بررسي تجربي و المان محدود نيروهاي شكل دهي و وضعيت فلنچ در فرآيند شكل دهي چرخشي قطعات مخروطي

3D FEM and Experimental Analysis of Influence of Process Parameters on Forming Force and Flange State of Cone Spinning

شكل دهي چرخشي يك فرآيند شكل دهي پلاستيك پيچيده است كه متغير هاي متعددي در شكل دهي و كيفيت محصول نهايي موثر مي باشند. اين پارامتر ها بايد به گونه اي انتخاب شوند كه با حداقل تغييرات در ابزار و تجهيزات سخت افزاري بتوان به كيفيت محصول مورد نظر دست يافت. در اين راستا سه متغير سرعت پيشروي غلطك، سرعت دوراني قالب و فاصله لقي غلطك و قالب به عنوان متغير هاي ورودي در نظر گرفته شده اند. جهت انجام آزمايشات، بستر آزمايشي متشكل از غلطك، قالب، ماشين تراش ارتقا يافته، سنسور هاي موقعيت و نيرو، استفاده شده است. علاوه بر بررسي تجربي شكل دهي چرخشي، شبيه سازي فرآيند در نرم افزار اجزا محدود ABAQUS/Explicit پياده سازي شده است. نتايج نشان مي دهد با افزايش سرعت پيشروي غلطك، مقدار نيرو هاي شكل دهي و ميزان چروكيدگي لبه ورق افزايش يافته و با افزايش سرعت دوراني، مقادير نيروي شكل دهي و چروكيدگي كاهش مي يابد. در نتيجه تغييرات، نرخ پيشروي و سرعت دوراني مي تواند روش مناسبي براي كنترل چروكيدگي قطعه كار باشد. پارامتر فاصله غلطك و قالب بيشترين تاثير را بر نيرو هاي شكل دهي و وضعيت فلنچ مي-گذارد، در حالي كه كمترين اثر مربوط به سرعت دوراني قالب است. ورق هاي استفاده شده در آزمايشات، آلومينيوم سري 1050 آنيل شده به ضخامت 1 ميلي متر و قطر 150 ميلي متر مي باشند. با توجه به صحه گذاري اين روش شبيه سازي، مي توان از آن براي افزايش كيفيت و بهينه سازي شكل دهي چرخشي قطعات پيچيده تر بهره جست و همچنين قطعاتي با ضخامت متغير با تغيير فاصله غلطك و قالب ايجاد كرد.

Cone spinning, is a complicated plastic forming process under multi-factor effects. Processes variable in this research are: mandrel angular speed, roller feed rate and clearance. Influence of these parameters are analyzed on forming forces and flange state. In order to perform process experimental ,a test rig is used which is composed of a manual lathe ,a geared stepper motor, a linear encoder ,a 3-axis KISTLER dynamometer , a high speed motion control card and a high resolution data acquisition card. The software used for simulation is ABAQUS 6.9 which its advantage is using explicit dynamics FE formulation method. The results from the FE model are compared with experimental results obtained from NC spinning machine. The used material is commercially aluminum (1050 series). The results show the following: (1) with the growing of the roller feed rate, all components force of spinning force and Wrinkling increase. (2) With the growing of the mandrel angular speed, all components force of spinning force and Wrinkling decreases. (3) Maximum affect on response variables is by clearance and minimum influence is by mandrel angular speed.