مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تجربی شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای دمابالای ورق آلیاژ آلومینیوم AA6061

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
چکیده
شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای، فرآیندی مقرون‌به‌صرفه با انعطاف‌پذیری بالا است و در نتیجه انتخابی مناسب برای تولیدهای حجم پایین- سفارشی در مقایسه با روش‌های سنتی‌تر مانند پرسکاری است. مهم‌ترین صنایع هدف این فرآیند، صنعت‌های 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 شکل‌پذیری بسیار پایینی را در دمای اتاق از خود نشان می‌دهند و برای بهبود شکل‌پذیری آنها فرآیند شکل‌دهی تدریجی در دماهای بالا صورت می‌گیرد. در این پژوهش، گرمایش ورق آلیاژی ۶۰۶۱AA در محدوده دمایی ۲۵ تا ۴۰۰درجه سانتی‌گراد، به‌صورت یکنواخت انجام شد. نحوه تاثیرگذاری پارامتر‌های فرآیندی دما، گام عمودی و سرعت پیش‌روی به همراه سه نوع روانکار بر شکل‌پذیری قطعات شکل‌داده‌شده به‌صورت مخروط‌هایی ناقص در فرآیند شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای داغ مطالعه شد. نتایج نشان داد که علی‌رغم ناتوان‌بودن گرمایش نقطه‌ای ورق در افزایش شکل‌پذیری ورق آلومینیوم ۶۰۶۱AA (۳۷% بهبود شکل‌پذیری تحت شرایط بهینه) در ادبیات تحقیق، روش گرمایش متفاوت مورد استفاده در این مقاله منجربه افزایش ۵۲۸% شکل‌پذیری شد. از لحاظ میزان تاثیرگذاری پارامترها بر شکل‌پذیری، دما مهم‌ترین عامل است. روانکار و گام عمودی در رده‌های بعدی قرار می‌گیرند و اثر سرعت پیش‌روی قابل چشم‌پوشی است. با افزایش دما از ۲۵ به ۴۰۰درجه سانتی‌گراد، زاویه دیواره بحرانی از ۶۰ به ۶۵درجه تغییر می‌کند. در انتخاب شرایط مناسب فرآیندی کیفیت سطح قطعات نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به‌گونه‌ای که کیفیت سطح قطعات شکل‌داده‌شده در بهترین و بدترین حالت، به ترتیب ۱/۱۸ و ۴میکرومتر به‌دست‌آمد. با استفاده از ترکیبی بهینه از پارامترهای فرآیندی، شکل‌دهی مخروطی با زاویه دیواره ۶۵ تا عمق ۴۴میلی‌متر در یک مرحله میسر شد که نشان‌دهنده افزایش شکل‌پذیری چشم‌گیری است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Investigation of Elevated Temperature Single Point Incremental Forming of AA6061 Aluminum Sheet

نویسندگان English

Sh. Darzi
M.J. Mirnia
M. Elyasi
Manufacturing Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده English

Single point incremental forming is a cost-effective process with high flexibility and as a result, would be a proper selection for low-batch and high-customized production compared to traditional processes such as pressing. The target market of this process usually consists of medical, automotive, and aerospace industries in which metals with high strength to weight are highly in demand. These materials are usually formed at elevated temperatures due to their low formability at room temperature. In this study, the AA6061 aluminum sheet was homogeneously heated at 25-400°C. In addition, the effects of important process variables of heat-assisted SPIF including temperature, vertical pitch, feed rate, and three types of lubricants were investigated on formability of truncated cones with various wall angles. According to the results, despite the inability of local heating in enhancing the formability of the AA6061 sheet (37% improvement of formability under optimal conditions), the homogenous heating approach which was used in this article leads to a significant improvement in formability (528%). Temperature is the most important parameters effective on the formability, while lubricant and vertical pitch are ranked as the second and third parameters, respectively and the effect of feed rate is negligible. The critical wall angle increases from 60 to 65 degrees with increasing the temperature from 25 to 400°C. In order to choose a suitable set of parameters, the surface roughness should be taken into account, which may alter the results from 1.18 to 4µm as the best and worst surface conditions, respectively. Furthermore, a truncated cone with a wall angle of 65 degrees was successfully formed to 44mm depth using an appropriate combination of process parameters. This demonstrates an outstanding improvement in formability.

