بررسی تجربی و عددی شکل‌پذیری فرآیند کشش عمیق ورق‌های آلومینیومی تقویت‌شده با توری فولاد ضدزنگ 304

حدادی, الیاس; جعفرزاده, حسین; شاملی, محرم

doi:10.48301/kssa.2026.546912.3310

بررسی تجربی و عددی شکل‌پذیری فرآیند کشش عمیق ورق‌های آلومینیومی تقویت‌شده با توری فولاد ضدزنگ 304

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

الیاس حدادی ¹

حسین جعفرزاده ²

محرم شاملی ³

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

² گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

³ پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران

10.48301/kssa.2026.546912.3310

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی شکل‌پذیری ورق‌های چندلایه در فرایند کشش عمیق می‌باشد. ورق‌های سه‌لایه شامل ترکیب آلومینیوم ۱۰۵۰، توری فولاد ضدزنگ ۳۰۴ و مجدداً آلومینیوم ۱۰۵۰ بودند که به‌روش نورد تولید شدند. این ساختار سه‌لایه با هدف افزایش حد نسبت کشش و بهبود قابلیت شکل‌دهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های تجربی در شرایط استفاده از روانکار و بر روی ورق‌های بازپخت‌شده در دماهای ۲۵۰ و ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام گرفت تا تأثیر دما و روانکاری بر عمق نهایی کشش و کیفیت قطعه بررسی شود. در کنار آزمایش‌های تجربی، شبیه‌سازی عددی فرایند کشش عمیق نیز با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS 6.14 انجام شد. هدف از شبیه‌سازی، پیش‌بینی عمق نهایی فنجانی‌شکل و تحلیل توزیع تنش و تغییر شکل در حین فرایند بود. نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی مقایسه گردید تا دقت مدل‌سازی مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان داد که وجود توری فولادی در لایه میانی، موجب افزایش استحکام ترکیبی ورق بدون افت محسوس در شکل‌پذیری آن می‌شود. همچنین، دمای بازپخت ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد به‌عنوان شرایط بهینه برای دستیابی به عمق کشش بیشتر به دست آمد. بیشینه عمق فنجانی که بدون ایجاد شکست قابل کشش بود برابر با 1/10 میلی‌متر و حد نسبت کشش برابر با 53/1 به دست آمد. این نتایج نشان داد که استفاده از ورق‌های چندلایه تقویت‌شده با توری فولادی در کنار بازپخت و روانکاری مناسب، می‌تواند تأثیر به‌سزایی در بهبود شکل‌پذیری در فرایند کشش عمیق داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

کشش عمیق

ورق چندلایه

فولاد ضد زنگ 304

حد نسبت کشش

بازپخت

موضوعات

ساخت و تولید

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Investigation of Formability in the Deep Drawing Process of Aluminum Sheets Reinforced with Stainless Steel 304 Mesh

نویسندگان English

Elyas Haddadi ¹

Hossein Jafarzadeh ²

Moharram Hashemi ³

¹ Department of Mechaniccal Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Tabriz branch, Tabriz, Iran

³ Space Thrusters Research Institute, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran

چکیده English

This study aimed to investigate the formability of multilayer sheets in the deep drawing process. The three-layer sheets comprised a sandwich structure of aluminum 1050, a 304 stainless steel mesh, and another aluminum 1050 layer, produced by roll bonding. This configuration was examined to increase the limiting draw ratio and enhance formability. Experimental tests were performed under lubricated conditions on sheets annealed at 250°C and 350°C to assess the influence of temperature and lubrication on final drawing depth and part quality. Alongside the experiments, numerical simulation of the deep drawing process was conducted using ABAQUS 6.14 to predict the final cup depth and analyze stress and strain distributions during forming. Simulation results were compared with experimental data to evaluate modeling accuracy. The results showed that the steel mesh in the core layer markedly increased composite strength without substantially impairing formability. An annealing temperature of 350°C was determined as the optimal condition for maximizing drawing depth. The maximum cup depth achievable without failure was 10.1 mm, corresponding to a limiting draw ratio of 1.53. These findings demonstrate that multilayer sheets reinforced with stainless steel mesh, when combined with proper annealing and lubrication, can significantly improve formability in deep drawing.

