در این تحقیق، شکل پذیری ورق های دو لایه ساخته شده از آلومینیوم 1050 و فولاد کم کربن (St12) در فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای مورد بررسی عددی و تجربی قرار گرفته است. برای بررسی شکل پذیری ورق در این فرایند، مسیر ابزار در نرم افزار آباکوس و ماشین کنترل عددی به گونه ای تعریف شد که به تدریج زاویه دیواره ورق افزایش یابد و با رسیدن به زاویه حد شکل دهی، ورق دچار شکست گردد. با توجه به اعمال موضعی تنش ها از طرف ابزار، فرایند متقارن نبوده و نیاز به شبیه سازی فرایند به صورت سه بعدی می باشد. برای بررسی پارامترهای فرایند، تحلیل فرایند در سه سطح از پارامترهای شعاع ابزار و اندازه گام عمودی صورت گرفت. برای تعیین ارتفاع شکست ورق دو لایه، از منحنی نیروی حاصل از شبیه سازی ها استفاده شد. نتایج حاصل نشان می دهد که کرنش های پلاستیک بیشتری به ورق بیرونی وارد می شوند و از این رو ابتدا ورق لایه بیرونی دچار شکست می شود. همچنین نتایج حاصل نشان داد افزایش شعاع ابزار و اندازه گام عمودی، با اینکه باعث افزایش سرعت فرایند می شوند ولی تاثیر عکس بر روی زاویه حد شکل دهی دارند. برای بررسی تجربی فرایند و اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، آزمایش ها با در نظر گرفتن پارامتر سرعت پیشروی ابزار در سه سطح، طراحی و انجام شد. اختلاف نتایج عددی و تجربی حدود 2.1% در اندازه زاویه حد شکل دهی مشاهده گردید.

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 مؤثر 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.

شکل دهی تدریجی ورق فلزی یکی از روش های مورد توجه شکل دهی ورق است که اعمال موضعی نیروهای شکل دهی و عدم حضور قالب مادگی در آن، باعث افزایش حد شکل پذیری ورق و افزایش انعطاف پذیری این فرایند در تولید هندسه های پیچیده می شود. در پژوهش حاضر، از دیدگاه مکانیک آسیب، یکی از ویژگی های بارز این فرایند یعنی حدود شکل پذیری بر روی ورق آلومینیومی AA5052 مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، ابتدا مدل آسیب بائو- ویرزبیکی در قالب زیر برنامه VUMAT به نرم افزار آباکوس معرفی شد. ثابت های مدل آسیب، مدل سخت شوندگی و مدل تسلیم هیل48 با استفاده از آزمایش های کشش تک محوری در سه راستای نورد، °45 با راستای نورد و عمود بر راستای نورد برای ورق آلومینیومی کالیبره شد. به منظور بررسی شکل پذیری ورق، از هندسه های مخروط ناقص و هرم ناقص با زاویه دیواره های متغیرِ افزایشی استفاده شد و آزمایش های تجربی و شبیه سازی فرایند در نرم افزار آباکوس انجام گردید. با استفاده از توزیع کرنش و تنش، پدیده شکست و نحوه شروع آن تشریح گردید. نتایج نشان می دهد که ورق فلزی قبل از اینکه به ارتفاع نهایی طراحی شده برای دو هندسه برسد، دچار شکست می شود به طوری که برای هندسه هرم ناقص و مخروط ناقص ارتفاع شکست به ترتیب برابر mm9/19 و mm9/16 می باشد. با توجه استخراج خواص ناهمسانگردی ورق و استفاده از آن در شبیه سازی فرایند، ارتفاع شکست نمونه ها با دقت میانگین 9% پیش بینی گردید و نتایج نشان داد بدون در نظر گرفتن ناهمسانگردی ورق ها، دقت پیش بینی ارتفاع شکست ورق افت می کند. همچنین انطباق قابل قبولی در پیش بینی محل شروع شکست به دست آمد.

شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، فرآیندی مقرون به صرفه با انعطاف پذیری بالا است و در نتیجه انتخابی مناسب برای تولیدهای حجم پایین-سفارشی در مقایسه با روش های سنتی تر مانند پرسکاری است. مهم ترین صنایع هدف این فرآیند، صنعت های پزشکی، خودروسازی و هوافضا است، که در جمیع آنها گرایش به سمت استفاده از فلزاتی با نسبت استحکام به وزن بالا است. این دسته از فلزات شکل پذیری بسیار پایینی را در دمای اتاق از خود نشان می دهند و برای بهبود شکل پذیری آنها فرآیند شکل دهی تدریجی در دماهای بالا صورت می گیرد. در این پژوهش، گرمایش ورق آلیاژی 6061AA در محدوده دمایی 25 تا 400درجه سانتی گراد، به صورت یکنواخت انجام شد. نحوه تاثیرگذاری پارامتر های فرآیندی دما، گام عمودی و سرعت پیش روی به همراه سه نوع روانکار بر شکل پذیری قطعات شکل داده شده به صورت مخروط هایی ناقص در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای داغ مطالعه شد. نتایج نشان داد که علی رغم ناتوان بودن گرمایش نقطه ای ورق در افزایش شکل پذیری ورق آلومینیوم 6061AA (37% بهبود شکل پذیری تحت شرایط بهینه) در ادبیات تحقیق، روش گرمایش متفاوت مورد استفاده در این مقاله منجربه افزایش 528% شکل پذیری شد. از لحاظ میزان تاثیرگذاری پارامترها بر شکل پذیری، دما مهم ترین عامل است. روانکار و گام عمودی در رده های بعدی قرار می گیرند و اثر سرعت پیش روی قابل چشم پوشی است. با افزایش دما از 25 به 400درجه سانتی گراد، زاویه دیواره بحرانی از 60 به 65درجه تغییر می کند. در انتخاب شرایط مناسب فرآیندی کیفیت سطح قطعات نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به گونه ای که کیفیت سطح قطعات شکل داده شده در بهترین و بدترین حالت، به ترتیب 1/18 و 4میکرومتر به دست آمد. با استفاده از ترکیبی بهینه از پارامترهای فرآیندی، شکل دهی مخروطی با زاویه دیواره 65 تا عمق 44میلی متر در یک مرحله میسر شد که نشان دهنده افزایش شکل پذیری چشم گیری است.

شکل دهی تدریجی تک نقطه ای روشی نوین و انعطاف پذیر در تولید قطعات سه بعدی از ورق است. به علت ماهیت تغییر شکل موضعی در این فرایند، قابلیت شکل پذیری نسبت به روش های سنتی بالاتر و نیروهای شکل دهی کمتر است. با این وجود دقت قطعات ساخته شده در این روش به علت برگشت فنری و همچنین خمش در نواحی مرزی پایین است. اخیرا فرایند شکل دهی تدریجی به کمک حرارت اصطکاکی موضعی توسعه پیدا کرده است. در این تحقیق اثر حرارت موضعی ایجاد شده توسط حرکت اصطکاکی ابزار در سرعت های دورانی بالا بر روی قابلیت شکل پذیری و دقت ابعادی در ورق هایی از جنس آلومینیم 3105 با انجام یک سری از آزمایشات بررسی شده است. در این روش دمای ناحیه ی شکل دهی به علت حرکت اصطکاکی ابزار بالا رفته و هم زمان با پاشش مایع خنک کاری دمای کلی ورق ثابت نگه داشته می شود. در این صورت ورق در محل تماس با ابزار دارای استحکام پایین و در سایر نواحی دارای استحکام بالا خواهد بود. در نتیجه نیروی وارده بر ورق در نواحی مرزی کاهش یافته و تغییر شکل پلاستیک نامطلوب کاهش می یابد. از طرفی با کاهش تنش تسلیم کرنش های الاستیک و در نتیجه برگشت فنری کمتر می شود. افزایش قابلیت شکل پذیری در اثر نرم شدن منطقه شکل دهی از دیگر نتایج این استراتژی می باشد. این ایده با ساخت قطعاتی با هندسه هرم ناقص در سرعتهای دورانی 1000 تا 7000RPM مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در سرعت های بالاتر از 3000RPM قابلیت شکل پذیری و دقت ابعادی قطعات ساخته شده افزایش می یابد.

