مطالعۀ اثر دما بر قطر شکل‌دهی و نازک‌شدگی در فرآیند شکل‌دهی تدریجی گرم لوله‌های آلومینیومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

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

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، مؤسسه آموزش عالی کار، قزوین، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

10.48301/kssa.2023.381133.2416

چکیده

فرآیند شکل‌دهی تدریجی توانایی ساخت قطعات ورقی با مقطع و سایزهای مختلف با استفاده از ابزارهای شکل‌دهی ساده و ارزان را دارا می‌باشد. با استفاده از این فرآیند می‌توان مقاطع لوله‌ای را تولید کرد که معمولاً برای شکل دادن آنها با فرآیند هیدروفرمینگ انجام می‌شود. در این مقاله، شکل‌دهی تدریجی لوله‌های آلومینومی با مقطع متقارن- محوری بررسی شده است. یک مجموعه قالب شکل‌دهی برای ایجاد بالج متقارن روی لوله‌های آلومینیومی طراحی و ساخته شده و کنترل حرکت سنبه شکل‌دهی توسط کلگی ماشین فرز با روش عددی انجام شده است. به منظور افزایش شکل‌پذیری ماده، دمای لوله تا حداکثر 300 درجه افزایش داده شده و قطر قطعه شکل داده شده مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه‌سازی فرآیند نیز با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام شده و از معیارهای شکست نرم برای پیش‌بینی حداکثر شکل‌پذیری بهره گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که معیار کوکرافت-لاتهام نرمال شده می‌تواند با خطای کمی برای پیش‌بینی حداکثر قطر شکل‌دهی مورد استفاده قرار گیرد. با افزایش دمای فرآیند از 100 به 200 درجۀ قطر شکل‌دهی 4% بیشتر شده است. بیشترین اثر گام شکل‌دهی در دمای 300 درجه مشاهده شده که با افزایش گام از 5/0 به 5/1 میلی‌متر، قطر شکل‌دهی 7/3% کاهش یافته است. مقطع شکست لوله‌ها نیز توسط میکروسکوپ الکترونی (SEM) مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of Effect of Temperature on Forming Diameter and Thinning in Warm Incremental Forming of Aluminum Tubes

نویسندگان [English]

  • Seyed Jalal Hashemi 1
  • Farzad Rahmani 2
  • Seyed MohammadHossein Seyedkashi 3
1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Kar Higher Education Institute, Qazvin, Iran.
3 Professor, Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Shokatabad Campus, University of Birjand, Iran.
چکیده [English]

Incremental forming process has the ability to make sheet parts with different cross-sections and sizes using simple and cheap forming tools. Using this process, it is possible to produce tubular sections, which are usually formed by hydroforming process. In this paper, the incremental forming of aluminum tubes with axisymmetric cross-section was investigated. A forming die setup was designed and manufactured to create symmetrical bulge on aluminum tubes, and the movement of the forming punch was performed by a CNC milling machine. In order to increase the formability of material, temperature of the tube was increased to a maximum of 300 degrees Celsius and the diameter of the formed part studied. Simulation of process was carried out using Abaqus software and ductile fracture criteria was used to find maximum formability. The results showed that the normalized Cockcroft-Latham criterion can be used with a small error to predict the maximum forming diameter. By increasing the process temperature from 100 to 200 °C, the forming diameter increased by 4%. The greatest effect of the forming step was observed at 300 °C, and with the increase of the step from 0.5 to 1.5 mm, the forming diameter decreased by 3.7%. The fracture section of the tubes was also examined by scanning electron microscope (SEM).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Incremental Forming
  • Ductile Fracture Criterion
  • Forming Diameter

