Numerical and experimental analysis of the tool geometry on states of stresses and strains during shear slitting of aluminum alloys

Abstract

W pracy zbadano wpływ geometrii narzędzia tnącego na przebieg procesu cięcia i jakość uzyskanej powierzchni przecięcia dla stopu aluminium AA6111-T4 kształtowanego na nożycach krążkowych. Przedstawiono sposób modelowania procesu cięcia na nożycach krążkowych metodą elementów skończonych w Solwerze LS-DYNA. Opracowano aplikacje komputerowe umożliwiające m.in. analizę stanów naprężeń i odkształceń występujących podczas i po procesie cięcia, analizę nacisków kontaktowych, ocenę jakości powierzchni przecięcia pod kątem występowania niepożądanych defektów takich jak np.: zadzior. Otrzymane wyniki badań stwarzają możliwość optymalizacji procesu projektowania technologii cięcia w zależności od przyjętych kryteriów np.: jakościowych, trwałościowych. NUMERICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE TOOL GEOMETRY ON STATES OF STRESSES AND STRAINS DURING SHEAR SLITTING OF ALUMINUM ALLOYSIn this work an influence of tool geometry on cutting process and quality of final product during slitting of AA6111-T4 aluminum alloy is presented. This paper proposes the application of variational and finite element methods for the modeling of this process using LS-DYNA solver. An applications which allows for stress, strains, contact pressure, and quality of cut surface analysis are developed. The simulation results agreed well with experiments in the study, and could be used to both design the slitting process and support the solution of practical problems. WSTĘPZastosowanie aluminium i stopów aluminium w wielu gałęziach przemysłu w ostatnich latach uległo znacznemu zwiększeniu. Dotyczy to zwłaszcza przemysłu motoryzacyjnego, gdzie masa wytwarzanych części w dużym stopniu decyduje o efektach ekonomicznych eksploatacji pojazdów [1]. Materiały te są stosowane na elementy poszycia nadwozi, mniej na jego szkielet. Wykonuje się z nich najczęściej odejmowalne części (drzwi, błotniki, pokrywy) oraz inne drobniejsze elementy. Stosowanie tych materiałów umożliwia zmniejszenie masy o ok. 30÷50%, przy zapewnieniu zbliżonych do stali właściwości konstrukcyjnych, mają też dobrą energochłon-ność i odporność na korozję. Cięcie stopów aluminium na nożycach krążkowych znajduje szerokie zastosowanie w procesach produkcyjnych. Nie jest jednak pozbawione problemów do rozwiązania. Można do nich zaliczyć:-problemy związane z zapewnieniem stabilności procesu (spowodowane niejednorodnością materiału, występowaniem nieliniowości geometrycznej i fizycznej), -problemy związane z dokładnością wymiarowo-kształtową wyrobów, -zmianami fizykochemicznymi w strefie cięcia na skutek silnych deformacji, -problemy związane ze skłonnością do tworzenia narostu na narzędziach powodującego zmiany trajektorii pękania (rys. 1a). Wymienione czynniki przyczyniają się między innymi do znacznego zużywania się narzędzi do cięcia, a także obniżenia jakości powierzchni przecięcia i wzrostu energochłonności procesu. Niska jakość powierzchni przecięcia cechuje się występowaniem defektów np.: zadziorów (ang. burrs) (rys. 1b), wiórów (ang. slivers) (rys. 1c), zagięć krawędzi oraz występowaniem ...

Modelling and analysis of the technological processes using finite element method

“…At Department of Technical Mechanics at the Faculty of Mechanical Engineering of the Koszalin University of Technology were developed applications on the system ANSYS (APDL language), which allow a comprehensive time analysis for deformation (displacement, velocity, strain, strain rate), stresses and boundary condition in contact zone tool-object occurring in the object, both the spatial conditions as well as plane, in the processes technological precision machining parts ( Fig. 1): cutting processes [8,36,37,38,45,47,55,56,62,63,66,74], turning processes [20,34,57,75], burnishing rolling processes [1, 2, 3, 6, 7, 11, 17, 22, 28, 29 ,31-33, 36, 46, 49, 51, 60, 61, 65, 71, 73, 76-78], sliding burnishing [43,53,57,58,68], cutting by an abrasive single grain [12,14,19,21,24,25,33,39,40,72], embossing [12,23,30,50,70], thread rolling [1,2,4,5,9,10,…”