مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه‌ی تجربی و المان محدود اثر توزیع نیرو بر پیش-شکل‌دهی الکترومغناطیسی قطعات ورقی مخروطی از جنس آلیاژ آلومینیوم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
ابوالفضل رجبلو 1
محمد بخشی جویباری 2
حمید گرجی 3
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
چکیده
در شکل‌دهی قطعات مخروطی به­روش سنبه و ماتریس سنتی، به دلیل به وجود آمدن تمرکز تنش در محل برخورد سنبه و قطعه‌کار، نازک‌شدگی و پارگی در ورق رخ می‌افتد. همچنین در جایی که تماسی بین سنبه و ورق وجود ندارد، احتمال زیادی در به­وجود آمدن چروکیدگی نیز وجود دارد. از این­رو، برای شکل‌دهی این دسته از قطعات، همواره روش‌های نو مورد بررسی قرارگرفته‌اند. شکل‌دهی الکترومغناطیسی (Electromagnetic Forming)، ازجمله روش‌های نسبتاً قدیمی شکل‌دهی سرعت-بالا است که در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در پژوهش پیش رو، فرآیند شکل‌دهی پیش‌فرم قطعات مخروطی آلومینیومی به کمک نیروی الکترومغناطیسی به دو روش المان محدود و آزمون تجربی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. ابتدا شکل‌دهی تجربی توسط سیم‌پیچ حلزونی ساده موردبررسی قرار گرفت و پس از تأیید اعتبار شبیه‌سازی‌ها، تحلیل اثر چگالی نیرو در راستای شعاعی و محوری در نقاط مختلف ورق انجام شد. با استفاده از نتایج به‌دست‌آمده، سیم‌پیچ جدیدی طراحی و ساخته شد که توانایی توزیع مناسب نیرو در راستای شعاعی و محوری را دارد. کاهش توان مصرفی تا یک‌چهارم، افزایش مقدار نیروی شعاعی رو به داخل و ارتفاع پیش‌فرم مخروط شکل‌گرفته تا 2 برابر، به حداقل رساندن نیروی اصطکاک، کاهش نازک­شدگی مرکز قطعه‌کار به مقدار 3 درصد (ضمن افزایش ارتفاع 2 برابری) و ازبین‌رفتن چروک‌خوردگی در ناحیه فلنج ورق از مزایای استفاده از سیم‌پیچ جدید نسبت به سیم‌پیچ اولیه است.
کلیدواژه‌ها
شکل‌دهی الکترومغناطیسی ورق
شکل‌دهی انفجاری
تحلیل المان محدود
توزیع نیروی الکترومغناطیسی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and finite element study of the effect of force distribution on electromagnetic pre-forming of aluminum alloy conical sheet parts

نویسندگان English

Abolfazl Rajabloo 1
Mohammad Bakhshi Jooybari 2
Hamid Gorji 3
1 Ph.D. candidate, Faculty of mechanical engineering, Babol Noshirvani University of Technology
2 Professor, Faculty of mechanical engineering, Babol Noshirvani University of Technology
3 Associate Professor, Faculty of mechanical engineering, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده English

In forming conical parts by traditional deep drawing techniques, due to the stress concentration at the contact area between the punch and the workpiece, thinning and rupture occurs on the sheet. There is also a high possibility of wrinkling in the free area of ​​the sheet; where there is no contact between the punch and the sheet. Therefore, new methods have been examined in forming this group of parts. Electromagnetic forming is one of the relatively old methods of high-speed forming that has attracted more attention in recent years. In the present study, the process of pre-forming of aluminum conical parts using electromagnetic force has been discussed numerically and experimentally. First, experiments were carried out by a simple spiral coil and after confirming the validity of the numerical simulations, the effect of electromagnetic force density in radial and axial directions was investigated in different areas of the sheet. Using the obtained results, a new coil was designed and built that has the ability to provide suitable distribution of the force in the radial and axial directions. Reduction in power consumption by up to a quarter, an increase in the amount of radial inward force and the height of the preform formed cone up to 2 times, minimizing the friction force, reduction of the workpiece center thinning by 3% (while increasing the height by 2 times) and elimination of wrinkles in the flange area of the sheet are the advantages of using the new coil compared to the primary coil.

