مطالعه و تحلیل تجربی تأثیر روانکار و تحریک اولتراسونیک ابزار سَرنیمکروی بر مولفه عمودی نیروی شکل دهی در فرآیند SPIF

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی، گروه مهندسی مکانیک، واحد نایین، دانشگاه آزاد اسلامی، نایین، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

ورق‌های آلیاژی آلومینیم با توجه به دارا بودن ویژگی‌های خاص‌، کاربرد چشمگیری در صنایع گوناگون یافته‌اند. از سوی دیگر، به دلیل قابلیت شکل‌پذیری کم، شکل‌دهی آن‌ها در دمای اتاق به آسانی صورت نمی‌پذیرد. از این‌رو، برای تسهیل شکل‌دهی، می‌توان از روش‌های شکل‌دهی گرم نیز استفاده نمود که این امر منجر به اکسیداسیون ماده می‌شود. در فرآیند شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای (SPIF)، ورق فلزی با حرکت موضعی ابزار سَرنیمکروی، شکل‌دهی می‌شود. در این پژوهش، با اِعمال ارتعاش اولتراسونیک به ابزار، فرآیند SPIF به کمک ارتعاش اولتراسونیک (UVaSPIF) توسعه داده شد که این امر سبب بهبود قابلیت شکل پذیری ورق در دمای اتاق گردید. در مقاله پیش‌رو، تأثیر ارتعاش اولتراسونیک و روانکار بر رفتار نیروی شکل‌دهی مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور ابزار سَرنیمکروی به قطر 20 میلیمتر و با فرکانس طبیعی 4/20 کیلوهرتز، طراحی و ساخته شد. ظهور مود طولی ارتعاش و وقوع پدیده‌ی رزونانس در ابزار توسط نتایج حاصل از تحلیل مودال و تست تجربی به تأیید رسید. نتایج تجربی حاصل از آزمون شیار مستقیم بر روی ورق فلزی Al 1050-O نشان داد که در فرآیند UVaSPIF، اِعمال ارتعاش بدون حضور روانکار و در فرآیند SPIF، استفاده از روانکار، بیشترین تأثیر را بر کاهش مولفه عمودی نیروی شکل-دهی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Harper C (2001) Handbook of materials for product design. McGraw-Hill.

[2]  Smith CS (1991) Design of submersible pressure hulls in composite materials. Marine Structures. 4(2): 141-182.

[3]  Petek A, Jurisevic B, Kuzman K, Junkar M (2009) Comparison of alternative approaches of single point incremental forming processes. J Mater Process Technol 209: 1810-1815.

[4]  Duflou J, Tunckol Y, Szekeres A, Vanherck P (2007) Experimental study on force measurements for single point incremental forming. J Mater Process Technol 189: 65-72.

[5]  Jeswiet J, Micari F, Hirt G, Bramley A, Duflou J, Allwood J (2005) Asymmetric single point incremental forming of sheet metal. Ann CIRP 54(2): 623-649.

[6]  Thibaud S, Ben Hmida R, Richard F, Malécot P (2012) A fully parametric toolbox for the simulation of single point incremental sheet forming process: Numerical feasibility and experimental validation. Simul Model Pract Th 29: 32-43.

[7]  Attanasio A, Ceretti E, Giardini C (2006) Optimization of tool path in two points incremental forming. J Mater Process Technol 177: 409-412.

[8]  Ambrogio G, Filice L, Micari F (2006) A force measuring based strategy for failure prevention in incremental forming. J Mater Process Technol 177: 413-416.

[9]  Blaha F, Langenecker B (1955) Tensile deformation of zinc crystal under ultrasonic vibration. Naturwissenschaften 42(20): 556-556.

[10] Langenecker B (1961) Work-softening of metal crystals by alternating the rate of glide strain.      Acta Metal 9: 937-940.

[11] Langenecker B (1966) Effects of ultrasound on deformation characteristics of metals. IEEE Trans Sonics Ultrason 13: 1-8.

[12] Lucas M, Gachagan A, Cardoni A (2009) Research applications and opportunities in power ultrasonics. Proc Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci 223(12): 2949-2965.

[13] Winsper CE, Sansome E (1967) A review of the application of oscillatory energy to metals deforming plasticity. 8th International MTDR Conference, Manchester 1359-1360.

