بخشی از مقاله
چکیده
در چند دههی اخیر با ایجاد تحولات در زمینهی کنترل عددی کامپیوتری و طراحی به کمک کامپیوتر، اتوماسیون بسیاری از شاخههای تولید توانمند شده است که یک نمونه از آن، فرایند شکلدهی نموی میباشد. یکی از مسائل مهم در ارتباط با این فرآیند، نازکشدگی بیش از حد ورق بهویژه در تولید اشکال با زوایای دیواره زیاد، میباشد. هر چند قابلیت شکلدهی در این روش نسبت به سایر روشهای شکلدهی متداول همچون کشش عمیق بیشتر میباشد؛ با این وجود شکلپذیری موادی همچون آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا، آلیاژهای منیزیم و غیره در هر دو مورد فرایندهای متداول شکلدهی همچون کشش عمیق و فرایند شکلدهی نموی ورق، در دمای اتاق بسیار ضعیف میباشد.
از اینرو در پژوهش حاضر تحقیق بر روی شکلدهی نموی گرم آلیاژ Al5083-H111، که آلیاژی نسبتا ترد و با حدود شکلپذیری بسیار پایین دردمای محیط میباشد، با هدف بهبود توزیع ضخامت در دمای بالا مورد توجه قرار گرفته است. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیرات دما و سرعت پیشروی انجام فرایند بر روی توزیع ضخامت در فرایند شکلدهی نموی تکنقطهای گرم میباشد. جهت دستیابی به این اهداف تجهیزات آزمایشگاهی مناسبی برای انجام آزمایشهای شکل-دهی نموی گرم طراحی و ساخته شدند. سپس آزمایشها در 4 دمای مختلف و تحت سرعتهای پیشروی مختلف انجام شدند. نتایج نشان دادند با افزایش دما تا 175°Cتوزیع ضخامت یکنواختتر میشود و سپس با افزایش بیشتر دما تا 250°C توزیع ضخامت - نسبت به دمای - 250°C غیریکنواختتر میشود.
واژگان کلیدی: شکلدهی نموی گرم، توزیع ضخامت، سرعت پیشروی
مقدمه
شکلدهی نموی یک فرایند شکلدهی ورق فلزی کنترل شدهی عددی نوآورانه میباشد که میتواند جایگزین روشهای شکلدهی متداول موجود به منظور تولید در دستههای کوچک و یا نمونهسازی سریع گردد. در این فرایند نیازی به هیچ ابزار اختصاصی به عنوان قالب و یا سنبه نمیباشد که این مورد باعث افزایش انعطافپذیری این فرایند می شود.شکلپذیری موادی هم چون آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا، آلیاژهای منیزیم و غیره در هر دو مورد فرایندهای متداول شکلدهی همچون کشش عمیق و فرایند شکلدهی نموی ورق1، در دمای اتاق بسیار ضعیف میباشد. بدین منظور در چند سال اخیر پژوهشهایی با به کار بردن منابع گرمایشی مختلف، جهت کمک به فرایند تغییر شکل در روش ISF انجام شده است. بهطور خلاصه عمده روشهای به کار گرفته شده در این فرایند جهت بهبود قابلیت شکلپذیری عبارتند از:
-1 شکلدهی گرم با کمک لیزر
-2 شکلدهی گرم با کمک جریان الکتریکی
-3 شکلدهی گرم با استفاده از نوار گرمایشی
دافلو و همکارانش - Duflou et al, 2008 - ، فرایند ISF با کمک لیزر را جهت گرمایش موضعی دینامیک ورقهای Al5182 و 65Cr2 بهکار گرفتند. بدین منظور آنها از یک ربات ششمحوره و سیستم موقعیتیابی پرتویی سهمحوره استفاده نمودند. این نویسندگان یک بهبود را در دقت و شکلپذیری فرآیند ISF بدست آوردند. علاوهبر این، برای مواد مشخص شده با میزان قابلیت کرنش پایینتر در دمای اتاق، استفاده از این سیستم گرمایشی موضعی و دینامیک اجازه میدهد تا بهطور قابلتوجهی حدود شکلپذیری تغییر نماید.در سال 2008 فان و همکارانش - Fan et al, 2008 - ، یک روش دیگر بهنام شکلدهی نموی گرم الکتریکی را معرفی کردند و از این روش جهت گرمایش موضعی ورق در سطح مشترک ورق-ابزار استفاده نمودند.
این روش، روشی عملیو آسان جهت کنترل میباشد. توسط این نویسندگان دو آلیاژ منیزیم AZ31 و تیتانیوم TiAl2Mn1.5 که دارای میزان شکلپذیری پایین در دمای اتاق بودند، بهطور موفقیت آمیزی شکلدهی شد. مقادیر جریان مورد نیاز جهت شکلدهی مطلوبشان مورد بررسی قرار گرفت. همچنین کیفیت سطحی و شکلپذیریشان در پارامترهای عملیاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. فان و همکارانش - Fan et al, 2010 - ، در پژوهشی دیگر از سیستمی مشابه با روش قبلی جهت شکلدهی نموی گرم ورق تیتانیوم - Ti-6Al-4V - استفاده نمودند. با این تفاوت که در سیستم جدید بهکار گرفته شده توسط آنها از یک آشکار ساز مادون قرمز حرارتی، جهت اندازهگیری دما استفاده شد. این محققین بر روی شکلپذیریو دقت هندسی متمرکز شدند و نتایج دلگرم کنندهای را براساس روش معرفی شده بهدست آوردند.
آمبرُگیو و همکارانش - Ambrogio et al, 2008 - ، جهت انجام فرایند شکلدهی نموی گرم از یک نوار - محفظه - گرمایشی استفاده نمودند. بدینمنظور یک باند حرارتی در امتداد سطح خارجی قالب قرار داده شد و توسط یک کنترلر از نوع PID با سه ترموکوپل که در شعاعهای مختلف بر روی نمونه قرار داده شدهاند، فرایند کنترل میشودآمبرُ.گیو و همکارانش، در این پژوهش بر روی تعیین حدود شکلپذیری آلیاژ AZ31 و همچنین بدست آوردن ارتباط بین شکل-پذیری و پارامترهای فرایند با استفاده از یک روش طراحی آزمایشات - DOE - مناسب، متمرکز شدند.کاربردهای صنعتی آلیاژ آلومنیوم AL5083-H111 بهدلیل اینکه دارای استحکام و مقاومت به خوردگی خوبی می-باشد، بهطرز چشمگیری در صنایع کشتیسازی، ماشینهای ریلی و غیره افزایش یافته است. از سوی دیگر شکلپذیری این آلیاژ در دمای محیط بسیار ضعیف میباشد. از اینرو در پژوهش حاضر تحقیق بر روی شکلدهی نموی گرم این آلیاژ با هدف بهبود توزیع ضخامت در دمای بالا مورد توجه قرار گرفته است. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تاثیرات دما و سرعت پیشروی انجام فرآیند بر روی توزیع ضخامت میباشد.
مواد و تجهیزات تجربی
آزمایشات با استفاده از ورق آلومینیوم 5083-H111 با میزان ضخامت 1 میلیمتر انجام شدند. در شکل 1 نمایی از تجهیزات تجربی مورد استفاده در آزمایشات و همچنین یک نمونه از محصول تولید شده نشان داده شده است. در این پژوهش از آنجا که هدف انجام شکلدهی در دماهای گرم بود قالب از جنس فولاد گرمکار - St-2713 - 2713 ساخته شد. در این قالب بهمنظور جلوگیری از به وجود آمدن کششهای ناخواسته در ورق حین انجام عملیات شکلدهی و تثبیت کامل موقعیت ورق بر روی قالب، از 8 عدد پیچ در قسمت بالا - ورق گیر - استفاده شده است. از سوی دیگر جهت تسهیل کار روانکاری - بهویژه در هنگام استفاده از روانکارهایی با میزان سیالیت بالا مانند روغنها و غیره - ورقگیر اندکی ضخیمتر در نظر گرفته شده است، چرا که در اینصورت پس از بستن ورق در موقعیت از قبل پیشبینی شده میتوان از محفظهی بهوجود آمده در بالای ورق جهت روانکاری استفاده نمود.
