مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از قید مکانیکی داخلی برای مهار عیب چروکیدگی در فرآیند هیدروفرمینگ اتصال Tشکل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
چکیده
در این تحقیق، استفاده از قید مکانیکی داخلی به‌منظور مهار عیب چروکیدگی در فرآیند هیدروفرمینگ اتصال Tشکل و توسعه پنجره فرآیند آن ارائه شده است. مطالعه به‌صورت شبیه‌سازی اجزای محدود و انجام آزمایش‌های تجربی صورت پذیرفت. در آزمایش‌های انجام‌شده در محدوده چروکیدگی، استفاده از قید مکانیکی داخلی برای حالت‌های مختلف به‌صورت ۱۰۰% از ایجاد چروکیدگی جلوگیری به عمل آورده است و اتصال Tشکل به‌صورت کاملاً سالم به دست آمده، به‌گونه‌ای که چروکیدگی‌هایی با طول‌های بلندی مانند ۵/۶۹ و ۱/۶۷میلی‌متر را نیز مهار نموده است. همچنین در حالت فشار داخلی ۱۳مگاپاسکال و جابه‌جایی ۳۳میلی‌متر، با وجود مقدار بالای جابه‌جایی محوری و مقدار پایین فشار داخلی، قید مکانیکی سبب کاهش ۰۶/۸۵% از طول چروکیدگی شده است و مقدار طول چروکیدگی از ۳/۷۴ به ۱/۱۱میلی‌متر کاهش یافته است. برای بررسی شرایط فرآیند هیدروفرمینگ، در دو حالت با وجود قید مکانیکی و بدون استفاده از قید مکانیکی آزمایش‌ها و شبیه‌سازی اجزای محدود مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برای بررسی درستی نتایج شبیه‌سازی‌ها، آزمایش‌های تجربی مطابق با آنها انجام شد. با مقایسه نتایج به‌دست‌آمده از مطالعه تجربی و شبیه‌سازی‌ها، تطابق مناسبی میان آنها دیده شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده این بود که استفاده از قید مکانیکی داخلی سبب مهار چروکیدگی در قطعه می‌شود. بنابراین می‌توان برای تولید قطعه بدون عیب و همچنین توسعه پنجره فرآیند هیدروفرمینگ از آن بهره برد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The Use of Internal Mechanical Insert to Prevent Wrinkling Defects in T-joint Hydroforming Process

نویسندگان English

H. Faraji
Kh. Khalili
A. Ashrafi
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده English

In this study, the use of internal mechanical insert to prevent wrinkling defects in the process of T-shape tube hydroforming and expanding the window of the hydroforming process is presented. The study was performed both experimentally and by finite element simulation. In wrinkling limit testing, the use of internal mechanical insert for different modes prevented 100% of wrinkling and the T-joint was formed flawless, so that the wrinkles with high lengths such as 69.5 and 67.1 mm were prevented. Also, in the case of an internal pressure of 13 MPa and displacement of 33 mm, despite the high amount of axial displacement and the low internal pressure, the internal mechanical insert caused a reduction of 85.06% of the wrinkling length and the wrinkling length reduced from 74.3 to 11.1 mm. To study the conditions of the hydroforming process for both cases of with and without internal mechanical insert, the simulation of finite element was used. Experimental tests were also carried out to verify the validity of simulation results. By comparing the results of the experimental study and the simulations, an appropriate match was found between them. The results showed that the use of internal mechanical insert prevents wrinkling in the piece. Therefore, it can be used to produce a piece without defects and develop the window of the hydroforming process.

