مطالعه‌ي تجربي و عددي فرايند شكل‌ دهي پيني تنشي ورق‌هاي فلزي آلياژ آلومينيوم

Experimental and numerical study on stress peen forming of aluminum alloy metal sheets

شكل‌دهي پيني به‌عنوان يك روش شكل‌دهي موثر در صنايع هوايي، از فرايند ساچمهزني مشتق شده است. كاربرد عمدهي آن جهت توليد قطعات نازك بزرگ با انحناهاي ملايم از جمله پنلها و پوستهي بال هواپيماها ميباشد. اين فرايند به دو دستهي شكل‌دهي پيني بدون پيشكرنش كشسان (شكل‌دهي پيني رايج) و با پيشكرنش كشسان (شكل‌دهي پيني تنشي) قابل تقسيم است. در اين پژوهش، مطالعهي عددي و تجربي فرايندهاي ساچمهزني و شكل‌دهي پيني با و بدون پيشكرنش كشسان ورقهاي آلياژ آلومينيمي انجام گرفت. براي انجام آزمايشهاي تجربي، از ساچمههاي فولادي با قطرهاي 4/0 و mm 6/0 و نوارهايي از آلياژ آلومينيم 6T-6061Al استفاده شد. براي اعمال پيشكرنش كشسان، قيدهايي با چهار شعاع پيشخمش ?، 500، 375 و mm 250 طراحي و ساخته شدند. در بخش عددي، با بهكار بردن پارامترهاي مشابه با آزمايشها، ابتدا با استفاده از يك مدل سهبعدي با توزيع تصادفي ساچمه، فرايند ساچمهزني شبيهسازي شده، تنشهاي اعمالي و پسماند ايجاد شده در ورق بهدست آمد. در ادامه با استفاده از اين مدل و طي روندي سه مرحله‌اي، فرايندهاي شكل‌دهي پيني و شكل‌دهي پيني تنشي شبيهسازي شدند. نتايج نشان داد كه اعمال پيشكرنش كشسان در توزيع پروفيل تنش درون ورق و درنتيجه، در تغيير شكل نهايي آن تاثير قابل توجهي دارد. با افزايش ممان پيشخمش (كاهش شعاع پيشخمش)، انحناي ايجاد شده در جهت اعمال پيشخمش، افزايش مييابد. مطابق نتايج تجربي و عددي به دست آمده، انحناي به‌دست آمده از شكل‌دهي پيني تنشي به ازاي شعاع پيش‌خمش mm 250، در مقايسه با شكل‌دهي پيني رايج، بيش از %100 افزايش داشت.

As an effective forming method in aeronautical industries, peen forming is derived from shot peening process. Major application of this process is for producing large thin components with gentle curvature such as aircraft panels and wing skins. This process can be divided into two categories; peen forming without elastic pre-strain (conventional peen forming) and with elastic pre-strain (stress peen forming). In this research, numerical and experimental study of shot peening, peen forming and stress peen forming of aluminum alloy sheets were conducted. In order to perform experimental tests, steel shots with 0.4 and 0.6 mm diameter and aluminum alloys Al6061-T6 strips were used. For applying elastic pre-strain, fixtures with four pre-bending radii ?, 500 mm, 375 mm and 250 mm were designed and manufactured. In numerical section, using the same parameters as applied in experiments, first by using a 3D model with random distribution of shots, shot peening process was simulated and induced and residual stresses in sheet, were obtained. Next, using this model and in a three-step procedure, peen forming and stress peen forming processes were simulated. The results showed that applying pre-strain has a considerable effecte on distribution of stress inside the sheet metal and thus on the final deformation of it. Along with increasing pre-bending moment (decreasing pre-bending radius), the resulting curvature in the sheet in the direction of the applied pre-bending, increases. According to the experimental and numerical results, in comparison with conventional peen forming, stress peen forming using 250 mm prebending radius increases the curvatures over 100%.