[14] Malygin GA (2000) Acoustoplastic effect and the stress superimposition mechanism. Phys Solid State 42: 72-78.

[15] Pohlman R, Lehfeldt E (1966) Influence of ultrasonic vibration on metallic friction. Ultrasonics 4: 178-185.

[16] Nevill GE, Brotzen FR (1957) Effect of vibration on the yield strength of a low-carbon steel. in First Technical Report, The Rice Institute, Solid Science Division, Air Force Office of Scientific Research, ARDC, Washington,.

[17] Green RE (1975) Non-linear effects of high-power ultrasonics in crystalline solids. Ultrasonics 13: 117-127.

[18] Daud Y, Lucas M, Huang Z (2007) Modelling the effects of superimposed ultrasonic vibrations on tension and compression tests of aluminium. J Mater Process Technol 186(1-3): 179-190.

[19] Petukhow VI, Abramov OV, Zubko AM, Manegin YV (1973) Extrusion of aluminium in an ultrasonic field. Light Met Age 31: 6-8.

[20] Jimma T, Kasuga Y, Iwaki N, Miyazawa O, Mori E, Katsuhiko K, Hatano H (1998) An application of ultrasonic vibration to the deep drawing process. J Mater Process Technol 80-81: 406-412.

[21] Ashida Y, Aoyama H (2007) Press forming using ultrasonic vibration. J Mater Process Technol 187-188: 118-122.

[22] Inoue M (1984) Studies on ultrasonic metal tube drawing. Mem Sagami Inst Technol 19: 1-7.

[23] Hung JC, Hung C (2005) The influence of ultrasonic vibration on hot upsetting of aluminum alloy. Ultrasonics 43: 692-698.

[24] Li L, Lang X (1994) Wire drawing with ultrasonic vibration. Wire Ind 61: 721-721.

[25] Murakawa M, Jin M, Kaewtatip P (1999) Utility of ultrasonic vibration applied to metal-forming processes. Adv Technol Plast 19-24.

[26] Murakawa M, Jin M (2001) The utility of radially and ultrasonically vibrated dies in the wire drawing process. J Mater Process Technol 113: 81-86.

[27] Siegert K, Mock A (1996) Wire drawing ultrasonically oscillating dies. J Mater Process Technol 60: 657-660.

[28] Siegert K, Ulmer J (2001) Superimposing ultrasonic waves on the dies in tube and wire drawing. J Eng Mater Technol Trans ASME 123: 517-523.

[29] Lucas M, Daud Y (2009) A finite element model of ultrasonic extrusion. 7th International Conference on Modern Practice in Stress and Vibration Analysis, pp. 181, IOP Publishing Ltd,.

[30] Rasoli MA, Abdullah A, Farzin M, Fadaei Tehrani A, Taherizadeh A (2012) Influence  of  ultrasonic vibrations  on  tube spinning  process. J Mater Process Technol 212: 1443-1452.

[31] Abedini R, Abdullah A, Alizadeh Y, Fartashvand V (2016) A Roadmap for application of high power ultrasonic vibrations in metal forming. Modares Mechanical Engineering 16(10): 323-334. (in Persian)

[32] Vahdati M, Mahdavinejad R, Amini S (2015) Investigation of the ultrasonic vibration effect in incremental sheet metal forming process. Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf 1-12.

[33] Ensminger D, Bond LJ (2012) Ultrasonics fundamentals, technologies, and applications. 3rd edn. CRC press.

[34] http://www.atlassteels.com.au

[35] Young MJR, Winsper CE, Sansome DH (1970) The effect of tool attachment on the resonant characteristics of ultrasonic waveguides. Appl Acoust 3: 217-224.

[36] http://www.3DS.com/simulia

[37] DIN 51524, Part 2.

[38] Iseki H (2001) An approximate deformation analysis and FEM analysis for the incremental bulging of sheet metal using a spherical roller. J Mater Process Technol 111: 150-154.

[39] Hussain G, Gao L (2007) A novel method to test the thinning limits of sheet-metals in negative incremental forming. Int J Mach Tools Manuf 47: 419-435.

[40] Astashev VK, Babitsky VI (2007) Ultrasonic processes and machines: Dynamics, control and applications. Springer Science & Business Media, Berlin.