هيدروفرمينگ لوله آلتراسونيك، بررسي تحليلي و عددي

Ultrasonic tube hydroforming, a numerical and analytical study

در فرايند هيدروفرمينگ لوله، جريان نامناسب فلزي ناشي از شرايط اصطكاكي، سبب پر نشدن گوشه هاي قالب و نازك شدگي زياد نواحي نزديك به گوشه هاي قالب مي‌شود. اعمال ارتعاشات آلتراسونيك به بدنه قالب مي‌تواند شرايط تماسي را بهبود بخشد. مقاله حاضر با هدف بهبود فرايند از لحاظ ميزان شكل پذيري و همچنين به لحاظ يكنواختي ضخامت ديواره مقطع، به بررسي اثر اعمال ارتعاشات بر بدنه قالب هيدروفرم لوله پرداخته است. ابتدا يك مدل عددي بر اساس روابط هندسي و حالت تنش و كرنش بنا شده است كه قادر است ضخامت ديواره و شعاع گوشه لوله را محاسبه نمايد. در اين مدل اثر ارتعاشات آلتراسونيك به صورت تغيير در شرايط اصطكاكي اعمال مي شود. با مدل‌سازي اجزاي محدود فرايند هيدروفرمينگ آلتراسونيك لوله (فشار داخلي همراه با اعمال ارتعاشات آلتراسونيك) و مقايسه آن با مدل اجزاي محدود همين فرايند در حالت كلاسيك (تنها با فشار داخلي) امكان بررسي ميزان بهبود فرايند با استفاده از ارتعاشات قالب فراهم شده است. نتايج نشان مي دهد با استفاده از ارتعاشات آلتراسونيك، ميزان پرشدگي گوشه هاي قالب افزايش قابل توجهي داشته و ضخامت ديواره لوله نيز يكنواخت تر خواهد بود.

In tube hydroforming process, due to friction condition, uniform wall thickness, as well as sharp corners may not be achieved. Use of ultrasonic vibration can improve the contact conditions at the tube-die interface. The current work studies the effect of applying ultrasonic vibration on wall thickness and corner filling of hydroformed tubes. Firstly, a numerical model based on geometric relationships and stress-strain state has been established by which wall thickness and corner radius of hydroformed tubes can be obtained. In this model, the ultrasonic vibrations affect the nonlinear friction conditions at the tube-die interface. By comparing the FEM models of tubes in two cases of with vibration and without vibration, it is possible to investigate the effects of vibration on wall thickness and corner filling. The results indicate superimposing ultrasonic vibrations to the process will increase corner filling ratio of the tube significantly, and more uniform tube wall thickness will be achieved.