Nello stampaggio della lamiera, i cordoni sono un elemento chiave nel controllo dell'afflusso di lamiera per formare pannelli di grandi dimensioni. La maggior parte degli studi si è concentrata su un design a cordone singolo, che fornisce un legame limitato;solo pochi studi hanno coperto più cordoni di trazione o altre geometrie. "Drawing Weld Bead Constraints in Sheet Metal Drawing Operations", un articolo sulla progettazione a cordone singolo pubblicato nel novembre/dicembre STAMPING Journal 2020, spiega che il legame può essere aumentato ad alcuni estensione aumentando la profondità di penetrazione della perla maschio e rendendo il raggio della perla più appuntito.
Il raggio più acuto aumenta la deformazione della lamiera mentre si piega/raddrizza ad ogni passo, mentre scorre attraverso il bordino. Per materiali con duttilità limitata, come le leghe di alluminio e gli acciai avanzati ad alta resistenza, riducendo al minimo il livello di deformazione per piegatura/ Il ciclo di non piegatura utilizzando raggi di cordone di saldatura più ampi può aiutare a prevenire la rottura della lamiera. Invece di rendere questi raggi più nitidi, il contenimento può essere aumentato aumentando il numero di passaggi di piegatura/raddrizzamento (vedere Figura 1).
Lo scopo di questo studio era quello di introdurre un design ibrido a sfera singola/doppia e analizzare le prestazioni di questa configurazione in termini di forza di legame ottenibile. Il design a doppia sfera proposto ha tre sequenze aggiuntive di piegatura e raddrizzamento e maggiore attrito rispetto a un singolo cordone regolabile. Ciò si traduce in una forza legante più elevata per la stessa penetrazione del cordone o nella capacità di ridurre la penetrazione del cordone per ridurre al minimo la deformazione della lamiera.
I campioni di alluminio AA6014-T4 sono stati testati per determinare in che modo la penetrazione del cordone centrale e lo spazio tra l'adesivo influiscono sulla forza legante. I campioni di prova utilizzati per questo studio erano larghi 51 ± 0,3 mm, lunghi 600 mm e spessi 0,902 ± 0,003 mm. Pulire e lubrificare adeguatamente i campioni di lamiera e gli inserti con olio per rettifica 61AUS. Gli inserti del cordone sono lavorati in acciaio per utensili D2 e trattati termicamente a HRC 62.
La Figura 2 mostra i componenti del doppio cordone regolabile utilizzato in questo studio. Lo stesso simulatore di cordone e sistema di cilindro idraulico sono stati utilizzati nello studio discusso nell'articolo precedente, che presenta la progettazione del sistema in modo più dettagliato. L'intero gruppo del simulatore di cordone è montato su un tavolo in acciaio all'interno del telaio della macchina per prove di trazione Instron, e gli inserti regolabili a doppio cordone sono montati nel simulatore del cordone.
Durante l'esperimento, è stata applicata una forza di serraggio costante di 34,2 kN per mantenere costante la distanza tra la parte superiore e quella inferiore del cordone quando la lamiera veniva tirata sopra il cordone. La distanza tra le parti superiore e inferiore del cordone è sempre maggiore rispetto allo spessore della lamiera, ed è regolato da un set di spessori.
La procedura di prova è simile a quella utilizzata nella prova del cordone monotunable descritta nel precedente articolo. Utilizzare un distanziale calibrato per creare la luce desiderata tra le lame e utilizzare uno spessimetro per verificare l'accuratezza della luce. Il morsetto superiore della trazione l'apparecchio di prova blocca l'estremità superiore del foglio, mentre l'estremità inferiore della striscia viene bloccata tra gli inserti.
I modelli numerici degli esperimenti con i bordini sono stati sviluppati utilizzando il software Autoform. Il programma utilizza un metodo di integrazione implicita per simulare le operazioni di formatura, consentendo una facile modifica del modello di simulazione senza influire in modo significativo sui tempi di calcolo. Questa procedura semplifica la prova dello stampo e mostra una buona correlazione con i risultati sperimentali.Dettagli del modello numerico sono forniti nell’articolo precedente.
Sono stati condotti esperimenti per determinare l'effetto della penetrazione del tallone centrale sulle prestazioni del sistema di cordoni trafilati. Testato con penetrazione del passaggio centrale di 6 mm, 10 mm, 13 mm e senza passaggio centrale mantenendo lo spazio tra l'inserto e il listello al 10% dello spessore del provino. Sono stati eseguiti tre test per ciascuna configurazione geometrica per garantire risultati coerenti.
La Figura 3 mostra la ripetibilità dei risultati sperimentali per una penetrazione del cordone di 6 mm in tre campioni, con una deviazione standard media dello 0,33% (20 N).
Figura 1. In un modello ibrido di cordone di trazione, la penetrazione regolabile del cordone fornisce un maggiore contenimento. La retrazione del cordone converte questo cordone in una tradizionale configurazione a cordone singolo.
La Figura 4 confronta i risultati sperimentali (nessun cordone centrale e penetrazione di 6, 10 e 13 mm) con i risultati della simulazione. Ciascuna curva sperimentale rappresenta la media di tre esperimenti. Si può vedere che esiste una buona correlazione tra i risultati del test e della simulazione , con una differenza media nei risultati di circa ±1,8%. I risultati del test mostrano chiaramente che l'aumento della penetrazione del tallone porta ad un aumento della forza legante.
Inoltre, è stato analizzato l'effetto dello spazio sulla forza di vincolo per la configurazione a doppio cordone di alluminio AA6014-T4 con un'altezza centrale del cordone di 6 mm. Questa serie di esperimenti è stata eseguita per spazi del 5%, 10%, 15% e il 20% dello spessore del provino. Viene mantenuto uno spazio tra la flangia dell'inserto e il provino. I risultati sperimentali e di simulazione in Fig. 5 mostrano la stessa tendenza: l'aumento dello spazio può portare a una riduzione significativa del vincolo del bordino.
Il coefficiente di attrito di 0,14 è stato scelto mediante reverse engineering. È stato quindi utilizzato un modello numerico del sistema di tirante per comprendere l'effetto dello spazio tra la lamiera e la flangia per spazi del 10%, 15% e 20% dello spessore della lamiera.Per un 5 % gap, la differenza tra i risultati simulati e sperimentali è del 10,5%;per spazi più grandi, la differenza è minore. Nel complesso, questa discrepanza tra simulazione ed esperimento può essere attribuita alla deformazione di taglio attraverso lo spessore, che potrebbe non essere catturata dal modello numerico nella formulazione del guscio.
È stato studiato anche l'effetto di uno spazio senza cordone centrale (un cordone largo) sulla legatura. Questa serie di esperimenti è stata eseguita anche per spazi del 5%, 10%, 15% e 20% dello spessore del foglio. La Figura 6 confronta i risultati sperimentali e di simulazione, che mostrano una buona correlazione.
Questo studio ha dimostrato che l'introduzione di un tallone centrale era in grado di modificare la forza vincolante di un fattore superiore a 2. Per la billetta in alluminio AA6014-T4, è stata osservata una tendenza a diminuire la forza vincolante quando lo spazio della flangia veniva aperto. Il modello numerico sviluppato del flusso della lamiera tra le superfici dei bordini mostra una buona correlazione generale con i risultati sperimentali e può certamente rendere più semplice il processo di prova.
Gli autori desiderano ringraziare il dottor Dajun Zhou di Stellantis per i suoi preziosi consigli e l'utile discussione sui risultati del progetto.
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Orario di pubblicazione: 23 maggio 2022