mohammadjavad mirnia
-
اثر اندازه در مقیاس میکرو به علت وجود تعداد دانه های محدود در ناحیه تغییر شکل اتفاق می افتد و رفتار مکانیکی ماده را تحت تاثیر قرار می دهد. براین اساس، توصیف رفتار ماده در مقیاس میکرو نیازمند روابط و تئوری های جدیدی است. در این مقاله، رفتار شکست ورق نازک فولاد زنگ نرن سری 304 با انجام آزمون کشش تک محوری بر روی نمونه های با ضخامت و اندازه دانه متفاوت در مقیاس میکرو مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که کرنش شکست نمونه های مختلف در مقیاس میکرو با کم شدن ضخامت یا زیادشدن اندازه دانه ورق، کاهش می یابد. به منظور درنظرگرفتن اثر هم زمان ضخامت و اندازه دانه ورق، پارامتر نسبت ابعادی به صورت نسبت ضخامت به اندازه دانه میانگین ورق تعریف شد. براین اساس، معیار شکست نرم پدیدارشناختی آیادا با درنظرگرفتن اثر اندازه در مقیاس میکرو اصلاح گردید. پیش بینی مکان هندسی شکست با استفاده از معیار اصلاح شده تطابق خوبی با کرنش شکست نمونه های مختلف در مقیاس میکرو دارد و این معیار می تواند با بیشینه خطای 4.4 درصد مقدار کرنش شکست نمونه های مختلف را پیش بینی نماید. بر اساس نتایج به دست آمده، دریافت شد که می توان از معیار شکست پیشنهادی برای پیش بینی شکست در فرایندهای مقیاس میکرو استفاده نمود.
کلید واژگان: شکست نرم، معیار آیادا، ورق فولاد زنگ نزن، مقیاس میکروThe size effect in microscale occurs due to the presence of a limited number of grains in deformation area and affects the mechanical behavior of the material. Based on this, describing the material behavior in the micro scale requires new relations and theories. In this article, the fracture behavior of 304 stainless steel thin sheet was tested by performing a uniaxial tensile test on the specimens with different thicknesses and grain sizes in the micro scale. The results showed that the fracture strain of different specimens in the micro scale decreases with decreasing thickness or increasing the grain size of the sheet. In order to consider the interactive effect of sheet thickness and grain size, the aspect ratio parameter was defined as the ratio of thickness to the average grain size of the sheet. Based on this, Ayada phenomenological ductile fracture criterion was modified by considering the size effect in the micro scale. Predicting the fracture locus using the modified criterion is in accordance with the fracture strain of different specimens in the micro scale, and this criterion can predict the fracture strain of different specimens with a maximum error of 4.4%. Based on the obtained results, it was found that the proposed fracture criterion can be used to predict fracture in the micro scale processes.
Keywords: Ductile Fracture, Ayada Criterion, Stainless Steel Sheet, Micro Scale -
در این مقاله، به بررسی دو استراتژی تغییر شکل مختلف شکل دهی تدریجی تک نقطه ای برای تولید فلنج دایره ای از ورق آلومینیوم 6061AA با ضخامت 1 میلی متر پرداخته شد. تاثیر پارامترهایی همچون گام عمودی، قطر ابزار، ارتفاع اولیه لبه آزاد فلنج و استراتژی تغییر شکل بر روی دقت ابعادی و توزیع ضخامت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از استراتژی مسیر ابزار 2S که این استراتژی در طی چند مرحله فرایند شکلی دهی را انجام می دهد. دقت ابعادی را در فلنج زنی برای لبه آزاد 5 میلی متر، نسبت به استراتژی مسیر ابزار 1S که استراتژی است که در طی یک مرحله انجام می شود، بهبود بخشید و ارتفاع اولیه لبه آزاد فلنج قابل شکل دهی در استراتژی چند مرحله ای 2S بیشتر بود. توزیع ضخامت استراتژی 1S نسبت به استراتژی 2S برای لبه آزاد 5 میلی متر با %1.02 بهبود و برای لبه آزاد 10 میلی متر، استراتژی 2S نسبت به استراتژی 1S با %2.15 بهبود داشت. همچنین مشاهده شد که با افزایش قطر و گام عمودی، دقت ابعادی افزایش یافته و ضخامت قطعه با افزایش قطر و گام عمودی کاهش داشته است.
کلید واژگان: شکل دهی تدریجی ورق، فلنج زنی لبه، شکل دهی چند مرحله ای، دقت ابعادیIn this article, two different deformation strategies of single point incremental forming were investigated for producing a circular flange from AA6061 aluminum sheet with a thickness of 1mm. The effect of parameters such as step increment, tool diameter, initial height of the flange free edge, and deformation strategy on dimensional accuracy and thickness distribution was investigated Results revealed that employing the 2S tool path strategy, which involves a multi-stage forming process, significantly enhanced dimensional accuracy in flanging for a 5mm free edge compared to the 1S tool path strategy, a single-stage process. Additionally, the initial height of the flange free edge that could be formed was greater in the multi-stage 2S strategy. The thickness distribution of the 1S strategy exhibited a 1.02% improvement over the 2S strategy for a 5mm free edge, whereas for a 10mm free edge, the 2S strategy showed a 2.15% improvement compared to the 1S strategy. It was also observed that with increasing tool diameter and step increment, dimensional accuracy increased and part thickness decreased with increasing tool diameter and step increment.
