مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیش‌بینی نیروی پارگی برای فرآیند کشش عمیق فنجانی مقطع مربعی با تحلیل بی‌بعد پارامترهای هندسی تاثیرگذار

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
چکیده
در این پژوهش، به منظور کاهش هزینه تولید در فرآیند کشش عمیق فنجان‌های مربعی در مقیاس بزرگ، یک مدل بدون بعد براساس پارامترهای هندسی برای این فرآیند توسعه داده شد. در تحقیق پیش رو، پارامترهای هندسی در فرآیند کشش عمیق فنجان مربعی در حالت بدون بعد به وسیله روش تحلیل ابعادی پی- باکینگهام (Π-Buckingham) در دو حالت ورق دایره‌ای و ورق مربعی بررسی شد و سپس یک سری از نسبت‌های بدون بعد یافت شد. به منظور یافتن بهترین گروه بی‌بعد از پارامترهای هندسی، سه مقیاس از فنجان‌ها به‌صورت عددی توسط نرم‌افزار تجاری اجزا محدود ارزیابی شد که در ادامه به‌وسیله آزمایش تجربی صحت‌سنجی شدند. پس از تحلیل همه پارامترهای هندسی تاثیرگذار، مناسب‌ترین معادله بی‌بعد به دست آمد. ورق فولادی ۱۲st در ضخامت‌های مختلف که برای صحت‌سنجی تجربی در دمای محیط انجام شد، مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، نتایج و پارامتر هدف در حالت‌های شبیه‌سازی، آزمایش‌های تجربی و مدل بی‌بعد به‌دست‌آمده براساس تئوری پی- باکینگهام، مقایسه شدند. با مقایسه نتایج در هر دو حالت ورق دایره‌ای و مربعی، می‌توان نتیجه گرفت که با استفاده از مدل‌های بی‌بعد پیشنهادی، مشخصات هندسی نمونه مقیاس اصلی می‌تواند به وسیله یک نمونه در ابعاد کوچکتر، پیش‌بینی شود. مقایسه نتایج مدل‌های بی‌بعد و آزمایش‌های تجربی، نشان دهنده دقت بالای مدل‌های پیشنهادی در پیش‌بینی نیروی کشش و پارامترهای هندسی در فرآیند کشش عمیق فنجان مربعی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Predicting Tearing Force for Square Cup Deep Drawing Process by Dimensionless Analysis of the Effective Geometric Parameters

نویسندگان English

S. Haji Ahmadi
M. Elyasi
M. Shakeri
Manufacturing Department, Mechanical Engineering Faculty, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده English

In this research, a dimensionless model was developed based on the geometric parameters for the deep drawing process to reduce the manufacturing cost of square cup deep drawing in the large scales. In the following, a series of groups were found for dimensionless ratios based on the geometric parameters of the square cup by Π-Buckingham dimensional analysis method in the two states of circular and square sheets. In order to find the best group of dimensionless geometric parameters, three scales of cups were numerically evaluated by commercial finite elements software. The results were validated by an experimental test. After analyzing all the effective geometric parameters, a fittest dimensionless equation was obtained. The st12 metal sheet was used for experimental validation in the room temperature. Moreover, the results and tearing force as target parameter were compared in simulation states, experimental tests and the proposed dimensionless model based on Π-Buckingham theory. By comparing the results in the two states of the circular and square sheets, it can be concluded that the geometric characteristics of the main scale sample can be predicted by a sample in a small size through the proposed dimensionless model. Comparison of the results of the dimensionless model and experiments show that the proposed model has high accuracy in predicting the tearing force and geometric parameters in the square cup deep drawing process.

کلیدواژه‌ها English

Dimensional Analysis
Geometrical Parameters
Π-Buckingham Theory
Square Cups Deep Drawin
Li Y, Shao Z, Rong Q, Shi Z, Balint D, Sun X, et al. Development of similarity-based scaling criteria for creep age forming of large/extra-large panels. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019;101(5-8):1537-1551. [Link] [DOI:10.1007/s00170-018-2976-8]
Al-Tamimi A, Darvizeh R, Davey K. Scaling of metal forming processes. Procedia Engineering. 2017;207:1069-1074. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2017.10.1132]
De Rosa S, Franco F, Meruane V. Similitudes for the structural response of flexural plates. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2016;230(2):174-188. [Link] [DOI:10.1177/0954406215572436]
Pawelski O. Ways and limits of the theory of similarity in application to problems of physics and metal forming. Journal of Materials Processing Technology. 1992;34(1-4):19-30. [Link] [DOI:10.1016/0924-0136(92)90086-8]
Buckingham E. On physically similar systems; illustrations of the use of dimensional equations. Physical Review. 1914;4(4):345-376. [Link] [DOI:10.1103/PhysRev.4.345]
Davey K, Darvizeh R, Al-Tamimi A. Scaled metal forming experiments: A transport equation approach. International Journal of Solids and Structures. 2017;125:184-205. [Link] [DOI:10.1016/j.ijsolstr.2017.07.006]
Liu Y, Yin XC. A dimensional analysis method for improved load-unload response ratio. Pure and Applied Geophysics. 2018;175(2):633-645. [Link] [DOI:10.1007/s00024-017-1716-6]
Navarrete J, Noguez ME, Ramı́rez J, Salas G, Robert T. Die forging stress determination: A dimensional analysis approach. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2000;123(3):416-419. [Link] [DOI:10.1115/1.1370498]
Jung KH, Im YT. The effect of deformation speed on frictional behavior by tip test. Journal of Tribology. 2010;132(3):031801. [Link] [DOI:10.1115/1.4001556]
Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Alitavoli M, Saeidinejad A. Experimental investigation and dimensionless analysis of forming of rectangular plates subjected to hydrodynamic loading. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017;58(1):139-147. [Link] [DOI:10.1134/S0021894417010151]
Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Alitavoli M, Darvizeh A. Empirical modelling for prediction of large deformation of clamped circular plates in gas detonation forming process. Experimental Techniques. 2016;40(6):1485-1494. [Link] [DOI:10.1007/s40799-016-0063-3]
Viswanath Allamraju K, Srikanth K. Dimensional analysis of PZT-5H transducers. Materials Today Proceedings. 2017;4(2 Pt A):2384-2389. [Link] [DOI:10.1016/j.matpr.2017.02.087]
Zare D, Jayas DS, Singh CB. A generalized dimensionless model for deep bed drying of paddy. Drying Technology. 2012;30(1):44-51. [Link] [DOI:10.1080/07373937.2011.615429]
Bae DH, Ghosh AK. Cavity growth during superplastic flow in an Al-Mg alloy: I. Experimental study. Acta Materialia. 2002;50(5):993-1009. [Link] [DOI:10.1016/S1359-6454(01)00399-8]
Medellín-Castillo HI, García-Zugasti PD, de Lange DF, Colorado-Alonso FJ. Analysis of the allowable deep drawing height of rectangular steel parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013;66(1-4):371-80. [Link] [DOI:10.1007/s00170-012-4331-9]
Olovsjö S, Hammersberg P, Avdovic P, Ståhl JE, Nyborg L. Methodology for evaluating effects of material characteristics on machinability-theory and statistics-based modelling applied on Alloy 718. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012;59(1-4):55-66. [Link] [DOI:10.1007/s00170-011-3503-3]