بررسی عددی و تجربی هیدروفرمینگ فشار پایین لوله‌های آلومینیومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

چکیده

فرایند هیدروفرمینگ لوله به‌طور گسترده در تولید قطعات ساختاری اتومبیل استفاده می‌شود. یکی از خصوصیات قطعات تولید شده با این فرایند، نسبت استحکام به وزن بالا می‌باشد. هیدروفرمینگ لوله فشار پایین، یکی از روش‌های پیشنهاد شده برای حل مشکلات هیدروفرمینگ لوله از قبیل نیاز به فشار بالای سیال و مشکلات آب‌بندی می‌باشد. روش انجام هیدروفرمینگ فشار پایین لوله شبیه فشردن یک جسم جامد توخالی است و در آن برخلاف هیدروفرمینگ فشار بالا، قالب بالایی در طول فرایند ثابت نمی‌باشد و هم‌زمان با اعمال فشار داخلی به لوله حرکت می‌کند و لوله را تحت فشار قرار می‌دهد. نازک‌شدگی دیواره‌های لوله پس از شکل‌دهی و خطاهای هندسی در فرم نهایی قطعه، از عیوب مهم فرایند هیدروفرمینگ فشار پایین می‌باشند. در این مقاله، فرایند هیدروفرمینگ فشارپایین لوله‌های آلومینیومی آلیاژ  AA6063انجام شده و مقطع گرد لوله به‌وسیله فرایند هیدروفرمینگ به مقطع مستطیلی تغییر شکل داده است. توزیع ضخامت، مقادیر شعاع گوشه شکل داده شده و تختی سطح بالایی قطعه تحت مسیرهای بارگذاری متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش فشار داخلی می‌توان به شعاع گوشه کمتری دست پیدا کرد اما نازک‌شدگی افزایش پیدا می‌کند. بیشترین تختی سطح بالایی قطعه زمانی حاصل می‌شود که جابه‌جایی قالب بالایی بعد از رسیدن فشار داخلی به مقدار ماکزیمم خود انجام شود. حداقل شعاع گوشه تولید با فشار داخلی 10 مگاپاسکال در گوشه بالایی مقطع mm63/5 و در گوشه پایینی مقطع mm62/5 شکل داده شده است. با اعمال فشار داخلی 10 مگاپاسکال، فرورفتگی سطح بالایی قطعه به mm2/0 رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Investigation of Low Pressure Hydroforming of Aluminum Tubes

نویسندگان [English]

  • Seyed Jalal Hashemi
  • Yaghoub Dadgar Asl
Assistant professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

