplémentaires de flexion et de redressement, ainsi que davantage de friction. qu'un seul cordon réglable. Cela se traduit par une force de liaison plus élevée pour la même pénétration du cordon ou par la capacité de réduire la pénétration du cordon afin de minimiser la déformation de la feuille.
Des échantillons d'aluminium AA6014-T4 ont été testés pour déterminer comment la pénétration du cordon central et l'espace entre l'adhésif affectent la force de liaison. Les échantillons de test utilisés pour cette étude mesuraient 51 ± 0,3 mm de large, 600 mm de long et 0,902 ± 0,003 mm d'épaisseur. Nettoyez et lubrifiez correctement les échantillons de feuilles et les inserts avec l'huile de meulage 61AUS. Les inserts Drawbead sont usinés à partir d'acier à outils D2 et traités thermiquement selon HRC 62.
La figure 2 montre les composants de la double perle réglable utilisée dans cette étude. Le même simulateur de perle de traction et le même système de vérin hydraulique ont été utilisés dans l'étude discutée dans l'article précédent, qui présente la conception du système plus en détail. L'ensemble du simulateur de perle de traction est monté sur une table en acier dans le cadre de la machine d'essai de traction Instron, et les inserts réglables à double perle sont montés dans le simulateur de cordon de serrage.
Au cours de l'expérience, une force de serrage constante de 34,2 kN a été appliquée pour maintenir l'écart entre les parties supérieure et inférieure du cordon de traction constant lorsque la feuille était tirée sur le cordon de traction. L'écart entre les parties supérieure et inférieure du cordon de traction est toujours plus grand. supérieure à l'épaisseur de la tôle, et est ajustée par un jeu de cales.
La procédure de test est similaire à celle utilisée dans le test aux billes monoréglables décrit dans l'article précédent. Utilisez une entretoise calibrée pour créer l'espace souhaité entre les lames et utilisez une jauge d'épaisseur pour vérifier la précision de l'espace. La pince supérieure de la traction un appareil de test serre l'extrémité supérieure de la feuille, tandis que l'extrémité inférieure de la bande est serrée entre les inserts.
Des modèles numériques d'expériences avec des cordons de serrage ont été développés à l'aide du logiciel Autoform. Le programme utilise une méthode d'intégration implicite pour simuler les opérations de formage, permettant une modification facile du modèle de simulation sans affecter de manière significative le temps de calcul. Cette procédure simplifie l'essai des moules et montre une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux.Détails du modèle numérique sont fournis dans l’article précédent.
Des expériences ont été menées pour déterminer l'effet de la pénétration du cordon central sur les performances du système de cordons étirés. Testé avec une pénétration de passe centrale de 6 mm, 10 mm, 13 mm et aucune passe centrale tout en maintenant l'écart entre l'insert et la latte à 10 % de l'épaisseur de l'éprouvette. Trois tests ont été effectués pour chaque configuration géométrique afin de garantir des résultats cohérents.
La figure 3 montre la répétabilité des résultats expérimentaux pour une pénétration de billes de 6 mm dans trois échantillons, avec un écart type moyen de 0,33 % (20 N).
Figure 1. Dans une conception hybride à cordon de traction, la pénétration réglable du cordon offre une plus grande retenue. La rétraction du cordon convertit ce cordon de traction en une configuration traditionnelle à cordon unique.
La figure 4 compare les résultats expérimentaux (pas de bille centrale et pénétration de 6, 10 et 13 mm) avec les résultats de simulation. Chaque courbe expérimentale représente la moyenne de trois expériences. On constate qu'il existe une bonne corrélation entre les résultats du test et de la simulation. , avec une différence moyenne dans les résultats d'environ ± 1,8 %. Les résultats des tests montrent clairement que l'augmentation de la pénétration des billes entraîne une augmentation de la force de liaison.
De plus, l'effet de l'écart sur la force de retenue a été analysé pour la configuration à double cordon d'aluminium AA6014-T4 avec une hauteur de cordon central de 6 mm. Cet ensemble d'expériences a été réalisé pour des écarts de 5 %, 10 %, 15 %. et 20 % de l'épaisseur de l'éprouvette. Un espace est maintenu entre la bride de l'insert et l'éprouvette. Les résultats expérimentaux et de simulation de la figure 5 montrent la même tendance : l'augmentation de l'espace peut conduire à une réduction significative de la retenue du cordon de traction.
Le coefficient de frottement de 0,14 a été choisi par rétro-ingénierie. Un modèle numérique du système de cordons de traction a ensuite été utilisé pour comprendre l'effet de l'écart entre la tôle et la bride pour des écarts d'épaisseur de tôle de 10 %, 15 % et 20 %. Pour un 5 % d'écart, la différence entre les résultats simulés et expérimentaux est de 10,5 % ;pour les espaces plus grands, la différence est plus petite. Dans l'ensemble, cet écart entre la simulation et l'expérience peut être attribué à la déformation par cisaillement à travers l'épaisseur, qui peut ne pas être capturée par le modèle numérique dans la formulation de la coque.
L'effet d'un espace sans cordon central (un cordon large) sur la liaison a également été étudié. Cet ensemble d'expériences a également été réalisé pour des espaces de 5 %, 10 %, 15 % et 20 % de l'épaisseur de la feuille. La figure 6 compare les résultats expérimentaux et de simulation, montrant une bonne corrélation.
Cette étude a démontré que l'introduction d'un cordon central était capable de modifier la force de liaison d'un facteur de plus de 2. Pour la billette d'aluminium AA6014-T4, une tendance a été observée à la diminution de la force de retenue à mesure que l'espace de la bride était ouvert. Le modèle numérique développé de l'écoulement de la tôle entre les surfaces des cordons de traction montre une bonne corrélation globale avec les résultats expérimentaux et peut certainement faciliter le processus d'essai.
Les auteurs tiennent à remercier le Dr Dajun Zhou de Stellantis pour ses précieux conseils et sa discussion utile sur les résultats du projet.
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Heure de publication : 23 mai 2022