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

در سال های اخیر، کاربردهای صنعتی ورق های کامپوزیتی به دلیل خواص فوق العاده متفاوت مانند استحکام بالا، چگالی کم و مقاومت به خوردگی خوب در مقایسه با ورق های تک لایه به طور فزاینده ای گسترش یافته است. به همین دلیل در این مقاله فلنج کاری ورق سوراخ دار کامپوزیتی بررسی شده است. در پژوهش حاضر، پارامترهای موثر بر شکل دهی ورق سوراخ دار دولایه جوش انفجاری آلومینیوم-مس مورد بررسی تجربی و عددی قرار گرفته اند. همچنین به منظور اعتبارسنجی شبیه سازی عددی فرآیند شکل دهی از نتایج تجربی کمک گرفته شده است. در ابتدا به منظور درک ماهیت یقه دهی ورق سوراخ دار، تاثیر قطر سوراخ و ترتیب چینش لایه ها بر دقت ابعادی، توزیع ضخامت و نیرو مورد بررسی قرار گرفتند و سپس تاثیر فلنج کاری و یقه دهی با استفاده از دو روش با هم مقایسه شدند. نتایج حاصل نشان می دهند که با کاهش قطر سوراخ اولیه ورق، نیرو بیشینه عمودی متوسط به میزان 9% افزایش می یابد و همچنین کمینه ضخامت کاهش و موقعیتش به سمت مرکز ورق متمایل می شود. چینش آلومینیوم-مس نیز به دلیل خاصیت محافظتی لایه مس در حالت کششی، 7% کاهش نیروی متوسط و 4% افزایش کمینه ضخامت، نسبت به مس-آلومینیوم را تجربه می کند. همچنین روش چندمرحله ای به دلیل جریان مواد بهتر نسبت به روش تک مرحله ای افزایش 6درصدی کمینه ضخامت را ایجاد می کند.

روش شکل دهی نموی تک نقطه ای با هزینه پایین و انعطاف پذیری بالا می تواند جایگزین مناسبی برای روش های مرسوم لبه دارکردن سوراخ ورق باشد. در این مطالعه، امکان لبه دارکردن سوراخ مربعی ورق آلومینیوم AL1050 با استفاده از روش شکل دهی نموی مورد بررسی قرار گرفته و کیفیت فلنج هرمی ایجادشده با فلنج مخروطی مقایسه شده است. شکل نهایی فلنج به گونه ای تعریف شده است که زاویه دیواره با افزایش ارتفاع به تدریج افزایش یابد. شبیه سازی فرآیند با نرم افزار آباکوس انجام شد و برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، آزمایش عملی نیز انجام گرفت. پس از انجام آزمایش های تجربی، ویژگی های فلنج مانند اندازه نهایی سوراخ، ارتفاع فلنج و ضخامت دیواره، بررسی شدند. نتایج نشان داد که در لبه ایجادشده حول سوراخ دایره ای برگشت فنری کمتر و دقت ابعادی بیشتر است ولی با ملاحظه ارتفاع و اندازه سوراخ، می توان سوراخ مربعی را نیز با روش نموی لبه دار کرد. نتایج اندازه گیری ابعادی فلنج ها نشان داد که ابعاد نهایی سوراخ پس از لبه دارشدن، افزایش خواهد یافت. با بررسی سوراخ های مختلف مشاهده شد که هر چه سوراخ اولیه بزرگ تر باشد، میزان افزایش ابعاد سوراخ پس از فلنج کردن، کمتر خواهد بود.

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.

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 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.

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.

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 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.