Investigation of the Effect of Different Pin Radius in the Multi-Point Deep Drawing Process

Year 2023, , 613 - 623, 15.10.2023

Kaan Emre Engin

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1356257

Abstract

The deep drawing process is one of the most preferred processes in the sheet metal forming industry. Especially when it comes to mass production, it is possible to produce workpieces in the form of containers at low costs. However, the same situation is not valid during the production of products with different dimensions except for mass production, resulting in the process losing its economy to a large extent due to die manufacturing costs. In order to overcome this disadvantage, newer approaches and methods need to be developed. The multi-point deep drawing process is a method that allows deep drawing in different sizes or heights by using height-adjustable pins instead of standard die elements. However, it is also important to investigate the effects of the use of pins, which is a feature of the process. In this study, the effects of different pin end radii (1 mm, 3 mm, 6 mm) on the process were investigated in a multi-point deep drawing die consisting of pins with a length of 87 mm and a diameter of 12 mm. For this purpose, a die set consisting of pins with a radius of 6 mm was first manufactured and experiments were carried out on AISI Al 3003 HX6 aluminum alloy with a thickness of 0.75 mm. Then, the values obtained as a result of the simulations using the finite element method under the same conditions and the values obtained from the experiments were compared. After the consistency between the findings, the stages of the study including the examination of the effect of the pins with 1 mm and 3 mm radius were simulated by the finite element method and analyzes were carried out. As a result, it has been determined that as the values of the pin end radii decrease, the required load value increases due to the increase in the contact surface with the workpiece, and the workpiece ruptures at a lower drawing depth. It has been observed that the best results are obtained when using pins with a radius of 6 mm.

Keywords

Multi-point forming, Deep drawing, Multi-point deep drawing, Pin diameter, AISI Al 3003

Çok Noktalı Derin Çekme Prosesinde Farklı Pim Radyuslarının Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Derin çekme prosesi, metal levha şekillendirme endüstrisinde en çok tercih edilen proseslerden bir tanesidir. Özellikle seri üretim söz konusu olduğunda kap formundaki iş parçalarının düşük maliyetlerle üretilmesi mümkündür. Ancak, aynı durum seri üretim dışında farkı boyutlara sahip ürünlerin imal edilmesi esnasında geçerli olmayıp, kalıp yapım maliyetlerinden kaynaklı olarak prosesin ekonomikliğini büyük ölçüde kaybetmesiyle sonuçlanmaktadır. Bu dezavantajı gidermek amacıyla daha yeni yaklaşımların ve metotların geliştirilmesi gerekmektedir. Çok noktalı derin çekme prosesi standart kalıp elemanları yerine yüksekliği ayarlanabilir pimler kullanılması vasıtasıyla farklı boyutlarda veya yüksekliklerde derin çekme işleminin yapılmasına müsaade eden bir yöntemdir. Ancak prosesin bir özelliği olan pim kullanımının etkilerinin araştırılması da önemlidir. Bu çalışmada 87 mm uzunluğunda, 12 mm çapa sahip pimlerden oluşan çok noktalı derin çekme kalıbında farklı pim uç radyuslarının (1 mm, 3 mm, 6 mm) proses üzerine olan etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla ilk önce 6 mm radyusa sahip pimlerden oluşan bir kalıp seti imal edilmiş ve 0,75 mm kalınlığa sahip AISI Al 3003 HX6 alüminyum alaşım üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Daha sonra aynı koşullar altında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan simülasyonlar sonucunda elde edilen değerler ve deneylerden elde edilen değerler karşılaştırılmıştır. Bulgular arasındaki tutarlılık sağlandıktan sonra çalışmanın 1 mm ve 3 mm radyusa sahip pimlerin etkisinin incelenmesini içeren aşamaları sonlu elemanlar yöntemi ile simüle edilerek, analizler gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak pim uç radyuslarının değerlerinin azaldıkça, iş parçası ile temas eden yüzeyin artmasına bağlı olarak gerekli yük değerinin arttığı ve iş parçasının daha düşük bir çekme derinliğinde yırtıldığı saptanmıştır. En iyi sonuçların 6 mm radyusa sahip pim kullanılması durumunda elde edildiği görülmüştür.

Keywords

Çok noktalı şekillendirme, Derin çekme, Çok noktalı derin çekme, Pim çapı, AISI Al 3003

References

• Beglarzadeh B, Davoodi B. 2016. Numerical simulation and experimental examination of forming defects in multi-point deep drawing process. Mechanics, 22(3):182-189.
• Borchers F, Clausen B, Ehle L.C, Eich M, Epp J, Frerichs F, Hettig M, Klink A, Kohls E, Lu Y, Meyer H, Rommes B, Schneider S, Strunk R, Zielinski T. 2021. The influence of former process steps on changes in hardness, lattice and micro structure of AISI 4140 due to manufacturing processes. Metals, 11(7): 1102.
• Cai ZY, Li MZ. 2005. Finite element simulation of multi-point sheet forming process based on implicit scheme. J. Mater. Process. Technol, 161(3):449–455.
• Engin K.E, Eyercioglu O. 2017. The effect of the thickness-to-die diameter ratio on the sheet metal blanking process. Stroj. Vestn. J. Mech. Eng., 63(9): 501-509.
• Li M, Liu Y, Su S, Li G. 1999. Multi-point forming: A flexible manufacturing method for a 3-d surface sheet. J. Mater. Process. Technol, 87(1-3): 277–280.
• Li MZ, Cai ZY, Sui Z, Yan Q. 2002. Multi-point forming technology for sheet metal. J. Mater. Process. Technol, 129(1-3):333–338.
• Liu C, Li M, Fu W. 2008. Principles and apparatus of multi-point forming for sheet metal. Int. J. Adv. Manuf. Technol, 35: 1227–1233.
• Park C.S, Ku T.W, Kang B.S, Hwang S.M. 2004. Process design and blank modification in the multistage rectangular deep drawing of an extreme aspect ratio. J. Mater. Process. Technol, 153: 778-784.
• Qian ZR, Li MZ, Tan FX. 2007. The analyse on the process of multi-point forming for dish head. J. Mater. Process. Technol, 187:471–475.
• Tandoğan M, Eyercioğlu Ö, Dülger M. 2020. Principles and finite element simulation of multi-point forming technology for sheet metal. TIJMET, 3(2): 120-130.
• Tandogan M, Eyercioglu O, Engin KE. 2023. Experimental and numerical investigation on effects of pin diameter on multi-point forming. Processes, 11(2):387.
• Yaşar M, Korkmaz Z, Gavas M. 2007. Forming sheet metals by means of multi-point deep drawing method. Mater. Des. 28(10): 2647-2653.
• Zareh-Desari B, Davoodi B, Vedaei-Sabegh A. 2017. Investigation of deep drawing concept of multi-point forming process in terms of prevalent defects. Int. J. Mater. Form., 10: 193-203.
• Zhu L, Liang Q, Yu TX, Yuan P, Hu Y. 2019. Experimental and theoretical study of constant curvature multi-square punch forming process of strips under follower load. Int. J. Mech. Sci., 156: 462-473.