Efecto de la evolución de la superficie de fluencia en la predicción del defecto de formación de orejas

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.3989/revmetalm.235

Palabras clave:

Embutición de copa, Endurecimiento cinemático, Formación de orejas, Modelado por elementos finitos, Plasticidad

Resumen


Aunque la predicción del defecto de formación de orejas en el proceso de embutición de copas está considerablemente relacionada con la forma de la superficie de fluencia, la evolución de la superficie de fluencia también es esencial para la forma final de la oreja. El problema de doblado-desdoblado es un tema fundamental que se produce en los hombros de la matriz y el punzón. Dado que el límite elástico depende de la trayectoria de carga en las cargas inversas, los modelos de endurecimiento convencionales utilizados en las condiciones de carga monótona producen resultados inexactos para predecir el perfil final de la oreja, por lo que debería incorporarse un modelo de endurecimiento cinemático a las ecuaciones constitutivas. Este estudio aclara el efecto de la evolución de la superficie de fluencia que implica la expansión y la traslación simultáneamente en la formación de las orejas. Se empleó una función de fluencia polinómica de sexto orden para caracterizar con precisión la forma de la superficie de fluencia, mientras que se implementó un modelo combinado de endurecimiento isotrópico-cinemático para representar la evolución de la superficie de fluencia. La traslación de la posición de la superficie de fluencia se definió mediante el modelo de endurecimiento Armstrong-Frederic. Las respuestas fuerza-impacto del punzón y los perfiles con forma de oreja se predijeron mediante el modelo de plasticidad implementado en Marc utilizando la subrutina de usuario Hypela2 y se compararon con los resultados experimentales. La hipótesis de endurecimiento combinado produjo un aumento de la altura media de la copa en comparación con la hipótesis de endurecimiento isótropo. Además, el HomPol6 junto con el endurecimiento combinado mostró una mejor concordancia con los resultados experimentales.

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Citas

Armstrong, P.J., Frederic, C.O. (1966). A mathematical representation of the multiaxial Bauschinger effect. Central Electricity Generating Board, Report RD/B/N 731.

Besseling, J.F. (1958). A theory of plastic and creep deformations of an initially isotropic material Showing Anisotropic Strain-Hardening, Creep Recovery, and Secondary Creep. J. Appl. Mech. 25 (4), 529-536. https://doi.org/10.1115/1.4011867

Brabie, G., Costache, E.M., Nanu, N., Chirita, B. (2013). Prediction and minimisation of sheet thickness variation during deep drawing of micro/milli parts. Int. J. Mech. Sci. 68, 277-290. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2013.01.028

Chaboche, J.L., Rousselier, G. (1983). On the plastic and viscoplastic constitutive equations-Part I: rules developed with internal variable concept. J. Press. Vessel Technol. 105 (2), 153-158. https://doi.org/10.1115/1.3264257

Chung, K., Shah, K. (1992). Finite element simulation of sheet metal forming for planar anisotropic metals. Int. J. Plast. 8 (4), 453-476. https://doi.org/10.1016/0749-6419(92)90059-L

Cruz-Gonzalez, C., Vargas-Arista, B., León-Mendez I., Guzmán-Flores I. (2022). On the application of the forming limit diagrams for quality control of blanks for wheelbarrow of ASTM A1008 carbon steel. Rev. Metal. 58 (2), e218. https://doi.org/10.3989/revmetalm.218

Dafalias, Y.F., Popov, E.F. (1976). Plastic internal variables formalism of cyclic plasticity. J. Appl. Mech. 43 (4), 645-651. https://doi.org/10.1115/1.3423948

Firat, M. (2007). U-channel forming analysis with an emphasis on springback deformation. Mater. Des. 28 (1), 147-154. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2005.05.008

Firat, M. (2008). A numerical analysis of sheet metal formability for automotive stamping applications. Comput. Mater. Sci. 43 (4), 802-811. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.01.068

Firat, M., Kaftanoğlu, B., Eser, O. (2008). Sheet metal forming analyses with an emphasis on the springback deformation. J. Mater. Process. Technol. 196 (1-3), 135-148. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.05.029

