Study on convex flanges formability of AA2024-O aluminum alloy sheets on hydroforming process

O processo sheet hydroform, ou hidroconformação de chapas, é realizado por meio de uma prensa composta por uma membrana de borracha, preenchido com um fluido hidráulico cuja função é atuar como uma matriz, exercendo esforços sobre uma chapa de metal (blank), que é então empurrada contra um punção rígido, fazendo-o adquirir o formato deste. Embora este processo seja amplamente utilizado para a produção de pequenos lotes de peças metálicas de formato complexo e de espessura reduzida, ele exige habilidades de quem o define, pois se por um lado pode ser visto como simples por empregar apenas um molde maciço, por outro, a ausência de um sistema macho-fêmea capaz de garantir um completo travamento do blank pode ser encarado como um problema por permitir movimentos indesejados do material, que muitas vezes resultam na formação de rugas ou outros defeitos. Baseando-se nesses conceitos, o propósito deste trabalho foi o de mapear, por meio de simulações e ensaios práticos, a conformabilidade de abas convexas da liga de alumínio AA2024-0 de quatro espessuras quando submetidas a diferentes combinações de raio de curvatura e comprimento de aba. Deste modo, foi possível definir quais combinações destes parâmetros possibilitam a obtenção de componentes conformados adequadamente, isentos de rugas e outros defeitos macroscópicos, e ainda, quais condições levam à formação de irregularidades na aba conformada acima do limite preestabelecido, exigindo o emprego de prensa-chapas especiais, também conhecidos como dams, capazes de evitar a ocorrência de tais desvios. Com base nos resultados obtidos pode-se constatar que a ocorrência de rugas está associada principalmente à altura da aba conformada e não se altera significativamente quando a espessura do blank é modificada. Além disso, foi possível notar que raios de curvaturas maiores proporcionam menores valores de deformação compressiva na região conformada, permitindo obter abas mais altas e sem rugas.Hydroform, or sheet metal fluid forming, is performed using a fluid cell press, in which the hydraulic fluid acts on the metallic blank pushing it against the male tool, acquiring its geometry. It is widely employed to manufacture small batches of complex and low thick components. If by one point of view it can be seen as simple, involving just a single rigid block as tool, by the other hand the absence of a rigid punch in certain cases can be a limitation, since it may allow the blank to move incorrectly during the process, causing wrinkles or other macro defects. Based on this limitation, the aim of this study was to define, using computational simulations and practical tests, the shrink flange formability limit of four different thickness aluminum alloy sheets when submitted to different combinations of curvature radius and flange length. As result, it could be seen which combinations can lead the material to be formed properly and which may cause failures, requiring special blank holders, known as dams, to avoid this problems. Based on the results, it can be verified that wrinkles nucleation is mainly associated with flange height and it does not change significantly when using blanks with different thicknesses. Furthermore, it could be noted that bigger curvature radius implies in smaller compressive strain on formed region, allowing to obtain higher flanges without wrinkles in these conditions