Na estampagem de chapas metálicas, os cordões de tração são um elemento-chave no controle do fluxo de entrada de chapas metálicas para formar grandes painéis. A maioria dos estudos se concentrou em um design de cordão único, que fornece ligação limitada;apenas alguns estudos cobriram vários cordões de tração ou outras geometrias.”Drawing Weld Bead Constraints in Sheet Metal Drawing Operations”, um artigo sobre design de cordão único publicado em novembro/dezembro.STAMPING Journal 2020, explica que a ligação pode ser aumentada para alguns extensão aumentando a profundidade de penetração do cordão macho e tornando o raio do cordão mais pontiagudo.
O raio mais nítido aumenta a deformação da chapa metálica à medida que ela dobra/endireita a cada passo, enquanto flui através do cordão de tração. Para materiais com ductilidade limitada, como ligas de alumínio e aços avançados de alta resistência, minimizando o nível de deformação por dobra/ O ciclo sem flexão usando raios maiores do cordão de solda pode ajudar a prevenir rachaduras na chapa metálica. Em vez de tornar esses raios mais nítidos, a restrição pode ser aumentada aumentando o número de etapas de flexão/endireitamento (veja a Figura 1).
O objetivo deste estudo foi introduzir um projeto híbrido de cordão único/duplo e analisar o desempenho desta configuração em termos de sua força de ligação alcançável. O projeto de cordão duplo proposto tem três sequências adicionais de flexão e endireitamento, e mais atrito do que um único cordão ajustável. Isso resulta em uma força de ligação mais alta para a mesma penetração do cordão ou na capacidade de reduzir a penetração do cordão para minimizar a deformação da folha.
Amostras de alumínio AA6014-T4 foram testadas para determinar como a penetração do cordão central e a lacuna entre o adesivo afetam a força de ligação. As amostras de teste usadas para este estudo tinham 51 ± 0,3 mm de largura, 600 mm de comprimento e 0,902 ± 0,003 mm de espessura. Limpe e lubrifique adequadamente as amostras de chapa e as pastilhas com óleo de moagem 61AUS. As pastilhas de cordão são usinadas em aço ferramenta D2 e tratadas termicamente até HRC 62.
A Figura 2 mostra os componentes do cordão duplo sintonizável utilizado neste estudo. O mesmo simulador de cordão e sistema de cilindro hidráulico foi utilizado no estudo discutido no artigo anterior, que apresenta o projeto do sistema com mais detalhes. Todo o conjunto do simulador de cordão é montado em uma mesa de aço dentro da estrutura da máquina de teste de tração Instron, e as inserções ajustáveis de cordão duplo são montadas no simulador de cordão de tração.
Durante o experimento, uma força de fixação constante de 34,2 kN foi aplicada para manter a folga entre as partes superior e inferior do cordão consistente quando a folha foi puxada sobre o cordão. maior que a espessura da chapa e é ajustado por um conjunto de calços.
O procedimento de teste é semelhante ao usado no teste de cordão monoajustável descrito no artigo anterior. Use um espaçador calibrado para criar a folga desejada entre as lâminas e use um calibrador de folga para verificar a precisão da folga. o aparelho de teste fixa a extremidade superior da folha, enquanto a extremidade inferior da tira é fixada entre as inserções.
Modelos numéricos de experimentos de cordão foram desenvolvidos utilizando o software Autoform. O programa utiliza um método de integração implícito para simular operações de conformação, permitindo fácil modificação do modelo de simulação sem afetar significativamente o tempo de cálculo. do modelo numérico são fornecidos no artigo anterior.
Experimentos foram conduzidos para determinar o efeito da penetração do cordão central no desempenho do sistema de cordão trefilado. Testado com penetração de passe central de 6 mm, 10 mm, 13 mm e sem passe central, mantendo a folga entre a pastilha e a ripa em 10% da espessura da amostra de teste. Três testes foram realizados para cada configuração geométrica para garantir resultados consistentes.
A Figura 3 mostra a repetibilidade dos resultados experimentais para penetração do cordão de 6 mm em três corpos de prova, com desvio padrão médio de 0,33% (20 N).
Figura 1. Em um projeto de cordão de tração híbrido, a penetração ajustável do cordão proporciona maior restrição. Retrair o cordão converte esse cordão de tração em uma configuração tradicional de cordão único.
A Figura 4 compara os resultados experimentais (sem cordão central e penetração de 6, 10 e 13 mm) com os resultados da simulação. Cada curva experimental representa a média de três experimentos. , com uma diferença média nos resultados de cerca de ±1,8%. Os resultados do teste mostram claramente que o aumento da penetração do cordão leva a um aumento na força de ligação.
Além disso, o efeito da folga na força de restrição foi analisado para a configuração de cordão duplo de alumínio AA6014-T4 com altura central do cordão de 6 mm. Este conjunto de experimentos foi realizado para folgas de 5%, 10%, 15%. e 20% da espessura da amostra. Uma folga é mantida entre o flange da pastilha e a amostra. Os resultados experimentais e de simulação na Fig. 5 mostram a mesma tendência: aumentar a folga pode levar a uma redução significativa na restrição do cordão de tração.
O coeficiente de atrito de 0,14 foi escolhido por engenharia reversa. Um modelo numérico do sistema de cordão de tração foi então usado para compreender o efeito da folga entre a chapa e o flange para folgas de 10%, 15% e 20% de espessura da chapa metálica. % de gap, a diferença entre os resultados simulados e experimentais é de 10,5%;para lacunas maiores, a diferença é menor. No geral, essa discrepância entre simulação e experimento pode ser atribuída à deformação por cisalhamento em toda a espessura, que pode não ser capturada pelo modelo numérico na formulação do invólucro.
O efeito de uma folga sem cordão central (um cordão largo) na encadernação também foi investigado. Este conjunto de experimentos também foi realizado para folgas de 5%, 10%, 15% e 20% da espessura da chapa. resultados experimentais e de simulação, mostrando boa correlação.
Este estudo demonstrou que a introdução de um cordão central foi capaz de alterar a força de ligação por um fator superior a 2. Para o tarugo de alumínio AA6014-T4, foi observada uma tendência de diminuição da força de restrição à medida que a folga do flange era aberta. O modelo numérico desenvolvido de fluxo de chapa metálica entre as superfícies do cordão mostra uma boa correlação geral com os resultados experimentais e pode certamente tornar o processo de teste mais fácil.
Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Dajun Zhou da Stellantis por seus valiosos conselhos e discussão útil dos resultados do projeto.
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Horário da postagem: 23 de maio de 2022