بهینه‌سازی عددی شکل لوح اولیه به‌منظور کمینه‌کردن عیب گوشواره‌ای در فرایند کشش عمیق مقاطع مربعی

چاووشی, مهدی; مزدک, ُسیامک; عموچی, عباس; بیات ;کزازی, کهدی; نجفی زاده, محمدمهدی

doi:10.61186/masm.3.1.67

بهینه‌سازی عددی شکل لوح اولیه به‌منظور کمینه‌کردن عیب گوشواره‌ای در فرایند کشش عمیق مقاطع مربعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهدی چاووشی ¹

ُسیامک مزدک ²

عباس عموچی ³

کهدی بیات ;کزازی ⁴

محمدمهدی نجفی زاده ⁵

¹ دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

² دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش

³ دانشکده فنی و مهندسی، گروه مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران

⁴ دانشکده فنی و مهندسی، دانشکده مکانیک، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران

⁵ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایران

https://doi.org/10.61186/masm.3.1.67

چکیده

فرایند کشش عمیق یکی از پرکاربرترین روش‌های شکل‌دهی فلزات بوده که به صورت گسترده در تولید انبوه قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. پدیدۀ گوشواره‌ای‌شدن همواره از عیوب مطرح، در فرایندهای کشش عمیق بوده که موجب افزایش دورریز مواد و کاهش سرعت تولید قطعات می‌گردد. این پدیده در اثر ناهمسانگردی صفحه‌ای حاصل از عملیات نورد سرد ایجاد می‌شود. یکی از روش‌های کاهش عیب گوشواره‌ای، بهینه‌سازی بلانک اولیه است. در این مقاله، روشی برای بهینه‌سازی بلانک ‌اولیه و به‌منظور کاهش عیب گوشواره‌ای در فرایند کشش عمیق مقاطع مربعی ارائه شده است. برای این منظور، بلانک اولیه از جنس فولاد SAE 1015 در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شد. در ادامه با به‌کارگیری تابع هدف مشخص، بلانک اولیه به‌صورت شعاعی در مسیرهای مشخصی بهینه شد. با شبیه‌سازی مجدد بلانک بهینه و بررسی پارامترهایی همچون؛ تغییرات ضخامت، توزیع تنش و تغییرات کرنش، مشخص شد که در صورت استفاده از بلانک‌ بهینه، عیب گوشواره‌ای به طرز چشم‌گیری کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

کشش عمیق

بهینه‌سازی

عیب گوشواره‌ای‌

شبیه‌سازی عددی

عنوان مقاله English

Numerical optimization of the blank shape in order to minimize the earring defect in the deep drawing process of square sections

نویسندگان English

Mahdi Chavoshi ¹

Abbas Amoochi ³

Mahdi Bayat Kazazi ⁴

Mohamad Mehdi Najafizadeh ⁵

¹ Department of mechanical engineering, Arak branch, Islamic Azad university, Arak, Iran

³ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, 38156-88349, Iran

⁴ Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

⁵ Department of mechanical engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Islamic Azad University Arak Branch, Arak, Iran

چکیده English

The deep drawing process is one of the most widely used metal forming methods, which is widely used in the mass production of parts. The phenomenon of earring has always been one of the defects in deep drawing processes, which causes an increase in material waste and a decrease in the production speed of parts. This phenomenon is caused by plane anisotropy resulting from the cold rolling operation. One of the methods to reduce the earring defect is to optimize the initial blank. In this article, a method to optimize the initial blank and to reduce the earring defect in the process of deep drawing of square sections is presented. For this purpose, the initial blank made of SAE 1015 steel was simulated in Abaqus software. In the following, by using the particular objective function, the initial blank was radially optimized in specific paths. By re-simulating the optimal blank and checking parameters such as; Thickness changes, stress distribution, and strain changes, it was found that if the optimal blank is used, the earring defect is significantly reduced

کلیدواژه‌ها English

Deep drawing

Optimization

Earing defects

Numerical simulation

[1] Handbook AS. Volume 14B Metalworking: sheet forming. ASM International. 2006;924.
[2] Moon YH, Kang YK, Park JW, Gong SR. Tool temperature control to increase the deep drawability of aluminum 1050 sheet. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2001;41(9):1283-94.
[3] Shim H, Son K, Kim K. Optimum blank shape design by sensitivity analysis. Journal of Materials Processing Technology. 2000;104(3):191-9.
[4] Kishor N, Kumar DR. Optimization of initial blank shape to minimize earing in deep drawing using finite element method. Journal of Materials Processing Technology. 2002;130:20-30.
[5] Park SH, Yoon JW, Yang DY, Kim YH. Optimum blank design in sheet metal forming by the deformation path iteration method. International Journal of Mechanical Sciences. 1999;41(10):1217-32.
[6] Zaky AM, Nassr AB, El-Sebaie MG. Optimum blank shape of cylindrical cups in deep drawing of anisotropic sheet metals. Journal of Materials Processing Technology. 1998;76(1-3):203-11.
[7] Desai SG, Pardeshi RH, Date PP. Study of various initial blank shapes to minimize the earing in the different shaped formed parts using finite element analysis. InAIP Conference Proceedings 2005(Vol. 778, No. 1, pp.855-860). American Institute of Physics.
[8] Chen X, Sowerby R. Blank development and the prediction of earing in cup drawing. International journal of mechanical sciences. 1996;38(5):509-16.
[9] Yang TS, Shyu RF. The design of blank’s initial shape in the near net-shape deep drawing of square cup. Journal of mechanical science and technology. 2007;21:1585-92.
[10]Nagda PS, Bhatt PS, Shah MK. Finite element simulation of deep drawing process to minimize earing. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering. 2017;11(2):413-6.
[11]Mahmood, Zaid H., Ihsan K. Irthiea, and Ahmed K. Ahmed. "Optimization of initial blank shape for flexible micro deep drawing of square parts." Materials Today: Proceedings 20.2020: 555-559.
[12]Bouchaâla, K., et al. "Numerical investigation of the effect of punch corner radius and die shoulder radius on the flange earrings for AA1050 and AA1100 aluminum alloys in cylindrical deep drawing process." Heliyon 7.4. 2021: e06662.
[13]Tran, Minh Tien, et al. "Earing reduction by varying blank holding force in deep drawing with deep neural network." Metals 11.3. 2021: 395.
[14]Pratheesh Kumar, S., et al. "Experimental and Simulation Study on Deep Drawing Process to Reduce Earing." Materials, Design and Manufacturing for Sustainable Environment: Select Proceedings of ICMDMSE 2022. Singapore: Springer Nature Singapore. 2022. 397-419.
[15]Hosford WF, Caddell RM. Metal forming: mechanics and metallurgy. Cambridge university press; 2011.
[16]Thomas WJ. Product, tool, and process design methodology for deep drawing and stamping of sheet metal parts. The Ohio State University; 1999.
[17]Ma Z, Zhao H, Wang K, Zhou X, Hu X, Lu S, Cheng H. Novel correction methods on a miniature tensile device based on a modular non-standard layout. Measurement Science and Technology. 2013;24(8):085901.
[18]Kitayama, Satoshi, et al. "Multi-objective optimization of blank shape for deep drawing with variable blank holder force via sequential approximate optimization." Structural and Multidisciplinary Optimization 52 (2015): 1001-1012