بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند شکل دهی تدریجی ورق فلزي در مجموعه روش هاي نمونه سازي سریع از جذابیت، انعطاف پذیري، صرفه اقتصادي و تنوع هندسی بالایی در مراحل طراحی، ساخت و تولید برخوردار می باشد
در این فرآیند، ابزار سرکروي یاسر نیمکروي مطابق با مسیر تعریف شده در کنترلر ماشین فرز CNC، تغییرشکل پیوسته و موضعی بر روي ورق کلمپ شده اعمال می نماید و آن را به تدریج شکل می دهد. از سوي دیگر به کارگیري ارتعاش اولتراسونیک در سایر فرآیندهاي شکل دهی ورق همچون: کشش عمیق و شکل دهی چرخشی، 2نتایج و تأثیرات مثبت اعمال ارتعاش اولتراسونیک در جهت افزایش قابلیت شکل پذیري ورق، کاهش نیروي مصرفی، افزایش دقت ابعادي و هندسی نمونه شکل دهی شده را تأیید می نماید.
در این مقاله، ایده و روشبه کارگیري و اعمال ارتعاش اولتراسونیک در فرآیند شکل دهی تدریجی ورق فلزي براي اولین بار در حوزه ISMF ارائه می شود. در ادامه، با انجام تحلیل تئوري و اجراي آنالیز المان محدود، فرکانس هاي طبیعی فیکسچر شکل دهی محاسبه، استخراج و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج فرکانس طبیعی حاصل از تحلیل تئوري و اجرايآنالیز سه بعدي فیکسچر در تطابق بسیار خوبی با یکدیگر قرار گرفتند.
-1 مقدمه
تأثیر انرژي اولتراسونیک بر روي رفتار تغییرشکل فلزات و آلیاژها در طی سال هاي گذشته، مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیر انرژي اولتراسونیک با فرکانس بالا در طی تست هاي کشش و فشار فلزات مختلف را بررسی کردند. نتیجه آنکه، به کارگیري انرژي اولتراسونیک در طی تغییرشکل نمونه، استحکام تسلیم ماده را کاهش می دهد. این تأثیر، مشابه با نرم شدگی حرارتی1 می باشد و نتایج تجربی نیز نشان دادند که انرژي اولتراسونیک مورد نیاز براي تولید مقدار یکسانی از نرم شدگی، 107 برابر کوچکتر از انرژي حرارتی مورد نیاز می باشد.
این به آن دلیل می باشد که انرژي اولتراسونیک تنها در نواحی موضعی همچون: جاهاي خالی، نابجایی ها - عیوب کریستالی - و مرزهاي دانه متمرکز می شود، در حالی که انرژي حرارتی به صورت یکنواخت توسط ماده جذب می شود.
گرین [4]، مورداك سیوردونکو و همکاران [6] آزمایش هایی بر روي مواد مختلف به منظور مطالعه تأثیر به کارگیري انرژي اولتراسونیک در طی تغییرشکل، انجام دادند که در طی آن تأثیرات نرم شدگی صوتی 2 مشاهده و نتیجه شد که کاهش استحکام تسلیم متناسب با شدت اولتراسونیک مورد استفاده می باشد. همچنین، کاهش استحکام تسلیم در محدوده 15-18 KHz مستقل از فرکانس اولتراسونیک می باشد.
لانگنکر [3] از انرژي اولتراسونیک در فرآیند شکل دهی فلز استفاده نمود و نشان داد که این انرژي می تواند مقدار نیروي مورد نیاز براي آیرونینگ و کشش عمیق ورق هاي مسی را از 220 lb به 70 lb کاهش دهد. آشیدا و اویاما [7] مطالعات تجربی و عددي را بر روي عملیات پرسبا3 استفاده از انرژي اولتراسونیک اعمالی به ماتریس، انجام دادند و متوجه شدند که با استفاده از این انرژي می توان از وقوع چروکیدگی و تَرَك خوردگی، جلوگیري به عمل آورد. نتایج نشان دادند که این امر به علت کاهش نیروي اصطکاك میان ورق فلزي و ماتریس می باشد.
جیما و همکاران [8] آزمایش هایی بر روي فرآیندهاي کشش عمیق به کمک اولتراسونیک انجام دادند و دریافتند که انرژي اولتراسونیک نه تنها باعث کاهش نیروي کشش می شود، بلکه نسبت حد کشش 4 - LDR - را نیز افزایش می دهد.
رسولی و همکاران [9]، تأثیر ارتعاش طولی اولتراسونیک بر روي فرآیند شکل دهی چرخشی لوله را مورد مطالعه قرار دادند. آنالیز مودال به منظور مطالعه رفتار ارتعاشی سیستم، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که به کارگیري توان کمی از ارتعاش طولی اولتراسونیک، کیفیت سطح داخلی نمونه هاي آلومینیم 6061 آنیل شده را بهبود می دهد. همچنین، ارتعاش اولتراسونیک با توان بالا می تواند بر نیروهاي شکل دهی تأثیرگذار باشد - کاهش 4 الی 13 درصدي نیروي شعاعی - . آنالیز تغییرات نیروهاي شکل دهی تحت تأثیر ارتعاش اولتراسونیک نشان داد که این تغییرات غالباً به خاطر تأثیرات تماسی ارتعاش اولتراسونیک می باشند.
در این مقاله، ایده و روش به کارگیري و اعمال ارتعاش اولتراسونیک در فرآیند شکل دهی تدریجی ورق فلزي براي اولین بار در حوزه ISMF ارائه می شود. در ادامه، با انجام تحلیل تئوري و اجراي آنالیز المان محدود، فرکانس هاي طبیعی فیکسچر شکل دهی محاسبه، استخراج و با یکدیگر مقایسه خواهند شد.
2طرح- ایده و روش اعمال ارتعاش اولتراسونیک به فیکسچر شکل دهی
در طرح ارائه شده، ارتعاش اولتراسونیک مستقیماً از طریق ترانسدیوسر به مجموعه فیکسچر شامل: بدنه اصلی، ورق فلزي و صفحه کلمپینگا،عمال می شود. در این روش ارتعاش اولتراسونیک به سطح تحتانی مجموعه فیکسچر منتقل می شود و باعث ارتعاش طولی مجموعه خواهد شد. براي طراحی سیستم اولتراسونیک، فرکانس طبیعی فیکسچر تا حد امکان نزدیک به فرکانس کاري مولد امواج در نظر گرفته خواهد شد. سیستم اولتراسونیک می باید با فرآیند شکل دهی تدریجی به گونه اي ترکیب شود تا بتواند انرژي ارتعاشی را به طور موثر به ورق منتقل نماید. شکل - 1 - ، شماتیک تجهیزات و تنظیمات فرآیند را نشان می دهد.
شکل:1 شماتیک تجهیزات و تنظیمات فرآیند شکل دهی
خروجی ماکزیمم مولدهاي امواج، از چند صد وات تا چندین کیلو وات می باشند. مولد امواج، موج سینوسی را در فرکانس خاصی تولید می کندسیگنال. با فرکانس بالا به ترانسدیوسر نیرو وارد می کند تا در فرکانس اعمالی به ارتعاش درآید. ترانسدیوسر اولتراسونیک موج الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل می کند. بنابراین فیکسچر می باید در مود طولی از ارتعاش - در یک فرکانس عملیاتی از مولد امواج و ترانسدیوسر - طراحی و تنظیم شود. بنابراین هندسه، جنس ماده و ابعاد فیکسچر باید به گونه اي تعیین شود که در فرکانس عملیاتی مورد نظر به کار گرفته شود.
-3 الزامات فرآیند طراحی فیکسچر شکل دهی
به منظور عملکرد صحیح فیکسچر در فرآیند جدید، طراحی و ساخت آن می باید بر اساس الزامات معینی صورت گیرد. مهمترین آن عبارتست از این که فرکانس رزونانس - طبیعی - مناسبی از فیکسچر باید با فرکانس کاري مولد اولتراسونیک تطبیق داده شود. علاوه بر این، نباید هیچ فرکانس موثري در نزدیکی فرکانس رزونانس وجود داشته باشد. طراحی فیکسچر شکل دهی توسط آنالیز المان محدود انجام می گیرد که براي پیش بینی فرکانس طبیعی آن مورد استفاده قرار خواهد گرفت. بنابراین ضریبی از طول موج به عنوان طول - ارتفاع - فیکسچر در نظر گرفته می شود تا ماکزیمم جابجایی حاصل از اعمال ارتعاش طولی در موقعیت قرارگیري و کلمپینگ ورق به فیکسچر حاصل شود. سایر ابعاد فیکسچر با استفاده از شبیه سازي المان محدود تعیین خواهند شد
