مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود فرآیند لبه‌دارکردن سوراخ ورق با استفاده از شکل‌دهی نموی تک‌نقطه‌ای

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه طراحی جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
چکیده
روش شکل‌دهی نموی تک‌نقطه‌ای با هزینه پایین و انعطاف‌پذیری بالا می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های مرسوم لبه‌دارکردن سوراخ ورق باشد. در این مطالعه، امکان لبه‌دارکردن سوراخ مربعی ورق آلومینیوم AL۱۰۵۰ با استفاده از روش شکل‌دهی نموی مورد بررسی قرار گرفته و کیفیت فلنج هرمی ایجادشده با فلنج مخروطی مقایسه شده است. شکل نهایی فلنج به‌گونه‌ای تعریف شده است که زاویه دیواره با افزایش ارتفاع به‌تدریج افزایش یابد. شبیه‌سازی فرآیند با نرم‌افزار آباکوس انجام شد و برای اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی، آزمایش عملی نیز انجام گرفت. پس از انجام آزمایش‌های تجربی، ویژگی‌های فلنج مانند اندازه‌ نهایی سوراخ، ارتفاع فلنج و ضخامت دیواره، بررسی شدند. نتایج نشان داد که در لبه ایجادشده حول سوراخ دایره‌ای برگشت فنری کمتر و دقت ابعادی بیشتر است ولی با ملاحظه‌ ارتفاع و اندازه سوراخ، می‌توان سوراخ مربعی را نیز با روش نموی لبه‌دار کرد. نتایج اندازه‌گیری ابعادی فلنج‌ها نشان داد که ابعاد نهایی سوراخ پس از لبه‌دارشدن، افزایش خواهد یافت. با بررسی سوراخ‌های مختلف مشاهده شد که هر چه سوراخ اولیه بزرگ‌تر باشد، میزان افزایش ابعاد سوراخ پس از فلنج‌کردن، کمتر خواهد بود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Investigation and Finite Element Simulation of Hole-Flanging Process by Single Point Incremental Forming

نویسندگان English

B. Soltani
M. Babaeian
H. Ghasemi
Solid Design Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده English

Incremental forming method with lower cost and more flexibility can be a suitable alternative for traditional methods of the hole-flanging. In this study, the possibility of square hole-flanging of AL1050 aluminum sheet using incremental forming method has been investigated and the quality of the pyramid flange has been compared with conical flange. The final shape of the flange is defined so that wall angle increases with raising height. The process simulation was performed using Abaqus software and an experimental test was done to validate the simulation results. After performing the experimental tests, flange features such as the final size of the hole, flange height, and wall thickness were measured. The results showed that at the created flange around the circular hole, there is less spring back and more dimensional accuracy, however, it can be flanged a square hole by incremental approach with consideration of the height and hole size. The dimensional measurements showed that the final size of the hole will increase after the hole-flanging. By investigation of the various holes, it was found that in the larger initial hole, increasing the hole size after the flanging will be lower.

کلیدواژه‌ها English

Incremental forming
Hole-Flanging
Finite element simulation
Dimensional accuracy
thickness distribution
Leszak E. Apparatus and process for incremental dieless forming, United States: Google Patents; 1967. [Link]
Johnson W, Chitkara NR, Minh HV. Deformation modes and lip fracture during hole-flanging of circular plates of anisotropic materials. Journal of Engineering for Industry. Transactions of ASME. 1977;99(3):738-748. [Link] [DOI:10.1115/1.3439307]
Cui Z, Gao L. Studies on hole-flanging process using multistage incremental forming. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2010;2(2):124-128. [Link] [DOI:10.1016/j.cirpj.2010.02.001]
Petek A, Kuzman K, Fijavz R. Backward drawing of necks using incremental approach. Key Engineering Materials. 2011;473:105-112. [Link] [DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.473.105]
Centeno G, Silva MB, Cristino VAM, Vallellano C, Martins PAF. Hole-flanging by incremental sheet forming. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2012;59:46-54. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmachtools.2012.03.007]
Kumagai T, Hiroyuki S, Meng Y. Hole flanging with ironing of two-ply thick sheet metals. Journal of Materials Processing Technology. 1999;89-90:51-57. [Link] [DOI:10.1016/S0924-0136(99)00025-4]
Bambach M, Voswinckel H, Hirt G. A new process design for performing hole-flanging operations by incremental sheet forming. Procedia Engineering. 2014;81:2305-2310. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2014.10.325]
Morales-Palma D, Borrego M, Martínez-Donaire AJ, Centeno G, Vallellano C. Preliminary investigation on homogenization of the thickness distribution in hole flanging by SPIF. Procedia Manufacturing. 2017;13:124-131. [Link] [DOI:10.1016/j.promfg.2017.09.101]
Borrego M, Morales-Palma D, Martínez-Donaire AJ, Centeno G, Vallellano C. Experimental study of hole-flanging by single-stage incremental sheet forming. Journal of Materials Processing Technology. 2016;237:320-330. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2016.06.026]
Ghasemi H. Finite element simulations of laser-assisted incremental forming and investigation on the process parameters in incremental forming by experimental approach [dissertation]. Kashan: Kashan University; 2014. [Persian] [Link]
Hosseinikhah H. Experimental study and simulation using the finite element method for sheet hole flanging process by incremental sheet forming and process improvement using the Taguchi process [dissertation]. Kashan: Kashan University; 2017. [Persian] [Link]
Mugendirana V, Gnanavelbabu A. Analysis of hole flanging on AA5052 alloy by single point incremental forming process. Materials Today: Proceedings. 2018;5(2):8596-8603. [Link] [DOI:10.1016/j.matpr.2017.11.557]
Besong LI, Buhl J, Bambach M. Investigations on hole-flanging by paddle forming and a comparison with single point incremental forming. International Journal of Mechanical Sciences. 2019;164:105143. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2019.105143]
Zhang H, Zhang Z, Ren H, Cao J, Chen J. Deformation mechanics and failure mode in stretch and shrink flanging by double-sided incremental forming. International Journal of Mechanical Sciences. 2019;144:216-222. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2018.06.002]
Chen X, Wen T, Qin J, Hu J, Zhang M, Zhang Z. Deformation feature of sheet metals during inclined hole‑flanging by two‑point incremental forming. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2020;21:169-176. [Link] [DOI:10.1007/s12541-019-00296-6]
Ghasemi H, Soltani B. Experimental investigation on the effective parameters on forming force, dimensional accuracy and thickness distribution in single point incremental forming. Modares Mechanical Engineering. 2014;14(1):89‐96. [Persian] [Link]
Zahedi A, Mollaei-Dariani B, Morovvati MR. Numerical and experimental investigation of single point incremental forming of two-layer sheet metals. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(14):1-8. [Persian] [Link]