AISI 304L Paslanmaz çeliğin sıvama parametrelerinin sonlu elemanlar yöntemiyle belirlenmesi

Sıvama operasyonlarının düşük maliyetli ve istenen ölçü tamlığında gerçekleştirilebilmesi için, işlemeparametrelerinin önceden tespit edilmesinin çok önemli olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, ilerleme hızı,sac malzeme cidar kalınlığı ve devir hızı parametreleri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sonluelemanlar analizlerinden elde edilen iş parçası cidar kalınlıklarıyla deneysel çalışmalar sonucunda eldeedilen numune cidar kalınlıkları kıyaslanmıştır. Deneylerde kullanılan geometriler ve malzemeler sayısal olarak modellenmiş ve simufact forming® yazılımı tarafından üç farklı iş mili hızı ve besleme hızı işlemekoşullarına göre analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarından elde edilen gerilmeler, gerinmeler ve kalınlıkdağılımlarının ilerleme hızı ve devir hızıyla olan ilişkileri incelenmiştir. İlerleme hızının devir hızına oranla iş parçası cidar kalınlığı üzerinde daha belirgin etkisi olduğu görülmüştür. Ayrıca, sıvama kuvvetinin eksenelve radyal bileşenlerinin zamanla değişimi incelenmiştir. Deneysel sonuçlarla sayısal sonuçların birbiriyleuyumlu olduğu belirlenmiştir. Bu sonuca dayanarak, sayısal analizlerin sıvama işleminde ihtiyaç duyulanbaşlangıç parametrelerinin ve ortaya çıkacak nihai iş parçası geometrisinin önceden kestirimindekullanılabileceği gösterilmiştir

Determination of the spinning parameters of AISI 304L stainless steel by using finite element method

It is well known that defining process parameters prior to the metal spinning process is very important dueto obtaining accurate results and manufacturing with low cost. In this study, feed rate, material thickness andspindle speed in a spin forming process were investigated both numerically and experimentally. Materialthickness results from the FEM analysis and from experimental studies were compared. The geometries andmaterials used in the experiments were numerically modeled and analyzed by simufact forming® software according to three different spindle speeds and feed rates processing conditions. The relation of stress, strainand wall thickness variation results of the analyses to the process parameters of feed rate and spindle speedwere examined. The effect of feed rate was more prominent on wall thickness of workpieces rather thanspindle speed. Furthermore, the variation of the axial and radial components of the spinning force over timehas been investigated. Results of experiments and analyses were found in good agreement. Therefore, it wasclearly shown that numerical analyses can be employed for the prediction of required initial parameters andfinal shape of workpiece

PDF

___

1. Zhan M., Yang H., Zhang J.H., Xu Y.L., Ma F., 3D FEM analysis of influence of roller feed rate on forming force and quality of cone spinning, J. Mater. Process. Technol., 187-188, 486-491, 2007.
2. Quigley E., Monaghan J., The finite element modelling of conventional spinning, J. Mat. Process. Technol., 124, 360-365, 2002.
3. Quigley E., Monaghan J., Metal forming: an analysis of spinning processes, J. Mater. Process. Technol, 103, 114-119, 2000.
4. Hua F.A., Yang Y.S., Zhang Y.N., Guo M.H., Tong W.H., Hu Z.Q., Three-dimensional finite element analysis of tube spinning, J. Mater. Process. Technol., 168, 68-74, 2005.
5. Qian B., He Y., Mei Z., Finite element modeling of power spinning of thin-walled shell with hoop inner rib, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 18, 6-13, 2008.
6. Jianguo Y., Makato M., An experimental study on paraxial spinning of one tube end, J. Mater. Process. Technol., 128, 324-329, 2002.
7. Watson M., Long H., Wrinkling failure mechanics in metal spinning, Procedia Eng., 81, 2391-2396, 2014.
8. Wang L., Long H., Ashley D., Roberts M., White P., Effects of Roller Feed Ratio on Wrinkling Failure in Conventional Spinning of a Cylindrical Cup, P. I. Mech. Eng., Part B: J. Eng. Manuf., 225 (11), 1991-2006, 2010.
9. Honarpisheh M., Namazikhah S., Alinaghian I., Numerical and Experimental Investigation of Thickness Variation in the Spinning Process of Al-1060 Alloy, Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, 5 (4), 5-12, 2016.
10. Sugar P., Sugarova J., Petrovic J., Anaysis of the effect of process parameters on part wall thickness variation in conventional metal spinning of Cr-Mn austenitic stainless steels, Stroj. Vestn. J. Mech. E., DOI: 10.5545/sv-jme.2015.2901, 2016.
11. Kong Q., Yu Z., Zhao Y., Wang H., Lin Z., Theoretical prediction of flange wrinkling in first-pass conventional spinning of hemispherical part, J. Mat. Process. Technol., 246, 56-68, 2017.
12. Hayama M., Tago A., The fracture of walls on shear spinning - study on the spinnability of aluminum plates, Bulletin of Faculty of Engineering, Yokohama National University, 17, 93-103, 1968.
13. Kleiner M., Gobel R., Kantz H., Klimmek C., Homberg W. Combined methods for the prediction of dynamic instabilities in sheet metal spinning, CIRP Ann. Manuf. Technol., 51, 209-214, 2002.
14. Zeng R., Ma F., Huang L., Li J., Investigation on spinnability of profiled power spinning of aluminum alloy, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 80, 535-548, 2015.
15. Ahmed K.I., Gadala M.S., El-Sebaie M.G., Deep spinning of sheet metals, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 97, 72-85, 2015.
16. Simufact Forming Version 13.2, Material Manuel, 2012. 17. Quigley E., Monaghan J. Enhanced finite element models of metal spinning, J. Mat. Process. Technol., 121, 43-49, 2002.
18. Awiszus B., Hartel S., Numerical simulation of noncircular spinning: a rotationally non-symmetric spinning process, Prod. Eng. Res. Develop., 5, 605-612, 2011.
19. Wang L., Long H., Investigation of material deformation in multi-pass conventional metal spinning, Mater. and Des. 32, 2891-2899, 2011.
20. Xia Q., Xiao G., Long H., Cheng X., Sheng X., A Review of Process Advancement of Novel Metal Spinning, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 85, 100-121, 2014.
21. Essa K., Hartley P., Numerical simulation of single and dual pass conventional spinning processes, Int. J. Mater. Form., 2, 271-281, 2009.
22. Wang L., Long H., A study of effects of roller path profiles on tool forces and part wall thickness, J. Mater. Process. Technol., 211, 2140-2151, 2011.
23. Jianguo Y., Makato M., Effects of indented feed of roller tool on parallel spinning of circular aluminum tube, J. Mater. Process. Technol., 128, 274-279, 2002.
24. Zhan M., Wang X., Long H., Mechanism of grain refinement of aluminum alloy in shear spinning under different deviation ratios, Mater. and Des., 108, 207- 216, 2016