بررسي تجربي و اجزاي محدود فرآيند شكل‌دهي با ضربه مايع براي لوله‌هاي آلومينيومي جدار نازك AA6063

Experimental and Finite Element Investigation of Liquid Impact Forming for Thin-walled Aluminium AA6063 Tubes

امروزه يكي از مهم‌ترين عوامل در صنعت، توليد در كوتاه‌ترين زمان ممكن با كمترين هزينه و بالاترين كيفيت مي‌باشد. در اين راستا، محققان روي به سوي ابداع روش‌ها و تكنولوژي‌هاي جديد براي برآوردن اين نيازهاي صنعت آورده‌اند. يكي از اين روش‌ها، شكل‌دهي با ضربه مايع است كه به طور فزاينده‌اي در حال گسترش در صنعت به خصوص صنايع خودروسازي و هوافضا مي‌باشد. در اين روش، كه از فرآيندهاي هيدروفرمينگ لوله‌اي محسوب مي‌شود، شكل‌گيري با استفاده از فشار مايع صورت مي‌گيرد. در اين مقاله، فرآيند شكل دهي با ضربه مايع براي يك لوله جدار نازك از جنس آلومينيم به صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفت. در بخش تجربي، به منظور تغيير شكل سطح مقطع لوله آلومينيومي به يك چندضلعي، قالبي طراحي و ساخته شد كه در انتهاي فرآيند، شكل هندسي استوانه لوله را به يك پروفيل با سطح مقطعي تقريباً مشابه با ذوزنقه تبديل مي‌نمايد. آزمايش‌ها نشان داد كه قالب از نوع سنبه ماتريس در اين فرآيند براي هندسه مورد نظر مناسب نمي‌باشد، در حالي كه با استفاده از قالب ديگري كه شامل سه قسمت بود شكل‌دهي به خوبي انجام گرفت. در ادامه، شبيه‌سازي اين فرآيند با استفاده از روش اجزاي محدود انجام گرفت و نتايج مربوط به توزيع تنش فون مايزز، تغيير مكان‌ها، انرژي كرنشي، انرژي داخلي، تغيير ضخامت و نيروي لازم براي انجام فرايند استخراج شد. توزيع تغيير مكان لوله در نواحي مختلف نشان داد كه هيچ چروكيدگي در نمونه ايجاد نگرديد. مقايسه نتايج حاصل از شبيه‌سازي و كار تجربي مطابقت خوبي بين آن‌ها نشان داد.

Manufacturing in as short a time as possible, with highest quality and at minimal cost, is one of the key factors in industry. As a result, researchers are seeking new methods and technologies to meet such requirements. Liquid impact forming is one such method which has received wide currency especially in automotive and aerospace industries. In this method, which is considered one of the tubular hydroforming processes, forming is achieved by using liquid pressure. In this paper, liquid impact forming process was investigated experimentally and numerically for a thin-walled aluminium tube. In experimental part, a die was designed and manufactured to transform the cross section of the aluminium tube into a polygon which at the end of the process changes the cylindrical shape of the tube to a profile almost similar to a trapezoid. Results showed that a die in the form of matrix molding is not suitable for this type of geometry in such a process, while using another die which consisted of three parts resulted in a satisfactory forming. Simulation of this process was further implemented using finite element method and results relating to Von Mises stress distribution, displacement, strain energy, internal energy, thickness variation and the force required to implement the process were obtained. Displacement distribution in different regions indicated that no wrinkling occurred in the sample. Comparison between simulation and experimental results indicated that they were in good agreement.