ANALYSIS OF THE PUNCHING PROCESS OF AZ31 MG ALLOY SHEET WITH EXPERIMENTAL AND SIMULATION STUDIES

Abstract

ABSTRACT

AZ31 magnesium alloy is a widely-used aluminium-magnesium alloy in the aerospace industry to produce flat components. Punch punching is one of the most common processes used in automobile manufacturing; However, it is an essential and straightforward procedure in terms of business. It is necessary for high-quality products and helps manufacture high-quality and complex products. That is why researchers have conducted many studies on it. Some factors such as punching clearance, punching force, punching speed, empty holder force, and punching tip geometry are the basic parameters that determine the punching product quality. The punching tip shape is the most critical component, significantly affecting the cutting force.

This thesis investigates the punch ability of AZ31 magnesium sheets using different punch bits under standard conditions. If we take a closer look, the punching process uses various punch ends. This thesis discusses the part failure analysis and punch-shape evaluation, which are significant for cutting and punch quality. For this research, we created a simplified simulation model for experimentation using a digital-to-analogue converter, which primarily transmits the amplified signal to the computer. Three different punch heads were used (0, R, and 16). This research shows that punching force is much higher when we perform punching using a punch with the angular opening of P1 as compared to P2 and P3 punches.

This study examined the punching surfaces formed due to experimental studies with the help of a digital microscope and Scanning Electron Microscope (SEM). P1 produced higher quality punched holes and attained burr heights just in 1.08s. The original profile of the cutting edge remained suitable for high-quality holes, which is evident from ignorable weight loss. Through 3D simulation, the researcher determined the critical damage constant for Mg AZ31 alloy. Three punches were P1, P2, and P3 with geometrical compressions P1, P2, and P3.

Flat and P3 punches created the most uniform cutting surfaces. Correspondingly, we observed the lowest punching forces from the P3 punch. Experimental and finite element analyses show that punching forces decrease because of the surface cutting angle in P1, P2, and P3 punches. Different punch geometries affect the stress distribution and fracture formation on the workpiece. It is a fact that punch tip surface area affects the punch force with fewer time limitations. The three punching experiments, including P1, P2, and P3, were performed using the finite element method. The reference force values matched the force values obtained from the experimental techniques. P1 (0) showed a good cutting surface and no damage; P1 showed better performance than P2. Punching experiments with three different geometries showed that the highest punch force occurred in the P1(0) punch experiments. In contrast, the lowest punch forces occurred in the experiments with the P3 punch.

ÖZET

AZ31 magnezyum alaşımı, havacılık endüstrisinde yassı bileşenler üretmek için yaygın olarak kullanılan bir alüminyum-magnezyum alaşımıdır. Punch delme, otomobil üretiminde kullanılan en yaygın işlemlerden biridir, ancak iş açısından temel ve basit bir prosedür olmasına rağmen, yüksek kaliteli ürünler için gereklidir ve yüksek kaliteli ve karmaşık ürünlerin üretilmesine yardımcı olur. Bu nedenle araştırmacılar bu konuda birçok çalışma yapmışlardır. Delme boşluğu, delme kuvveti, delme hızı, boş tutucu kuvveti ve delme ucu geometrisi gibi bazı faktörler, delme ürün kalitesini belirleyen temel parametrelerdir. Delme ucunun şekli, kesme kuvvetini önemli ölçüde etkileyen en kritik bileşendir.

Bu tez, standart koşullar altında farklı zımba uçları kullanan AZ31 magnezyum levhaların zımbalama kabiliyetini araştırmaktadır. Daha yakından bakarsak, zımbalama işlemi çeşitli zımba uçları kullanır. Bu tez, kesme ve zımba kalitesi için önemli olan parça arıza analizi ve zımba şekli değerlendirmesini tartışır. Bu araştırma için, öncelikle güçlendirilmiş sinyali bilgisayara ileten bir dijital-analog dönüştürücü kullanarak deney için basitleştirilmiş bir simülasyon modeli oluşturduk. Zımbalama işleminde üç farklı zımba kafası (0, R ve 16) kullanılmıştır. Bu araştırma, P1'in açısal açıklığına sahip bir zımba kullanarak zımbalama yaptığımızda zımbalama kuvvetinin P2 ve P3 zımbalara kıyasla çok daha yüksek olduğunu göstermektedir.

Bu çalışmada ayrıca dijital mikroskop ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) yardımıyla deneysel çalışmalar sonucunda oluşturulan delme yüzeyleri incelenmiştir. Sonuçlar, P1'in daha yüksek kalitede zımbalanmış delikler ürettiğini ve sadece 1.08 saniyede çapak yüksekliklerine ulaştığını gösterdi. Kesici kenarın orijinal profili, yüksek kaliteli delikler için uygun kaldı. Araştırma, 3D simülasyon yoluyla Mg AZ31 alaşımı için kritik hasar sabitini tanımladı. Üç zımba, sırasıyla P1, P2 ve P3 geometrik sıkıştırma seviyelerine sahip P1, P2 ve P3 idi. Düz ve P3 zımbalar, en düzgün kesme yüzeylerini oluşturdu. Buna uygun olarak, P3 zımbadan en düşük zımbalama kuvvetlerini gözlemledik. Deneysel ve sonlu eleman analizleri de P1, P2 ve P3 zımbalarda yüzey kesme açısı nedeniyle zımbalama kuvvetlerinin sırasıyla azaldığını göstermektedir. Farklı zımba geometrileri, iş parçası üzerindeki gerilim dağılımını ve kırılma oluşumunu etkiler. Zımba ucu yüzey alanının daha az zaman sınırlaması ile zımba kuvvetini etkilediği bir gerçektir. P1, P2 ve P3 dahil olmak üzere üç delme deneyi, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Referans kuvvet değerleri, deneysel tekniklerden elde edilen kuvvet değerleriyle eşleşti. P1 (0) iyi bir kesme yüzeyi gösterdi ve hasar yok; P1, P2'den daha iyi performans gösterdi.