تاثیر قطر شکل‌دهی و سرعت دورانی بر خواص لوله‌های شکل‌دهی شده با فرآیند اسپینینگ

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

10.22044/jsfm.2025.16131.3969

چکیده

فرایند شکل‌دهی دورانی یکی از فرایندهای متداول شکل‌دهی در تولید محصولات مختلف با شکل اولیه ورق و لوله می‌باشد که در تولید محصولات مختلف صنعتی و اندازه کردن مقاطع اتصال در لوله‌ها کاربرد دارد. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر قطر نهایی شکل‌دهی و سرعت دورانی بر زاویه پیچش، ریزساختار، سختی، استحکام و جوش‌پذیری در شکل‌دهی دورانی لوله‌ها می‌باشد. در این راستا، فرایند شکل‌دهی با استفاده از روابط تحلیلی بررسی شده و آزمایش‌های تجربی روی لوله‌های مسی با استفاده از مندرل فولادی انجام گردید و نتایج با استفاده از آنالیز ANOVA ارزیابی شد. آزمایش‌ها با استفاده از سه قطر و سه سرعت دورانی مختلف انجام شده و در طراحی آزمایش‌ها از روش سطح پاسخ بهره گرفته شده است. بررسی نتایج نشان داد قطر نهایی شکل‌دهی یا مقدار کرنش بسیار بیشتر از سرعت دورانی بر خواص مکانیکی و ریزساختار ماده موثر می‌باشد. با افزایش سرعت دورانی و قطر شکل‌دهی (کرنش پلاستیک) میزان زاویه پیچش لوله‌ها افزایش می‌یابد. افزایش سرعت دورانی و کرنش پلاستیک با افزایش نیروهای تماسی و اصطکاک سبب افزایش دما در نمونه‌ها شده که این امر موجب افزایش اندازه دانه و کاهش کارسختی و پیرو آن کاهش استحکام و سختی ماده می‌گردد. در سرعت ثابت، با 25% افزایش قطر مقدار سختی و استحکام 47% کاهش می‌یابد. همچنین استفاده از سرعت‌ دورانی rpm 1000 و قطر نهایی mm 18 می‌تواند اندازه دانه‌ها را تا سه برابر مقدار اولیه افزایش داده و بیشترین زاویه پیچش را به مقدار 48⁰ در نمونه ایجاد کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Golmakani H., Dadgar Asl Y. and Seyedkashi S. M. H. (2024) Numerical and Experimental Analysis of Bowing Defect in the Flexible Roll Forming Process of Copper-Aluminum Double Layer Sheets. J. Solid Fluid Mech. 13(6): 75-87.
  • Elyasi M., Modanloo V., AhmadKkhatir F. and Talebi-Ghadikolaee H. (2023) Experimental investigation of the formability of heat treated AA6063 tubes using hydraulic rotary draw bending process. J. Solid Fluid Mech. 13(4): 95-106.
  • Wong C., Dean T. and Lin J. (2003) A review of spinning, shear forming and flow forming processes. J. Mach. Tools Manuf. 43(14): 1419-1435.
  • Groover M. P. (2010). Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes, and systems, John Wiley & Sons.
  • Music O., Allwood J. and Kawai K. (2010) A review of the mechanics of metal spinning. J. Mater. Process. Technol. 210(1): 3-23.
  • Abd-Alrazzaq M., Ahmed M. H. and Younes M. A. (2019). Prediction of Residual Stresses and Springback in Multi-pass Sheet Metal Spinning Using Finite Element Analysis. Proc. Eighth Int. Conf. Adv. Civ. Struct. Mech. Eng. Egypt: 90-105.
  • Shu X., Chang Y., Zhu Y., Ye B. and Li Z. (2020) Production mechanism of residual stress in spinning of thin wall cone parts with variable section. Procedia Manufacturing 50: 286-290.
  • Zixuan L. and Xuedao S. (2022) Residual stress analysis of multi-pass cold spinning process. Chin. J. Aeronaut. 35(3): 259-271.
  • Dahms F. and Homberg W. (2022) Manufacture of defined residual stress distributions in the friction-spinning process: investigations and run-to-run predictive control. Metals 12(1): 158.
  • Li L., Chen S., Lu Q., Shu X., Zhang J. and Shen W. (2023) Effect of Process Parameters on Spinning Force and Forming Quality of Deep Cylinder Parts in Multi-Pass Spinning Process. Metals 13(3): 620.
  • Sedighi M. and Naserinejad K. (2021) Feed effect on strain and stress in dome forming (spinning) of a tube in an aluminum CNG vessel manufacturing J. Appl. Comput. Sci. Mech. 32(2): 43-60.
  • Huang C.-C., Hung J.-C., Hung C. and Lin C.-R. (2011) Finite element analysis on neck-spinning process of tube at elevated temperature. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 56: 1039-1048.
  • Nakasato S., Kobayashi J. and Itoh G. (2018) Hot spinning formability of aluminum alloy tube. Procedia Manufacturing 15: 1263-1269.
  • Roy B. K., Korkolis Y. P., Arai Y., Araki W., Iijima T. and Kouyama J. (2020) Experimental and numerical investigation of deformation characteristics during tube spinning. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 110: 1851-1867.
  • Li Y., Wang J., Lu G.-d. and Pan G.-j. (2014) A numerical study of the effects of roller paths on dimensional precision in die-less spinning of sheet metal. J. Zhejiang Univ. Sci. A 15(6): 432-446.
  • Rentsch B., Manopulo N. and Hora P. (2017) Numerical modelling, validation and analysis of multi-pass sheet metal spinning processes. Int. J. Mater. Form. 10: 641-651.
  • Abd-Alrazzaq M., Ahmed M. and Younes M. (2018) Experimental investigation on the geometrical accuracy of the CNC multi-pass sheet metal spinning process. J. Manuf. Mater. Process. 2(3): 59.
  • Huang J., Jin J., Deng L., Wang X., Gong P., Zhang M. and Gao C. (2021) Theoretical prediction of flange wrinkling in the first-pass conventional spinning of dual-metal sheets. J. Manuf. Process. 62: 368-377.
  • Gondo S., Arai H., Kajino S. and Hanada K. (2022) Evolution of texture distribution in thickness direction of aluminum sheet in metal spinning. Mater. Charact. 188: 111877.
  • Gao P., Yan X., Li F., Zhan M., Ma F. and Fu M. (2022) Deformation mode and wall thickness variation in conventional spinning of metal sheets. Int. J. Mach. Tools Manuf. 173: 103846.
  • Zhuolei Z., Mei Z., Zhipeng S., Yunda D. and Xiaoguang F. (2024) Acceleration of sheet metal spinning simulation by multi-mesh method. Chin. J. Aeronaut.
  • ASTM E.-. (2004). Standard test methods for determining average grain size. West Conshohocken, PA, USA, ASTM International.
  • Krishna S. C., Gangwar N. K., Jha A. K. and Pant B. (2013) On the prediction of strength from hardness for copper alloys. J. Mater. 2013(1): 1-6.

