Bij het stempelen van plaatstaal zijn trekkralen een sleutelelement bij het beheersen van de aanvoer van plaatmetaal om grote panelen te vormen. De meeste onderzoeken hebben zich geconcentreerd op een ontwerp met één kraal, dat een beperkte binding oplevert;Slechts een paar onderzoeken hebben betrekking op meerdere trekkralen of andere geometrieën.”Drawing Weld Bead Constraints in Sheet Metal Drawing Operations”, een artikel over ontwerpen met één kraal, gepubliceerd in november/december. STAMPING Journal 2020, legt uit dat de binding kan worden verhoogd tot enkele vergroten door de penetratiediepte van de mannelijke kraal te vergroten en de straal van de kraal puntiger te maken.
De scherpere straal vergroot de vervorming van het plaatmetaal terwijl het bij elke stap buigt/rechtmaakt, terwijl het door de trekhiel stroomt. Voor materialen met beperkte ductiliteit, zoals aluminiumlegeringen en geavanceerde hogesterktestaalsoorten, wordt het vervormingsniveau per buiging geminimaliseerd. Een niet-buigcyclus door het gebruik van grotere lasrupsradii kan scheuren in het plaatmetaal helpen voorkomen. In plaats van deze radii scherper te maken, kan de beperking worden vergroot door het aantal buig-/richtstappen te vergroten (zie figuur 1).
Het doel van deze studie was om een hybride ontwerp met enkele kraal/dubbele kraal te introduceren en de prestaties van deze configuratie te analyseren in termen van de haalbare bindkracht. Het voorgestelde ontwerp met dubbele kraal heeft drie extra reeksen van buigen en rechttrekken, en meer wrijving. dan een enkele verstelbare hiel. Dit resulteert in een hogere bindkracht voor dezelfde hielpenetratie of de mogelijkheid om de hielpenetratie te verminderen om de vervorming van de plaat te minimaliseren.
Aluminium AA6014-T4-monsters werden getest om te bepalen hoe de penetratie van de middelste kraal en de opening tussen de lijm de bindkracht beïnvloeden. De voor dit onderzoek gebruikte testmonsters waren 51 ± 0,3 mm breed, 600 mm lang en 0,902 ± 0,003 mm dik. Reinig plaatmonsters en wisselplaten en smeer ze goed met 61AUS slijpolie. Trekbead-wisselplaten zijn vervaardigd uit D2-gereedschapsstaal en warmtebehandeld tot HRC 62.
Figuur 2 toont de componenten van de afstembare dubbele hiel die in dit onderzoek is gebruikt. Dezelfde trekhakensimulator en hetzelfde hydraulische cilindersysteem werden gebruikt in het onderzoek dat in het vorige artikel is besproken, waarin het systeemontwerp in meer detail wordt gepresenteerd. De volledige trekhakensimulator is gemonteerd op een stalen tafel binnen het frame van de Instron-trekproefmachine, en de verstelbare inzetstukken met dubbele hiel zijn gemonteerd in de trekkraalsimulator.
Tijdens het experiment werd een constante klemkracht van 34,2 kN toegepast om de opening tussen de bovenste en onderste delen van de trekhiel consistent te houden wanneer de plaat over de trekhiel werd getrokken. De opening tussen de bovenste en onderste delen van de trekhiel is altijd groter dan de dikte van de plaat, en wordt aangepast door een vulringset.
De testprocedure is vergelijkbaar met die gebruikt bij de monotunable bead-test beschreven in het vorige artikel. Gebruik een gekalibreerde afstandshouder om de gewenste opening tussen de bladen te creëren en gebruik een voelermaat om de nauwkeurigheid van de opening te verifiëren. De bovenste klem van de trekstang testapparatuur klemt het bovenste uiteinde van de plaat vast, terwijl het onderste uiteinde van de strip tussen de inzetstukken wordt geklemd.
Numerieke modellen van drawbead-experimenten zijn ontwikkeld met behulp van Autoform-software. Het programma maakt gebruik van een impliciete integratiemethode om vormbewerkingen te simuleren, waardoor eenvoudige aanpassing van het simulatiemodel mogelijk is zonder de rekentijd aanzienlijk te beïnvloeden. Deze procedure vereenvoudigt het uitproberen van mallen en vertoont een goede correlatie met experimentele resultaten. Details van het numerieke model vindt u in het vorige artikel.
