بررسي شكل پذيري هرم ناقص آلومينيومي در فرآيند شكل دهي تدريجي تك مرحله اي و دو مرحله اي

Study of formability of aluminum truncated pyramid in single-stage and two-stage incremental sheet forming

شكل دهي تدريجي برتري‌هاي متمايزي را نسبت به فرآيندهاي متداول شكل‌دهي ورق فلزي، مانند هزينه پايين ابزار و سادگي فرآيند ارائه نموده است. با اين حال اين روش هنوز داراي محدوديت‌هايي مي‌باشد. از جمله اين محدوديت‌ها، نازك شدگي شديد مي باشد كه تاثير بسزايي دركاركرد محصول نهايي دارد. همچنين برخي از قطعات بدليل دارا بودن زاويه ديواره زياد نمي‌توانند توسط شكل دهي تدريجي تك مرحله‌اي توليد شوند. در اين ميان مي‌توان از استراتژي‌هاي تغيير شكل چند‌مرحله‌اي استفاده كرد تا به زاويه دلخواه و در عين حال به توزيع ضخامت بهتر و حداكثر ضخامت كمينه رسيد. در اين تحقيق شكل دهي تدريجي دو مرحله‌اي يك هرم ناقص مربع القاعده با زاويه ديواره °70 از جنس آلومنيوم با هدف بهبود ضخامت كمينه بصورت تجربي و شبيه سازي اجزاي محدود مورد مطالعه قرار گرفت. با ارائه استراتژي‌هاي تغيير شكل دو مرحله‌اي و بدست آوردن پارامترهاي تعريف كننده آن توسط روش اجزاي محدود، درصد نازك شدگي نسبت به شكل‌دهي تك مرحله‌اي مورد مقايسه قرار گرفت. در اين تحقيق از آزمون تجربي براي اعتبار سنجي نتايج حاصل از تحليل اجزاي محدود استفاده شد. نتايج نشان داد كه با استفاده از استراتژي تغيير شكل دو مرحله‌اي ارائه شده مي‌توان ضخامت كمينه را به ميزان دو برابر نسبت به حالت تك مرحله‌اي بهبود بخشيد. با مقايسه توزيع ضخامت، توافق خوبي بين مدل سازي اجزاي محدود و آزمون تجربي مشاهده شد. در انتها تاثير استراتژي هاي تغيير شكل بر مسير كرنش بدست آمده از مدل سازي عددي توسط نمودار حد شكل دهي شكست بررسي شده است.

Incremental sheet forming has already provided distinct advantages, such as inexpensive tools and the simplicity of the process, over conventional sheet forming processes. However, the method still has some limitations. Among these limitations, severe thinning has significant effects on the performance of the final product. Also, some parts with high wall angles cannot be formed by single stage incremental forming. To overcome these restrictions, multistage incremental forming can be implemented to achieve the desired wall angle, better thickness distribution, and the lower thinning. In this study, a twostage incremental forming of an aluminum truncated pyramid with a wall angle of 70° was studied experimentally and numerically in order to improve the achievable minimum thickness. By introducing twostage forming strategies and achieving their defining parameters using finite element simulation, the sheet thinning was compared to the one in the singlestage forming. Experiments were used to validate the finite element analysis. The results revealed that using the twostage forming strategy, the minimum thickness can be improved twice than the one in the singlestage forming. A good agreement was observed between the thickness distribution obtained by experiments and predicted by the finite element modeling. Finally, the effect of forming strategies on the strain paths was investigated through the finite element simulation and the experimental fracture forming limit diagram.