Gotoh, M. (1977). A theory of plastic anisotropy based on a yield function of fourth order (plane stress state). In. J. Mech. Sci. 19 (9), 505-512. https://doi.org/10.1016/0020-7403(77)90043-1

Grilo, T.J., Valente, R.A.F., Alves de Souza, R.J. (2015). Modelling non-quadratic anisotropic yield criteria and mixed isotropic-nonlinear kinematic hardening: analysis of forward and backward-Euler formulations. Int. J. Mater. Form. 8, 533-547. https://doi.org/10.1007/s12289-014-1176-9

Habraken, A.M., Aksen, T.A., Alves, J.L., Amaral, R.L., Betaieb, E., Chandola, N., Corallo, L., et al. (2022). Analysis of ESAFORM 2021 cup drawing benchmark of an Al alloy, critical factors for accuracy and efficiency of FE simulations. Int. J. Mater. Form. 15, 61. https://doi.org/10.1007/s12289-022-01672-w PMid:35855077 PMCid:PMC9284507

ISO 16842 (2014). Metallic materials - Sheet and strip - Biaxial tensile testing method using a cruciform test piece. Norma ISO.

Izadpanah, S., Ghaderi, S.H., Gerdooei, M. (2016). Material parameters identification procedure for BBC2003 yield criterion and earing prediction in deep drawing. Int. J. Mech. Sci. 115-116, 552-563. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.07.036

Kuwabara, T., Mori, T., Asano, M., Hakoyama, T., Barlat F. (2017). Material modeling of 6016-O and 6016-T4 aluminum alloy sheets and application to hole expansion forming simulation. Int. J. Plast. 93, 164-186. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2016.10.002

Marc, MSC. (2018a). Volume A: Theory and User Information. MARC Analysis Research Corporation, USA.

Marc, MSC. (2018b). Volume B: Element library. MSC. Software Corporation, USA.

Mendiguren, J., Rolfe, B., Weiss, M. (2015). On the definition of an kinematic hardening effect graph for sheet metal forming process simulations. Int. J. Mech. Sci. 92, 109-120. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2014.12.005

Mróz, Z. (1967). On the description of anisotropic workhardening. J. Mech. Phys. Solids. 15 (3), 163-175. https://doi.org/10.1016/0022-5096(67)90030-0

Ohno, N., Wang, J.-D. (1993). Kinematic hardening rules with critical state of dynamic recovery. Part 1: Formulations and basic features for ratcheting behavior. Int. J. Plast. 9 (3), 375-390. https://doi.org/10.1016/0749-6419(93)90042-O

Okkan, U., Serbeş, Z.A., Gedik, N. (2018). MATLAB ile Levenberg-Marquardt algoritması tabanlı YSA uygulaması: Aylık yağış-akış modellemesi. Dicle Univ. J. Eng. 9, 351-362. https://dergipark.org.tr/tr/pub/dumf/issue/36316/412696.

Park, T., Chung, K. (2012). Non-associated flow rule with symmetric stiffness modulus for isotropic-kinematic hardening and its application for earing in circular cup drawing. Int. J. Solids. Struct. 49 (25), 3582-3593. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.02.015

Paul, S.K., Sivaprasad, S., Dhar, S., Tarafder, M., Tarafder, S. (2010). Simulation of cyclic plastic deformation response in SA333 C-Mn steel by a kinematic hardening model. Comput. Mater. Sci. 48 (3), 662-671. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2010.02.037

Prager, W. (1956). A new method of analyzing stresses and strains in work-hardening plastic solids. J. Appl. Mech. 23 (4), 493-496. https://doi.org/10.1115/1.4011389

Sapna, S., Tamilarasi, A., Kumar, M.P. (2012). Backpropagation learning algorithm based on Levenberg Marquardt algorithm. Comput. Sci. Inf. Technol. 393-398. https://doi.org/10.5121/csit.2012.2438

Singh, S., Basak, S., Prakash, L., Roy, G.G., Jha, M.N., Mascarenhas, M., Panda, S.K. (2018). Prediction of earing defect and deep drawing behavior of commercially pure titanium sheets using CPB06 anisotropy yield theory. J. Manuf. Process. 33, 256-267. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.05.003

Soare, S.C. (2007). On the Use of Homogeneous Polynomials to Develop Anisotropic Yield Functions with Applications to Sheet Forming. PhD Thesis, University of Florida, Florida, USA.

