Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS C: Aspects Vol. 27, No. 3 (March 2014) 425-430   

downloaded Downloaded: 118   viewed Viewed: 1569

  DEVELOPMENT OF A PREDICTIVE FINITE ELEMENT MODEL FOR INVESTIGATION OF PHASES BEHAVIOR AFTER COLD ROLLING PROCESS
 
A. Basti, S. Sojodi, S. Esmaeili and M. Alitavoli
 
( Received: July 01, 2012 – Accepted: September 14, 2013 )
 
 

Abstract    One of the surface defects that arise in sheet metal working is when the part removes from the die. Since there are no external forces to make this defect, the origin of such fail is known as residual stress. Residual stress can develop in sheet metal forming due to non uniform deformation. In this paper, the workpiece is carbon steel with different volume fractions and arrangement of ferrite and pearlite. Due to different stress-strain curve of each phase, after cold rolling, one phase deforms elastically, whereas the other undergoes on elastic-plastic deformation. On unloading to zero applied stress, this effect can produce residual stress. Therefore, in order to reduce the surface defects in sheet metal forming, an intelligent predictive code using a validated elastic plastic finite element method is generated for a plain strain deformation of cold rolling process. Results obtained show that in regular arrangement of ferrite and pearlite, workpiece microstructure has great influence on the residual stress distribution and by decreasing the width of each strip; the fluctuation of residual stress is reduced. The purpose of this study is developing the state of the art instructions for arrangement of phases after hot rolling process which the total residual stress produced after cold rolling and sheet metal working will be minimized.

 

Keywords    Rolling, Two phase alloy, Surface defect, Elastic-plastic, FEM

 

چکیده    یکی از مراحلی که در فرایندهای شکل­دهی فلزات باعث بوجود آوردن عیوب سطحی در قطعه می­شود، هنگام خروج قطعه از قالب است.از آنجاییکه در این مرحله هیچ­گونه نیرویی از خارج به قطعه اعمال نمی­شود، بنابراین آنچه باعث بوجود آمدن آن می­شودتنش­های پسماند است.در واقع تنش­های پسماند در فرایند­های شکل­دهی باعث تغییر شکل­های غیریکنواخت می­شود. در این مقاله قطعه­کار از جنس فولاد دوفازی با کسر حجمی و آرایش­های مختلف از فریت و پرلیت است. بدلیل روابط تنش-کرنش هر فاز بعد از نورد سرد، در حالیکه یک فاز هنوز در ناحیه الاستیک قرار دارد دیگری دچار تغییر شکل پلاستیک شده است و در هنگام باربرداری از قطعه این اثرات می­توانند سبب بوجود آوردن تنش­های پسماند گردند. بنابراین جهت کاهش این عیوب در ورق­های ناشی از فرایند­های شکل­دهی با استفاده از برنامه­ی المان محدودی که صحت آن در ناحیه الاستیک-پلاستیک به تایید رسیده است به مدلسازی فرایند نورد سرد در حالت کرنش صفحه­ای پرداخته می­شود. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که در آرایش­های منظم از فازهای فریت و پرلیت ساختارهای میکروسکوپی قطعه­کار نقش مهمی را در پخش تنش پسماند داشته و با کاهش عرض این نوارهای فازی نوسانات در تنش­های پسماند نیز کاهش می­یابد. بنابراین هدف از این مطاله ارائه ساختاری از چیدمان فازها بعد از نورد گرم است که در آن تنش پسماند نهایی قطعه کاهش یابد.

References   

1.     Liu, C., Hartley, P., Sturgess, C. and Rowe, G., "Elastic-plastic finite-element modelling of cold rolling of strip", International Journal of Mechanical Sciences,  Vol. 27, No. 7, (1985), 531-541.

2.     Jiang, Z. and Tieu, A., "A simulation of three-dimensional metal rolling processes by rigid–plastic finite element method", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 112, No. 1, (2001), 144-151.

3.     Jiang, Z., Wei, D. and Tieu, A., "Analysis of cold rolling of ultra thin strip", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 209, No. 9, (2009), 4584-4589.

4.     Zhang, S., Zhang, G., Liu, J., Li, C. and Mei, R., "A fast rigid-plastic finite element method for online application in strip rolling", Finite Elements in Analysis and Design,  Vol. 46, No. 12, (2010), 1146-1154.

5.     Mei, R., Changsheng, L. and Liu, X., "A nr–bfgs method for fast rigid-plastic fem in strip rolling", Finite Elements in Analysis and Design,  Vol. 61, No., (2012), 44-49.

6.     Utsunomiya, H., Sutcliffe, M., Shercliff, H. and Miller, D., "Experimental investigation of roughening of the matt surface in pack rolling", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 177, No. 1, (2006), 501-504.

7.     Utsunomiya, H., Sutcliffe, M., Shercliff, H., Bate, P. and Miller, D., "Evolution of matt surface topography in aluminium pack rolling. Part i: Model development", International Journal of Mechanical Sciences,  Vol. 46, No. 9, (2004), 1349-1364.

8.     Tieu, A. and Liu, Y., "Friction variation in the cold-rolling process", Tribology International,  Vol. 37, No. 2, (2004), 177-183.

9.     Obikawa, T., Takemura, Y., Akiyama, Y., Shinozuka, J. and Sasahara, H., "Microscopic phase-dependent residual stresses in the machined surface layer of two-phase alloy", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 209, No. 9, (2009), 4496-4501.

10.   de Araújo Freitas, V. L., Silva, A. A., de Macedo Silva, E., De Albuquerque, V. H. C. and da Silva Tavares, J. M. R., "Microstructural characterization of carbon steels using ultrasonic velocity measurements", in COBEM International Congress of Mechanical Engineering. (2009).

11.   Tan, X., Yan, X.-T., Juster, N. P., Raghunathan, S. and Wang, J., "Dynamic friction model and its application in flat rolling", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 207, No. 1, (2008), 222-234.

12.   Hinton, E. and Owen, D., "Finite elements in plasticity: Theory and practice", Pineridge, Swansea, Wales, (1980).

13.   Basti, A., Esmaeili, S., Sojodi, S. and Alitavoli, M., "Determination of the residual stress in the machined layer of multi phase alloys by considering the prior cold rolling process",  (2012), 51-54





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