کلیدواژه‌ها English

wrinkling
T-shape Joint
Hydroforming Process
Finite element analysis
Mechanical Insert
Eftekhari Shahri SE, Ahmadi Brooghani SY, Khalili Kh, Mohammadi A. Improve the formability in tube hydroforming process using ultrasonic vibrations. Modares Mechanical Engineering. 2014;14(5):63-72. [Persian] [Link]
Koç M, Altan T. Prediction of forming limits and parameters in the tube hydroforming process. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2002;42(1):123-138. [Link] [DOI:10.1016/S0890-6955(01)00048-7]
Navabi Nezhad S, Jaamialahmadi A. Investigation into detection criteria for wrinkling in tube hydroforming. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2018;49(4):829-838. [Persian] [Link]
Liu G, Peng J, Yuan Sh, Teng B, Li K. Analysis on critical conditions of sidewall wrinkling for hydroforming of thin-walled Tee-joint. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2015;97:42-49. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmachtools.2015.06.004]
Mingtao C, Xiaoting X, Jianghuai T, Heng G, Jianping W. Improvement of formability in T-shaped tube hydroforming by a three-stage punch shape. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;95(5-8):2931-2941. [Link] [DOI:10.1007/s00170-017-1382-y]
Guo X, Liu Z, Wang H, Wang L, Ma F, Sun X, et al. Hydroforming simulation and experiment of clad T-shapes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;83(1-4):381-387. [Link] [DOI:10.1007/s00170-015-7558-4]
Huang T, Song X, Liu X. The multi-objective robust optimization of the loading path in the T-shape tube hydroforming based on dual response surface model. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;82(9-12):1595-1605. [Link] [DOI:10.1007/s00170-015-7494-3]
Ashrafi A, Khalili Kh. Studying the stress-strain curve of C12200 copper tube using hydraulic bulge test in T-shape die. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(13):95-106. [Persian] [Link]
Li Sh, Chen X, Kong Q, Yu Z, Lin Z. Study on formability of tube hydroforming through elliptical die inserts. Journal of Materials Processing Technology. 2012;212(9):1916-1924. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2012.04.016]
Yuan SJ, Cui XL, Wang XS. Investigation into wrinkling behavior of thin-walled 5A02 aluminum alloy tubes under internal and external pressure. International Journal of Mechanical Sciences. 2015;92:245-258. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2014.12.017]
Chen M, Xiao X, Tong J, Guo H, Wen J. Optimization of loading path in hydroforming of parallel double branched tube through response surface methodology. Advances in Engineering Software. 2018;115:429-438. [Link] [DOI:10.1016/j.advengsoft.2017.11.003]
Yuan Sh, Wang X, Liu G, Wang ZR. Control and use of wrinkles in tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology. 2007;182(1-3):6-11. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2006.06.007]
Tang ZJ, Liu G, He ZB, Yuan SJ. Wrinkling behavior of magnesium alloy tube in warm hydroforming. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010;20(7):1288-1293. [Link] [DOI:10.1016/S1003-6326(09)60292-2]
Chen YZ, Liu W, Xu YC, Yuan SJ. Analysis and experiment on wrinkling suppression for hydroforming of curved surface shell. International Journal of Mechanical Sciences. 2015;104:112-125. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2015.10.002]
Yuan Sh, Yuan W, Wang X. Effect of wrinkling behavior on formability and thickness distribution in tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology. 2006;177(1-3):668-671. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2006.04.101]
Mohammadalizade F, Gorji AH, Bakhshi M, Elyasi M. Modifying internal pressure and axial feeding loading paths in hydroforming process of cylindrical stepped tube to improve thickness distribution. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2017;48(4):389-400. [Persian] [Link]
Olabi AG, Alaswad A. Experimental and finite element investigation of formability and failures in bi-layered tube hydroforming. Advances in Engineering Software. 2011;42(10):815-820. [Link] [DOI:10.1016/j.advengsoft.2011.05.022]
Chu E, Xu Y. Hydroforming of aluminum extrusion tubes for automotive applications, part I: Buckling, wrinkling and bursting analyses of aluminum tubes. International Journal of Mechanical Sciences. 2004;46(2):263-283. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2004.02.014]
Aydemir A, De Vree JHP, Brekelmans WAM, Geers MGD, Sillekens WH, Werkhoven RJ. An adaptive simulation approach designed for tube hydroforming processes. Journal of Materials Processing Technology. 2005;159(3):303-310. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2004.05.018]
Asnafi N. Analytical modelling of tube hydroforming. Thin Walled Structures. 1999;34(4):295-330. [Link] [DOI:10.1016/S0263-8231(99)00018-X]
Jones RM. Buckling of bars, plates, and shells. Blacksburg: Bull Ridge Publishing; 2006. [Link]
Ashrafi A, Khalili Kh. Investigation on the effects of process parameters in pulsating hydroforming using Taguchi method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B Journal of Engineering Manufacture. 2016;230(7):1203-1212. [Link] [DOI:10.1177/0954405415597831]