Increasing metal utilization by improved drawbead design in deep drawing operations

Abstract

The deep drawing process is a commonly used forming process in several branches of industry such as the automotive industry, aircraft industry and the household appliances industry. Deep drawing tools are used to produce very large numbers of identical parts. Therefore, even small inefficiencies in metal utilization per part can cause very large amounts of wasted material over a deep drawing tool's life. Drawbeads are commonly used in deep drawing processes to control the flow of the sheet metal into the die cavity. Use of drawbeads increases the amount of scrap metal in deep drawing operations. The primary motivation behind this thesis is to decrease the amount of scrap metal which is produced by the use of drawbeads, and therefore increase the metal utilization in deep drawing processes. In this thesis, two different improved drawbeads are designed to increase the metal utilization in deep drawing operations. This study focuses on the drawbead restraining force generated from the improved drawbeads. 2D and 3D simulations were carried out for the analyses. In the simulations, commercial software programs ABAQUS/Standard and AutoForm were used. An experimental setup was built for the verification of the simulations and the results obtained by numerical simulations are compared with experimental results. DC04 and DP600 steels were used for the simulations and experiments. Comparison of the experimental and simulation results showed good agreement. The results of the simulations and the experiments indicate that, for the selected operations, the conventional drawbead can be replaced by the improved drawbeads, and therefore metal utilization of the process can be increased.

Derin çekme işlemi otomotiv, havacılık ve ev eşyalarının üretildiği sanayi kuruluşlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Derin çekme kalıpları aynı parçanın yüksek miktarlarda üretilmesi için kullanılır. Bu nedenle, her bir parçanın üretimi için malzeme kullanım oranındaki azalmalar, derin çekme kalıbının ömrü boyunca, çok yüksek miktarlarda malzeme israfı yapılmasına yol açmaktadır. Süzdürme çubukları derin çekme işlemlerinde yaygın olarak kullanılan ve sacın kalıp içine akışını düzenleyen yerel kontrol mekanizmalarıdır. Süzdürme çubuklarının kullanımı, derin çekme işlemi sonucu oluşan hurda miktarının artmasına sebep olur. Bu tez çalışmasının amacı, derin çekme işlemlerinde süzdürme çubuklarının kullanılması nedeniyle oluşan hurda miktarının azaltılmasını sağlamak ve böylece derin çekme işleminin malzeme kullanım oranını arttırmaktır. Bu çalışmada, malzeme kullanım oranını arttırmak için iki farklı gelişmiş süzdürme çubuğu geometrileri tasarlanmıştır. Gelişmiş süzdürme çubukları tarafından sağlanan süzdürme çubuğu frenleme kuvvetleri iki ve üç boyutlu simülasyonlar ile analiz edilmiştir. Simülasyonlarda ABAQUS/Standard ve AutoForm yazılımları kullanılmıştır. Simülasyonların sonuçlarını doğrulamak için bir deney düzeneği kurulmuş ve deney sonuçlarıyla simülasyon sonuçları kıyaslanmıştır. Deneylerde ve simülasyonlarda DP600 ve DC04 çelikleri kullanılmıştır. Deney sonuçları ve simülasyon sonuçları, gelişmiş süzdürme çubuklarının belirli uygulamalarda kullanılarak malzeme kullanım oranının arttırılabileceğini göstermiştir.