کشش عمیق هیدرودینامیکی به کمک ارتعاشات فراصوتی: بررسی میزان نازک شدگی و نیروی شکلدهی ورق
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکیمهدی سهراب خانی 1 , مهدی ظهور 2 * , شهرام اعتمادی حقیقی 3
1 - دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک،دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - دانشیار، گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
3 - استادیار،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه: ارتعاشات فراصوتی, كشش عميق هيدرودینامیکی, فنجان استوانه ای, نیروی شکل دهی, نازک شدگی,
چکیده مقاله :
فرایند کشش عمیق هیدرودینامیکی به عنوان یکی از متداولترین روشهای شکلدهی فلزات در صنایع مختلف، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این راستا، پژوهشگران به دنبال بهبود این فرایند و افزایش کارایی آن هستند. یکی از رویکردهای نوین در این زمینه، بهرهگیری از ارتعاشات فراصوتی است که در مطالعات متعدد بررسی شده و نتایج امیدبخشی را به همراه داشته است. هدف اصلی این مقاله، بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوتی اعمال شده به قالب بر روی فرایند کشش عمیق هیدرودینامیکی است. بدین منظور با استفاده از روش اجزای محدود ارتعاشات فراصوتی با فرکانس و دامنههای مختلف به قالب اعمال شده و نیروی سنبه و نازک شدگی حداکثر در دو حالت کشش عمیق هیدرودینامیکی معمولی و کشش عمیق هیدرودینامیکی با ارتعاشات فراصوتی مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که ناحیه شعاع گوشه سنبه بحرانیترین ناحیه در فرایند شکلدهی است، زیرا بیشترین میزان نازکشدگی در این ناحیه رخ میدهد. همچنین اعمال ارتعاشات فراصوتی به قالب، منجر به کاهش نیروی شکلدهی به میزان 5/7 تا 23% ( با توجه به دامنه و فرکانس ارتعاش) نسبت به حالت بدون ارتعاشات فراصوتی شده است. علاوه بر این، استفاده از ارتعاشات فراصوتی باعث کاهش نوسانات ضخامت به میزان 2/10 % شده است. همچنین نازک شدگی حداکثر در ناحیه شعاع گوشه سنبه به میزان 6 % بهبود یافته و با افزایش دامنه ارتعاش تا 10 میکرومتر نازکشدگی حداکثر به میزان 11% کاهش یافته است با این حال افزایش بیش از حد دامنه ارتعاش منجر به افزایش مجدد نازک شدگی حداکثر شده است.
Hydrodynamic deep drawing, is a prevalent metal forming technique in various industries, has consistently been a focal point of research work. Researchers have been dedicated to enhancing the efficiency of this process. A novel approach involving ultrasonic vibrations has emerged, with multiple studies demonstrating promising outcomes.
This paper aimed to examine the influence of ultrasonic vibrations applied to the die on the hydrodynamic deep drawing process. Employing the finite element method, ultrasonic vibrations at a frequency of 20 kHz and varying amplitudes were introduced to the die. Subsequently, the punch force and maximum thinning were compared between conventional hydrodynamic deep drawing and its counterpart incorporating ultrasonic vibrations.
Findings indicate that the radius of the punch corner is the most susceptible region during the forming process, experiencing the greatest thinning. The application of ultrasonic vibrations to the die resulted in a reduction of the forming force by 7.5 to 23% (dependent on the vibration amplitude) relative to the condition without ultrasonic vibrations. Moreover, the utilization of ultrasonic vibrations diminished thickness fluctuations by 10.2%. The maximum thinning in the radius of the punch corner exhibited a 6% improvement, and with an increase in vibration amplitude to 10 μm, the maximum thinning decreased by 11%. Nevertheless, excessive increases in vibration amplitude led to a resurgence in maximum thinning.