با توجه به نیاز روزافزون به تولید قطعاتی جدید با بیشترین بازدهی، وجود فرایندهایی که ساخت نمونه اولیه را سهولت بخشند و صرف هزینه و زمان را به حداقل برسانند، بسیار مهم می باشد. فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای (SPIF) که در آن برای شکل دهی قطعه موردنظر نیازی به تولید قالب نیست تا حد زیادی این هدف را محقق کرده است. از مزایای این روش می توان به افزایش شکل پذیری، انعطاف بیشتر در تولید اشکال پیچیده و کاهش نیروهای شکل دهی اشاره کرد. هدف از انجام این مقاله، دستیابی به روشی جدید جهت پیش بینی بروز آسیب در فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای به صورت عددی می باشد تا بتوان پیش از انجام فرایند به صورت تجربی، بروز آسیب در قطعه را پیش بینی کرد. ازآنجایی که در فرایند شکل دهی تدریجی علاوه بر تنش ها و کرنش ها صفحه ای، تنش های نرمال و کرنش های برشی ضخامتی قابل توجهی بر ورق وارد می شود، استفاده از نمودار حدشکل دهی مرسوم که در آن شرایط تنشی و کرنشی به صورت درون صفحه در نظر گرفته شده است، منجر به نتایج نه چندان درست و غیرقابل اتکا می گردد. ازاین رو در این مقاله از نمودار حدشکل دهی تکامل یافته به منظور پیش بینی بروز آسیب استفاده شده است. در این مقاله، زاویه دیواره قطعه به عنوان یک پارامتر جهت بررسی میزان شکل دهی موردمطالعه قرارگرفته است. جهت صحت سنجی نتایج حاصل از شبیه سازی، فرایند شکل دهی به صورت تجربی نیز برای زوایای دیواره ذکرشده انجام گرفت که نتایج آن تطابق قابل قبولی با نتایج شبیه سازی دارد. در هر دو حالت عددی و تجربی زاویه دیواره 67 درجه به عنوان حد نهایی شکل دهی گزارش شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

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.

شکل دهی تدریجی ورق های فلزی یکی از روش های نوین شکل دهی با انعطاف پذیری بالا در تولید هندسه های پیچیده و در تیراژ متوسط است. با توجه به عدم حضور قالب مادگی در این فرآیند و اعمال تدریجی نیروهای شکل دهی، حد شکل پذیری ورق در این فرآیند نسبت به فرآیندهای شکل دهی سنتی افزایش می یابد. در این پژوهش شکل پذیری و شکل دهی و در نهایت شکست ورق های دولایه آلومینیوم/مس حاصل از روش جوشکاری انفجاری در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای ورق مطالعه شده است. در پیش بینی عددی رشد و شروع شکست ورق های دولایه در این فرآیند، از معیار آسیب ژو-ویرزبیکی در قالب زیربرنامه VUMAT نرم افزار آباکوس استفاده شد. با استفاده از مدل عددی تغییرات تنش سه محوری و کرنش پلاستیک معادل به عنوان متغیرهای موثر بر رشد آسیب در فرآیند شکل دهی تدریجی تحلیل و تبیین شد و نحوه بارگذاری سیکلی و غیرخطی در این فرآیند نشان داده شد. نتایج تجربی نشان دهنده متفاوت بودن ارتفاع شکست هندسه های مختلف به دلیل بروز شرایط بارگذاری متفاوت است. همچنین با استفاده از مدل عددی صحه گذاری شده، علاوه بر پیش بینی محل رشد ترک، ارتفاع شکست در هندسه های مختلف شکل دهی شده با اختلاف 4/06% نسبت به نتایج تجربی پیش بینی شد.

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.