تحليل تئوري و عددي فرآيند كشش عميق داغ كلاهك ضخيم نيمكروي

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

از جمله فرآيندهاي متداول براي ساخت كلاهك، جوشكاري است كه با اتصال ورق‌هاي از پيش‌ شكل‌دهي‌شده، انجام مي‌شود. محصول توليدي به دليل خطاي مونتاژ، معايب متالورژيكي و ضعف استحكام مكانيكي اتصال، از كيفيت ابعادي و مكانيكي مناسبي برخوردار نيست. از اين‌رو در اين مقاله، براي رفع معايب مذكور و توليد يكپارچه كلاهك، فرآيند كشش عميق داغ به عنوان روش جايگزين، معرفي و بررسي مي‌شود. در مقاله پيش‌رو، تحليل تئوري و عددي ساخت كلاهك ضخيم نيمكروي از ورقي به ضخامت 63/5 ميلي متر و از جنس فولاد آلياژي HY-100 با بكارگيري اين فرآيند با استفاده از ورقگير، ارائه مي‌شود. در اين پژوهش از مدل ساختاري جانسون- كوك براي توصيف رفتار سيلان ماده و از مدل آسيب نرم جانسون- كوك براي پيش‌بيني احتمال وقوع شكست، استفاده مي‌شود. فرض مي‌شود كه فرآيند به صورت همدما انجام شود و نرخ كرنش، ثابت باشد. نتايج تحليل تئوري نشان داد كه نيروي لازم براي كشش كلاهك با افزايش دماي بلنك، كاهش اصطكاك و افزايش شعاع انحناي ماتريس، كاهش مي‌يابد. از سوي ديگر، نتايج تحليل عددي نشان داد كه كلاهك به صورت موفقيت آميز و عاري از هرگونه پارگي، شكل‌دهي شده است. همچنين، در ناحيه فلنج، هيچ‌گونه اثري از چين‌خوردگي ظاهر نمي‌شود و بيشترين كاهش ضخامت در نواحي نزديك به رأس نيمكره رُخ مي‌دهد؛ در حالي كه ضخامت نواحي نزديك به فلنج، افزايش مي‌يابد. مقايسه مقادير نيروي شكل‌دهي نشان داد كه مقادير نيروي كشش حاصل از تحليل تئوري و عددي تحت شرايط مختلف دمايي و اصطكاكي، حداكثر به ميزان 10 درصد اختلاف دارد.

In the present paper, theoretical and numerical analysis of the manufacture of a hemispherical thick head made of HY-100 alloy steel with a sheet thickness of 63.5 mm using hot deep drawing process with a blankholder is presented. In this study, the Johnson-Cook constitutive model is used to describe the flow behavior of the material and the Johnson-Cook 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%.