Tube hydroforming process is used widely in production of car structural parts. High strength to weight ratio is one of the properties of parts which is produced using this process. Low pressure tube hydroforming (LPTH) is one method recommended for solving problems of tube hydroforming such as requiring high pressure of fluid and sealing problems. LPTH method is similar to crushing a hollow solid body. Unlike high pressure tube hydroforming, upper die is not fixed in this process and it moves at the same time by applying internal pressure and squeezes the tube. Main defects in low pressure hydroforming are tube wall thinning and geometric errors at final form of the part. In this paper, LPTH of AA6063 aluminum tubes was carried out and circular cross section of tube was deformed to rectangular. Thickness distribution, formed corner radius and flatness of top surface of part was investigated under three different loading paths. Results show that lower corner radius can be achieved with higher internal pressure while thinning is increased. Maximum of flatness was obtained when moving of the upper die was carried out after reaching the maximum of internal pressure. Minimum of radius was formed at upper corner equal to 5.63mm and at lower corner equal to 5.62mm under internal pressure of 10MPa. Concavity of upper surface of part was decreased to 0.2mm by applying 10MPa internal pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low pressure hydroforming (LPTH)
  • Thickness distribution
  • Corner radius
[1] Gray, J. E., Devereaux, A. P., & Parker, W. M. (1940). Apparatus for making wrought metal T's. In: Google Patents.
[2] Zafar, N. (2002). Optimization of tube hydroforming process. Michigan State University. https://books.google.com/books/about/Optimization_of_Tube_Hydroforming_Proces.html?id=03BXnS6JIYkC
[3] Singh, H. (2003). Fundamentals of hydroforming. Society of Manufacturing Engineers. https://cart.sme.org/PersonifyEbusiness/Store/Product-Details/productId/115604#
[4] Nikhare, C., Weiss, M & ,.Hodgson, P. D. (2009). FEA comparison of high and low pressure tube hydroforming of TRIP steel. Computational Materials Science, 47(1), 146-152. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2009.06.024
[5] Cui, X.-L., Wang, X.-S., & Yuan, S.-J. (2014). Deformation analysis of double-sided tube hydroforming in square-section die. Journal of Materials Processing Technology, 214(7), 1341-1351. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.02.005
[6] Xu, X., Li, S., Zhang, W., & Lin, Z. (2009). Analysis of thickness distribution of square-sectional hydroformed parts. Journal of Materials Processing Technology, 209(1), 158-164. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.01.034
[7] Orban, H., & Hu, S. J. (2007). Analytical modeling of wall thinning during corner filling in structural tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology, 194(1), 7-14. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.03.112
[8] Manabe, K.-i., & Amino, M. (2002). Effects of process parameters and material properties on deformation process in tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology, 123(2), 285-291. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00094-8
[9] Chow, C. L., & Yang, X. J. (2002). Bursting for fixed tubular and restrained hydroforming. Journal of Materials Processing Technology, 130-131, 107-114. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00754-9
[10] Hwang, Y.-M., & Chen, W.-C. (2005). Analysis of tube hydroforming in a square cross-sectional die. International Journal of Plasticity, 21(9), 1815-1833. https://doi.org/10 .1016/j.ijplas.2004.09.004
[11] Hashemi, S., Naeini, H. M., Liaghat, G., & Tafti, R. A. (2015). Prediction of bulge height in warm hydroforming of aluminum tubes using ductile fracture criteria. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(1), 19-29. https://doi.org/10.1016/j.acme. 2014.08.003
[12] He, Z., Yuan, S., Liu, G., Wu, J., & Cha, W. (2010). Formability testing of AZ31B magnesium alloy tube at elevated temperature. Journal of Materials Processing Technology, 210(6), 877-884. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.01.020
[13] Hashemi, S. J., Moslemi Naeini, H., Liaght, G. H., Shahbazi, J., & Roohi, A. H. (2015). Prediction of Bursting in Warm Tub Hydroforming using Modified Ductile Fracture Criteria. Modares Mechanical Engineering, 14(16) ,201 -211.
[14] Hwang, Y.-M., & Altan, T. (2002). FE simulations of the crushing of circular tubes into triangular cross-sections. Journal of Materials Processing Technology, 125-126, 833-838. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00385-0
[15] Hwang ,Y.-M., & Altan, T. (2003). Finite element analysis of tube hydroforming processes in a rectangular die. Finite Elements in Analysis and Design, 39(11), 1071-1082. https://doi.org/10.1016/S0168-874X(02)00157-9
[16] Nikhare, C., Weiss, M., & Hodgson, P. D .(2010) .Die closing force in low pressure tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology, 210(15), 2238-2244. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.08.011
[17] Nikhare, C., Weiss, M., & Hodgson, P. D. (2017). Buckling in low pressure tube hydroforming. Journal of Manufacturing Processes, 28, 1-10. https://doi.org/10.10 16/j.jmapro.2017.05.015
[18] Chu, G.-n., Lin, C.-y., Li, W., & Lin, Y.-l. (2018). Effect of internal pressure on springback during low pressure tube hydroforming. International Journal of Material Forming, 11(6), 855-866. https://doi.org/10.1007/s12289-017-1395-y
[19] Trott, A., & Nikhare, C. P. (2018). Effect of preform during low pressure tube hydroforming. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Pittsburgh, Pennsylvania, USA.
[20] Zhang, X., Chu, G., He, J., & Yuan, S. (2019). Research on a hydro-pressing process of tubular parts in an open die. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 104(5), 2795-2803. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03893-x