تحلیل تئوری و عددی فرآیند کشش عمیق داغ کلاهک ضخیم نیمکروی

از جمله فرآیندهای متداول برای ساخت کلاهک، جوشکاری است که با اتصال ورق‌های از پیش‌ شکل‌دهی‌شده، انجام می‌شود. محصول تولیدی به دلیل خطای مونتاژ، معایب متالورژیکی و ضعف استحکام مکانیکی اتصال، از کیفیت ابعادی و مکانیکی مناسبی برخوردار نیست. از این‌رو در این مقاله، برای رفع معایب مذکور و تولید یکپارچه کلاهک، فرآیند کشش عمیق داغ به عنوان روش جایگزین، معرفی و بررسی می‌شود. در مقاله پیش‌رو، تحلیل تئوری و عددی ساخت کلاهک ضخیم نیمکروی از ورقی به ضخامت 63.5 میلیمتر و از جنس فولاد آلیاژی hy100 با بکارگیری این فرآیند با استفاده از ورقگیر، ارائه می‌شود. در این پژوهش از مدل ساختاری جانسون کوک برای توصیف رفتار سیلان ماده و از مدل آسیب نرم جانسون کوک برای پیش‌بینی احتمال وقوع شکست، استفاده می‌شود. فرض می‌شود که فرآیند به صورت همدما انجام شود و نرخ کرنش، ثابت باشد. نتایج تحلیل تئوری نشان داد که نیروی لازم برای کشش کلاهک با افزایش دمای بلنک، کاهش اصطکاک و افزایش شعاع انحنای ماتریس، کاهش می‌یابد. از سوی دیگر، نتایج تحلیل عددی نشان داد که کلاهک به صورت موفقیت آمیز و عاری از هرگونه پارگی، شکل‌دهی شده است. همچنین، در ناحیه فلنج، هیچ‌گونه اثری از چین‌خوردگی ظاهر نمی‌شود و بیشترین کاهش ضخامت در نواحی نزدیک به راس نیمکره رُخ می‌دهد؛ در حالی که ضخامت نواحی نزدیک به فلنج، افزایش می‌یابد. مقایسه مقادیر نیروی شکل‌دهی نشان داد که مقادیر نیروی کشش حاصل از تحلیل تئوری و عددی تحت شرایط مختلف دمایی و اصطکاکی، حداکثر به میزان 10 درصد اختلاف دارد.

Theoretical and Numerical Analysis of Hot Deep Drawing of Hemispherical Thick Head

One of the common processes for the head production is welding which is done by joining preformed sheets. Manufactured product due to assembly error, metallurgical defects and weak mechanical strength of the joint, does not have adequate dimensional and mechanical quality. Therefore, the hot deep drawing is an alternative process in order to solve the aforementioned disadvantages due to the production of onepiece head. In the present paper, theoretical and numerical analysis of the manufacture of a hemispherical thick head made of HY100 alloy steel with a sheet thickness of 63.5 mm using this process with a blankholder is presented. In this study, the JohnsonCook constitutive model is used to describe the flow behavior of the material and the JohnsonCook damage model is used to predict the probability of failure. It is assumed that the process is carried out isothermal and the strain rate is constant. The results of theoretical analysis showed that the drawing force decreases with increasing temperature, decreasing friction, and increasing the radius of the die curvature. On the other hand, the results of the numerical analysis showed that the head was successfully formed. Also, no trace of wrinkling appeared in the flange and the greatest thickness reduction occured in areas near the top of hemisphere. On the other hand, the thickness of areas close to the flange, increases. The comparison between forces showed that drawing force values obtained from theoretical and numerical analysis under different temperatures and friction conditions differed by a maximum of 10%.