تعیین خودکار نیروی ورق‌گیر غیریکنواخت در قالب‌های شکل‌دهی قطعات ورقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• قاسم اعظمی راد ¹
• بهروز آرزو ²

¹ دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه یزد

² مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران.

10.22067/jacsm.2022.73195.1066

چکیده

نیروی ورق‌گیر ازجمله پارامترهای مهم و تأثیرگذار در عملیات شکل‌دهی قطعات ورقی است. اندازه این نیرو در اطراف قطعه می‌تواند در رفع عیوب پارگی و چین‌خوردگی در نقاط مختلف قطعه بسیار مؤثر باشد. در قطعات متقارن‌محوری نیروی ورق‌گیر یکنواخت مناسب می‌تواند از بروز هر دو عیب مذکور جلوگیری کند ولی برای قطعات غیرمتقارن‌محوری رسیدن به نیروی ورق‌گیر یکنواخت مناسب معمولا دشوار است. در این حالت نیروی ورق‌گیر غیریکنواخت می‌تواند در بهبود کیفیت قطعات تولیدی تأثیر بسزایی داشته باشد. واضح است که شبیه‌سازی فرآیند شکل‌دهی در نرم‌افزارهای المان‌محدود و استفاده مؤثر از الگوریتم‌های بهینه‌سازی می‌تواند کمک شایانی به طراح در تعیین مقدار نیروی ورق‌گیر غیریکنواخت داشته باشد. در این پژوهش راه‌کاری جهت تعیین خودکار نیروی ورق‌گیر غیریکنواخت برای شکل‌دهی قطعات ورقی ارائه شده است. در این روش که به کمک نرم‌افزارهای کتیا، آباکوس و مدفرانتیر ایجاد شده است انجام شبیه‌سازی‌های مختلف و تغییر پارامترهای ورودی نیرو به صورت کاملا خودکار انجام می‌گیرد تا اینکه شرایط مناسب برای شکل‌دهی ورق مشخص شود. برای نمایش شیوه عملکرد این ساختار دو قطعه با هندسه‌های متنوع مورد بررسی قرار گرفت. در این دو هندسه رسیدن به قطعه بدون عیب پارگی و چین‌خوردگی با نیروی ورق‌گیر یکنواخت امکان‌پذیر نبود، ولی نتایج نشان داد با استفاده از روش بیان‌شده در این پژوهش می‌توان به صورت خودکار به چیدمان غیریکنواخت مناسبی از نیروهای ورق‌گیری دست یافت که قطعه‌ای بدون عیب پارگی و با پتانسیل کم چین‎خوردگی تولید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

• نیروی ورق گیر غیریکنواخت
• شکل دهی قطعات ورقی
• نرم افزار مدفرانتیر

20.1001.1.2008918.1401.34.1.6.7

---

عنوان مقاله [English]

Automatic determination of non-uniform blank-holder force in sheet metal forming

نویسندگان [English]

• Ghasem Azamirad ¹
• Behrooz Arezoo ²

¹ Mechanical Engineering, Yazd University

² Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology.

چکیده [English]

The blank-holder force is an important and influential parameter in the sheet metal forming process. The size of this force around the part can be very effective in eliminating the defects of fracture and wrinkling in different points of the part. In symmetrical axial parts, a suitable uniform blank-holder force can prevent both defects, but for asymmetric axial parts, it is usually difficult to achieve a suitable uniform blank-holder force. In this case, the non-uniform blank-holder force can have a significant effect on improving the quality of parts. It is clear that simulation of the sheet metal forming process in finite element software and the effective use of optimization algorithms can be of great help in determining the amount of non-uniform blank-holder force. In this research, a method for automatic determination of non-uniform blank-holder force is presented. In this method, which has been created with the help of Catia, Abaqus, and Modefrontier software, various simulations and change of input parameters are performed completely automatically, until the appropriate conditions for sheet metal forming are determined. To show how this method works, two pieces with different geometries were examined. In these two geometries, it was not possible to achieve a piece without fracture and wrinkling with uniform blank-holder force, but the results showed that using this method, a suitable non-uniform arrangement of blank-holder force can be achieved automatically, which produces a flawless piece.