Er werden experimenten uitgevoerd om het effect van de penetratie van de centrale kraal op de prestatie van het getrokken kraalsysteem te bepalen. Getest met 6 mm, 10 mm, 13 mm centrale doorgang en geen centrale doorgang terwijl de opening tussen het inzetstuk en de lat op 10% van de dikte van het testmonster werd gehouden. Voor elke geometrische configuratie werden drie tests uitgevoerd om consistente resultaten te garanderen.
Figuur 3 toont de herhaalbaarheid van de experimentele resultaten voor kraalpenetratie van 6 mm in drie monsters, met een gemiddelde standaardafwijking van 0,33% (20 N).
Afbeelding 1. Bij een hybride trekkraalontwerp zorgt de verstelbare penetratie van de hiel voor meer weerstand. Door de hiel in te trekken, wordt deze trekkraal omgezet in een traditionele configuratie met enkele hiel.
Figuur 4 vergelijkt de experimentele resultaten (geen middenkraal en penetratie van 6, 10 en 13 mm) met de simulatieresultaten. Elke experimentele curve vertegenwoordigt het gemiddelde van drie experimenten. Het is te zien dat er een goede correlatie bestaat tussen de test- en simulatieresultaten , met een gemiddeld verschil in de resultaten van ongeveer ±1,8%. De testresultaten laten duidelijk zien dat een toenemende kraalpenetratie leidt tot een toename van de bindkracht.
Bovendien werd het effect van de opening op de tegenhoudkracht geanalyseerd voor de dubbele hielconfiguratie van aluminium AA6014-T4 met een centrale hielhoogte van 6 mm. Deze reeks experimenten werd uitgevoerd voor openingen van 5%, 10%, 15% en 20% van de dikte van het proefstuk. Er wordt een opening gehandhaafd tussen de flens van het inzetstuk en het proefstuk. De experimentele en simulatieresultaten in figuur 5 laten dezelfde trend zien: het vergroten van de opening kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van de trekhielbeperking.
De wrijvingscoëfficiënt van 0,14 werd gekozen door middel van reverse engineering. Een numeriek model van het trekhielsysteem werd vervolgens gebruikt om het effect van de opening tussen de plaat en de flens te begrijpen voor gaten met een plaatdikte van 10%, 15% en 20%. % verschil, het verschil tussen de gesimuleerde en experimentele resultaten is 10,5%;voor grotere openingen is het verschil kleiner. Over het geheel genomen kan deze discrepantie tussen simulatie en experiment worden toegeschreven aan schuifvervorming door de dikte, die mogelijk niet wordt opgevangen door het numerieke model in de schaalformulering.
Het effect van een spleet zonder centrale kraal (één brede kraal) op de binding werd ook onderzocht. Deze reeks experimenten werd ook uitgevoerd voor spleten van 5%, 10%, 15% en 20% van de plaatdikte. Figuur 6 vergelijkt de experimentele en simulatieresultaten, die een goede correlatie laten zien.
Deze studie toonde aan dat de introductie van een centrale kraal de bindkracht met een factor van meer dan 2 kon veranderen. Voor de aluminium AA6014-T4 knuppel werd een trend waargenomen om de tegenhoudkracht te verminderen naarmate de flensopening werd geopend. Het ontwikkelde numerieke model van de stroming van plaatmetaal tussen trekrupsoppervlakken vertoont over het algemeen een goede correlatie met de experimentele resultaten en kan het proefproces zeker eenvoudiger maken.
De auteurs willen Dr. Dajun Zhou van Stellantis bedanken voor zijn waardevolle advies en nuttige bespreking van de projectresultaten.
STAMPING Journal is het enige branchetijdschrift dat zich toelegt op de behoeften van de metaalstempelmarkt. Sinds 1989 behandelt de publicatie de allernieuwste technologieën, trends in de sector, best practices en nieuws om stempelprofessionals te helpen hun bedrijf efficiënter te runnen.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de sector.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de sector.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, die de nieuwste technologische ontwikkelingen, best practices en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt biedt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, gemakkelijke toegang tot waardevolle industriële bronnen.
Posttijd: 23 mei 2022