کشش عمیق هیدرودینامیکی به کمک ارتعاشات فراصوتی: مطالعه شکل دهی فنجان های استوانه ای

محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

مهدی سهراب خانی ¹ , مهدی ظهور ^{2 *} , شهرام اعتمادی حقیقی ³

1 - گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه ساخت و تولید، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
3 - گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1404/01/27 تاریخ پذیرش : 1404/04/16 تاریخ انتشار : 1404/04/27

کلید واژه: ارتعاشات فراصوتی, كشش عميق هيدرودینامیکی, فنجان استوانه ای, شبیه سازی اجزای محدود, نازک شدگی,

چکیده مقاله :

فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با کمک ارتعاشات فراصوتی، در مقایسه با روش متداول کشش عمیق هیدرودینامیکی، شیوه‌ای پیشرفته محسوب می‌شود که به بهبود چشمگیر قابلیت شکل‌پذیری و کاهش نیروی لازم برای شکل‌دهی می‌انجامد. در این فناوری نوین، ابزار شکل‌دهی تحت نوساناتی با دامنه کم و فرکانس بالا قرار می‌گیرد. هدف اصلی از پژوهش حاضر، بررسی پارامترهای مختلف موثر بر رفتار تغییر شکل قطعات استوانه‌ای نازک است که از طریق فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با ارتعاشات فراصوتی تولید می­شوند. بدین منظور، با بهره­گیری از روش اجزای محدود، قالب به عنوان ابزار ارتعاشی به­صورت طولی و با ارتعاشات اجباری در فرکانس 20 کیلو هرتز و دامنه ارتعاش 5 میکرومتر تحریک گردید. برای اطمینان از اعتبار مدل اجزای محدود مورد استفاده، مقادیر نیروی شکل‌دهی و توزیع ضخامت ورق حاصل از شبیه‌سازی با نتایج تجربی مقایسه شدند و تطابق قابل قبولی میان آنها مشاهده شد. در ادامه تاثیر پنج پارامتر بر روی حداکثر میزان نازک شدگی فنجان‌های استوانه‌ای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش ضریب اصطکاک میان ورق و ورق‌گیر، میزان نازک شدگی حداکثر به میزان 8/12% افزایش می‌یابد. همچنین، افزایش شعاع گوشه سنبه و ماتریس، افزایش ضریب اصطکاک بین ورق و سنبه و افزایش فاصله بین ماتریس و ورق­گیر به ترتیب با سهم‌های 3/42%، 8/41% ، 4/24% و 5/22% موثرترین پارامترها در کاهش حداکثر نازک شدگی هستند.

چکیده انگلیسی:

Hydrodynamic deep drawing assisted by ultrasonic vibrations is considered an advanced method compared to conventional hydrodynamic deep drawing, leading to improved formability and a reduction in the required forming force. In this innovative technology, the forming tool is subjected to oscillation with a low amplitude and high frequency. The primary objective of this study is to investigate the various parameters that influence the deformation behavior of thin-walled cylindrical parts produced by the ultrasonic vibration-assisted hydro-dynamic deep drawing process. To this end, using the finite element method, the die, acting as the vibrating tool, is longitudinally excited by forced vibrations with a frequency of 20 kHz and an amplitude of 5 µm. To validate the accuracy of the finite element model employed, the simulation outputs and experimental results were compared based on forming force and thickness distribution, demonstrating acceptable agreement. Subsequently, the effect of five parameters on the maximum thinning ratio of cylindrical cups was investigated. The results demonstrated that an increase in the friction coefficient between the sheet and the blank holder led to a 12.8% increase in the maximum thinning. Additionally, the punch and die corner radii, the increase in the friction coefficient between the sheet and the punch, and the increase in the gap between the die and the blank holder were the most effective parameters in reducing the maximum thinning, with contributions of 42.3%, 41.8%, 24.4%, and 22.5%, respectively.