Keywords: Incremental Sheet Forming, Edge Flanging Multi-Stage Forming, Dimensional Accuracy -
در این مقاله با معرفی شکل دهی دورانی گرم به روش مقاومتی، انتقال حرارت بین اجزای مختلف مدار در حین فرایند بررسی شده است. برای این منظور، ابتدا تجهیزات مورد نیاز جهت اعمال گرمایش مقاومتی به ورق و نیز پیکربندی دستگاه معرفی و تشریح شده که در نتیجه ی آن، همزمان با اعمال گرمایش مقاومتی و نیروی مکانیکی از سوی ابزار غلتکی، ورق تیتانیوم خالص تجاری به صورت مخروط ناقص تحت فرایند شکل دهی دورانی گرم مقاومتی شکل داده شده است. سپس، با بررسی و اندازه گیری مقاومت الکتریکی اجزای مدار، روند تولید و انتقال گرما در بین آن ها تحلیل شده و در نتیجه مقدار گرمای خالص تولید شده در ورق که باعث افزایش دما و ورود به محدوده تبلور مجدد می شود تخمین زده شده است. برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی که عامل اصلی تولید انرژی گرمایی است، مقاومت الکتریکی اجزای مدار بر اساس هندسه و مشخصات فیزیکی آن ها و در شرایطی مشابه حالت شکل دهی، بررسی و محاسبه شد. همچنین تحلیل دقیق انتقال حرارت بین اجزای مدار با توجه به ماهیت فرآیند بسیار پیچیده بوده اما با ساده سازی و صرف نظر از برخی عوامل ، دمای منطقه شکل دهی و مدت زمان رسیدن به آن با دقت قابل قبولی تخمین زده شد. نتایج بدست آمده از تحلیل های ریاضی که با انجام آزمون های تجربی نیز اعتبارسنجی شده و در دو حالت گذرا و پایدار بررسی شده، بیان گر این بوده که نرخ انتقال حرارت به اطراف از طریق تشعشع تا قبل از رسیدن به حالت پایدار، یعنی محدوده ی دمای بیشینه ی اجزا و نیز نرخ انتقال حرارت جابجایی برای قطعات غیردوار، کم و قابل اغماض است.کلید واژگان: شکل دهی دورانی گرم مقاومتی، انتقال حرارت رسانایی، جابجایی، تشعشعIn this paper, introducing Electrical Resistance Hot Spinning (ERHS), heat transfer between the component of circuit is investigated. To this aim, at first the equipment and configuration of the process are described by which mechanical force of roller toll and resistance heating simultaneously deformed pure titanium blank to a conical shape in spinning process. Then by study in electrical resistance of the component and heat transfer between them, the amount of heat generated in blank which raises its temperature to recrystallization is estimated and achieved. For measuring the electrical resistance of the components this parameter calculated by geometrical and physical characters of each component. Furthermore, investigation of heat transfer between them and to environment because of the spinning of blank and moving the roller tool simultaneously is too complicated, but neglecting some of nonsignificant parameters this aim was achievable and the highest temperature of the blank the time needed was estimable. The results of the study which investigated in transient and steady state and verified by experimental examination showed that radiation in transient and convection for unrotated parts are neglectable.Keywords: Electrical Resistance Hot Spinning, Heat Transformation Conduction, Convection, Radiation
-
شکل دهی تدریجی ورق های فلزی یکی از روش های نوین شکل دهی است که اعمال تدریجی نیروهای شکل دهی و عدم حضور قالب مادگی در این روش، باعث افزایش حد شکل پذیری ورق و افزایش دامنه انعطاف پذیری فرایند در تولید هندسه های پیچیده می شود. در این پژوهش شکل دهی ورق های دولایه آلومینیوم-مس در فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای تا رسیدن به حد شکل دهی ورق در چند هندسه مختلف مطالعه خواهد شد. با توجه به مکانیزم ناپایداری ورق در این فرایند، در پیش بینی عددی رشد و شروع آسیب ورق های دولایه، از معیار آسیب ژو-ویرزبیکی (Xue-Wierzbicki) در قالب زیربرنامه VUMAT نرم افزار آباکوس استفاده شد. آزمایش های تجربی نشان داد که نوع هندسه، به دلیل اعمال شرایط متفاوت تنش و کرنش در ورق، بر روی حد ارتفاع شکل دهی موثر است. پیش بینی مدل عددی از حد ارتفاع شکل دهی به طور میانگین برای هندسه های مختلف با اختلاف %8 نسبت به آزمایش های تجربی انجام شده، همراه است که نشان دهنده ی اعتبار مدل عددی می باشد. به این ترتیب، با استفاده از مدل عددی اثر تغییرات کرنش پلاستیک معادل و تنش سه محوری به عنوان متغیرهای کلیدی بر توزیع کرنش های صفحه ای و آسیب در این فرایند تحلیل شد. همچنین نحوه بارگذاری سیکلی و غیرخطی در این فرایند با ترسیم مسیر کرنش برای هندسه های مختلف نشان داده شد.
کلید واژگان: ورق دولایه، شکل دهی تدریجی، معیار آسیب، مدل عددی، مسیر کرنشIncremental forming of metal sheets is one of the new methods of forming, in which the local exertion of forming forces and the absence of a matrix enhances the forming limit of the sheet and extends the flexibility of process in producing of complex geometries. In this research, the forming limit of aluminum/copper bilayer sheets in the single-point incremental forming of different geometries was studied. Considering the instability mechanism of the sheet, the Xue-Wierzbicki damage criterion was used in the form of the VUMAT subroutine of Abaqus in the numerical prediction of the growth and damage initiation of bilayer sheets. Experimental tests showed that the type of geometry has influences on the forming height limit due to the different induced stress and strain states on the sheet. The prediction of the numerical model of the forming height limit on average for different geometries with difference of 8% compared to the experimental tests, which indicates the validity of the numerical model. Accordingly, using the numerical model, the effect of changes in equivalent plastic strain and triaxial stress as crucial variables on the distribution of surface strains and damage was analyzed. Also, cyclic and nonlinear loading in this process was shown by plotting the strain path for different geometries.
Keywords: Bilayer Sheet, Incremental Forming, Damage Criterion, Numerical Model, Strain Path -
شکل دهی تدریجی دونقطه ای به دودسته منفی و مثبت تقسیم بندی می شود که فرایند مورد بررسی در این پژوهش، شکل دهی تدریجی دونقطه ای منفی می باشد. امروزه در صنعت شکل دهی، تولید قطعاتی با دقت ابعادی و توزیع ضخامت مناسب بسیار حایز اهمیت می باشد. هدف این پژوهش بهبود دقت ابعادی و توزیع ضخامت نمونه تولیدشده توسط فرایند شکل دهی تدریجی دونقطه ای منفی می باشد. در راستای این هدف، توزیع ضخامت و دقت ابعادی قطعات مخروطی شکل با استفاده از ایجاد تغییراتی در پارامترهای فرایند مانند قطر ابزار، گام عمودی، نوع روانکار و راهبرد تغییر شکل بررسی شده است. برای انجام این پژوهش از یک دستگاه فرز کنترل عددی، یک مجموعه کامل قالب منفی، ورق فولادی St12 به ضخامت 9/0 میلی متر، ابزار سر کروی و روانکار روغن SAE 10W استفاده شده است. تحلیل نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهد که در اثر افزایش قطر ابزار در گام عمودی ثابت، ضخامت کمینه از 24/0 به 5/0 میلی متر افزایش می یابد که سبب کاهش نازک شدگی و در نهایت احتمال پارگی در ورق شده است. کاهش قطر ابزار در گام عمودی ثابت باعث شکل دهی بهتر در گوشه های نوک تیز قطعات تولیدی شده و با به کارگیری راهبرد شکل دهی جدید و افزایش تعداد مراحل آن از یک مرحله به دو مرحله، ضخامت کمینه افزایش یافته است. این حالت، سبب بهبود توزیع ضخامت نمونه و کاهش احتمال پارگی در نمونه شده و باتوجه به بررسی های انجام شده در این پژوهش، روانکار تاثیر چشم گیری در توزیع ضخامت و دقت ابعادی نمونه تولیدی نداشته و استفاده از روانکار در این پژوهش تنها سبب کاهش زبری سطح گردیده است.کلید واژگان: شکل دهی تدریجی دونقطه ای، قالب منفی، قطر ابزار، گام عمودی، روانکار، توزیع ضخامت، دقت ابعادیTwo points incremental forming is divided into two categories, negative and positive, and the process investigated in this research is Two points incremental forming. Today, in the forming industry, the production of parts with Dimensional accuracy and proper thickness distribution is very important. The aim of this research is to improve the dimensional accuracy and thickness distribution of the sample produced by the negative two-points incremental forming process. For this purpose, thickness distribution and dimensional accuracy of conical parts have been investigated by making changes in process parameters such as tool diameter, step down, type of lubricant and deformation strategy. To do this research, a numerically controlled milling machine, a complete set of negative die, St12 steel sheet with a thickness of 0.9 mm, spherical tool and SAE 10W oil lubricant were used The analysis of the results of the tests shows that due to the increase in the diameter of the tool at a constant step down, the minimum thickness increases from 0.24 to 0.5 mm, which has caused a decrease in thinning and ultimately the possibility of tearing in the sheet. Reducing the diameter of the tool in a constant step down has led to better shaping in the sharp corners of the production parts, and by applying a new shaping strategy and increasing the number of stages from one stage to two stages, the minimum thickness has increased. This state has improved the thickness distribution of the sample and reduced the possibility of tearing in the sample, and according to the investigations carried out in this research, the lubricant did not have a significant effect on the thickness distribution and dimensional accuracy of the production sample, and the use of the lubricant in this research only reduced the surface roughness.Keywords: Two-point incremental forming, Negative die, Tool diameter, Step Down, Lubricant, Thickness Distribution, Dimensional Accuracy
-
در تولید قطعات دوفلزی با استفاده از فرایند آهنگری، می توان قطعات با نسبت استحکام به وزن بالاتر را به دست آورد. هدف از این پژوهش آهنگری قطعه دوفلزی است بطوریکه برای بخش داخلی از آلیاژ آلومینیوم و بخش بیرونی از آلیاژ برنج استفاده شده است. دمای آهنگری برای آلیاژهای برنج و آلومینیوم در محدوده کار داغ به ترتیب برابر 700 و 450 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. ابتدا آهنگری قطعه تک فلزی بصورت عددی و تجربی بررسی می شود. پس از صحت سنجی مدل المان محدود، به آهنگری قطعات دوفلزی در یک مرحله پرداخته می شود. تاثیر ضخامت پوسته برنجی و نیز اختلاف ارتفاع هسته آلومینیومی و پوسته برنجی بر موفقیت آمیز بودن فرایند آهنگری داغ تک مرحله ای مطالعه می گردد. نتایج نشان می دهد که ضخامت و ارتفاع پوسته برنجی تاثیر چشمگیری بر موفقیت آمیز بودن فرایند بر پوشش دهی کامل هسته توسط پوسته ندارد. در ادامه برای حل این مشکل، هندسه های غیرساده برای هسته و پوسته به عنوان پیش فرم، طراحی و آهنگری مرحله دوم بصورت عددی بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که جهت تولید قطعه دوفلزی با پوشش کامل هسته آلومینیومی توسط پوسته برنجی به دو مرحله آهنگری توسط یک پیش فرم مناسب غیرساده نیاز است. در نهایت پیش فرم تاییدشده توسط مدل المان محدود، بصورت تجربی تولید و آهنگری داغ بر روی آن انجام می شود. نتایج تجربی تاییدکننده نتایج عددی می باشند. با استفاده از تصاویر SEM نشان داده می شود که اتصال متالورژیکی مناسبی نیز در مرز دو فلز ایجاد می گردد.
