مطالعه اثر هندسه ابزار بر استحکام کششی اتصال سرد و بهینه‌سازی ابزار به روش طراحی آزمایش متعامد

اتصال سرد ورق فلزی، روشی مبتنی بر شکل‌دهی برای همبندی قطعات ورقی است. برای اطمینان از یک اتصال با استحکام کافی لازم است ابزار شکل‌دهی به صورت بهینه طراحی شود. این مقاله به مطالعه عددی و تجربی فرآیند اتصال سرد ورق‌های فولادی با ضخامت ناهمسان با قالب ثابت به منظور بهینه‌سازی پارامترهای هندسی ابزار اتصال سرد می‌پردازد. در این مطالعه با استفاده از روش طراحی آزمایش متعامد (oed) و تحلیل المان محدود در نرم‌افزار آباکوس، شعاع سنبه rp، عمق حفره قالب pm، عرض شیار کف قالب lm و زاویه کف سنبه pba، به عنوان پارامترهای ورودی مهم طراحی ابزار برای رسیدن به بیشترین استحکام کششی f اتصال سرد، به عنوان متغیر هدف، بهینه‌سازی شد. ورق‌های بالایی و پایینی به کار رفته در این تحقیق به ترتیب، به ضخامت 1/5 و mm2 از جنس فولاد گالوانیزه dx51d است که براساس استاندارد en10346/00 توسط شرکت فولاد مبارکه تولید می‌شود. پس از اجرای رایانه‌ای آزمایش‌های طراحی شده با oed، مقادیر mm2/6=rp، mm1/4=pm، mm1/2=lm، °1=pba و n2319=f به عنوان مقادیر بهینه به دست آمد. پس از بهینه‌سازی هندسهٔ ابزار براساس نتایج آزمایش‌های المان‌محدود، طراحی و ساخت ابزار اتصال سرد انجام گرفت. ارزیابی و مقایسه نتایج شبیه‌سازی اتصال سرد برای طراحی ابزار بهینه، با نتایج تجربی به دست آمده برای هندسه اتصال و استحکام کششی آن انطباق بسیار نزدیکی را نشان داد.

Effect of Tool Geometry on the Tensile Strength of Clinched Joint and Tool Optimization Using Orthogonal Experimental Design Method

Sheet metal clinching process is a formingbased method for joining sheet metal parts. To ensure sufficient joint strength, it is necessary to design the forming tool optimally. This paper deals with numerical and experimental study of the clinching process of steel sheets of dissimilar thicknesses using a fixed die in order to optimize the geometric parameters of the clinching tool. In this study, using the orthogonal experimental design (OED) method and finite element analysis in Abaqus software, the important input parameters of tool design including punch radius RP, die cavity depth Pm, die groove width Lm and punch face angle PBA were optimized in order to achieve the highest clinch strength F as the target variable. The upper and lower sheets used in this study are 1.5 and 2 mm in thickness, respectively, and made of DX51D galvanized steel, manufactured according to EN10346/00 by Mobarakeh Steel Company. After running the experiments designed based on the OED in the computer, the optimal values of RP= 2.6mm, Pm= 1.4mm, Lm= 1.2mm and PBA= 1 ° and F= 2319N were obtained. Next, a clinched joint tool was designed and fabricated based on the optimum geometric parameters. The evaluation and comparison of clinch geometry and tensile strength obtained from optimum design simulation and the experimental counterparts demonstrated very close correlations.