کلیدواژه‌ها English

Deep drawing

Multi-layer sheet

Stainless steel 304

Limiting draw ratio

Annealing

[1] Amanollahi, A., Raeissi, M., Saeidi, N., & Ebrahimzadeh, I. (2023). Evaluation of the Effect of Heat Treatment Parameters on Mechanical Properties of Architectured Steel Incorporated Low Carbon Steel and Aluminum 6061. Karafan Quarterly Scientific Journal, 20(1), 279-300. https://doi.org/10.48301/kssa.2022.326385.1973. (In Persian)

[2] Derogar, J., Seyedkashi, S. M. H., Sajed, M. (2022). Experimental Study of Friction Stir Spot Welding of a Non-alloyed Aluminium Sheet with Stationary Shoulder. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(3), 141-161. https://doi.org/10.48301/kssa.2021.283937.1504. (In Persian)

[3] Deilami Azodi, Seyedkashi, S. M. H., Sajed, M. (2022). Experimental Study of Friction Stir Spot Welding of a Non-alloyed Aluminium Sheet with Stationary Shoulder. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(3), 141-161. https://doi.org/10.48301/kssa.2021.283937.1504. (In Persian)

[4] Modanloo, V., B. Akhoundi, B., & Dadgar Asl, Y. (2023). Minimizing the required forming force in the sheet hydroforming process using a fractional factorial design. Iranian Journal of Manufacturing Engineering, 9(12), 1-9. https://doi.org/10.22034/ijme.2023.400065.1788, (In Persian)

[5] Altan, T. and Tekkaya, A. E. (2012). Sheet Metal Forming: Fundamentals. ASM International. https://books.google.com/books?id=rbTxcQNw_lMC

[6] Karajibani, E., Fazli, A., & Hashemi, R. (2015). Numerical and experimental study of formability in deep drawing of two-layer metallic sheets. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 80(1), 113-121. https://doi.org/10.1007/s00170-015-6978-5

[7] Tseng, H.-C., Hung, C., & Huang, C.-C. (2010). An analysis of the formability of aluminum/copper clad metals with different thicknesses by the finite element method and experiment. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 49(9), 1029-1036. https://doi.org/10.1007/s00170-009-2446-4

[8] Dehghani, F. and Salimi, M. (2016). Analytical and experimental analysis of the formability of copper-stainless-steel 304L clad metal sheets in deep drawing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 82(1), 163-177. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7359-9

[9] Mostafapur, A., Ahangar, S., & Dadkhah, R. (2013). Numerical and experimental investigation of pulsating blankholder effect on drawing of cylindrical part of aluminum alloy in deep drawing process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 69(5), 1113-1121. https://doi.org/10.1007/s00170-013-5115-6

[10] Morovvati, M.R., Mollaei-Dariani, B., & Asadian-Ardakani, M. H. (2010). A theoretical, numerical, and experimental investigation of plastic wrinkling of circular two-layer sheet metal in the deep drawing. Journal of Materials Processing Technology, 210(13), 1738-1747. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.06.004

[11] Aguado, C., Iglesias, M., de-Juan, A. Garcia, P. (2025). Effect of Blank-Holder Force in Springback of a Gas Cooktop Component Made from Non-Stable Austenitic 1.4301 Steel. Applied Sciences, 15, 4934. https://doi.org/10.3390/app15094934

[12] Sugiyanto, D., Asbanu, H., Siahaan, F. S. (2020) The effect of blank holder on the deep drawing process on plates using software based with a Finite Element Method (FEM). 1469, 012038. doi:10.1088/1742-6596/1469/1/012038

[13] Fazli, A. and Arezoo, B. (2012). Prediction of limiting drawing ratio considering the effective parameters of die arc region. Journal of Materials Processing Technology, 212(4), 745-751. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.10.025

[14] Kadkhodayan, M. and Moayyedian, F. (2011). Analytical elastic–plastic study on flange wrinkling in deep drawing process. Scientia Iranica, 18(2), 250-260. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scient.2011.03.020

[15] Sokolova, O.A., Kühn, M., & Palkowski, H. (2012). Deep drawing properties of lightweight steel/polymer/steel sandwich composites. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 12(2), 105-112. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.acme.2012.05.001

[16] Behrens, G., Trier, F. O., Tetzel, H., & Vollertsen, F. (2016). Influence of tool geometry variations on the limiting drawing ratio in micro deep drawing. International Journal of Material Forming, 9(2), 253-258. https://doi.org/10.1007/s12289-015-1228-9

[17] Sokolova, O.A., Carradò, A., & Palkowski, H. (2011). Metal–polymer–metal sandwiches with local metal reinforcements: A study on formability by deep drawing and bending. Composite Structures, 94(1), 1-7. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.08.013

[18] Isik, K., Silva, M. B., Tekkaya, A. E., & Martins, P. A. F. (2014). Formability limits by fracture in sheet metal forming. Journal of Materials Processing Technology, 214(8), 1557-565. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.02.026