Formability analysis of 3105 aluminium composite panels by means of the multi-point forming process

Abstract

Kompozit malzemelerin kullanılması, özellikle yapı malzemeleri olarak alüminyum-plastik kompozitlerin kullanımı son zamanlarda büyük ölçüde artmıştır. Bu gelişme, kompozitlerin seri üretime uygunluğu, yüksek mukavemet / ağırlık oranları ve sert çevre koşullarına karşı iyi dirençleri ile hızlandırılmıştır.Bu tez çalışması çerçevesinde, iki 3105 alüminyum alaşımlı levhadan ve düşük yoğunluklu bir polietilen (LDPE) tabakasından üretilmiş olan alüminyum kompozit panelin şekillendirilebilirliği, çok noktalı şekillendirme (MPF) yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Bu tip alüminyum kompozit paneller, cephe yapımı gibi bina uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok noktalı şekillendirme yöntemi, geleneksel kalıp yerine bir dizi zımba kullanılarak üç boyutlu şekillendirilmiş sac metal parçalar üretmek için kullanılan bir üretim yöntemidir.Literatür taraması yapılarak MPF proses parametrelerinin şekillendirmiş sac yüzey kalitesi üzerindeki etkileri araştırılmıstır. Daha sonra, beş farklı mekanik test yapılarak alüminyum kompozit panelin malzeme karakterizasyonu gerçekleştirimiştir. Yapılan mekanik testler: T-sıyırma testi, çekme testi, düzlem-içi burulma testi, Nakajima testi ve sürtünme testidir. Ticari bir Abaqus / Explicit yazılımı kullanılarak şekillendirme işleminin nümerik analizi gerçekleştirimiştir. MPF kalıbı SolidWorks® yazılımı kullanılarak tasarlanmıştır.Mekanik karakterizasyon sonuçları AA3105 ve LDPE arasındaki bağın TS 13777 standardı tarafından belirlenen minimum sınırdan daha yüksek soyma mukavemetine sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, alüminyum kompozit malzeme AA3105'ten daha yüksek biçimlendirilebilirliğe sahiptir. Gerilme hızı duyarlılığının alüminyum kompozit panel üzerindeki etkisi ihmal edilebilir. Sonlu elemanlar simülasyon sonuçları, alüminyum kompozit panelin yüzeyinde bulunan gamzelerin elastik bir yastık kullanılarak bastırılabileceğini göstermiştir. Ayrica, alüminyum kompozit panel kalınlık değişiminin, oluşturulan parçanın ortasından belirlenen bir yol boyunca dalgalanması, elastik yastığın kalınlığı arttıkça azalmıştır.

The use of composite materials especially aluminium-plastic composite as building materials has grown drastically in recent. This development has been accelerated by the suitability of mass production of the composite, high strength-to-weight ratios and good resistance to harsh environmental conditions. In the frame of this thesis work, the formability of aluminium composite panel made from two 3105 aluminium alloy sheets and a layer of low-density polyethylene (LDPE) is analysed using multi-point forming (MPF) process. This type of aluminium composite panel is commonly used for building application such as making of the facade. The Multi-point forming process is an advanced manufacturing technology used to produce three-dimensional shaped sheet metal parts using a set of punches instead of traditional die. Literature research is conducted to analyse the effect of forming parameters on the quality of the formed part by multi-point forming process. Then, material characterization of the aluminium composite panel is conducted using five different mechanical tests: T-peel stripping test, tensile test, In-plane torsion test, Nakajima test and friction test. The numerical analysis of the forming process is performed using a commercial Abaqus/Explicit software and a multi-point forming die is designed using SolidWorks® software. Mechanical characterization results showed that the bond between AA3105 and LDPE has higher peel strength than the minimum limit defined by TS 13777 standard. Also, the aluminium composite material has higher formability than AA3105 and the effect of strain rate sensitivity on aluminium composite panel can be neglected. Finite element simulation results showed that dimples found on the surface of the aluminium composite panel can be suppressed by using an elastic cushion. The fluctuation of the thickness variation along a defined path from the centre of the formed part decreases as the thickness of elastic cushion increases.