بررسي تجربي و عددي شكل‌پذيري ورق آلياژي آلومينيوم 5083 اتصال‌داده‌شده با جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي در فرايند شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي

Experimental and numerical investigation of the formability of friction stir welded 5083 aluminum alloy sheets in single point incremental forming process

در اين مقاله شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي (SPIF) ورق‌هاي آلياژي‌ آلومينيوم 5083 كه با فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي (FSW) اتصال داده ‌شده‌اند به صورت تجربي و عددي بررسي شده است. ورق‌‌ها با ضخامت 2 ميلي‌متر با سرعت‌ دوراني و پيشروي يكسان جوشكاري شده است. براي بررسي اثر جوشكاري FSW بر شكل پذيري در فرايند SPIF، ورق‌هاي يكپارچه و ورق‌هاي FSW شده به‌صورت مخروطي شكل‌دهي شده و حداكثر زاويه ديواره براي هر دو حالت تعيين شده است. نتايج به‌دست‌آمده نشان داد كه حداكثر زاويه شكل‌دهي براي ورق FSW شده آلياژ 5083 با ورق يكپارچه تفاوت زيادي ندارد و جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي تأثير منفي بر شكل‌پذيري ورق ندارد. براي بررسي اثر فرايند SPIF و FSW بر خواص مكانيكي و ميكروساختاري ورق آلومينيوم 5083 اثر اين دو فرايند بر ميكروسختي و اندازه دانه ها تحليل شده است. در ادامه، فرايند شكل‌دهي تدريجي ورق يكپارچه و ورق FSW شده با نرم‌افزار المان محدود آباكوس مدل‌سازي شده است. پس از صحه‌گذاري شبيه سازي، تأثير فرايند FSW بر توزيع ضخامت و توزيع كرنش در فرايند شكل‌دهي تدريجي بررسي شده است. نتايج نشان دهنده توزيع ضخامت يكنواخت، توزيع كرنش اصلي يكنواخت و توزيع كرنش فرعي غيريكنواخت در شكل‌دهي نمونه FSW شده است.

In this paper, the single point incremental forming (SPIF) of friction stir welded (FSWed) 5083 aluminum alloy sheets are investigated experimentally and numerically. The aluminum sheets with 2mm thickness are friction stir welded with the same FSW parameters. In order to obtain the effect of FSW on the formability of SPIF, the base sheets and FSWed sheets are formed to conical shapes with different forming angles and then the limiting wall angles are determined for each condition. The experimental results indicate that the limiting forming angle of FSWed sheet is not so much different than the base sheet and FSW does not have a negative effect on the sheet metal formability in SPIF. To study the effect of SPIF and FSW in mechanical and microstructural properties of the formed parts, the effects of these process on the grain size and micro-hardness is investigated. Furthermore, the incremental forming is numerically simulated using the ABAQUS software and the sheet thickness distribution, obtained from the simulation, is compared with the experimental results. After verification of the numerical simulation model, the effect of FSW on the thickness distribution and strain distribution in SPIF is studied. The results indicate that in weld region and base metal region, the distributions of thickness and major strain are uniform while the distribution of minor strain is non-uniform.