مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه حل تحلیلی در فرآیند شکل دهی چرخشی مخروط های فلزی به روش های کار ایده آل و حد بالایی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 عضو هیئت علمی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
یکی از فرایند‌های شکل دهی برای ساخت مخروط فلزی بدون درز، فرایند شکل‌دهی چرخشی است. این فرایند به صورت گرم یا سرد، با یا بدون مندرل انجام می گیرد. در این مقاله سعی شده است امکان انجام فرایند گرم بدون مندرل برای تبدیل لوله به مخروط برای آلومینیوم 6061 بررسی شود و با استفاده از روش های حل تحلیلی رابطه ای به منظور تخمین نیروی مماسی و توان لازم برای انجام فرآیند بدست آید. از دو روش کار ایده آل و روش حد بالا (کران بالا) برای تخمین نیرو مماسی و توان مورد نیاز استفاده شده است و در نهایت روابطی یکسان برای نیرو مماسی و توان فرایند شکل دهی چرخشی حاصل گردید. این روابط می تواند به عنوان حدسی اولیه برای طراحی ماشین مورد نیاز استفاده شود. همچنین با استفاده از روابط هندسی و قانون حجم ثابت مقدار ضخامت نهایی و طول اولیه لوله محاسبه گردید. مقادیر حاصله از حل تحلیلی ضخامت نهایی و طول اولیه لوله با مقادیر آزمایش تجربی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است که خطایی کمتر از0.5 درصد برای ضخامت نهایی و 5.5 درصد برای پیش بینی طول اولیه لوله به دست آمده است. ضخامت نهایی در حالت تبدیل لوله به مخروط رابطه کسینوسی با زاویه مخروط دارد، لذا نسبت به تبدیل ورق به مخروط، ضخامت نهایی بیشتری را نتیجه می دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Analytical Solution for Tube Spinning Process of Metallic Cone: The Ideal Work and Upper Bound Method

نویسندگان English

Iraj Jalili 1
Hossein Yousefian 1
M. Sedighi 2
Mehdi Kasaeian 1
1 School of Mechanical Engineering, Iran University Science and Technology, Tehran, Iran
2 School of Mechanical EngineeringIran University of Science and Technology
چکیده English

The tube spinning process is one of the forming processes to fabricate conical seamless tubes. This process is done warm or cold, with or without mandrel. In this article, the possibility of forming of an Al-6061 conical tube by hot die-less spinning process has been investigated. An estimation of tangential force and required power can be obtained by analytical methods. So, the ideal work and upper bound methods have been utilized to derive equations for calculation of tangential force and required power of forming. An identical result was acquired for the two methods. The proposed equations can be used in design stage of the process. Furthermore, final thickness and initial length of the tube have been calculated by using of geometrical relations and constant volume law. The proposed formulation has been compared by experimental results. The final thickness and initial length of the tube are in good agreement with experimental results. An error of 0.5% and 5.5% were observed for final thickness and initial length, respectively. The obtained equation for the final thickness is a cosine function of the conical angle. Hence, it predicts higher final thickness in comparison with the sheet spinning process.

کلیدواژه‌ها English

Tube spinning
Ideal work method
upper bound method
metallic cone
Analytical Solution
[1] S. Kalpakcioglu, On the mechanics of shear spinning, Transactions of the ASME, Journal of Engineering for Industry, Vol. 83, pp. 125-130, 1961.
[2] H. C. Sortais, S. Kobayashi, E. Thomsen, Mechanics of conventional spinning, Journal of Engineering for Industry, Vol. 85, No. 4, pp. 346-350, 1963.
[3] C. Kim, S. Jung, J. Choi, A lower upper-bound solution for shear spinning of cones, International journal of mechanical sciences, Vol. 45, No. 11, pp. 1893-1911, 2003.
[4] M.-D. Chen, R.-Q. Hsu, K.-H. Fuh, An analysis of force distribution in shear spinning of cone, International journal of mechanical sciences, Vol. 47, No. 6, pp. 902-921, 2005.
[5] J. H. Kim, J. H. Park, C. Kim, A study on the mechanics of shear spinning of cones, Journal of mechanical science and technology, Vol. 20, No. 6, pp. 806-818, 2006.
[6] N. Akkus, M. Kawahara, An experimental and analytical study on dome forming of seamless Al tube by spinning process, Journal of materials processing technology, Vol. 173, No. 2, pp. 145-150, 2006 .
[7] L. Kwiatkowski, A. Tekkaya, M. Kleiner, Fundamentals for controlling thickness and surface quality during dieless necking-in of tubes by spinning, CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 62, No. 1, pp. 299-302, 2013.
[8] Q. Kong, Z. Yu, Y. Zhao, H. Wang, Z. Lin, Theoretical prediction of flange wrinkling in first-pass conventional spinning of hemispherical part, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 246, pp. 56-68, 2017.