Numerical simulation of the fine blanking process of sheet titanium

• Autorzy: Adamus J. , Lacki P. , Więckowski W.

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna procesu wykrawania dokładnego blach tytanowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present study has been undertaken in order to investigate the new possibilities of improvement in quality of the cut-surface of titanium blanks. For the intended purpose, a number of numerical simulations of the blanking process were carried out. Fine blanking is one of the most often used methods of finished product manufacturing. Application of blanking with reduced clearance or blanking with material upsetting by V-ring indenter allows for obtaining the high quality cut-surface which does not need further machining. Application of the finite element method (FEM) for numerical simulations allows for effective analysis of the fine blanking processes. In the paper the results of numerical simulation of fine blanking for a disk made of Grade 2 sheet titanium have been presented. The calculations were carried out using ADINA System v. 8.6 based on FEM. Determination of the effect of clearance between cutting edges, and presence and location of V-ring indenter on the stress and strain distribution in shearing zone was the main goal of the work. The numerical simulations showed the effect of tool geometry on a course of blanking process and consequently on the quality and shape of the cut-surface. Based on the numerical simulation it is only possible to deduce the cut-surface appearance, thus the numerical simulations should be completed with experimental tests.

PL

Niniejsza praca została wykonana w celu zbadania nowych możliwości poprawy jakości powierzchni przecięcia wykrojek tytanowych. W tym celu wykonano szereg symulacji numerycznych procesu wykrawania. Wykrawanie dokładne jest najczęściej stosowaną metodą otrzymywania wyrobów gotowych. Zastosowanie wykrawania ze zmniejszonym luzem lub wykrawania ze spęczaniem za pomocą klinowej grani pozwala na otrzymanie wysokiej jakości powierzchni przecięcia, ktä nie wymaga dalszej obróbki mechanicznej. Wykorzystanie w symulacjach numerycznych metody elementów skończonych (MES) pozwala na efektywną analizę procesów wykrawania dokładnego. W artykule zaprezentowano wyniki symulacji numerycznej wykrawania dokładnego krążka z blachy tytanowej Grade 2. Obliczenia wykonano przy użyciu programu ADINA System v. 8.6 opartego na MES. Głównym celem pracy było określenie wpływu luzu pomiędzy krawędziami tnącymi oraz obecności klinowej grani na dociskaczu na rozkład naprężeń i odkształceń w obszarze cięcia. Obliczenia numeryczne wykazały wpływ geometrii narzędzi na przebieg procesu wykrawania, a tym samym na jakość i kształt powierzchni przecięcia. Opierając się na symulacjach numerycznych można jedynie wnioskować o wyglądzie powierzchni przecięcia, dlatego symulacje numeryczne powinny być uzupełnione badaniami doświadczalnymi.

Słowa kluczowe

EN

fine blanking; sheet titanium; numerical modelling

PL

dokładne wykrawanie; blacha tytanowa; symulacja numeryczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 2
• Strony: 431--437
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamus J.

autor

Lacki P.

autor

Więckowski W.

• Faculty of Civil Engineering, Częstochowa University of Technology, 42-218 Częstochowa, 3 Akademicka Str., Poland

Bibliografia

• [1] S. Kut, An influence of some parameters on quality of fine-blanked products, in Polish: Wpływ wybranych parametrów na jakość wyrobów w procesie wykrawania dokładnego, OficynaWydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów (2006).
• [2] T. C. Lee, L.C. Chan, B.J. Wu, Straining behaviour in blanking process - fine blanking vs. conventional blanking, J. Mater. Process. Technol. 48, 105-111 (1995).
• [3] Z. Polański, Blanking, in Polish: Wykrawanie, WNT, Warszawa (1978).
• [4] D. Brokken, W.A.M. Brekelmans, F.P.T. Baaijens, Predicting the shape of blanked products: a finite element approach, J. Mater. Process. Technol. 103, 51-56 (2000).
• [5] F. Faura, A. Gracia, M. Estrem, Finite element analysis of optimum clearance in the blanking process, J. Mater. Process. Technol. 80-81, 121-125 (1998).
• [6] A. M. Goijaerts, Y.W. Stegeman, L.E. Govaert, D. Brokken, W.A.M. Brekelmans, F.P.T. Baaijens, Can a newexperimental and numerical study improve metal blanking? J. Mater. Process. Technol. 103, 44-50 (2000).
• [7] R. Hambli, M. Reszka, Fracture criteria identification using an inverse technique method and blank ing experiment, Int. J. of Mechanical Sciences 44, 1349-1361 (2002).
• [8] N. Hatanaka, K. Yamaguchi, N. Takakura, Finite element simulation of the shearing mechanism in the blanking of sheet metal, J. Mater. Process. Technol. 139, 64-70 (2003).
• [9] N. Hatanaka, K. Yamaguchi, N. Takakura, T. Iizuka, Simulation of sheared edge formation process in blanking of sheet metals, J. Mater. Process. Technol. 140, 628-634 (2003).
• [10] S. K. Maiti, A. A. Ambekar, U. P. Singh, P. P. Date, K. Narasimhan, Assessment of influence of some process parameters on sheet metal blanking. J. Mater. Process. Technol. 102, 249-256 (2000).
• [11] H. Marouani, A. Ben Ismail, E. Hug, M. Rachik, Numerical investigations on sheet metal blanking with high speed deformation, Materials and Design 30, 3566-3571 (2009).
• [12] H. Marouani, A. Ben Ismail, E. Hug, M. Rachik, Rate-dependent constitutive model for sheet metal blanking investigation, Materials Science and Engineering A 487, 162-170 (2008).
• [13] Z. Tekiner, M. Nalbant, H. Gürün, An experimental study for the effect of different clearances on burr, smooth-sheared and blanking force on aluminium sheet metal. Materials and Design 27, 1134-1138 (2006).
• [14] M. Jr. Vaz, J. D. Bressan, A computational approach to blanking processes, J. Mater. Process. Technol. 125-126, 206-212 (2002).
• [15] J. Adamus, The Influence of Cutting Methods on the Cut-Surface Quality of Titanium Sheets, Key Engineering Materials 344, 185-192 (2007).
• [16] J. Adamus, P. Lacki, Modelling of blanking process of sheet titanium, in Polish, Hutnik - Wiadomości Hutnicze 76 (8), 552-554 (2009).
• [17] T. S. Kwak, Y. J. Kim, W. E. Bae, Finite element analysis on the effect of die clearance on shear planes in fine blanking, J. Mater. Process. Technol. 130-131, 462-468 (2002).
• [18] T. S. Kwak, Y. J. Kim, M. K. Seo, W. B. Bae, The effect of V-ring indenter on the sheared surface in the fine-blanking process of pawl, J. Mater. Process. Technol. 143-144, 656-661 (2003).
• [19] H. Samuel, FEMsimulation and experimental analysis of parameters of influence in blanking process, J. Mater. Process. Technol. 84, 97-106 (1998).
• [20] T. Sutasn, J. Masahiko, Investigation mechanism of V-ring indenter geometry in fine-blanking process, Key Engineering Materials 410-411, 305-312 (2009).
• [21] N. Mole, B. Štok, Finite element simulation of sheet fine blanking process, Int. J. Mater. Form., 2 Suppl 1, 551-554 (2009).
• [22] ADINA System v. 8.3. Theory and Modelling Guide, vol. I. ADINA R&D, Inc., (2005).
• [23] M. Farzin, H. R. Javani, M. Mashayekhi, R. Hambli, Analysis of blanking process using various damage criteria, J. Mater. Process. Technol. 177, 287-290 (2006).