مطالعه تجربی و شبیه سازی اجزای محدود شکل دهی قطعات مخروطی به روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی: نمودار پنجره فرایند

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

چکیده

چروکیدگی و پارگی عیوب اصلی در شکل‌دهی قطعات مخروطی هستند. روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی برای تولید قطعات مخروطی با نسبت کشش بالا در یک مرحله، روش مناسبی در میان فرایندهای شکل‌دهی محسوب می‌شود. توزیع ضخامت مناسب‌تر، کیفیت سطح بهتر، کشش حدی بالاتر، دقت ابعادی بیشتر و توانایی شکل‌دهی قطعات با منحنی‌های پیچیده از جمله مزایای این روش در مقایسه با روش‌ کشش عمیق سنتی می‌باشد. در این مقاله، نمودار پنجره فرایند برای شکل‌دهی قطعات مخروطی با این روش با تغییر برخی پارامترها شامل مسیر فشار، ضخامت و جنس ورق اولیه با استفاده از روش اجزای محدود بدست آمد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی اجزای محدود با استفاده از آزمایش‌های تجربی اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از نمودار پنجره فرایند بدست‌آمده می‌توان نواحی مطلوب شکل‌دهی، احتمال وقوع چروکیدگی و پارگی را با تغییرات مسیر فشار پیش‌بینی نمود. مقایسه نمونه‌های شبیه‌سازی‌شده با نمونه‌های تجربی حاصل از مسیرهای فشار مختلف در نواحی پنجره فرایند تطابق مناسبی را نشان می‌دهد. این نتایج می‌تواند به عنوان یک راهنمای کاربردی برای فناوری هیدروفرمینگ محصولات مخروطی‌شکل در صنایع خودروسازی و هوافضا مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Zhang SH, Dankert J (1998) Development of hydro mechanical deep drawing. J Mater Process Tech 83: 14-25.

[2] Lang LH, Wang ZR, Kang DC, Yuan SJ, Zhang SH, Danckert J, Nielsen KB (2004) Hydroforming highlights: sheet hydroforming and tube   hydroforming. J Mater Process Tech 151: 165-177.

[3] Khandeparkar T, Liewald M (2008) Hydromechanical deep drawing of cups with stepped geometries. J Mater Process Tech 202: 246-254.

[4] Zhang SH, Wang ZR, Xu Y, Wang ZT, Zhou LX (2004) Recent developments in sheet hydroforming technology. J Mater Process Tech 151: 237-241.

[5] Lang L, Danckert J (2004) Investigation into hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure Part I. Experimental observations of the forming process  of  aluminum alloy. J Mater Process Tech 148: 119-131.

[6] Kawka M, Olejnik L, Rosochowski A, Sunaga H, Makinouchi A (2001) Simulation of wrinkling in sheet metal forming. J Mater Process Tech 109: 283-289.

[7] Thiruvarudchelvan S, Tan MJ (2004) The drawing of conical cups using an annular urethane pad. J Mater Process Tech 147: 163-166.

[8] Lang L, Gu G, Li T, Zhou X (2008) Numerical and experimental confirmation of the calibration stage’s effect in multi-operation sheet hydroforming using poor-formability materials. J Mater Process Tech 201: 97-100.

[9] Gorji A, Alavi-Hashemi H, Bakhshi-jooybari M, Nourouzi S, Hosseinipour SJ (2011) Investigation of hydrodynamic deep drawing for conical–cylindrical cups. Int J Adv Manuf Technol 56: 915-927.

[10] Chu E, Xu Y (2004) Hydroforming of aluminum extrusion tubes for automotive applications. Part II: process window diagram. Int J Mech Sci 46: 285-297.

[11] Vollertsen F, Hu Z (2010) Analysis of punch velocity dependent process window in micro deep drawing. PROD ENGINEER 4: 553-559.

[12] Gao T, Liu Y, Wang Z (2014) Research on process window diagrams of tube-compression by viscous pressure forming. J Mater Eng Perform 23: 2020-2024.

[13] Lang L, Danckert J, Nielsen KB (2005) Investigation into hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure Part II. Numerical analysis of the drawing mechanism and the process parameters. J Mater Process Tech 166: 150-161.

[14]  ABAQUS 6.12. Documentation, User’s manual.

[15] Liu X, Xu Y, Yuan Sh (2008) Effects of loading paths on hydrodynamic deep drawing with independent radial hydraulic pressure of aluminum alloy based on numerical simulation. Int  Mater Sci Technol 24: 395-399.

[16] Lang L, Danckert J, Nielsen KB (2005) Investigation into hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure Part II. Numerical analysis of the drawing mechanism and the process parameters. J Mater Process Tech 166: 150-161.

[17] Choi H, Koc M, Ni J (2007) Determination of optimal loading profiles in warm hydroforming of lightweight materials. J Mater Process Tech 190: 230-242.

[18] Papadia G, DelPrete A, Spagnolo A, Anglani A (2010) Pre-Bulging influence on an inverse drawn shape obtained with Hydromechanical Deep Drawing (HDD). Int J Mater Form 3: 287-290.