EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF INFLUENCE PARAMETERS ON FORMING LIMIT DIAGRAMS OF ALUMINUM ALLOY-AL 2024
Date
2013-04-22
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Sheet metal forming is the key word for aerospace, automobile and aeronautics
industry. To fulfill the customer expectations, safety requirements and market
competitions, sheet metal forming processes must be well analyzed before
production. At this stage, importance of material characterization and finite element
(FE) simulations arise. This study is focused on combination of material
characterization and FEA (Finite Element Analyses) of sheet metals to be able to
make improvements of sheet metal while considering cost and quality.
On the material characterization parts of the study, simple tension tests, hydraulic
bulge tests (HBT) and forming limit diagrams are determined for Al2024 aluminum
alloy. HBT is obtained using a new specialized code and compared to the simple
tension tests. High accuracy mechanical extensometers are used to obtain
instantaneous deformation during tensile test and similarly high accuracy CCD
cameras are used to obtain material deformation during determination of FLDs and
flow curves from HBT.
FE studies are performed to validate experimental studies and to determine
coefficient of frictions of different lubricants. Analyses are carried out using a
commercial FE package, Marc Mentat 2007®
. Material inputs are supplied from
experimental uniaxial and hydraulic bulge tests. Flow curve validations are
performed comparing HBT and uniaxial tensile tests up to 0.15 strains.
Experiments revealed that initial material thickness and lubrication has a significant
effect on formability window of aluminum sheets and speed of punch has no great
effect on limits of aluminum formability since Al2024 is a strain rate independent
material. Beside these, higher strains than uniaxial tensile test are obtained in HBT
with new developed code.
Description
ALÜMİNYUM ALAŞIMI-AL 2024 İÇİN ŞEKİLLENDİRİLEBİLME SINIR
DİYAGRAMLARINI ETKİLEYEN PARAMETRELERİN DENEYSEL
OLARAK İNCELENMESİ
ÖZ: Sac metal şekillendirme, uzay, havacılık ve otomotiv sanayileri için anahtar kelime konumundadır. Sac metal işlemleri; imalat süreci öncesinde, müşteri isteklerini, güvenlik gereksinimlerini ve pazardaki rekabet ortamını karşılamak amacıyla, en iyi şekilde analiz edilmelidir. Bu aşamada malzeme karakterizasyonu ve sonlu elemanlar metodunun önemi ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma, sac metal operasyonlarında kalite ve fiyat konularını göz önüne alarak yeni geliştirmeler yapılabilmesi için, malzeme karakterizasyonu ve sonlu elemanlar metodunu kullanan karma bir çalışma üzerine yoğunlaşmıştır. Çalışmaların malzeme karakterizasyonu kısmında, alüminyum malzeme için çekme testi, yağ ile şişirme testi ve şekillendirme sınır diyagramlarının tespiti çalışmaları yapılmıştır. Yağ ile şişirme testinden akma eğrisinin elde edilmesi, yeni geliştirilen kod ile yapılmış ve çekme testi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çekme testi esnasında, yüksek hassasiyetli mekanik uzama ölçerler kullanılırken, yağ ile şişirme ve şekillendirilebilme sınır diyagramları testlerinde yüksek hassasiyette optik kameralar kullanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemleri; farklı yağlayıcıların sürtünme katsayılarını tespiti ve deneysel çalışmaların doğrulanması amacıyla yürütülmüştür. Analizler, ticari bir sonlu elemanlar yazılımı olan Marc Mentat 2007® kullanılarak yapılmıştır. Analizler için gerekli olan malzeme verisi, yağ ile şişirme ve çekme testlerinden elde edilmiştir. Ayrıca, çekme testi verisi 0,15 gerinime kadar kullanılarak, yağ ile şişirme testinden elde edilen akma eğrisi doğrulaması yapılmıştır. Deneyler sonucunda, malzeme ilk kalınlığı ve yağlayıcının şekillendirilebilme sınır diyagramları üzerinde önemli etkisinin olduğu görülmüştür. Ancak, şekillendirme hızının alüminyum Al2024 malzeme şekillendirilebilmesi üzerinde büyük etkisi olmadığı kanısına varılmıştır. Bunlarla beraber, yeni geliştirilen kod ile yüksek gerinimlerde akma eğrisi başarıyla elde edilmiştir.
ÖZ: Sac metal şekillendirme, uzay, havacılık ve otomotiv sanayileri için anahtar kelime konumundadır. Sac metal işlemleri; imalat süreci öncesinde, müşteri isteklerini, güvenlik gereksinimlerini ve pazardaki rekabet ortamını karşılamak amacıyla, en iyi şekilde analiz edilmelidir. Bu aşamada malzeme karakterizasyonu ve sonlu elemanlar metodunun önemi ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma, sac metal operasyonlarında kalite ve fiyat konularını göz önüne alarak yeni geliştirmeler yapılabilmesi için, malzeme karakterizasyonu ve sonlu elemanlar metodunu kullanan karma bir çalışma üzerine yoğunlaşmıştır. Çalışmaların malzeme karakterizasyonu kısmında, alüminyum malzeme için çekme testi, yağ ile şişirme testi ve şekillendirme sınır diyagramlarının tespiti çalışmaları yapılmıştır. Yağ ile şişirme testinden akma eğrisinin elde edilmesi, yeni geliştirilen kod ile yapılmış ve çekme testi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çekme testi esnasında, yüksek hassasiyetli mekanik uzama ölçerler kullanılırken, yağ ile şişirme ve şekillendirilebilme sınır diyagramları testlerinde yüksek hassasiyette optik kameralar kullanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemleri; farklı yağlayıcıların sürtünme katsayılarını tespiti ve deneysel çalışmaların doğrulanması amacıyla yürütülmüştür. Analizler, ticari bir sonlu elemanlar yazılımı olan Marc Mentat 2007® kullanılarak yapılmıştır. Analizler için gerekli olan malzeme verisi, yağ ile şişirme ve çekme testlerinden elde edilmiştir. Ayrıca, çekme testi verisi 0,15 gerinime kadar kullanılarak, yağ ile şişirme testinden elde edilen akma eğrisi doğrulaması yapılmıştır. Deneyler sonucunda, malzeme ilk kalınlığı ve yağlayıcının şekillendirilebilme sınır diyagramları üzerinde önemli etkisinin olduğu görülmüştür. Ancak, şekillendirme hızının alüminyum Al2024 malzeme şekillendirilebilmesi üzerinde büyük etkisi olmadığı kanısına varılmıştır. Bunlarla beraber, yeni geliştirilen kod ile yüksek gerinimlerde akma eğrisi başarıyla elde edilmiştir.
Keywords
manufacturing engineering