کلیدواژه‌ها English

Single point incremental forming
Forming At Elevated Temperatures
Lubricant
Vertical Pitch
formability
Echrif SBM, Hrairi M. Research and progress in incremental sheet forming processes. Materials and Manufacturing Processes. 2011;26(11):1404-1414. [Link] [DOI:10.1080/10426914.2010.544817]
Liu Z. Heat-assisted incremental sheet forming: a state-of-the-art review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;98(9-12):2987-3003. [Link] [DOI:10.1007/s00170-018-2470-3]
Mohammadi A, Vanhove H, Weise D, Van Bael A, Landgrebe D, Duflou JR. Influence of global forced-air warming on the bulge formation in shallow sloped SPIF parts. Procedia Engineering. 2017;183:149-154. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2017.04.046]
Galdos L, Sáenz de Argandoña E, Ulacia I, Arruebarrena G. Warm incremental forming of magnesium alloys using hot fluid as heating media. Key Engineering Materials. 2012;504-506:815-820. [Link] [DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.504-506.815]
Van Sy L, Thanh Nam N. Hot incremental forming of magnesium and aluminum alloy sheets by using direct heating system. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2013;227(8):1099-1110. [Link] [DOI:10.1177/0954405413484014]
Vahdani M, Mirnia MJ, Bakhshi-Jooybari M, Gorji H. Electric hot incremental sheet forming of Ti-6Al-4V titanium, AA6061 aluminum, and DC01 steel sheets. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019;103(1-4):1199-1209. [Link] [DOI:10.1007/s00170-019-03624-2]
Husmann T, Magnus CS. Thermography in incremental forming processes at elevated temperatures. Measurement. 2016;77:16-28. [Link] [DOI:10.1016/j.measurement.2015.09.004]
Fan G, Gao L, Hussain G, Wu Z. Electric hot incremental forming: A novel technique. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008;48(15):1688-1692. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmachtools.2008.07.010]
Ambrogio G, Filice L, Manco GL. Warm incremental forming of magnesium alloy AZ31. CIRP Annals. 2008 ;57(1):257-260. [Link] [DOI:10.1016/j.cirp.2008.03.066]
Ortiz M, Penalva M, Iriondo E, de Lacalle LNL. Investigation of thermal-related effects in hot SPIF of Ti-6Al-4V alloy. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2020;7(2):299-317. [Link] [DOI:10.1007/s40684-019-00038-z]
Saidi B, Moreau LG, Mhemed S, Cherouat A, Adragna PA, Nasri R. Hot incremental forming of titanium human skull prosthesis by using cartridge heaters: a reverse engineering approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019;101(1-4):873-880. [Link] [DOI:10.1007/s00170-018-2975-9]
Khazaali H, Fereshteh-Saniee F. A comprehensive experimental investigation on the influences of the process variables on warm incremental forming of Ti-6Al-4V titanium alloy using a simple technique. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87(9-12):2911-2923. [Link] [DOI:10.1007/s00170-016-8665-6]
Palumbo G, Brandizzi M. Experimental investigations on the single point incremental forming of a titanium alloy component combining static heating with high tool rotation speed. Materials & Design. 2012;40:43-51. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2012.03.031]
Li Z, Lu S, Zhang T, Zhang C, Mao Z. Electric assistance hot incremental sheet forming: an integral heating design. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;96(9-12):3209-3215. [Link] [DOI:10.1007/s00170-018-1792-5]
Azevedo NG, Farias JS, Bastos RP, Teixeira P, Davim JP, de Sousa RJA. Lubrication aspects during single point incremental forming for steel and aluminum materials. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2015;16(3):589-595. [Link] [DOI:10.1007/s12541-015-0079-0]
Vahdani M, Mirnia MJ, Gorji H, Bakhshi-Jooybari M. Experimental investigation of formability and surface finish into resistance single-point incremental forming of Ti-6Al-4V titanium alloy using taguchi design. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2019;72(4):1031-1041. [Link] [DOI:10.1007/s12666-019-01577-4]
Amini Najafabady S, Ghaei A. An experimental study on dimensional accuracy, surface quality, and hardness of Ti-6Al-4 V titanium alloy sheet in hot incremental forming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87(9-12):3579-3588. [Link] [DOI:10.1007/s00170-016-8712-3]
Mirnia MJ, Shamsari M. Numerical prediction of failure in single point incremental forming using a phenomenological ductile fracture criterion. Journal of Materials Processing Technology. 2017;244:17-43. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2017.01.029]
Fan X, Suo T, Sun Q, Wang T. Dynamic mechanical behavior of 6061 al alloy at elevated temperatures and different strain rates. Acta Mechanica Solida Sinica. 2013;26(2):111-120. [Link] [DOI:10.1016/S0894-9166(13)60011-7]
Zhang Q, Xiao F, Guo H, Li C, Gao L, Guo X, et al. Warm negative incremental forming of magnesium alloy AZ31 Sheet: New lubricating method. Journal of Materials Processing Technology. 2010;210(2):323-329. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2009.09.018]
McAnulty T, Jeswiet J, Doolan M. Formability in single point incremental forming: A comparative analysis of the state of the art. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2017;16:43-54. [Link] [DOI:10.1016/j.cirpj.2016.07.003]
Mirnia MJ, Mollaei Dariani B. Analysis of incremental sheet metal forming using the upper-bound approach. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2012;226(8):1309-1320. [Link] [DOI:10.1177/0954405412445113]