کلیدواژه‌ها [English]

• Non-uniform blank-holder force
• sheet metal forming
• modefrontier software

مراجع

1. Obermeyer, E. J. and Majlessi, S. A., "A Review of Recent Advances in the Application of Blank-Holder Force towards Improving the Forming Limits of Sheet Metal Parts", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 75, No. 1-3, Pp. 222-234, (1998).
2. Sheng, Z. Q., Jirathearanat, S. and Altan, T., "Adaptive FEM Simulation for Prediction of Variable Blank Holder Force in Conical Cup Drawing", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 44, No. 5, 487–494, (2004).
3. Palaniswamy, H., et al., "Optimal Programming of Multi-Point Cushion Systems for Sheet Metal Forming", CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 55, No. 1, Pp. 249-254, (2006).
4. Chengzhi, S., Guanlong, C. and Zhongqin, L., "Determining the Optimum Variable Blank-Holder Forces Using Adaptive Response Surface Methodology (ARSM)", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 26, No. 1-2, Pp. 23-29, (2005).
5. Wang, L., and Lee, T., "Numerical Simulation of the Effects of the Space-Variant Blank-Holder Force and Geometrical Variables in the Deep-Drawing Process", The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, Vol. 40, No. 4, Pp. 375-384, (2005).
6. Wang, L. and Lee, T., "Controlled Strain Path Forming Process with Space Variant Blank Holder Force Using RSM Method", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 167, No. 2, Pp. 447-455, (2005).
7. Wang, L., Chan, L. and Lee, T., "Process Modeling of Controlled Forming with Time Variant Blank Holder Force Using RSM Method", International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, No. 12, Pp. 1929-1940, (2007).
8. Wang, W., et al., "Determination of Optimal Blank Holder Force Trajectories for Segmented Binders of Step Rectangle Box Using PID Closed-Loop FEM Simulation", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 32 No. 11-12, Pp. 1074-1082, (2007).
9. Wu-rong, W., Guan-long, C. and Zhong-qin, L., "The Effect of Binder Layouts on the Sheet Metal Formability in the Stamping with Variable Blank Holder Force", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, No. 10, 1378-1385, (2010).
10. Zhong-qin, L., Wu-rong, W. and Guan-long, C., "A New Strategy to Optimize Variable Blank Holder Force towards Improving the Forming Limits of Aluminum Sheet Metal Forming", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 183, No. 2, Pp. 339-346, (2007).
11. Kitayama, S., et al., "A Closed-Loop Type Algorithm for Determination of Variable Blank Holder Force Trajectory and its Application to Square Cup Deep Drawing", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 51, No. 5-8, Pp. 507-517, (2010).
12. Kitayama, S., Kita, K. and Yamazaki, K., "Optimization of Variable Blank Holder Force Trajectory by Sequential Approximate Optimization with RBF Network", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 61, No. 9-12, Pp. 1067-1083, (2012)
13. Tommerup, S. and Endelt, B., "Experimental Verification of a Deep Drawing Tool System for Adaptive Blank Holder Pressure Distribution", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 212, No.11, Pp. 2529-2540, (2012).
14. Endelt, B., Tommerup, S. and Danckert, J., "A Novel Feedback Control System–Controlling the Material Flow in Deep Drawing Using Distributed Blank-Holder Force", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, No. 1, Pp. 36-50, (2013).
15. Barthau, M. and Liewald, M., "New Approach on Controlling Strain Distribution Manufactured in Sheet Metal Components during Deep Drawing Process", Journal of Procedia Engineering, Vol. 207, No. 1, Pp. 66-71, (2017).
16. Peixinho, N., Costa, S. and Blanco, V., "Development of Forming Tool Concept Validator with Variable Stiffness Blank-Holder for High Strength Steel Applications", International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, Vol. 2, No. 2, Pp. 116-122, (2019).
17. Brun, M., Ghiotti, A., Bruschi, S. and Filippi, S., "Active Control of Blank-Holder in Sheet Metal Stamping", Procedia CIRP, Vol. 100, Pp. 151-156, (2021).
18. Fazli, A., Arezoo, B. and Hasanniya, M.H., "An Automated Process Sequence Design and Finite Element Simulation of Axisymmetric Deep Drawn Components", Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 136, No. 3, Pp. 031005-1-031005-9, (2014).
19. Abebe, B.H., "Fatigue Life Assessment of a Diesel Engine Pump Part Subjected to Constant and Variable Amplitude Loading", Master Thesis, Bauhaus University, (2008).