The use of magnesium alloys meets the need of reducing weight of componests(especially in automotive and aerospace industry) keeping unmodified their mechanical properties. The adoption of magnesium alloys in sheet forming processes is still limited, due to their low formability at room temperature caused by the hexagonal crystal structure. In this study, the authors aim to understand the process condition which can lead to a successful improvement in the formability of a magnesium alloy(AZ31). Experiment and simulations of deep drawing were doned at various warm temperature for the blank and tool(holde and die)while the punch was kept at room temperature by cooling wale. in order to confirm that the deep drawing performance of magnesium alloy can be considerably enhanced with using the local heating and cooling technique.
In this study, the experiments of warm deep drawing were done with heated die, and with heated die and cooled punch in order to investigate the formability of ZA31 magnesium sheet alloy of warm deep drawing. For this, warm deep drawing experiments were executed under various temperature, punch velocity and blankholder force. The results of warm deep drawing with heated die showed that fracture occurred punch part at punch velocity of 75mm/min and punch stroke of 10mm under temperature of $100^{\circ}C\~250^{\circ}C$, but did not occure under temperature of $275^{\circ}C\~400^{\circ}C$. And fracture at punch stroke of 25mm did not occurre at punch part under punch velocity of 30mm/min and $250^{\circ}C$, but occured under punch velocity of 75 and 125 mm/min. Also the results of warm deep drawing with heated die and cooled punch showed that the temperature happening maximum height under punch velocity of 10-100mm/min was $225-250^{\circ}C$. And necking occurred at punch shoulder under $20\~150^{\circ}C$, but at die wall under $200\~300^{\circ}C$.
The purpose of this study is to confirm the improvement of formability of AZ31 magnesium alloy sheet by using local heating and cooling technique. For this, the experiments of warm deep drawing were done under the temperatures of $100^{\circ}C\~400^{\circ}C$, and the punch velocity of 10, 100mm/min. Also FE analysis under the temperatures of blankholder and die of $150^{\circ}C,\;225^{\circ}C\;and\;300^{\circ}C$ for tools(holder and die) was executed with considering heat teansfer. From the results, the formability of AZ31 magnesium alloy, espicially the temperatures of $225^{\circ}C\~250^{\circ}C$ for tools(holder and die)improved remarkably. And the experiments and simulations showed that necking under room temperature for tools occured under the part of punch shoulder while at $300^{\circ}C$ for tools, at the part of die shoulder.
Magnesium alloy sheets are usually formed at temperatures between $150^{\circ}C$and $300^{\circ}C$ because of their poor formability at room temperature. In the present study, the formability of AZ31B magnesium alloy sheets was investigated by the analytical and experimental approaches. First, tensile tests and the limit dome height test were carried out at elevated temperatures to get the mechanical properties and forming limit diagram, respectively. And then deep drawing of cross shaped die was tried to get the minimum corner radius and forming limit at specific temperature. Blank shape, punch velocity, minimum corner radius, fillet size, etc, were determined by finite element analysis physical try-outs. Especially, optimum punch and die temperature were suggested through the temperature-deformation analysis using Pam-stamp.
In this study, the failure in circular cup deep drawing simulation at warm temperature is predicted using forming limit diagram (FLD). The FLD is used in sheet metal forming analysis to determine the criterion for fracture prediction. The simulation with heat transfer of circular cup deep drawing at warm temperature was conducted. To predict the failure, the simulation with heat transfer used FLD at temperature in the vicinity of maximum thinning. The result of the simulation with heat transfer shows that the drawn depth increases with increasing temperature and is in accord with the experimental results above $150^{\circ}C$. The FLD provides a good guide for the failure prediction of warm forming simulation with heat transfer.
Forming Limit Diagram(FLD) is a representative tool for evaluating formability of sheet metals. This paper presents a methodology to determine the FLD using Finite Element Method. For predicting the forming limits numerically. Previous methods such as using the thickness strain or the ductile fracture criterion are limited at plane strain domain. These results suggest that behavior of the void growth in sheet metals is different from real one. In contrast to previous methods, a more exact model which takes void growth into account is used. This result agrees with the experimental result qualitatively.
The warm drawing of magnesium alloy AZ31B sheet is affected by temperature because tensile elongation is changed due to the elevated temperature. In the current study, the effect of temperature was investigated for an automotive dash panel part by both experimental and FE analysis. Tensile tests were performed to obtain mechanical properties for various temperatures. AZ31B alloy sheet shows increased total elongation with increasing deformation temperature in the range of 200 to 300℃. The heating channel inserted into the die was used to regulate and to obtain an optimal temperature. A temperature controller was constructed to reduce temperature variation. Warm drawing of magnesium alloy AZ31B was performed to produce the desired shape of the lightweight automotive dash panel. The simulated results showed good agreement with the experimental results.
The drawability of AZ31B magnesium sheet is estimated at various temperatures (200, 250, 300, 350 and $400^{\circ}C$), and forming speed (20, 50, 100 mm/min), thickness (0.5, 0.8, 1.0, 1.4 mm). The deep drawing process of circular cup and square cup were used in forming experiments. Experimental and FEM analysis are performed to investigate drawability and affection of controlled blank holding force. Through the controlled blank holding force, drawability was improved. This result is verified by FEM analysis. Through the observation of microstructure, the main cause is investigated as a quantity of the dynamic recrystallization.
Due to the low densities and high specific strength and stiffness, magnesium alloy sheets are very attractive lightweight materials for automotive and electrical products. However, the magnesium alloy sheets should be usually formed at elevated temperature because of their poor formability at room temperature. For the use of the magnesium alloy sheets for an industrial, their mechanical properties at elevated temperature and appropriate forming process conditions have to be developed. In this study, non-isothermal simulation of a square cup drawing of magnesium alloy sheets have been conducted to evaluate a proper forming process conditions such as the tool temperature, the tool shoulder radius, friction between the blank and the tools. According to this study, appropriate forming process conditions of square cup drawing at elevated temperature from magnesium alloy sheets are suggested.
The effect of temperature on the forming limit diagram was investigated for AZ31B magnesium alloy sheet through the limit dome height test in the range from room temperature to $300^{\circ}C$. The formability of AZ31B sheet was improved significantly according to the increasing temperature. Also we studied the springback characteristics through the 2D draw bending test with different blank holding forces at elevated temperatures. Springback quantity was considerably reduced as temperature went up. The blank holding force in the range used, however, had little influence on springback. Experimental results obtained in this study may provide a material database for AZ31B sheet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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