مراجع

[1] Keigler, M., Bauer, H., Harrison, D., & De Silva, A. K. M. (2005). Enhancing the formability of aluminium components via temperature controlled hydroforming. Journal of Materials Processing Technology, 167(2-3), 363-370. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.20 05.06.024
[2] Aue-u-lan, Y. (2007). Hydroforming of tubular materials at various temperatures [Doctoral, The Ohio State University]. Columbus, Ohio. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?ac c_num=osu1167627628
[3] Hashemi, S. J., & Dadgar Asl, Y. (2021). Numerical and Experimental Investigation of Low Pressure Hydroforming of Aluminum Tubes. Karafan Quarterly Scientific Journal, 18(3), 291-307. https://doi.org/10.48301/kssa.2021.296120.1643
[4] Afonso, D., De Sousa, R. A., Torcato, R., & Pires, L. (2019). Incremental forming as a rapid tooling process. Springer. https://www.amazon.com/Incremental-Forming-Springe rBriefs-Sciences-Technology/dp/3030153592
[5] Korkolis, Y. P., & Kyriakides, S. (2008). Inflation and burst of anisotropic aluminum tubes for hydroforming applications. International Journal of Plasticity, 24(3), 509-543. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.07.010
[6] Chu, E., & Xu, Y. (2004). Hydroforming of aluminum extrusion tubes for automotive applications. Part I: buckling, wrinkling and bursting analyses of aluminum tubes. International Journal of Mechanical Sciences, 46(2), 263-283. https://doi.org/10.10 16/j.ijmecsci.2004.02.014
[7] Chu, E., & Xu, Y. (2004). Hydroforming of aluminum extrusion tubes for automotive applications. Part II: process window diagram. International Journal of Mechanical Sciences, 46(2), 285-297. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2004.02.013
[8] Seyedkashi, S. M. H., Naeini, H. M., Liaghat, G. H., Mashadi, M. M., Mirzaali, M., Shojaee, K., & Moon, Y. H. (2012). The effect of tube dimensions on optimized pressure and force loading paths in tube hydroforming process. Journal of Mechanical Science and Technology, 26(6), 1817-1822. https://doi.org/10.1007/s12206-012-0430-7
[9] Hashemi, S. J., Moslemi Naeini, H., Liaghat, G., Azizi Tafti, R., & Rahmani, F. (2013). Numerical and Experimental Investigation of Temperature Effect on Thickness Distribution in Warm Hydroforming of Aluminum Tubes. Journal of Materials Engineering and Performance, 22(1), 57-63. https://doi.org/10.1007/s11665-012-0213-4
[10] Seyedkashi, S. M. H., Naeini, H. M., & Moon, Y. H. (2014). Feasibility study on optimized process conditions in warm tube hydroforming. Journal of Mechanical Science and Technology, 28(7), 2845-2852. https://doi.org/10.1007/s12206-014-0638-9
[11] Rahmani, F., Seyedkashi, S. M. H., & Hashemi, S. J. (2019). Converting circular tubes into square cross-sectional parts using incremental forming process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 29(11), 2351-2361. https://doi.org/10.1016/S1 003-6326(19)65141-1
[12] Praveen, K. G., & Kurra, S. (2021). Analysis of deformation behavior in various incremental tube forming processes. Materials and Manufacturing Processes, 36(14), 1631-1641. https://doi.org/10.1080/10426914.2021.1926493
[13]  Aghabeyki, F., Mirnia, M. J., & Elyasi, M. (2021). Cold and warm flaring of thin-walled titanium tube using single-point incremental forming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 114(11), 3357-3376. https://doi.org/10.1007 /s00170-021-07135-x
[14] Lee, H-R., Lee, M-G., & Park, N. (2022). Incremental Tube Forming Process with a Novel Free Rotating Bearing Tool Tip: Experiment and FE Modeling with Anisotropic Plasticity Model. Metals and Materials International, 28(10), 2356-2370. https://doi.org/10.1 007/s12540-022-01245-1
[15] Rahmani, F., Seyedkashi, S. M. H., & Hashemi, S. J. (2020). Experimental Study on Warm Incremental Tube Forming of AA6063 Aluminum Tubes. International Journal of Engineering, 33(9), 1773-1779. https://doi.org/10.5829/ije.2020.33.09c.11
[16] Hou, X., Li, Y., Xiao, X., Qiu, X., Yang, M., & Gao, X. (2022). Modeling and analysis of multi-pass progressive flanging force of copper tube end. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 121(7-8), 4703-4712. https://doi.org/10.1 007/s00170-022-09653-8
[17] Isapour Rudy, M., Vahdati, M., & Mirnia, M. J. (2023). Statistical Analysis and Optimization of Variables Affecting the End Diameter of AISI 304 Steel Tube Produced by Flaring Process. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 54(12), 2861-2876. https:// doi.org/10.22060/mej.2022.21622.7479
[18] Movahedinia, H., Mirnia, M. J., Elyasi, M., & Baseri, H. (2018). An investigation on flaring process of thin-walled tubes using multistage single point incremental forming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 94(1), 867-880. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0971-0
[19] Clift, S. E., Hartley, P., Sturgess, C. E. N., & Rowe, G. W. (1990). Fracture prediction in plastic deformation processes. International Journal of Mechanical Sciences, 32(1), 1-17. https://doi.org/10.1016/0020-7403(90)90148-C
[20] Fischer, F. D., Kolednik, O., Shan, G. X., & Rammerstorfer, F. G. (1995). A note on calibration of ductile failure damage indicators. International Journal of Fracture, 73(4), 345-357. https://doi.org/10.1007/BF00027274
[21] Hashemi, S., Rahmani, F., & Seyedkashi, S. (2020). Numerical and Experimental Investigation of Forming Limit Diagram in Warm Incremental Forming Process of Aluminum Tubes. Modares Mechanical Engineering, 20(6), 1635-1645. https://mme.modares.ac.ir/art icle-15-38356-en.html
[22] Meyers, M. A., & Chawla, K. K. (2008). Mechanical behavior of materials (2 ed.). Cambridge university press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511810947
[23] Li, X., Yang, W., Xu, D., Ju, K., & Chen, J. (2021). A new ductile fracture criterion considering both shear and tension mechanisms on void coalescence. International Journal of Damage Mechanics, 30(3), 374-398. https://doi.org/10.1177/1056789520962831
فصلنامه علمی کارافن
دوره 20، شماره 3
فنی و مهندسی
آذر 1402
صفحه 129-148

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 28 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 30 فروردین 1402
  • تاریخ پذیرش: 21 خرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار