IJE TRANSACTIONS C: Aspects Vol. 31, No. 9 (September 2018) 1602-1608    Article in Press

PDF URL: http://www.ije.ir/Vol31/No9/C/17-2900.pdf  
downloaded Downloaded: 14   viewed Viewed: 52

S. M. R Tabatabaei and K. Alasvand Zarasvand
( Received: April 12, 2018 – Accepted in Revised Form: July 25, 2018 )

Abstract    In this work, cold bulge forming of an Aluminium-Magnesium (Al-Mg) sheet with a solid bulging medium is experimentally and numerically performed. Mechanical properties and thickness variations of Al-Mg sheet are evaluated before and after the forming process. The results indicated that the Al-Mg sheet has taken the desired shape without necking using the cold bulge forming process. Also, the experimental results showed significant improvements of 13 and 9.7% in yield and ultimate tensile strengths of Al-Mg sheet after bulge forming. It is proved that the maximum thickness reduction of Al-Mg blank is less than 6% after cold bulge forming. Numerical simulations of cold bulge forming of Al-Mg sheet are conducted using Abaqus finite element software. For this purpose, many numerical models were created and analyzed to investigate the effects of bulge forming speed on the blank thickness variation for different Aluminium alloys. In these simulations, four different speed of 1, 5, 15 and 25 mm/min are used as forming speeds. Numerical results of bulge forming of Al-Mg sheet were compared with experimental measurements and good correlation, less than 2.6% difference at critical zone, was observed between the results. Moreover, obtained results from numerical simulations for different Aluminium alloys showed that the thickness variations of formed Al-Mg sheet are more uniform by reducing the forming speed. Note also that, the less strength of material, the more uniform thickness variation is achievable along longitudinal direction of metal sheet.


Keywords    Cold Bulge Forming, Al-Mg Sheet, Thickness Variations, Numerical, Experimental



در این پژوهش، فرآیند بالج سرد ورق آلیاژی آلومینیوم- منیزیم با استفاده از واسط جامد به صورت تجربی و شبیه‌سازی انجام گردید. خواص مکانیکی و تغییرات ضخامت ورق آلومینیوم-منیزیم قبل و بعد از فرآیند شکل‌دهی محاسبه گردید. نتایج نشان داد که ورق آلومینیوم- منیزیم بدون گلویی شدن با استفاده از فرآیند شکل‌دهی بالج سرد به شکل دلخواه در آمده است. همچنین، نتایج آزمایشگاهی نشان‌دهنده‌ی بهبود قابل توجه 13 و 7/9 درصدی در استحکام تسلیم و استحکام نهایی ورق آلومینیوم-منیزیم بعد از فرآیند بالج می‌باشد. این موضوع اثبات گردید که حداکثر کاهش ضخامت ورق آلومینیوم- منیزیم بعد از شکل‌دهی بالج سرد کمتر از 6 درصد می‌باشد. شبیه‌سازی‌های عددی شکل‌دهی بالج سرد ورق آلومینیوم- منیزیم در نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس انجام گردید. به همین منظور، مدل‌های عددی بسیاری جهت بررسی اثرات سرعت شکل‌دهی بالج بر تغییرات ضخامت ورق برای آلیاژهای آلومینیوم متفاوت ساخته و تحلیل گردید. در این شبیه‌سازی‌ها، چهار سرعت متفاوت 1، 5، 15 و 25 متر بر ثانیه به عنوان سرعت شکل‌دهی استفاده گردید. نتایج شبیه‌سازی شکل‌دهی بالج ورق آلومینیوم-منیزیم با نتایج تست تجربی مقایسه گردید و همخوانی خوبی میان نتایج، تفاوتی کمتر از 6/2 درصد در ناحیه بحرانی، مشاهده شد. علاوه بر این، نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های عددی برای آلیاژهای آلومینیوم متفاوت نشان داد که تغییرات ضخامت ورق آلومینیوم-منیزیم شکل داده شده با کاهش سرعت شکل‌دهی یکنواخت‌تر گردیده است. شایان ذکر است، هرچه استحکام ماده کمتر، تغییرات ضخامت یکنواخت‌تر در راستای طولی ورق فلزی قابل دستیابی می‌باشد.


1. Arab, N., and Nazaryan, E., “Analytical modeling of axi-symmetric sheet metal forming”, International Journal of Engineering, Transactions B: Application,  Vol. 24, No. 1, (2011), 55–63.
2. Oraon, M., and Sharma, V., “Predicting force in single point incremental forming by using artificial neural network”, International Journal of Engineering-Transactions A: Basics,  Vol. 31, No. 1, (2017), 88–95.
3. Hashemolhosseini, H., Foroutan, M., and Farzin, M., “Prediction of Instability in Planar Anisotropic Sheet Metal Forming Processes”, International Journal of Engineering, Transactions B: Application,  Vol. 14, No. 1, (2001), 69–80.
4. Safari, M., "Two point incremental forming of a complicated shape with negative and positive dies",  Iranian Journal of Materials Forming, Vol. 4, No. 2, (2017), 51-61.
5. Safari, M. and Mostaan, H., "Experimental and numerical investigation of laser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature", Alexandria Engineering Journal,  Vol. 55, No. 3, (2016), 1941-1949.
6. Safari, M., Farzin, M. and Mostaan, H., "A novel method for laser forming of two-step bending of a dome shaped part", Iranian Journal of Materials Forming,  Vol. 4, No. 2, (2017), 1-14.
7. Safari, M. and Farzin, M., "Experimental investigation of laser forming of a saddle shape with spiral irradiating scheme", Optics & Laser Technology,  Vol. 66, (2015), 146-150.
8. Mac Donald, B. and Hashmi, M., "Three-dimensional finite element simulation of bulge forming using a solid bulging medium", Finite Elements in Analysis and Design,  Vol. 37, No. 2, (2001), 107-116.
9. Hwang, Y.-M., Lin, Y.-K. and Altan, T., "Evaluation of tubular materials by a hydraulic bulge test", International Journal of Machine Tools and Manufacture,  Vol. 47, No. 2, (2007), 343-351.
10. Boudeau, N. and Malecot, P., "A simplified analytical model for post-processing experimental results from tube bulging test: Theory, experimentations, simulations", International Journal of Mechanical Sciences,  Vol. 65, No. 1, (2012), 1-11.
11. Zhang, Q., Lang, L., Wang, Y. and Sun, Z., "Theoretical investigation on the springback behavior of aa7b04 sheet in hydraulic bulge process", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,  Vol. 87, No. 9-12, (2016), 2861-2871.
12. Tabatabaei, S., Safari, M., Esfahani, R.S., Sichani, A.A. and Moghadam, M.N.P., "Experimental and numerical investigation of cold bulge forming of titanium alloy ti55", World Journal of Mechanics,  Vol. 3, No. 09, (2013), 323-327.
13. Girard, A., Grenier, Y. and Mac Donald, B., "Numerical simulation of axisymmetric tube bulging using a urethane rod", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 172, No. 3, (2006), 346-355.
14. Ramezani, M., Ripin, Z.M. and Ahmad, R., "A static friction model for tube bulge forming using a solid bulging medium", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,  Vol. 43, No. 3-4, (2009), 238-247.
15. Plastics, A.C.D.-o., "Standard test method for tensile properties of plastics, ASTM International,  (2010).
16. Plastics, A.C.D.-o., "Standard test method for compressive properties of rigid plastics, ASTM International,  (2008).

Download PDF 

International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir