بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از بهترین روشهای تشخیص حد شکل دادن ورق فلزی تا قبل از وقوع ترک در آن، نمودار حد شکلدهی میباشد. شکلدهی افزایشی تکنقطهای، ازجمله فرآیندهای نوینی است که در نمونهسازی سریع و ساخت قطعات با هندسهی پیچیده بهکار میرود. در این فرآیند که شکلدهی بدون نیاز به قالبهای رایج اجرا میشود؛ حد شکلدهی ورق نسبت به سایر فرآیندهای متداول، بسیار بالاتر میباشد.
در این مقاله، پس از ساخت مجموعهی آزمایش، حد شکلپذیری ورق آلومینیوم 1050 با استفاده از آزمون شیار مستقیم که شرایط موجود در فرآیند شکلدهی افزایشی تکنقطهای را برآورده میسازد، مورد مطالعه قرار گرفته است. نمودار حد شکلدهی تجربی با استفاده از روش تحلیل شبکهبندی دایروی ورق تغییر شکل یافته، رسم شده است. به منظور راستیآزمایی نتایج تجربی، فرآیند در نرمافزار اجزا محدود آباکوس شبیهسازی عددی شده است. با استخراج کرنشهای اصلی حاصل از نتایج شبیهسازی، نمودار حد شکلدهی عددی نیز بهدست آمد. نتایج تحلیلهای تجربی و عددی، دارای همخوانی قابل قبولی با یکدیگر میباشند.
.1 مقدمه
امروزه در صنعت، تقاضا برای محصولات پیچیده، بیشتر شده است. توجه صنعت به تولید محصولات جدید، نیاز مداومی به توسعهی نمونههای اولیه را به وجود آورده است. این نمونهها بهمنظور آزمودن قابلیتهای یک قطعه ساخته میشود. ازاینرو، فرآیندهای شکلدهی نوینی برای نمونهسازی سریع1 بهوجود آمده است .[1] ازجملهی این فرآیندها، شکلدهی افزایشی ورق - ISF2 - میباشد که در آن، شکلدهی بدون استفاده از قالبهای متداول دارای سنبه و ماتریس انجام میشود.
شکلپذیری ورقهای فلزی عبارت است از توانایی تغییر شکل بدون پارگی و گلویی شدید .[2] حد نهایی کرنش، به کرنشی گفته میشود که ادامه عملیات شکلدهی بعد از آن، منجر به معیوب شدن قطعه میگردد .[3] یکی از روشهای مفید تعیین شکلپذیری، استفاده از نمودار حد شکلدهی - FLD1 - میباشد. این نمودار مرز شکلپذیری ماده را تعیین میکند. کرنش نهایی به شیوه و تاریخچهی بارگذاری وابسته است.
در شکل 1 مسیرهای بارگذاری کشش خالص - تکمحوره - ، برش خالص، اتساع و کشش دومحوره در منحنی حد شکلدهی - FLC2 - نشان داده شده است. در منحنی حد شکلدهی، نواحی پایین منحنی مربوط به مناطق امن و سالم بوده و نقاط بالای منحنی مربوط به ناحیه غیر امن و ناسالم میباشد. این اطلاعات، نقش قابلتوجهی را در طراحی و تولید قطعات سالم ایفا میکند.
شکل - 1 حالتهای بارگذاری مختلف در منحنی حد شکلدهی
.2 شکلدهی افزایشی ورق
در شکلدهی افزایشی ورق، لبههای ورق کاملاً گیرهبندی شده و تغییر شکل، معمولاً توسط یک ابزار با سر کروی صورت میپذیرد. در هر لحظه از اجرای این فرآیند، بخش کوچکی شکل دادهشده و تغییر شکل به صورت موضعی میباشد
این فرآیند به طور عمده در تولید دستهای کوچک، نمونهسازی سریع، ساخت قطعات دارای هندسهی پیچیده، صنایع وسایل نقلیه و مهندسی پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است. از مزایای شکلدهی افزایشی ورق میتوان به انعطاف بالای فرآیند، نیروی شکلدهی کمتر و حدود شکلپذیری بیشتر ورق نسبت به سایر فرآیندهای متداول اشاره نمود .
شکل - 2 جزئیات ناحیهی تماس ابزار و ورق در شکلدهی افزایشی
.3 فرآیند شکلدهی افزایشی تکنقطهای
فرآیند شکلدهی افزایشی تکنقطهای - SPIF1 - ، یکی از متداولترین روشهای شکلدهی افزایشی است که اغلب شکلدهی منفی یا بدون قالب نیز نامیده میشود .در این فرآیند، ورق توسط یک ابزار و با نیرویی نقطهای شکل داده میشود. اصول کلی شکلدهی افزایشی تکنقطهای در شکل 3 نشان دادهشده است.
شکل -3 نمای کلی اصول فرآیند شکلدهی افزایشی ورق
پژوهشها بر روی شکلدهی افزایشی تکنقطهای از سال 2000 میلادی آغاز شده است. کیم2 و ینگ[9] 1، حدود شکلپذیری ورق در فرآیند شکلدهی افزایشی فنجان2 با مقطع بیضی را مورد بررسی قرار دادند.
