Optimization of deep drawing process forming parameters for magnesium

• Autorzy: Watiti V. B. , Labeas G. N.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja parametrów głębokiego tłoczenia stopów magnezu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Formability of Magnesium alloys is limited especially at room temperature due to their hexagonal close packed (HCP) structure. At room temperature (RT), the critical resolved shear stress for non basal slip systems is much greater than those for basal slips. As only basal systems may contribute to plastic deformation, magnesium alloys have limited formability at RT. However, increased formability is observed at higher temperatures ranging between 1500C and 3000C due to the activation of additional slip planes. Additionally, it has been observed that the formability is very sensitive to strain rates. In this paper experimental and Finite Element (FE) analysis are applied for the development of a methodology based on strain energy density for determination of the forming limits of magnesium alloys AZ31 and WE43. Based on the developed methodology optimal forming parameters in a deep drawing forming process, namely punch radius, temperature, profile radius and forming depth are determined.

PL

Odkształcalność stopów magnezu jest ograniczona, szczególnie w temperaturze otoczenia, ze względu na ich heksagonalną upakowaną strukturę krystalograficzną (HPC - ang. hexagonal close packed). W temperaturze otoczenia, w sieci heksagonalnej działa tylko jedna płaszczyzną poślizgu - płaszczyzna podstawy. Z uwagi na znacznie większe ścinające naprężenia krytyczne inne systemy poślizgu nie działają,. Ponieważ odkształcenie plastyczne zachodzi na skutek działania tylko jednej płaszczyzny podstawy łatwo następuje utrata stateczności materiału i dochodzi do jego pęknięcia. Powoduje to znaczne ograniczenia w przeróbce plastycznej stopów magnezu na zimno. Z drugiej strony, wzrost odkształcalności wynikający z aktywowania dodatkowych systemów poślizgu jest obserwowany w temperaturach 1500°C - 3000°C. Dodatkowo zaobserwowano, że odkształcalność badanych stopów jest wrażliwa na prędkość odkształcenia. W niniejszym artykule, metody doświadczalne i symulacje metodą elementów skończonych zastosowano do opracowania metodyki określania zakresów odkształcalności stopów magnezu AZ31 i WE43. Zaproponowana metodyka opiera się na teorii gęstości energii odkształcenia. Na podstawie opracowanej metodyki wyznaczono optymalne parametry procesu głębokiego tłoczenia, takie jak promień stempla, temperatura, promil profilu i głębokość formowania.

Słowa kluczowe

EN

finite elements; forming limits; strain energy density; magnesium alloys

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 10, No. 2
• Strony: 87--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Watiti V. B.

autor

Labeas G. N.

• Laboratory of Technology and Strength of Materials, Faculty ofMechanical and Aeronautical Engineering, School of Engineering, University of Patras Panepistimioupolis Rion, 265 00 Patras, Greece,

Bibliografia

• AEROnautical application of wrought MAGncsium (AEROMAG), Research program, 2006.
• Atkins, A.G., 1981, Possible explanation for unexpected departures in hydrostatic tension - fracture strain relations, Journal of Materials Science, 15, 81-83.
• Brozzo, P., de Luka, B., Rendina, R., 1972, A new method for the prediction of Formability in sheet metals, Proceedings of the seventh Biennial Conference on sheet Metal Forming and Formability 9th - 13th October Amsterdam, International Deep drawing Research Group.
• Ceretti, E., Fiorentino, A., Giardini, C, 2008, Process parameters influence on friction coefficient in sheet forming operations, International Journal of Material Forming Supplement I, 1219- 1222.
• Cockcroft, M.G., Latham, D.J., 1968, Ductility and the workability of metal, Journal of the Institute of Metals, 96, 33-39.
• Chen, Fuh-Kuo, Huang, Tying-Bin, Chang, Chih-Kun, 2003, Deep drawing of square cups with magnesium alloy AZ31 sheets, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43, 1153-1559.
• Furuya, H., Kogiso, N., Matunaga, S., Senda, K., 2000, Applications of magnesium-alloys for aerospace structure systems, Journal of Materials Science Forum, 350-351, 41-348.
• Gotoh, M., Young-Soo Kim, Minora Yamashita, 2003, A fundamental study of can forming by the stretch -drawing process, Journal of Materials Processing and Technology, 138, 545-550.
• Hill, R., 1952, On discontinuous plastic states, with special reference to localized necking in thin sheets, Journal of Mechanics and Physics of Solids, 1, 19-30.
• Marciniak, Z., Kuczynski, K., 1971, Limit strains in the processes of stretch forming sheet metal, International Journal of Mechanical Sciences, 13, 19-30.
• Mordike,  B.L.,  T.  Ebert,  2001,  Magnesium properties application - potential, Journal of Materials Science and Engineering, 302(1), 37-45.
• Nguyen, Ba, N., Bapanapalli, Satish, K., 2009, Forming analysis of AZ31 magnesium alloy sheets by means of multistep inverse approach, Journal of Materials and Design, 30, 992-999.
• Norris Jr.,D. M., Reaugh, J. E., Moran, B., Quinones, D.F., 1978, A plastic strain, mean - stress criterion for ductile fracture, Journal of Engineering Materials Technology Transactions ASME, 101,279-286.
• Oh, S.I., Chen, C.C., Kobayashi, S., 1979, Ductile fracture in axisymmetric extrusion and drawing, Journal of Engineering for Industrial - Transactions ASME, 100, 279-286.
• Oyane, M., Sato, T., Okimoto, K., Shima, S., 1980, Criteria for ductile fracture and their applications, Journal of Mechanical Working Technology, 4, 65-81.
• Ren, L.M., Zhang, S.H., Palumbo, G., Sorgente, D., Tricarico, L., 2009, Numerical Simulation on warm deep drawing of magnesium alloy AZ31 sheets, Journal of Science and Engineering, A, 499, 40-44.
• Sih, G.C., 1985, Mechanics and Physics of Strain Energy Density, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 4 (4), 157-173.
• Swift, H.W., 1952, Plastic instability under plane stresses, Journal of the Mechanics of Solids, 1, 1-18.
• Takuda, H., Yoshii, T., Hatta, N., 1999, Finite Element analysis of the formability of a magnesium based alloy AZ31 sheet, Journal of Materials Processing Technology, 89-90, 135-140.
• Yang, Lian-fa, Mori, Ken-ichiro, Tsuji, Hirakazu, 2008, Deformation behaviours of magnesium alloy AZ31 sheet in cold deep drawing, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18(1), 86-91.
• Zhang, S.H., Zhang, K., Xu, Y.C., Wang, Z.T., 2007, Deep drawing of magnesium alloy sheets at warm temperatures, Journal of Materials Processing Technology, 185, 147-151.