بررسي عددي و تجربي فرايند شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي ورق‌هاي دو لايه

Numerical and experimental investigation of single point incremental forming of two layer sheet metals

در اين تحقيق، شكل‌پذيري ورق‌هاي دو لايه ساخته‌شده از آلومينيوم 1050 و فولاد كم كربن (12St) در فرايند شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي مورد بررسي عددي و تجربي قرار گرفته است. براي بررسي شكل‌پذيري ورق در اين فرايند، مسير ابزار در نرم‌افزار آباكوس و ماشين كنترل عددي به گونه‌اي تعريف شد كه به تدريج زاويه ديواره ورق افزايش يابد و با رسيدن به زاويه حد شكل‌دهي، ورق دچار شكست شود. با توجه به اعمال موضعي تنش‌ها از طرف ابزار، فرايند متقارن نبوده و نياز به شبيه‌سازي فرايند به صورت سه بعدي است. براي بررسي پارامترهاي فرايند، تحليل فرايند در سه سطح از پارامترهاي شعاع ابزار و اندازه گام عمودي صورت گرفت. براي تعيين ارتفاع شكست ورق دو لايه، از منحني نيروي حاصل از شبيه‌سازي‌ها استفاده شد. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه كرنش‌هاي پلاستيك بيشتري به ورق بيروني وارد مي‌شوند و از اين رو ابتدا ورق لايه بيروني دچار شكست مي‌شود. همچنين نتايج حاصل نشان داد افزايش شعاع ابزار و اندازه گام عمودي، با اينكه باعث افزايش سرعت فرايند مي‌شوند ولي تاثير عكس بر روي زاويه حد شكل‌دهي دارند. براي بررسي تجربي فرايند و اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي، آزمايش‌ها با در نظر گرفتن پارامتر سرعت پيشروي ابزار در سه سطح، طراحي و انجام شد. اختلاف نتايج عددي و تجربي حدود 1/2% در اندازه زاويه حد شكل‌دهي مشاهده شد.

In this research, formability of two layer sheet metals of Al1050 and St12 in single point incremental forming (SPIF) has been investigated using numerical and experimental approaches. In order to study the sheet metal formability in this process, the tool paths are defined in ABAQUS and CNC machine so that an increasing wall angle is created until the sheet metal reaches its maximum allowable angle and fracture occurs. Since in this process the tool exerts local stresses on the sheet metal, 3D simulation of the process is necessary. In order to study the effect of process parameters, the analysis is done in three levels of tool radius and vertical step size. In order to derive fracture depth of sheet metal, the force diagram is considered in simulations. It is shown that the outer sheet is subjected to higher plastic strains and therefore failure occurred initially at the outer layer. Results also showed that increasing the tool radius and vertical step size speed up the process but they have inverse effect on forming limit angle. For experimental study and also to validate simulation results, full factorial experiments with respect to forming speed up to three levels were designed and carried out. The difference between FEM and experimental results is about 2.1% in forming limit angle.