Numeryczna i eksperymentalna analiza procesu kształtowania wytłoczki lotniczej z zastosowaniem stempla sztywnego oraz elastycznego o różnych właściwościach

This paper presents the results of the numerical analysis and experimental research of the forming process of aviation drawpiece made from 0.6 mm thick Inconel 625 sheet metal. First phase of testing was conducted using rigid steel tools for drawpiece forming. Results of conducted simulations show that during rigid tool forming, the middle of the drawpiece losses stability. In consequence, rigid tool forming leads to the formation of unacceptable wrinkles on the drawpiece. Subsequent experimental research confirmed wrinkles of the metal drawpiece in this area. It was assumed that in order to eliminate this negative phenomenon, minor changes in technology and tool construction would have to be made. The drawpiece will be shaped by means of a flexible tool, than re-shaped using rigid tools. In the second phase of the research, tooling design changes have been made. They consisted of replacing the steel punch with a specially designed stamp susceptible for deformation. FEM numerical simulations were performed for flexible punch forming made of polyurethane elastomer with different hardness (50, 70, 85 and 90 Sh A). On their basis, the effect on the mechanical characteristics of the elastomeric drawing process and the formation of wrinkles was shown. They can be effectively eliminated by the use of a punch with hardness of 90 Sh A, which has also been confirmed by experimental research. In addition, the paper presents a comparative analysis of the deformations in selected actual drawpiece areas and in the elastomeric punch with hardness 90 Sh A computer model. The actual drawpiece deformation schedule and the values were determined using photogrammetric system Argus v.6.3., while the computer modeled drawpiece was based on FEM calculations performed in the MARC / Mentat system. In conclusion the difficulties as well as the advantages and disadvantages in determining the deformation of sheet metal parts were indicated using photogrammetric system Argus and FEM.W pracy przedstawiono wyniki analizy numerycznej oraz badań eksperymentalnych procesu kształtowania wytłoczki lotniczej z blachy Inconel 625 o grubości 0,6 mm. Pierwszą fazę badań przeprowadzono dla przypadku kształtowania wytłoczki z zastosowaniem sztywnych stalowych narzędzi. W wyniku przeprowadzonych symulacji tego przypadku wykazano, że podczas kształtowania sztywnymi narzędziami występuje utrata stateczności blachy w środkowym obszarze wytłoczki. W konsekwencji prowadzi ona do powstania niedopuszczalnych pofałdowań blachy widocznych na wytłoczce ukształtowanej za pomocą sztywnych narzędzi. Fałdowanie blachy w tym obszarze wytłoczki potwierdziły także późniejsze badania eksperymentalne. W celu wyeliminowania tego niekorzystnego zjawiska dokonano niewielkich zmian w technologii wytwarzania oraz konstrukcji oprzyrządowania. Założono, że wytłoczka będzie kształtowana za pomocą elastycznego narzędzia, a następnie dotłaczana za pomocą sztywnych narzędzi. Z uwagi na powyższe w drugiej fazie badań dokonano zmiany w konstrukcji oprzyrządowania. Polegała ona na zastąpieniu stempla stalowego stemplem elastycznym o specjalnie zaprojektowanym kształcie. Symulacje numeryczne MES przeprowadzono dla przypadków kształtowania stemplem elastycznym wykonanym z elastomerów poliuretanowych o różnych twardościach (50, 70, 85 i 90 Sh A). Na ich podstawie wykazano wpływ charakterystyki mechanicznej elastomeru na przebieg procesu wytłaczania oraz powstawanie pofałdowań. Można je skutecznie wyeliminować poprzez zastosowanie stempla o twardości 90 Sh A, co zostało potwierdzone również w badaniach eksperymentalnych. Ponadto, w pracy dokonano analizy porównawczej odkształceń w wybranych obszarach wytłoczki rzeczywistej oraz modelowanej dla przypadku kształtowania elastomerowym stemplem o twardości 90 Sh A. Rozkłady i wartości odkształceń na rzeczywistej wytłoczce określano z wykorzystaniem systemu fotogrametrycznego Argus v.6.3. natomiast na wytłoczce modelowej na podstawie obliczeń MES wykonanych w systemie MARC/Mentat. Wskazano na trudności, w zastosowaniu fotogrametrycznego systemu Argus oraz MES przy wyznaczaniu odkształceń na wytłoczkach