板金スタンピングでは、ドロービードは、板金の流入を制御して大きなパネルを形成するための重要な要素です。ほとんどの研究は、結合が制限される単一ビードの設計に焦点を当てています。複数のプルビードやその他の形状をカバーしている研究はわずかです。STAMPING Journal 2020 年 11 月/12 月に発行された単一ビード設計に関する記事「シート メタル描画操作における溶接ビード拘束の描画」では、結合をある程度まで強化できると説明しています。雄型ビードの侵入深さを増やし、ビードの半径をより尖らせることで、その範囲が広がります。
半径が鋭くなると、シートメタルがドロービードを通過する際に各ステップで曲げ/真っ直ぐになり、シートメタルの変形が増加します。アルミニウム合金や最新の高張力鋼などの延性が限られた材料の場合、曲げごとの変形レベルが最小限に抑えられます。より大きな溶接ビード半径を使用して非曲げサイクルを強化すると、板金の亀裂を防ぐことができます。これらの半径を鋭くするのではなく、曲げ/矯正のステップ数を増やすことで拘束力を高めることができます (図 1 を参照)。
この研究の目的は、ハイブリッド シングル ビード/デュアル ビード設計を導入し、達成可能な結合力の観点からこの構成のパフォーマンスを分析することでした。提案されたデュアル ビード設計には、曲げと矯正の 3 つの追加シーケンスと、より多くの摩擦が含まれています。これにより、同じビード貫通でも結合力が高くなるか、ビード貫通を低減してシートの変形を最小限に抑えることができます。
アルミニウム AA6014-T4 試験片は、センター ビードの侵入と接着剤間のギャップが結合力にどのような影響を与えるかを決定するためにテストされました。この研究に使用されたテスト サンプルは、幅 51 ± 0.3 mm、長さ 600 mm、厚さ 0.902 ± 0.003 mm でした。シートサンプルとインサートを 61AUS 研削油で洗浄し、適切に潤滑します。ドロービードインサートは D2 工具鋼から機械加工され、HRC 62 まで熱処理されます。
図 2 は、この研究で使用された調整可能なダブル ビードのコンポーネントを示しています。前の記事で説明した研究では同じドロービード シミュレータと油圧シリンダ システムが使用されており、システム設計がより詳細に示されています。ドロービード シミュレータ アセンブリ全体が取り付けられていますインストロン引張試験機のフレーム内のスチールテーブル上に設置され、調整可能なデュアルビードインサートがドロービードシミュレータに取り付けられます。
実験中、シートをドロービード上で引っ張るときに、ドロービードの上部と下部の間のギャップを一定に保つために、34.2 kN の一定のクランプ力が適用されました。ドロービードの上部と下部の間のギャップは常に大きくなります。シートの厚みよりも大きくなり、シムセットで調整します。
試験手順は、前の記事で説明した単調ビード試験で使用したものと似ています。校正されたスペーサを使用してブレード間に必要なギャップを作成し、隙間ゲージを使用してギャップの精度を確認します。引張試験の上部クランプ試験装置はシートの上端をクランプし、ストリップの下端はインサートの間にクランプします。
ドロービード実験の数値モデルは Autoform ソフトウェアを使用して開発されました。このプログラムは成形操作をシミュレートするために陰的積分法を使用し、計算時間に大きな影響を与えることなくシミュレーション モデルを簡単に変更できます。この手順により、金型のトライアウトが簡素化され、実験結果との良好な相関関係が示されます。詳細数値モデルの詳細については、前の記事で説明しています。
絞りビードシステムの性能に対するセンタービードの溶け込みの影響を決定するために実験が行われました。インサートとラス間のギャップを試験片の厚さの10%に維持しながら、6mm、10mm、13mmのセンターパス溶け込みを使用した場合とセンターパスなしでテストしました。一貫した結果を保証するために、幾何学的構成ごとに 3 つのテストが実行されました。
図 3 は、3 つの試験片における 6 mm のビーズ貫通の実験結果の再現性を示しており、平均標準偏差は 0.33% (20 N) でした。
図 1. ハイブリッド プル ビード設計では、ビードの貫通力を調整できるため、より大きな拘束が得られます。ビードを後退させると、このプル ビードは従来のシングル ビード構成に変換されます。
図 4 は、実験結果 (センター ビードなし、貫通力 6、10、13 mm) とシミュレーション結果を比較しています。各実験曲線は 3 回の実験の平均を表しています。テスト結果とシミュレーション結果の間には良好な相関関係があることがわかります。 、結果の平均差は約 ±1.8% です。テスト結果は、ビーズの浸透の増加が結合力の増加につながることを明確に示しています。
さらに、拘束力に対するギャップの影響を、中央ビード高さ 6 mm のアルミニウム AA6014-T4 のダブルビード構成について分析しました。この一連の実験は、ギャップ 5%、10%、15% に対して実行されました。インサートのフランジと試験片の間にギャップが維持されます。図 5 の実験結果とシミュレーション結果は同じ傾向を示しています。ギャップを増やすと、ドロービードの拘束が大幅に減少する可能性があります。
リバース エンジニアリングによって摩擦係数 0.14 が選択されました。その後、ドロービード システムの数値モデルを使用して、シート メタルの厚さのギャップが 10%、15%、20% の場合のシートとフランジの間のギャップの影響を理解しました。 % ギャップ。シミュレーション結果と実験結果の差は 10.5%。ギャップが大きい場合、その差は小さくなります。全体として、シミュレーションと実験の間のこの不一致は、厚さ方向のせん断変形に起因すると考えられます。これは、シェル公式の数値モデルでは捉えられない可能性があります。
中央ビードのないギャップ (幅の広いビード 1 つ) が結合に及ぼす影響も調査されました。この一連の実験は、シート厚さの 5%、10%、15%、20% のギャップについても実行されました。図 6 は、ギャップの比較を示しています。実験結果とシミュレーション結果は良好な相関関係を示しています。
この研究では、センター ビードの導入により拘束力が 2 倍以上変化する可能性があることを実証しました。アルミニウム AA6014-T4 ビレットの場合、フランジ ギャップが開くにつれて拘束力が低下する傾向が観察されました。開発されたドロービード表面間のシートメタルの流れの数値モデルは、実験結果と全体的に良好な相関関係を示しており、トライアウトプロセスを確かに容易にすることができます。
著者らは、プロジェクトの結果について貴重なアドバイスと有益な議論をしていただいた Stellantis の Dajun Zhou 博士に感謝の意を表します。
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投稿日時: 2022 年 5 月 23 日