کلیدواژه‌ها English

electromagnetic sheet forming
Explosive forming
Finite element analysis
electromagnetic force distribution
1. Psyk V, Risch D, Kinsey BL, Tekkaya AE, Kleiner M (2011) Electromagnetic forming—A review. Journal of Materials Processing Technology 211 (5):787-829. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.12.012
2. Akbar S, Aleem A, Sarwar MN, Zillohu A, Awan MS, Haider A, Ahmad Z, Akhtar SS, Farooque M (2016) Electromagnetic flat sheet forming by spiral type actuator coil. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 146:012054. doi:10.1088/1757-899X/146/1/012054
3. Fang J, Mo J, Li J, Cui X, Fan S (2014) Electromagnetic Pulse Assisted Progressive Deep Drawing. Procedia Engineering 81:801-807. doi:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.079
4. Cui X, Li J, Mo J, Fang J, Zhou B, Xiao X, Feng F (2016) Incremental electromagnetic-assisted stamping (IEMAS) with radial magnetic pressure: A novel deep drawing method for forming aluminum alloy sheets. Journal of Materials Processing Technology 233:79-88. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.02.013
5. Cui X-h, Mo J-h, Zhu Y (2012) 3D modeling and deformation analysis for electromagnetic sheet forming process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 22 (1):164-169. doi:https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61156-4
6. Ahmed M, Panthi SK, Ramakrishnan N, Jha AK, Yegneswaran AH, Dasgupta R, Ahmed S (2011) Alternative flat coil design for electromagnetic forming using FEM. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 21 (3):618-625. doi:https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)60759-0
7. Lai Z, Cao Q, Han X, Zhou Z, Xiong Q, Zhang X, Chen Q, Li L (2014) Radial-axial Force Controlled Electromagnetic Sheet Deep Drawing: Electromagnetic Analysis. Procedia Engineering 81:2505-2511. doi:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.358
8. Gorji H, Alavi-Hashemi H, Bakhshi Jooybari M, Nourouzi S, Hosseinipour SJ (2011) Investigation of hydrodynamic deep drawing for conical–cylindrical cups. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 56:915-927. doi:10.1007/s00170-011-3263-0
9. Lange K (1985) Handbook of metal forming. McGraw-Hill Book Company, 1985:1216
10. Thiruvarudchelvan S, Gan JG (1991) Drawing of conical cups with friction actuated blank holding. Journal of Materials Shaping Technology 9 (2):59-65. doi:10.1007/BF02833635
11. Thiruvarudchelvan S, Tan MJ (2004) The drawing of conical cups using an annular urethane pad. Journal of Materials Processing Technology 147 (2):163-166. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2003.12.011
12. Sheng ZQ, Jirathearanat S, Altan T (2004) Adaptive FEM simulation for prediction of variable blank holder force in conical cup drawing. International Journal of Machine Tools and Manufacture 44 (5):487-494. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2003.11.001
13. Gorji A (2012) Experimental and Finite element simulation method for forming a sharp conical parts. Ph. D. thesis, Department of Mechanical Engineering, noshirvani uni …,
14. Imbert J, Worswick M, Winkler S, Golovashchenko S, Dmitriev V (2005) Analysis of the Increased Formability of Aluminum Alloy Sheet Formed Using Electromagnetic Forming. SAE Technical Papers. doi:10.4271/2005-01-0082
15. Imbert J, Winkler S, Worswick M, Oliveira D, Golovashchenko S (2005) The Effect of Tool–Sheet Interaction on Damage Evolution in Electromagnetic Forming of Aluminum Alloy Sheet. Journal of Engineering Materials and Technology-transactions of The Asme - J ENG MATER TECHNOL 127. doi:10.1115/1.1839212
16. Imbert J, Winkler S, Worswick M, Golovashchenko S (2004) Formability and Damage in Electromagnetically Formed AA5754 and AA6111. Proceedings of 1st International Conference on High Speed Forming. doi:10.17877/DE290R-12973
17. http://www.comphys.ir/softwares/comsol-multiphysics/.
18. Paese E, Geier M, Homrich RP, Rosa P, Rossi R (2019) Sheet metal electromagnetic forming using a flat spiral coil: Experiments, modeling, and validation. Journal of Materials Processing Technology 263:408-422. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.08.033
19. HIGASHI K, MUKAI T, KAIZU K, TSUCHIDA S, TANIMURA S (1991) STRAIN RATE DEPENDENCE ON MECHANICAL PROPERTIES IN SOME COMMERCIAL ALUMINUM ALLOYS. J Phys IV France 01 (C3):C3-341-C343-346
20. Lai Z, Cao Q, Zhang B, Han X, Zhou Z, Xiong Q, Zhang X, Chen Q, Li L (2015) Radial Lorentz force augmented deep drawing for large drawing ratio using a novel dual-coil electromagnetic forming system. Journal of Materials Processing Technology 222:13-20. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.02.029
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 5
اردیبهشت 1400
صفحه 327-340