IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 29, No. 2 (February 2016) 264-273    Article Under Final Proof

downloaded Downloaded: 152   viewed Viewed: 2365

V. Alimirzaloo and V. Modanloo
( Received: November 17, 2015 – Accepted: January 26, 2016 )

Abstract    In most of the sheet forming processes, production of the parts with minimum thickness variation and low required force is important. In this research, minimization of the sheet thinning and forming force in the hydraulic deep drawing process has been studied. Firstly, the process is simulated using the finite element method (FEM) and simulation model is verified using the experimental results. Then the sheet thinning ratio and punch force as objective functions have been modeled using the response surface methodology (RSM). In this model, process parameters such as punch nose radius, die corner radius and maximum fluid pressure are the variables. Required experiments for the RSM were designed using the central composite design method and performed by FEM. Finally, optimum point of the parameters has been obtained by minimization of the objective functions using the desirability function method. In addition to, optimum range of the parameters determined using overlying contour plots. Results show that the response surface models have a good adequacy. According to this model, increasing of punch nose radius and die corner radius, lead to decreasing of thinning ratio and increasing the maximum punch force. Also the maximum punch force increases by increasing the maximum fluid pressure. Optimization results represent reduction of the thinning ratio almost 10% compared with conventional results.


Keywords    Thinning, Optimization, Finite element, Response surface methodology, hydraulic deep drawing


چکیده    در بیشتر فرآیندهای شکل­دهی ورقی، تولید قطعات نهایی با کمترین تغییر ضخامت و نیروی مورد نیاز کم ضروری می­باشد. در این تحقیق، کمینه­سازی نازک­شدگی ورق و نیروی لازم در فرآیند کشش عمیق هیدرولیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا فرآیند با روش اجزای محدود تحلیل شده و با مقایسه نتایج شبیه­سازی با نتایج تجربی، صحت شبیه­سازی تایید شده است. سپس با روش رویه پاسخ، نسبت نازک­شدگی ورق و نیروی سنبه به عنوان توابع پاسخ مدل­سازی شده­اند. در این مدل، پارامترهای فرآیند شامل شعاع گوشه سنبه، شعاع گوشه ماتریس و فشار بیشینه سیال متغیرهای ورودی هستند. بدین منظور با روش طرح ترکیب مرکزي، آزمايش­های لازم طراحي و با روش اجزای محدود تحلیل شده­اند. در پایان با انجام بهينه­سازي چند هدفه با استفاده از روش تابع مطلوبيت بر اساس مدل رویه پاسخ، نقطه بهينه پارامترها بدست آمده و سپس مورد ارزيابي قرار گرفته است. همچنین محدوده بهینه پارامترها نیز با استفاده از روش روی هم قرار دادن نمودارهای کانتوری تعیین شده است. نتايج نشان مي­دهد که رویه­های پاسخ از کفایت خوبی برخوردار می­باشند. طبق این مدل افزايش شعاع گوشه سنبه و شعاع گوشه ماتریس باعث کاهش نسبت نازک­شدگی و افزایش بیشینه نیروی سنبه می­شود. همچنین افزایش فشار بیشینه سیال، باعث افزایش بیشینه نیروی سنبه می­شود. نتایج بهینه­سازی بیانگر كاهش نسبت نازک­شدگی به میزان 10% نسبت به حالت معمولی می­باشد.



1.     Merklein, M. and Rösel, S., "Characterization of a magnetorheological fluid with respect to its suitability for hydroforming", International Journal of Material Forming,  Vol. 3, No. 1, (2010), 283-286.

2.     Koc, M., "Hydroforming for advanced manufacturing, Elsevier,  (2008).

3.     Zhang, S., Wang, Z., Xu, Y., Wang, Z. and Zhou, L., "Recent developments in sheet hydroforming technology", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 151, No. 1, (2004), 237-241.

4.     Salahshoor, M., Gorji, A. and Bakhshi-Jooybari, M., "Investigation of the effects of pressure path and tool parameters in hydrodynamic deep drawing", International Journal of Engineering-Transactions A: Basics,  Vol. 27, No. 7, (2014), 1155-1166.

5.     Pourboghrat, F., Venkatesan, S. and Carsley, J.E., "Ldr and hydroforming limit for deep drawing of aa5754 aluminum sheet", Journal of Manufacturing Processes,  Vol. 15, No. 4, (2013), 600-615.

6.     Gorji, A., Alavi-Hashemi, H., Bakhshi-Jooybari, M., Nourouzi, S. and Hosseinipour, S.J., "Investigation of hydrodynamic deep drawing for conical–cylindrical cups", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,  Vol. 56, No. 9-12, (2011), 915-927.

7.     Salahshoor, M., Gorji, A. and Bakhshi-Jooybari, M., "The study of forming concave-bottom cylindrical parts in hydroforming process", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,  Vol. 79, No. 5-8, (2015), 1139-1151.

8.     Azodi, H., Naeini, H.M., Parsa, M. and Liaghat, G., "Analysis of rupture instability in the hydromechanical deep drawing of cylindrical cups", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,  Vol. 39, No. 7-8, (2008), 734-743.

9.     Lin, J., Zhao, S., Zhang, Z. and Wang, Z., "Deep drawing using a novel hydromechanical tooling", International Journal of Machine Tools and Manufacture,  Vol. 49, No. 1, (2009), 73-80.

10.   Myers, W.R. and Montgomery, D.C., "Response surface methodology", Encycl Biopharm Stat,  Vol. 1, (2003), 858-869.

11.   Alimirzaloo, V., Sadeghi, M. and Biglari, F., "Optimization of the forging of aerofoil blade using the finite element method and fuzzy-pareto based genetic algorithm", Journal of mechanical science and technology,  Vol. 26, No. 6, (2012), 1801-1810.

12.   Modanloo, V., Gorji, A. and Bakhshi-Jooybari, M., "Experimental and numerical investigation of the forming of copper sheet using fluid pressure", in development of civil, architecture, electricity and mechanical engineering, Gorgan, Iran., (2014).

13.   Aue-U-Lan, Y., Ngaile, G. and Altan, T., "Optimizing tube hydroforming using process simulation and experimental verification", Journal of Materials Processing Technology,  Vol. 146, No. 1, (2004), 137-143.

14.   Deb, K., "Multi-objective optimization using evolutionary algorithms, John Wiley & Sons,  Vol. 16,  (2001).340- 352

15.   Candioti, L.V., De Zan, M.M., Camara, M.S. and Goicoechea, H.C., "Experimental design and multiple response optimization. Using the desirability function in analytical methods development", Talanta,  Vol. 124, (2014), 123-138.   

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