کلید واژگان: آهنگری داغ، دوفلزی، شبیه سازی اجزای محدود، SEMIn forging of bimetallic components, products with a high strength to weight ratio can be obtained. The purpose of this research is to forge a bimetallic component made from aluminum and brass alloys as the inner and outer parts, respectively. The forging temperature for the brass and aluminum alloys is considered in the hot work range as 700 °C and 450 °C, respectively. First, the forging of a single component is investigated numerically and experimentally. After validating the finite element model, bimetallic components are forged in single stage. The effect of brass ring thickness and height difference between aluminum core and brass ring is studied on the success of the single-stage hot forging process. The results show that the thickness and height of the brass ring do not have a significant effect on the success of the process in terms of complete covering of the core by the ring. In the following, to solve this problem, non-simple geometries are designed for the core and ring as a preform, then forging of the second stage are numerically investigated. The results show that in order to produce a bimetallic component with a complete covering of the aluminum core by a brass ring, a two-stage forging is needed using a suitable non-simple preform. Finally, the preform approved by the FEM is experimentally produced and hot forging is performed on it. The experimental results confirm the numerical results. SEM images show that an appropriate metallurgical bonding is created at the interface of two metals.
Keywords: Hot forging, Bimetal, FEM, SEM -
شکل دهی انبساطی انتهای لوله های جدار نازک، زیر مجموعه ای از فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای است. در این پژوهش، مطالعه تجربی و تحلیل آماری متغیرهای موثر بر قطر انتهای لوله های شکل دهی شده، مورد توجه قرار گرفت. در مقاله پیش رو، طراحی آزمایش بر اساس متدلوژی سطح پاسخ انجام شد. به منظور شکل دهی انتهای لوله فولادی زنگ نزن گرید 304 و اجرای تحلیل آماری، متغیرهای ورودی فرآیند مشتمل بر: قطر ابزار، گام زاویه ای ابزار، گام عمودی ابزار و نوع روانکار انتخاب شدند. سپس تاثیر متغیرهای ورودی بر قطر انتهای لوله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. همچنین، تابع قطر انتهای لوله بر حسب عبارات خطی، تعاملی و درجه دوم از متغیرهای ورودی استخراج شد و صلاحیت و کفایت آن مورد تایید قرار گرفت. نتایج تحلیل واریانس نشان داد که عبارات گام عمودی ابزار، قطر ابزار و اثر تعاملی حاصل ضرب قطر ابزار در گام زاویه ای ابزار به عنوان موثرترین عبارات بر قطر انتهای لوله هستند. در پایان، ترکیب بهینه متغیرهای ورودی فرآیند جهت دستیابی به بیشینه قطر انتهای لوله با استفاده از روش مطلوبیت تعیین شدند و با اجرای آزمون صحه گذاری، صحت معادله رگرسیون برای پیش بینی قطر انتهای لوله مورد تایید قرار گرفت.کلید واژگان: تحلیل آماری، بهینه سازی، لوله فولادی، شکل دهی انبساطی، شکل دهی تدریجی تک نقطه ایThe flaring of the ends of thin-walled tubes is a subset of single-point incremental forming. In this research, the experimental study and statistical analysis of the variables affecting the end diameter of formed tubes were considered. In the present paper, the design of the experiment was done based on the response surface methodology. In order to form the end of the AISI 304 steel tube and perform the statistical analysis, process input variables including tool diameter, tool angular step, tool vertical step, and type of lubricant were selected. Then the effect of input variables on the tube end diameter was analyzed. Also, the tube end diameter function was extracted from the input variables in terms of linear, interactive, and quadratic expressions, and its competency and adequacy were confirmed. The analysis of variance results showed that the expressions of the tool vertical step, tool diameter, and the interactive effect of the product of tool diameter and tool angular step are the most effective expressions on the tube end diameter. Finally, the optimal combination of process input variables to achieve the maximum tube end diameter was determined using the desirability method, and by running the verification test, the correctness of the regression equation to predict the tube end diameter was confirmed.Keywords: Statistical Analysis, Optimization, Steel Tube, Flaring Process, Single Point Incremental Forming
-
در سال های اخیر، فرایند هیدروفرمینگ برای ساخت قطعات پیچیده از قبیل محفظه احتراق و بافل پره ثابت توربین گاز که فرایند شکل دهی مواد به خصوص ورق های سوپرآلیاژ در آن ها نقش کلیدی دارد، مورد توجه صنایع نیروگاهی قرار گرفته است. همچنین این فرایند به عنوان یک فرایند تکمیلی و سایزینگ در انتهای فرایندهای ساخت جهت افزایش دقت ابعادی مجموعه مونتاژ شده نیز مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، به بررسی فرایند هیدروفرمینگ لوله از جنس فولاد زنگ نزن AISI304 جهت ساخت بافل پره ثابت توربین گاز پرداخته شده است. پیش از انجام آزمون های آزمایشگاهی و برای ارزیابی دقیق تر، فرایند هیدروفرمینگ لوله در سه مرحله پیش فرم لوله، عملیات حرارتی لوله پیش فرم شده و در نهایت انجام فرایند هیدروفرمینگ در قالب نهایی شبیه سازی گردید و در این راستا یک مدل عددی شبیه سازی اجزا محدود در محیط کد تجاری آباکوس توسعه داده شد. در ادامه نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و مطابقت خوبی بین آن ها مشاهده گردید. همچنین بهترین حالت تغییر فرم جهت دست یابی به فرم نهایی بافل، انجام هیدروفرمینگ لوله پیش فرم آنیل شده در فشار روغن 100 بار به دست آمده است.
کلید واژگان: هیدروفرمینگ، شبیه سازی عددی، فولاد زنگ نزن AISI304، بافل پره ثابت توربین گازIn recent years, the hydroforming process for manufacturing complex parts such as combustion chamber and gas turbine nozzle baffle, in which the forming process of materials, especially super alloy sheets, has a key role, has attracted the attention of power plant industries. Also, this process is used as a supplementary and sizing process at the end of the manufacturing process to increase the dimensional accuracy of the assembled component. In this research, the hydroforming process of AISI304 stainless steel tube for manufacturing of gas turbine nozzle baffle has been investigated. Before conducting the experimental tests and for a more accurate evaluation, the hydroforming process of the pipe was simulated in three stages: pre-forming the pipe, heat treatment of the pre-formed pipe and finally performing the hydroforming process in the final form, and in this regard, a numerical model was created. Finite element simulation was developed in Abaqus commercial code environment. In the following, the simulation results were compared with the laboratory results and a good agreement was observed between them. Also, the best form change mode to achieve the final form of the baffle is hydroforming the annealed preform tube at 100 bar oil pressure.
Keywords: Hydroforming, numerical simulation, AISI304, Turbine nozzle baffle -
رفتار تغییرشکل ماده در فرایندهای میکرو شکل دهی به علت وجود اثر اندازه متفاوت با مقیاس ماکرو است. اثر اندازه در مقیاس میکرو به علت وجود دانه های محدود در ناحیه تغییرشکل اتفاق می افتد و موجب می شود تا رفتار ماده متاثر از ضخامت و اندازه دانه ورق شود. به همین علت، مدل های ساختاری متداول توانایی پیش بینی رفتار ماده در فرایندهای میکرو شکل دهی را ندارند. در این مقاله، مدل ساختاری جدید بر اساس معادله سوییفت و با در نظر گرفتن اثر اندازه در مقیاس میکرو برای توصیف رفتار کرنش-سختی ورق فولاد زنگ نزن 304 ارایه گردید. ارزیابی منحنی جریان نمونه های با اندازه دانه مختلف نشان داد که پیش بینی تنش جریان ماده با مدل ساختاری جدید به خصوص در کرنش های بالا نسبت به مدل موجود بهبود می یابد، به طوری که میانگین و بیشینه خطای مدل جدید به ترتیب کم تر از یک سوم و کم تر از نصف خطای مدل متداول است. شبیه سازی اجزای محدود آزمون کشش میکرو با بکارگیری مدل ساختاری جدید برای بررسی اثر اندازه روی رفتار تغییرشکل نمونه ها انجام شد. صحت مدل ساختاری جدید با مقایسه نتایج آزمون های تجربی و شبیه سازی اجزای محدود ورق های با اندازه دانه مختلف مورد تایید قرار گرفت. هم چنین، نتایج آزمون کشش نشان داد که تخمین نیروی شکل دهی با استفاده از مدل جدید با دقت بالاتری نسبت به مدل های متداول و موجود برای ورق های با اندازه دانه مختلف و محدوده کرنش های بالا انجام می شود.
کلید واژگان: مدل ساختاری، منحنی جریان، میکرو شکل دهی، اثر اندازه، مقیاس میکروThe deformation behavior of the material in micro-forming processes is different from macro-scale due to the size effect. The size effect in micro-scale appears due to few grains in the deformation region and causes the material behavior to be affected by the thickness and grain size of the sheet. Because of this, conventional constitutive models are not suitable for predicting the material behavior in micro-forming processes. In this paper, a new constitutive model based on the Swift equation and considering size effect in micro-scale is presented to describe the strain-hardening behavior of the stainless steel 304 foil. Comparison of flow stress curves of specimens with different grain sizes showed that the prediction of material flow stress with the new constitutive model is improved compared to the existing model, especially at high strains, so that the average and maximum error of the new model is less than one-third and less than half of the conventional model error, respectively. Finite element simulation of the micro-tensile test was performed using the new constitutive model to investigate the size effect on the deformation behavior of the specimens. The new constitutive model was verified by comparing the results of experimental tests and finite element simulation of sheets with different grain sizes. Also, the results revealed that the estimation of the forming force using the new constitutive model is done with higher accuracy than the conventional and existing model for sheets with different grain sizes and high strain ranges.
Keywords: Constitutive model, Flow stress curve, Micro-forming, Size effect, Micro-scale -
در این مقاله تاثیر تغییرات شدت جریان بر تغییرات ریزساختار شکل دهی دورانی گرم مقاومتی تیتانیوم خالص تجاری بررسی شده است. بدین منظور، مجموعه ای جهت اعمال گرمایش مقاومتی به ورق تعبیه گردید و پیکربندی دستگاه به گونه ای طراحی و ساخته شد که در حین فرایند شکل دهی چرخشی، بتوان همزمان گرمایش مقاومتی را اعمال کرده و ورق های تیتانیوم را به صورت مخروط ناقص تحت فرایند شکل دهی دورانی گرم مقاومتی قرار داد. سپس، با انجام آزمایش در شرایط مختلف شکل دهی با تغییر در شدت جریان عبوری در ضخامت و نرخ باردهی ثابت، قطعات مختلفی بدست آمده و ریزساختار ماده و دانه بندی آن، در حالت های مختلف شکل دهی و در قسمت های مختلف آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می دهد که نیروی اعمالی در شکل دهی دورانی در گرمکاری مقاومتی در همه شدت های جریان سبب ریزدانه شدن ماده شده است اما از یک میزان شدت جریان مشخص، ماده بعد از اتمام تبلور مجدد فرصت بیشتری داشته که در دماهای بالاتر بماند و به این خاطر امکان بیشتری برای رشد دانه های تبلور مجدد یافته فراهم بوده است.
کلید واژگان: شکل دهی دورانی گرم مقاومتی، ریزساختار، اندازه دانه، تبلور مجدد، سختیIn this paper, the effect of current intensity on changes in the microstructure of the hot resistance spinning of commercially pure titanium alloy has been investigated. For this purpose, a set-up for applying resistance heating to the sheet was installed and the configuration of the machine was designed and built in such a way that during the spinning process, resistance heating can be applied simultaneously and titanium sheets can be made into cones. The incomplete part was subjected to the hot resistance spinning process. Then, by conducting experiments in different forming conditions with a change in the intensity of the passing current at a constant thickness and feedrate, different parts were obtained and the microstructure of the material and its granulation, in different forming states and in the part of its various aspects have been studied. The results from this research show that the force applied in spinning in resistance heating at all current intensities has caused the material to become fine. But from a certain current intensity, the material has more time after the completion of recrystallization to remain at higher temperatures, and because of this, there is a greater possibility for the growth of recrystallized grains. Also, the hardness changes in the Vickers scale in the intensity of different currents show that with the increase in the intensity of the current in all parts of the piece, its hardness has increased.
Keywords: Hot spinning, Microstructure, Grain Size, Recrystallization, Hardness -
در این مقاله، توسط معیار شکست GTN و تاثیر تکامل آن، دقت پیش بینی شکست مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی حالت های تنش، سه آزمون کالیبراسیون کشش تک محوری، کشش برشی و کشش کرنش صفحه ای برای کالیبراسیون معیار شکست و همچنین تعیین دقت معیار در پیش بینی شکست به کار گرفته شدند. برای مدل سازی رفتار شکست در آلومینیوم 6T-6061، معیار شکست نرم GTN توسعه یافته، از طریق روش ترکیبی تجربی-شبیه سازی کالیبره شد. نرم افزار اجزای محدود آباکوس به منظور شبیه سازی فرایند استفاده شد و معیارهای شکست توسط زیر برنامه VUMAT به این نرم افزار اضافه شدند. مقادیر نیرو-جابجایی و طول کورس شکست در آزمون های تجربی، به منظور صحت سنجی نتایج عددی و بررسی دقت معیار مورد استفاده قرار گرفت. مطابق با نتایج، کالیبراسیون با استفاده از آزمون کشش تک محوری و کشش برشی، شکست را به طور میانگین با خطای 6/17 درصد پیش بینی می کند درحالی که معیار اصلی GTN قادر به پیش بینی شکست در آزمون کشش برشی نمی باشد و میزان خطا در رابطه با آزمون کشش کرنش صفحه ای به 24 درصد می رسد. به منظور بررسی رفتار شکست آلومینیوم 6T-6061 و صحت سنجی معیار کالیبره شده در فرایند پیچیده تر و غیر از آزمون های کشش، آزمون خم کاری U شکل انجام شد. مشخص شد که معیار GTN توسعه یافته می تواند شروع شکست را در فرآیند خم کاری U شکل با خطای 3 درصد پیش بینی کند.
کلید واژگان: شکست، معیارهای GTN، پارامتر سه محوری تنش، خم کاری، آزمون های کالیبراسیونIn this paper, fracture prediction accuracy was evaluated by the GTN ductile fracture criterion and the effect of its evolution. To investigate the stress states, three calibration tests, including uniaxial tension, plane strain tension, and In-plane shear tension, were used to calibrate the failure criterion and determine the accuracy of fracture prediction. For simulation of the fracture behavior in Aluminum 6061-T6, the GTN ductile fracture criterion was calibrated using the combined experimental-simulation method. ABAQUS software was used to simulate the forming process, and fracture criteria were implemented to the software by the VUMAT subroutine. The force-displacement values and the fracture displacement in the experimental tests were used to validate the numerical results and evaluate the fracture criterion accuracy. According to the results, calibration using uniaxial tension and In-plane shear tension tests predicts failure with an average error of 6.17%. While the original GTN criterion cannot predict the fracture of the In-plane shear tension test, the error value in the plane strain tension test reaches 24%. A U- bending test was performed to investigate the fracture behavior of Aluminium 6061-T6 sheets and validate the calibrated fracture criterion in a more complex process other than tension tests. The Extended GTN criterion was found to predict the onset of fracture in the U-bending process with an error of 3%.
Keywords: Fracture, GTN Criteria, Stress Triaxiality, Bending, Calibration Test -
امروزه به صورت کلی دو نوع روش شکلدهی در تولید بدنه و اجزای فلزی کشتیها و شناورها استفاده میشود که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این مقاله با بهره گیری از روش هیدروفرمینگ با فشار نوسانی قابلیت شکل پذیری ورق های فلزی افزایش داده شده و نشان داده شده است که نسبت به روش های مرسوم، می توان ورق فولادی را با ارتفاع بیشتری شکل داد. بدین منظور یک قالب هیدروفرمینگ ورق به گونه ای ساخته شد که در آن قطعات استوانه ای با ارتفاع مختلف شکل داده شد. قطعه استوانه ای به عنوان یک شکل استاندارد برای شکل دهی انتخاب گردید. برای اعمال فشار روغن با حالت های مختلف، یک دستگاه ساخته شد که توانایی ایجاد مسیرهای فشار نوسانی مانند حالت های سینوسی، مثلثی، پله ای و ذوزنقه ای را داشت. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از روغن با فشار ثابت 180 بار، عمق شکل دهی نسبت به حالت بدون روغن به میزان 25/56 درصد افزایش می-یابد. همچنین افزایش فشار روغن در زیر ورق، باعث افزایش ارتفاع پارگی می شود. در صورت استفاده از فشار نوسانی در محدوده 180 الی 220 بار با فرکانس 20 هرتز، ارتفاع پارگی نسبت به حالت بدون روغن و روغن با فشار ثابت 220 بار به ترتیب بیش از 4 برابر و 82/47 درصد افزایش یافته است. مشاهده شد که با افزایش فشار، انحراف از معیار ضخامت قطعات بیشتر می شود. ولی در صورت استفاده از فشار نوسانی انحراف از معیار ضخامت قطعه نسبت به فشار ثابت 220 بار، کمتر می باشد. این در حالی است که عمق شکل دهی قطعه با فشار نوسانی تقریبا 50 درصد بیشتر حالت فشار ثابت 220بار است.
کلید واژگان: هیدروفرمینگ ورق، افزایش شکل پذیری، فشار ثابت و نوسانی، واحد کنترل کننده فشارToday there are generally two types of forming methods used in the manufacture of body and metal components for ships and vessels, each of which has its own advantages and disadvantages. In this paper, the use of pulsating pressure hydroforming method has increased the formability of metal sheets and it has been shown that steel plate can be formed with higher height than conventional methods. For this purpose, a sheet hydroforming die was made in which cylindrical workpieces of different heights were formed. The cylindrical workpiece was chosen as a standard shape for forming. To apply the oil pressure with different modes, a device was developed that was capable of generating pulsating pressure paths such as sinusoidal, triangular, stepped and trapezoidal states. The results showed that if the oil was applied at a constant pressure of 180 bar, the formation depth increased by 56.25% compared to the oil-free state. Also, increasing the oil pressure under the sheet increases the height of the rupture. Using pulsating pressure in the range of 180 to 220 bar with a frequency of 20Hz, the rupture height was increased more than 4 times and 47.82%, respectively, without oil and with 220 bar constant pressure. It was observed that as the pressure increased, the deviation from the thickness distribution increased. However, if the pulsating pressure is used, the deviation from the standard thickness of the workpeice is less than 220 bar. However, the forming depth of the workpiece with pulsating pressure is approximately 50% greater than the constant pressure state of 220 bar.
Keywords: Sheet hydroforming, Formability Increase, Fixed, Pulsating Pressure, Pulsating Pressure Unit -
امروزه استفاده از ورق های فلزی آلیاژ آلومینیوم در صنایع کشتی سازی به علت نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت به خوردگی مناسب، گسترش یافته است. با توجه به این که قابلیت شکل پذیری این آلیاژ در دمای محیط پایین است، در این پژوهش، فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی قطعه دو پله از جنس آلیاژ آلومینیوم AA6061 ، تحت سیکل های عملیات حرارتی مختلف، به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا بیش ترین عمق قابل شکل دهی قبل از پارگی ورق، در شرایط عملیات حرارتی T6 اولیه، در فشارهای مختلف محفظه روغن به دست آمد و فشار bar 12 به عنوان بهترین فشار شکل دهی ورق انتخاب گردید. نتایج نشان می دهد، اگرچه می توان با انتخاب پارامترهای مناسب فرآیند، این ورق ها را با کم ترین عیوب نظیر ترک و چروکیدگی شکل داد، اما عمق شکل پذیری ورق در حالت T6 اولیه بسیار محدود است. بنابراین اثر عملیات های حرارتی انحلال، پیرسازی و آنیل، بر روی عمق شکل دهی، سختی و توزیع ضخامت قطعات هیدروفرم شده، بررسی گردید. با انجام عملیات حرارتی انحلال در دما و زمان مناسب، می توان قابلیت شکل پذیری قطعات در فرآیند هیدروفرمینگ را به میزان 7/91 % بهبود داد، این در حالی است که سختی قطعه به مقدار 2/36 % نسبت به حالت T6 اولیه کاهش می یابد. با انجام هیدروفرمینگ بعد از فرآیند پیرسازی، شکل پذیری به میزان 7/16 % کاهش می یابد، که علت آن افزایش سختی قطعه به مقدار 9/11 % نسبت به حالت T6 اولیه می باشد. با انجام عملیات حرارتی آنیل، عمق شکل دهی به میزان 7/116 % نسبت به حالت T6 اولیه بهبود یافته است که این امر، کاهش 69 % سختی قطعه نهایی را نتیجه می دهد.
کلید واژگان: شکل دهی فلزات، هیدروفرمینگ ورق، کشتی سازی، عملیات حرارتی، آلیاژ آلومینیوم AA6061، سختی و توزیع ضخامت قطعه نهاییToday, the use of aluminum alloy metal sheets in the shipbuilding industry is expanded due to its high strength to weight ratio and good corrosion resistance. Due to the low formability of this alloy at room temperature, the deep hydrodynamic drawing process of AA6061 aluminum alloy double-stepped part under different heat treatment cycles has been experimentally investigated in this study. Firstly, the maximum forming depth before sheet rupture was obtained at different oil chamber pressures under the initial T6 heat treatment and 12bar was selected as the best sheet forming pressure. The results show that although by choosing the appropriate process parameters, these sheets can be formed with the least defects such as cracking and wrinkling, but the formability depth is very limited in the initial T6 state. Therefore, the effect of solution, aging and annealing heat treatments on the depth of forming, hardness and thickness distribution of hydroformed parts was investigated. Solution heat treatment at the sutiable temperature and time can improve the formability of the parts in the hydroforming process by 91.7%, while the hardness of the part is reduced by 36.2% compared to the initial T6 state. Hydroforming after the aging process reduces the formability by 16.7%, due to the increase in part hardness by 11.9% compared to the initial T6 state. With annealing heat treatment, the forming depth is improved by 116.7% compared to the initial T6, which results in a 69% reduction in the hardness of the workpiece.
Keywords: Metal forming, Sheet hydroforming, shipbuilding, Heat treatment, AA6061 aluminum alloy, Workpiece hardness, thickness distribution -
فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید به منظور تولید قطعات حجیم با خواص مکانیکی مناسب درطی دهه قبل گسترش یافته اند. فرآیند اکستروژن - فشار در کانال زاویه دار یکسان به عنوان یک فرآیند جدید، قابلیت انجام تغییرشکل پلاستیک شدید به علت وجود دو ناحیه برشی پشت سر هم با نرخ کرنش های بزرگ تر و توزیع کرنش همگن تر نسبت به برخی از فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید مانند پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان را دارا می باشد. در این پژوهش، ضمن معرفی این فرآیند به عنوان یک فرآیند جدید تغییر شکل پلاستیک شدید، تولید یک نمونه استحکام بالا AA1050 توسط این فرآیند به صورت تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای موثر بر آن معرفی شده است. در این پژوهش نشان داده شده با استفاده از این فرآیند جدید، امکان تولید نمونه های با نرخ بزرگ تر و توزیع همگن تر کرنش نسبت به فرآیند رایج پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان و اکستروژن جانبی بوده و محدودیت طول بلند بیلت را که در پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان رایج به علت اصطکاک شدید با دیواره قالب که مانع از انجام فرآیند می شد، به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. نمونه های تولیدی در یک مرحله از این فرآیند دارای افزایش 50 درصدی استحکام تسلیم نسبت به نمونه آنیل شده می باشد که این نشان از کارایی بالای این فرآیند دارد.
کلید واژگان: تغییرشکل پلاستیک شدید، خواص مکانیکی، نرخ کرنش، استحکام تسلیمSevere plastic deformation processes have been developed for the fabrication of material with proper mechanical properties over the past decade. The Extrusion process with Equal Channel Angular Pressing as a new process is able to apply a severe plastic deformation due to two continuous shear regions with higher strain rates and more homogeneous strain distribution compared to some of the SPD processes like ECAP. In this study, a new process of severe plastic deformation is introduced and fabricating an high strength AA1050 specimen was investigated experimentally and numerically which led to presenting an effective parameter of this process. It has been shown with using this new process, it is possible to fabricate samples with a higher strain rate and more homogeneous distribution compare with conventional ECAP and extrusion, and the limitation of the high length sample was significantly reduced than the conventional ECAP which friction with the die wall prevents it from continuing. It has been shown that the fabricated sample of one pass of this process has a 50% increasing in yield strength than the annealing sample, which indicates the high efficiency of this process.
Keywords: Severe plastic deformation, mechanic properties, Strain Rate, yield stress -
ورق های جوش دوخت شده از اتصال لب به لب ورق های پایه به روش های مختلف جوشکاری تولید می شوند. این ورق ها تحت عنوان ورق های ترکیبی یا جوش دوخت شده وجود داشته و به دلیل مزایای متعدد، کاربرد های فراوانی در بخش های مختلف صنعت پیدا کرده اند. در این پژوهش، شکل پذیری و تاثیر راستای خط جوش ورق های جوش دوخت شده توسط لیزر از جنس های St12 و St14 به ضخامت های 1 mm و1.5 mm در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای قطعاتی به فرم هرم ناقص، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا بیشترین عمق قابل شکل دهی در شکل دهی تدریجی تک نقطه ای یک هرم ناقص از هر کدام از ورق های پایه به ازای مقادیر مختلف زاویه دیواره به دست آمد و زاویه دیواره بحرانی برای هر کدام از آن ها تعیین شد. سپس، شکل دهی تدریجی هرم ناقص با استفاده از ورق های جوش دوخت شده در محدوده زاویه دیواره بحرانی ورق های پایه انجام گردید. در این راستا، ورق های ترکیبی با چیدمان و ترکیب های مختلف از ورق های پایه در نظر گرفته شد. جهت بررسی تاثیر راستای خط جوش در عمق شکل دهی، هر ترکیب با دو راستای خط جوش 0 و 45 درجه نسبت به جهت نورد تهیه گردید. نتایج آزمایش نشان داد که عمق پارگی ورق های جوش دوخت شده در راستای 45 درجه، نسبت به ورق های با خط جوش در راستای نورد بطور میانگین 14 درصد کاهش یافت. همچنین، میانگین عمق شکل دهی ورق های جوش دوخت شده در زاویه متوسط حد بحرانی دیواره ورق های پایه به حدود 25 درصد ورق های پایه کاهش می یابد. بنابراین، ورق های ترکیبی باید در زاویه دیواره حد بحرانی خودشان شکل دهی شوند.
کلید واژگان: شکل پذیری، شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، ورق های ترکیبیWelded sheets are made by butt connecting of the base plates in various welding methods. These sheets are called tailor welded blanks, welded sheets (TWBs). Due to their many benefits, they have found many uses in various parts of the industry. In this Research, the formability and effect of weld line of TWBs of St12 and St14 in thicknesses of 1 mm and 1.5 mm in single point incremental forming in the form of a truncated pyramid has been investigated. At first, the maximum depth that can be shaped in single point incremental forming of a truncated pyramid from each of the base plates for different values of wall angle was obtained and the critical wall angle for each of them was determined. Then, the incremental forming of the truncated pyramid was done using welded sheets at the critical wall angle of the base plates. In this regard, TWBs were considered with different layouts and combinations of base plates. To investigate the effect of weld line on forming depth, each combination was prepared in two weld directions of 0 and 45⁰ relative to the rolling direction. The experiment results showed that the fracture depth of TWBs with 45⁰ was reduced by an average of 14% compared to TWBs in the rolling direction. Furthermore, the average depth of the TWBs at the average critical wall angle of the base plates decreases to about 25% compared to the base plates. Therefore, the TWBs should be formed at their critical wall angles.
Keywords: Formability, Single Point Incremental Forming, TWBs -
شکل دهی تدریجی نوعی از روش های نمونه سازی سریع به شمار می آید و از انعطاف پذیری و صرفه اقتصادی بالایی در حجم تولید کم برخوردار است. با این وجود، کمبود دانش فنی، استفاده از این روش را در صنعت دچار چالش نموده است. از جمله مواردی که می تواند کمک شایانی در بکارگیری عملی این فرآیند بنماید، پنجره فرآیندی مناسب می باشد؛ پنجره ای که به کمک آن بتوان حداکثر عمق پارگی ورق را با توجه به جنس، ضخامت و زاویه جداره شکل دهی، تعیین کرد. در این پژوهش، ابتدا شکل پذیری ورق فولادی کم کربن از جنس St12 با ضخامت های1.25 و 1.50 میلیمتر در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای یک هرم ناقص با زوایای جداره ثابت مختلف به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، شکل پذیری هرم ناقص با زاویه جداره متغیر، تحت دو هندسه جداره متفاوت مطالعه شده است. بر اساس نتایج تجربی، پنجره های فرآیندی بر حسب بیشترین عمق قابل شکل دهی و زاویه جداره ارائه می شود و تحت شرایط متفاوت با یکدیگر مقایسه می گردند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داده است که زاویه جداره بحرانی برای ورق St12 در شکل دهی هرم با زاویه جداره ثابت، متفاوت از هرم با زاویه جداره متغیر می باشد و به ابعاد قاعده هرم و ضخامت های مورد بررسی بستگی ندارد. زاویه جداره بحرانی برای هرم با زاویه ثابت و متغیر به ترتیب برابر با و بدست آمد. به علاوه، برای هرم با زاویه جداره ثابت، توزیع ضخامت تقریبا ثابت، در حالی که برای هرم با زاویه جداره متغیر، توزیع ضخامت در طول مسیر تغییر می نماید.کلید واژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، شکل پذیری، پنجره فرآیندی، ورق فولادی کم کربنIncremental forming is considered as one of the rapid prototyping methods and has a high degree of flexibility and cost-effectiveness at low production volume. Meanwhile, the lack of technical knowledge has challenged the use of this method in the industry. One of the things that can help the actual usage of this process is the suitable process window; a window used to determine maximum tearing depth of the sheet with respect to the material, thickness and wall angle. In this study, firstly, the formability of low-carbon steel sheet, St12, with the thicknesses of 1.25 and 1.50 mm in single point incremental forming of a truncated pyramid with different constant wall angles has been investigated experimentally. Then, it is compared with the formability of the truncated pyramid with variable wall angles under two different wall geometries. Based on the experimental results, the process windows are presented in terms of the maximum depth and wall angle and compared to each other under different circumstances. The results showed that the critical wall angle for St12 sheet in incremental forming of a truncated pyramid with a fixed wall angle differs from the pyramid with variable wall angle, but doesn't depend on the size of the pyramid base. The critical wall angle for the fixed and variable wall angle pyramids was obtained 67⁰ and 75⁰, respectively. For a pyramid with a fixed wall angle, the thickness distribution of the wall is almost constant, while for a pyramid with a variable wall, it varies along the path.Keywords: Formability, Process Window, Low-Carbon Steel Sheet, Single point incremental forming, Formability, Process window, Low-carbon steel sheet
-
تعیین تجربی و پیش بینی منحنی های حد شکل دهی گلویی و شکست ورق آلومینیوم 2024 با استفاده از معیار آسیبمنحنی های حد شکل دهی ورق از ابزارهای مفید در بررسی شکل پذیری ورق به منظور طراحی محصولات صنعتی به شمار می رود. برای تعیین این منحنی ها روش ها و دستورالعمل هایی در قالب آزمایش های تجربی تدوین و ارائه شده است. هزینه بر و زمان بر بودن انجام این آزمایش های تجربی باعث شده است تا پژوهش های متعددی در استفاده از روش های تحلیلی و نرم افزارهای المان محدود در تعیین این منحنی ها صورت بگیرد. در تحقیق حاضر، منحنی های حد شکل دهی گلویی و حد شکست ورق های آلومینیوم آلیاژی 2024 با استفاده از روش اتساع نیم کروی به صورت تجربی و عددی به دست آمده است. برای این منظور هندسه های متفاوتی از ورق فلزی برای ایجاد مسیر کرنش های مختلف به کار گرفته شده است. برای شبیه سازی آزمایش های تجربی، از حل گر صریح نرم افزار تحلیلی آباکوس استفاده گردید. با استفاده از روابط تئوری و آزمایش های تجربی، خواص شکست ورق آلومینیومی برحسب کرنش شکست، تنش سه محوری و پارامتر زاویه لود تعیین و به نرم افزار معرفی شد. با استفاده از مدل آسیب نرم، کرنش های حد شکل دهی شکست توسط مدل عددی صحه گذاری شده، استخراج گردید. برای تعیین کرنش های حد شکل دهی گلویی از روشی بر اساس تغییرات کرنش بیشینه در ناحیه گلویی شدن، بهره گرفته شد. مقایسه نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل عددی به کار گرفته شده، می تواند با بیشترین خطایی حدود %6 کرنش های حد شکل دهی گلویی و شکست ورق آلومینیومی 2024 را پیش بینی نماید.کلید واژگان: شکل پذیری ورق، منحنی حد شکل دهی، المان محدود، معیار آسیبForming limit diagram (FLD) is one of the useful tools in the assessment of the sheet formability for designing industrial products. Experimental methods have been developed to determine FLDs. Costly and time-consuming experiments have led to several studies on the use of analytical methods and finite element softwares for predicting FLDs. In the present study, the necking and fracture forming limit curves of AA2024 aluminum alloy sheet were experimentally and numerically obtained through the hemispherical stretching test. Different geometries of the initial blank were considered to create different strain paths. The commercial finite element code Abaqus/Explicit was utilized to simulate experimental tests. Using theoretical equations and experimental results, fracture properties of the aluminum sheet in terms of the equivalent plastic strain at fracture, the stress triaxiality and the Lode angle parameter were captured and implemented in the Abaqus software. In order to capture necking forming limit strains, a numerical criterion based on the major strain variation in the necking zone has been considered. The comparison of the results shows that the numerical model can predict the forming and fracture limit strains with the maximum error of about 6%.Keywords: Sheet formability, Forming Limit Diagram, finite element, Damage Criterion
-
هیدروفرمینگ لوله فرآیندی است که در سال های اخیر برای تولید قطعه های یکپارچه و بدون درز جوش مورد توجه قرار گرفته است. پیش بینی عددی پارگی در این فرآیند به منظور طراحی مناسب ابزارآلات امری مهم می باشد. در این پژوهش، شکل پذیری لوله فولادی زنگ نزن304 توسط آزمون بالج آزاد بصورت تجربی و عددی به منظور تعیین منحنی حد شکل دهی مورد بررسی قرار گرفت. مدل گارسون- تیورگارد- نیدلمن(GTN) یک مدل میکرومکانیکی برای پیش بینی شکست نرم فلزات می باشد. به منظور تعیین پارامترهای تعریف کننده مدل آسیب GTN، ابتدا تست کشش تجربی از نمونه استاندارد و نیز شبیه سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد. با بکارگیری این معیار در نرم افزار آباکوس و مقایسه نمودار نیرو – جابجایی تست کشش تجربی و حاصل از شبیه سازی اجزا محدود، پارامترهای مدل GTN توسط روش معکوس بدست آورده شد. سپس با استفاده از معیار شکست نرم GTN، پارامتر های هندسی قالب در هیدروفرمینگ بالج آزاد بررسی گردید و نمودار حد شکل دهی لوله فولادی 304 بصورت عددی بدست آمد. برای صحت سنجی نتایج شبیه سازی اجزا محدود، آزمایش های تجربی نیز انجام شد که تطابق قابل قبولی را نشان می دهد. در نهایت بکارگیری مدل مذکور در هیدروفرمینگ قطعه T شکل بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفت.کلید واژگان: منحنی حد شکل دهی، معیار شکست نرم GTN، لوله فولادی زنگ نزن، آزمون بالج آزادTube hydroforming is a process which is considered to produce integrated and seamless parts in recent years. The numerical prediction of tearing to design the right equipment in this process is important. In this study, the formability of 304 stainless steel tube by free bulge test was experimentally and numerically evaluated to determine the forming limit diagram. The Gurson- Tvergaard- Needleman (GTN) is a micromechanical model to predict ductile fracture of metals. In order to determine the defining parameters of the GTN damage model, the experimental tensile test of the standard sample and the finite element simulation using ABAQUS software was performed. Using this criterion in the ABAQUS software and comparing the force-displacement diagram obtained from the experimental tensile test and the finite element simulation, the parameters of the GTN model was obtained by the inverse method. Then, the geometrical parameters of the die in the free bulge hydroforming process were investigated by the GTN ductile fracture criterion and the forming limit diagram of the 304 stainless steel tube was numerically obtained. The experimental tests were also carried out to verify the results of the finite element simulation. Its shown an acceptable agreementKeywords: Forming limit curve, GTN ductile fracture criterion, stainless steel tube, free bulge test
-
شکل دهی تدریجی برتری های متمایزی را نسبت به فرآیندهای متداول شکل دهی ورق فلزی، مانند هزینه پایین ابزار و سادگی فرآیند ارائه نموده است. با این حال این روش هنوز دارای محدودیت هایی می باشد. از جمله این محدودیت ها، نازک شدگی شدید می باشد که تاثیر بسزایی درکارکرد محصول نهایی دارد. همچنین برخی از قطعات بدلیل دارا بودن زاویه دیواره زیاد نمی توانند توسط شکل دهی تدریجی تک مرحله ای تولید شوند. در این میان می توان از استراتژی های تغییر شکل چند مرحله ای استفاده کرد تا به زاویه دلخواه و در عین حال به توزیع ضخامت بهتر و حداکثر ضخامت کمینه رسید. در این تحقیق شکل دهی تدریجی دو مرحله ای یک هرم ناقص مربع القاعده با زاویه دیواره °70 از جنس آلومنیوم با هدف بهبود ضخامت کمینه بصورت تجربی و شبیه سازی اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفت. با ارائه استراتژی های تغییر شکل دو مرحله ای و بدست آوردن پارامترهای تعریف کننده آن توسط روش اجزای محدود، درصد نازک شدگی نسبت به شکل دهی تک مرحله ای مورد مقایسه قرار گرفت. در این تحقیق از آزمون تجربی برای اعتبار سنجی نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود استفاده شد. نتایج نشان داد که با استفاده از استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای
ارائه شده می توان ضخامت کمینه را به میزان دو برابر نسبت به حالت تک مرحله ای بهبود بخشید. با مقایسه توزیع ضخامت، توافق خوبی بین مدل سازی اجزای محدود و آزمون تجربی مشاهده شد. در انتها تاثیر استراتژی های تغییر شکل بر مسیر کرنش بدست آمده از مدل سازی عددی توسط نمودار حد شکل دهی شکست بررسی شده است.کلید واژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای، هرم ناقص، روش اجزای محدود، نمودار حد شکل دهی شکستIncremental sheet forming has already provided distinct advantages, such as inexpensive tools and the simplicity of the process, over conventional sheet forming processes. However, the method still has some limitations. Among these limitations, severe thinning has significant effects on the performance of the final product. Also, some parts with high wall angles cannot be formed by single stage incremental forming. To overcome these restrictions, multistage incremental forming can be implemented to achieve the desired wall angle, better thickness distribution, and the lower thinning. In this study, a two-stage incremental forming of an aluminum truncated pyramid with a wall angle of 70° was studied experimentally and numerically in order to improve the achievable minimum thickness. By introducing two-stage forming strategies and achieving their defining parameters using finite element simulation, the sheet thinning was compared to the one in the single-stage forming. Experiments were used to validate the finite element analysis. The results revealed that using the two-stage forming strategy, the minimum thickness can be improved twice than the one in the single-stage forming. A good agreement was observed between the thickness distribution obtained by experiments and predicted by the finite element modeling. Finally, the effect of forming strategies on the strain paths was investigated through the finite element simulation and the experimental fracture forming limit diagram.Keywords: single point incremental forming, two, stage forming, truncated pyramid, Finite Element Method, fracture forming limit diagram -
شکل دهی تک نقطه ای یکی از ساده ترین انواع فرایندهای شکل دهی تدریجی ورق فلزی است که مناسب حجم تولید اندک می باشد. یکی از مسائل مهم مرتبط با شکل دهی تدریجی تک نقطه ای نازک شدگی بیش از حد ورق می باشد که علاوه بر تاثیر منفی بر استحکام قطعه نهایی، کاربرد آن را در تولید قطعاتی با زاویه دیوار زیاد محدود می کند بطوریکه تولید قطعاتی با دیواره قائم در یک مرحله امکان پذیر نمی باشد. در این تحقیق شکل دهی تدریجی تک نقطه ای چند مرحله ای یک مخروط ناقص با زاویه دیوار °70 از جنس آلومینیوم با هدف بهبود نازک شدگی مورد مطالعه قرار می گیرد. با ارائه یک استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای جدید و بدست آوردن پارامترهای تعریف کننده آن بر اساس یک الگوریتم مناسب، نشان داده می شود که می توان نازک شدگی و زمان انجام فرایند را با طراحی درست شکل دهی چند مرحله ای بهبود داد. با استفاده از شکل دهی دو مرحله ای طراحی شده، نازک شدگی قطعه نسبت به شکل دهی سه مرحله ای بر اساس یکی از متداول ترین استراتژی های بکارگرفته شده کمتر می شود. همچنین توسط استراتژی طراحی شده می توان برآمدگی کف ظرف را که یکی از محدودیت های شکل دهی چند مرحله ای است به حداقل رساند.
کلید واژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، شکل دهی چند مرحله ای، نازک شدگی، استراتژی تغییر شکل، شبیه سازیThe single point incremental forming, which is appropriate for low volume production, is one of the simplest varieties of incremental sheet metal forming process. One of the critical issues with single point incremental forming is excessive thinning which affects the strength of the part and confines the applicability of the process to produce only parts with small wall angle. In this paper, multistage single point incremental forming of a truncated cone with 70° wall angle made from an aluminum alloy sheet is studied to alleviate excessive thinning. By proposing a new two-stage forming strategy and obtaining the corresponding parameters using an appropriate algorithm, it is shown that thinning and forming time can be improved through a systematic design of multistage forming. The implementation of the designed two-stage single point incremental forming leads to less thinning in the part when compared to either the two or three-stage single point incremental forming based on a conventional strategy. The bulging at the bottom of the part, which is one of the drawbacks of multistage single point incremental forming, can also be controlled by using the proposed strategy.Keywords: Single point incremental forming, multistage forming, thinning, forming strategy, simulation
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.