Soare, S.C., Yoon, J.W., Cazacu, O. (2008). On the use of homogeneous polynomials to develop anisotropic yield functions with applications to sheet forming. Int. J. Plast. 24 (6), 915-944. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.07.016

Taherizadeh, A. (2010). Numerical simulation of sheet metal forming using non-sssociated flow rule and mixed isotropic-nonlinear kinematic hardening model. Doctoral Thesis, University of Windsor, Ontario, Canada.

Taherizadeh, A., Green, D.E., Ghaei, A., Yoon, J.W. (2010). A non-associated constitutive model with mixed iso-kinematic hardening for finite element simulation of sheet metal forming. Int. J. Plast. 26 (2), 288-309. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2009.07.003

Taherizadeh, A., Green, D.E., Yoon, J.W. (2015). A non-associated plasticity model with anisotropic and nonlinear kinematic hardening for simulation of sheet metal forming. Int. J. Solids Struct. 69-70, 370-382. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.05.013

Taşdemir, V. (2022). Finite element analysis of the springback behavior after V bending process of sheet materials obtained by differential speed rolling (DSR) method. Rev. Metal. 58 (2), e219. https://doi.org/10.3989/revmetalm.219

Vladimirov, I.N., Schwarze, M., Reese, S. (2010). Earing prediction by a finite strain multiplicative formulation for anisotropic elastoplastic materials. GAMM Mitt. 33 (1), 116-129. https://doi.org/10.1002/gamm.201010009

Yoon, J.W., Barlat, F., Chung, K., Pourboghrat, F., Yang, D.Y. (1998). Influence of initial back stress on the earing prediction of drawn cups for planar anisotropic aluminum sheets. J. Mater. Process. Technol. 80-81, 433-437. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(98)00148-4

Yoon, J.W., Barlat, F., Chung, K., Pourboghrat, F., Yang, D.Y. (2000). Earing predictions based on asymmetric nonquadratic yield function. Int. J. Plast. 16 (9), 1075-1104. https://doi.org/10.1016/S0749-6419(99)00086-8

Yoon, J.W., Barlat, F., Dick, R.E., Karabin, M.E. (2006). Prediction of six or eight ears in a drawn cup based on a new anisotropic yield function. Int. J. Plast. 22 (1), 174-193. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2005.03.013

Yoon, J.H., Cazacu, O., Yoon, J.W., Dick, R.E. (2010). Earing predictions for strongly textured aluminum sheets. Int. J. Mech. Sci. 52 (12), 1563-1578. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2010.07.005

Zang, S.L., Guo, C., Thuillier, S., Lee, M.G. (2011). A model of one surface cyclic plasticity and its application to springback prediction. Int. J. Mech. Sci. 53 (6), 425-435. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2011.03.005

Zhang, S., Lu, Y., Shen, Z., Zhou, C., Lou, Y. (2019). Prediction of ductile fracture for Al6016-T4 with a ductile fracture criterion: Experiment and simulation. Int. J. Damage Mech. 29 (8), 1-23. https://doi.org/10.1177/1056789519865771

Ziegler, H.A. (1959). A modification of Prager's hardening rule. Q. Appl. Math. 17 (1), 55-65. http://www.jstor.org/stable/43634629. https://doi.org/10.1090/qam/104405

Publicado

2023-04-27

Cómo citar

Akşen, T. A. ., & Firat, M. . (2023). Efecto de la evolución de la superficie de fluencia en la predicción del defecto de formación de orejas. Revista De Metalurgia, 59(1), e235. https://doi.org/10.3989/revmetalm.235

Número

Sección

Artículos