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Publication
Analysis of failure in sheet metal stamping
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 26.79 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
In the past, forming dies were developed through a trial-and-error process, where failures were identified and the die shape was subsequently adjusted. With the advent of the Finite Element Method (FEM), this process became more efficient, as FEM could be used to simulate and analyze forming results. Meanwhile, the tightening of automotive emission standards has increased the demand for more suitable materials, leading to stricter safety margins to achieve the desired weight reduction.
In this work, the FEM will be employed to assess whether the failures observed in the industrial cold stamping process could have been predicted. To achieve this, several
tensile tests will be conducted to characterize the material properties of two Ferritic Stainless Steel (FSS), EN 1.4509 and EN 1.4512. Using Digital Image Correlation (DIC),
the anisotropy coefficients will be obtained and used to model the Barlat (1989) and Hill (1948) yield criteria. The Forming Limit Diagram (FLD) will be predicted through
Abspoel and Keeler and Brazier methods. Finally, FEM simulations will be carried out using Ansys Forming software on two different stamped parts. The first part involves
seven forming operations, while the second is limited to only the initial operation. In the first part, an increased tendency for wrinkling is observed near the notches, resulting in a local increase in thickness. In the second part, two of three failures observed in industrial production are successfully reproduced with the default parameters. Subsequently, the
Lankford Ratio is varied by ±10%, which leads to the occurrence of the final failure. This
highlights a strong dependency on the Lankford Ratio.
No passado, as matrizes de estampagem eram desenvolvidos por meio de um processo de tentativa e erro, as falhas eram identificadas e a geometria da matriz era ajustada posteriormente. Com o advento do Método dos Elementos Finitos (FEM), esse processo tornou-se mais eficiente, uma vez que o FEM passou a ser utilizado para simular e analisar os resultados. Paralelamente, a rigorosidade das normas de emissões automotivas aumentou a demanda por materiais adequados levando à adoção de margens de segurança mais rigorosas para atingir o peso desejado. Neste trabalho, o FEM será utilizado para avaliar se as falhas observadas no processo industrial de estampagem a frio poderiam ter sido previstas. Para isso, serão realizados diversos ensaios de tração com o objetivo de caracterizar as propriedades dos materiais de dois aços inoxidáveis ferríticos (FSS), EN 1.4509 e EN 1.4512. Utilizando a Correlação de Imagem Digital (DIC), os coeficientes de anisotropia serão determinados e utilizados na modelação dos critérios de escoamento de Barlat (1989) e Hill (1948). O Diagrama de Limite de Conformação (FLD) será previsto com base nos métodos de Abspoel e Keeler. Por fim, serão realizadas simulações com o software Ansys Forming em duas peças estampadas distintas. A primeira envolve sete operações de conformação, enquanto a segunda se limita apenas à operação inicial. Na primeira peça, observou-se uma tendência aumentada à formação de rugas próximas aos entalhes, resultando em um aumento localizado de espessura. Na segunda peça, duas das três falhas observadas na produção industrial foram reproduzidas com as propriedades padrões. Em seguida, ao variar o coeficiente de Lankford em 10%, ocorreu a falha restante, destacando uma forte dependência da anisotropia na estampagem.
No passado, as matrizes de estampagem eram desenvolvidos por meio de um processo de tentativa e erro, as falhas eram identificadas e a geometria da matriz era ajustada posteriormente. Com o advento do Método dos Elementos Finitos (FEM), esse processo tornou-se mais eficiente, uma vez que o FEM passou a ser utilizado para simular e analisar os resultados. Paralelamente, a rigorosidade das normas de emissões automotivas aumentou a demanda por materiais adequados levando à adoção de margens de segurança mais rigorosas para atingir o peso desejado. Neste trabalho, o FEM será utilizado para avaliar se as falhas observadas no processo industrial de estampagem a frio poderiam ter sido previstas. Para isso, serão realizados diversos ensaios de tração com o objetivo de caracterizar as propriedades dos materiais de dois aços inoxidáveis ferríticos (FSS), EN 1.4509 e EN 1.4512. Utilizando a Correlação de Imagem Digital (DIC), os coeficientes de anisotropia serão determinados e utilizados na modelação dos critérios de escoamento de Barlat (1989) e Hill (1948). O Diagrama de Limite de Conformação (FLD) será previsto com base nos métodos de Abspoel e Keeler. Por fim, serão realizadas simulações com o software Ansys Forming em duas peças estampadas distintas. A primeira envolve sete operações de conformação, enquanto a segunda se limita apenas à operação inicial. Na primeira peça, observou-se uma tendência aumentada à formação de rugas próximas aos entalhes, resultando em um aumento localizado de espessura. Na segunda peça, duas das três falhas observadas na produção industrial foram reproduzidas com as propriedades padrões. Em seguida, ao variar o coeficiente de Lankford em 10%, ocorreu a falha restante, destacando uma forte dependência da anisotropia na estampagem.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Finite Element Method cold stamping tensile tests Ferritic stainless steels Digital image correlation Anisotropy Yield criterion Forming limit diagram