 

  • Hosford W. F. and Caddell R. M. (2011). Metal forming: mechanics and metallurgy, Cambridge university press.
  • Molotnikov V. and Molotnikova A. (2021). Theory of elasticity and plasticity, Springer.
  • Callister Jr W. D. and Rethwisch D. G. (2020). Materials science and engineering: an introduction, John wiley & sons.
  • Zheng F., Chen H., Zhang Y., Wang W., Nie H., (2022) Microstructure evolution and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy tube by stagger spinning. Int. J. Miner. Metall. Mater. 29(7): 1361-1372.
  • Jin K., Yuan Q., Tao J., Domblesky J. and Guo X. (2019) Analysis of the forming characteristics for Cu/Al bimetal tubes produced by the spinning process. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 101: 147-155.
  • Rezaei Ashtiani H. R. and Deilami Azodi H. (2021) Experimental investigation of the effect of processing parameters on mechanical properties and dimensional changes of warm flow formed 6061 aluminum alloy tube. Modares Mech. Eng. 21(7): 489-499.
  • Music O. and Sariyarlioglu E. C. (2022) Mechanics of tube spinning: a review. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 123(3): 709-735.
  • Zheng J., Zixuan L., Xuedao S., Haijie X., Tangjian X. (2024) Tube spinning process: Recent advances and challenges. J. Adv. Manuf. Sci. Technol. 4(4).
مکانیک سازه ها و شاره ها
دوره 15، شماره 5
آذر و دی 1404
صفحه 367-376

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار