27901

بررسي تجربي و عددي فرآيند شكل دهي تدريجي تك نقطه‌اي ورق سه لايه Al/Ti/Al

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- ساخت و توليد

1398

1401/08/03

دكتر رامين هاشمي

مهندسي مكانيك

فرآيند شكل دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي ورق فلزي روشي به منظور نمونه‌سازي سريع قطعات با اشكال گوناگون مي‌باشد كه با توجه به انعطاف بالاي فرآيند، منجر به صرفه‌جويي در هزينه و زمان مي‌شود. از طرفي، به دليل نياز روزافزون مواد كامپوزيتي فلزي در صنايع توليدي با خواص منحصر به فرد آن مي‌توان تخمين زد كه در آينده‌‌اي نزديك، شاهد كاربرد گسترده ورق‌هاي چندلايه فلزي با خواص بهتر نسبت به ورق‌هاي تك‌لايه خواهيم بود. در اين پژوهش، براي اولين بار شكل‌پذيري ورق سه‌لايه‌ي فلزي آلومينيوم-تيتانيوم-آلومينيوم با استفاده از نمودار حد شكل‌دهي استخراج شده در فرآيند شكل‌دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي مورد مطالعه قرار گرفته است. در مطالعه حاضر، ورق‌هاي آلومينيوم خالص 1050 و تيتانيوم خالص تجاري با استفاده از نورد سرد پيوندي به هم متصل شده و ورق‌هاي سه‌لايه‌ي Al/Ti/Al حاصل شده است. سپس به منظور بررسي تأثير پارامترهاي نرخ پيشروي، گام عمودي و قطر ابزار بر روي نمودار حد شكل‌دهي تجربي، كمينه ضخامت ورق و بيشينه زاويه حد شكل‌دهي، با استفاده از دستگاه فرز كنترل عددي، فرآيند شكل‌دهي بر روي ورق اعمال گرديد. همچنين جهت ترسيم نمودار حد شكل‌دهي، ورق‌ها با استفاده از دستگاه حك الكتروشيميايي به شكل دايره‌اي شبكه‌بندي شده است. پس از اعمال فرآيند، با اندازه‌گيري اقطار بيضي، مقدار كرنش‌هاي اصلي و فرعي به دست آمد. بررسي‌هاي صورت گرفته در آزمايش‌هاي تجربي نيز با استفاده از روش اجزاي محدود توسط نرم‌افزار آباكوس مورد مطالعه قرار گرفت و به منظور اعتبارسنجي نتايج عددي با داده‌هاي تجربي مقايسه شده است. با بررسي نتايج در هر دو حالت عددي و تجربي مشاهده شد كه پارامتر قطر ابزار بر ميزان شكل‌پذيري ورق بيشترين تأثير را داشته است. با افزايش گام ابزار نيز ميزان شكل‌پذيري ورق كاهش پيدا كرده، اما سرعت پيشروي تأثير قابل توجهي بر ميزان شكل‌پذيري نداشته است. بيشترين ميزان شكل‌پذيري و عمق شكل‌دهي به دست آمده مربوط به ورق شكل‌داده شده با قطر ابزار 9 ميلي‌متر، نرخ پيشروي 500 ميلي‌متر بر دقيقه و گام ابزار 0.2 ميلي‌متر مي‌باشد. همچنين كمترين شكل‌پذيري و عمق شكل‌دهي مربوط به ورق آزمايش شده با قطر ابزار 12 ميلي‌متر، نرخ پيشروي 700 ميلي‌متر بر دقيقه و گام ابزار 1 ميلي‌متر است.

1401/11/27

Experimental and numerical investigation of single point incremental forming of three-layer sheet Al/Ti/Al

10/25/2023 12:00:00 AM

The single-point incremental forming process of sheet metal is a method for rapid prototyping of parts with various shapes, which leads to cost and time savings due to the high flexibility of the process. On the other hand, due to the increasing demand for metal composite materials in manufacturing industries with unique properties, it can be estimated that in the near future, we will see the widespread use of multi-layer metal sheets with better properties than single-layer sheets. In this research, for the first time, the formability of an aluminum-titanium-aluminum three-layer metal sheet has been studied using the forming limit diagram extracted in the single-point incremental forming process. In the present study, 1050 pure aluminum sheets and commercially pure titanium sheets were joined together using bonded cold rolling, and three-layer Al/Ti/Al sheets were obtained. Then, to investigate the effect of the parameters of feed rate, vertical pitch, and tool diameter on the experimental forming limit diagram, the minimum thickness of the sheet, and the maximum angle of the forming limit, the forming process was applied to the sheet using a numerical control milling machine. Also, to draw the diagram of the forming limit, the sheets are gridded in a circle using an electrochemical engraving machine. After applying the process, the main and secondary strains were obtained by measuring the diameter of the ellipse. Investigations carried out in experimental tests were also studied using the finite element method by Abaqus software. To validate the numerical results, they have been compared with experimental data. By examining the results in both numerical and experimental modes, it was observed that the tool diameter parameter had the greatest effect on the sheet formability. With the tool step increase, the sheet's formability decreased, but the feed rate did not significantly affect the formability. The highest amount of formability and the depth of the obtained shaping is related to the formed sheet with a tool diameter of 9 mm, a feed rate of 500 mm/min, and a tool pitch of 0.2 mm. Also, the lowest formability and forming depth are related to the tested sheet with a tool diameter of 12 mm, a feed rate of 700 mm/min, and a tool pitch of 1 mm.

شكل‌دهي تدريجي ورق , نمودار حد شكل‌دهي , نورد سرد , روش اجزاي محدود , ورق چند‌لايه فلزي

Incremental sheet forming , Forming limit diagram , Cold rolling , Finite Element method , Multi-layer sheet metal

Mohsen Sajadian

Dr. Ramin Hashemi