مطالعه تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود برای تعیین پنجره شکل‌دهی لوله‌های آلومینیومی 6063-O در فرآیند هیدروفرمینگ گرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم و فنون مازندران

2 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 صنعتی نوشیروانی بابل مدیر گروه ساخت و تولید

چکیده

در سال‌های اخیر آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم به‌دلیل نسبت استحکام به وزن بیشتر در مقایسه با فولادها ،مورد توجه قرار گرفته است. محدودیت اصلی آلیاژهای یادشده، شکل‌پذیری پایین در دمای محیط می‌باشد. با این حال ،محققان نشان داده‌اند که شکل‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم در دماهای بالا افزایش می‌یابد. در این پژوهش، شکل‌پذیری لوله آلومینیومی آنیل شده 6063 در فرآیند هیدروفرمینگ گرم بررسی شده است. تأثیر فشار و تغذیه محوری در دماهای مختلف بر روی توزیع ضخامت، فشار پارگی و ارتفاع بالج مربوطه به صورت تجربی و عددی مطالعه شده است. به منظور پیش‌بینی عددی لحظه شکست در فرآیند، از سه معیار شتاب (مشتق دوم) کرنش پلاستیک معادل، شتاب کرنش اصلی بزرگ و شتاب کرنش در راستای ضخامت استفاده شد. علاوه بر آن، از روش هندسی برای تعیین چروک در شبیه‌سازی استفاده گردید. با مقایسه نتایج بدست آمده، تطابق قابل قبولی بین نتایج تجربی و شبیه‌سازی بدست آمد. با انجام شبیه‌سازی اجزای محدود و آزمایش‌های تجربی، پنجره‌های شکل‌دهی لوله آلومینیوم آلیاژ در دو دمای  °C25 و °C250 به دست آمد. با توجه به پنجره شکل‌دهی در دمای °C25  نسبت به دمای °C250، بازه اعمال فشار در محدوده ایمن تقریبا دو برابر می‌باشد اما میزان تغذیه محوری در این بازه تقریباً نصف می‌باشد .

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study and Finite Element Simulation for Determining the Forming Window of 6063-O Aluminum Tube in Warm Hydroforming Process

نویسندگان [English]

  • Ali Taheri Ahangar 1
  • mohammad bakhshi jooybari 2
  • Seyed Jamal Hosseinipour 2
  • Hamid Gorji 3
1 Mazandaran University of Science and Technology
3 Babol Noshirvani University of Technolog
چکیده [English]

In recent years, aluminum and magnesium alloys have attracted attention due to higher strength to weight ratio, compared with steels. The main limitation of these alloys is the low formability at room temperature. However, researchers have shown that the formability of aluminum alloys increases at high temperatures. In this study, the formability of 6063 annealed aluminum tube has been investigated in warm tube hydroforming process. The effects of pressure and axial feed on the thickness distribution, bursting pressure and the respecting bulge height at different temperatures have been studied experimentally and numerically. In order to numerically predict the onset of fracture, three criteria, namely equivalent plastic strain acceleration (second derivative), major strain acceleration, and thickness strain acceleration were used. Moreover, a geometrical method was adopted in the simulation to determine the wrinkling. By comparing the results, there was an acceptable accordance between experimental and simulation results. It has been shown that as the temperature rises, the bursting pressure decreases and the bulge height increases. In addition, increasing axial feed, enhanced the bulge height. Finally, by using experimental tests and finite element simulation, the process windows of the aluminum alloy tube were obtained at the temperature of 25 °C and 250 °C.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tube hydroforming؛ Warm hydroforming؛ Formabilityp
  • ALUMINUM ALLOY
  • Forming window
[1]  L. Lang, Z. Wang, D. Kang, S. Yuan, S.-H. Zhang, J. Danckert, K.B. Nielsen, Hydroforming highlights: sheet hydroforming and tube hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, 151(1-3) (2004) 165-177.
[2] Z. He, S. Yuan, G. Liu, J. Wu, W. Cha, Formability testing of AZ31B magnesium alloy tube at elevated temperature,  Journal   of  Materials Processing Technology, 210(6-7) (2010) 877-884.
[3] M. Hosseinpour, A. Gorji, M. Bakhshi, On the experimental and numerical study of formability of Aluminum sheet in warm hydroforming process, Modares Mechanical Engineering, 15(2) (2015) 159-168. (in Persian)
[4] W.F. Hosford, R.M. Caddell, Metal forming: mechanics and metallurgy, Cambridge University Press, 2011.
[5] Y. Aue-u-lan, Hydroforming of tubular materials at various temperatures, The Ohio State University, 2007.
[6] B. Kim, C. Van Tyne, M. Lee, Y. Moon, Finite element analysis and experimental confirmation of warm hydroforming process for aluminum alloy, Journal of Materials Processing Technology, 187 (2007) 296299.
[7] S.J. Hashemi, H.M. Naeini, G. Liaghat, R.A. Tafti, F. Rahmani, Numerical and experimental investigation of temperature effect on thickness distribution in warm hydroforming of aluminum tubes, Journal of Materials Engineering and Performance, 22(1) (2013) .36-75
[8] M.-Y. Lee, S.-M. Sohn, C.-Y. Kang, D.-W. Suh, S.Y. Lee, Effects of pre-treatment conditions on warm hydroformability of 7075 aluminum tubes, Journal of Materials Processing Technology, 155 (2004) 13371343.
[9] S. Yuan, J. Qi, Z. He, An experimental investigation into the formability of hydroforming 5A02 Al-tubes at elevated temperature, Journal of Materials Processing Technology, 177(1-3) (2006) 680-683.
[10] H. Yi, E. Pavlina, C. Van Tyne, Y. Moon, Application of a combined heating system for the warm hydroforming of lightweight alloy tubes, Journal of materials processing technology, 203(1-3) (2008) 532-536.
[11] L. Gang, Z.-J. Tang, Z.-B. He, S.-J. Yuan, Warm hydroforming of magnesium alloy tube with large  expansion ratio, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 20(11) (2010) 2071-2075.
[12]  S.H. Seyedkashi, H. Moslemi Naeini, G. Liaghat, M. Mosavi Mashadi, K. Shojaee G, M. Mirzaali, Y.H. Moon, Experimental and numerical investigation of an adaptive simulated annealing technique in optimization of warm tube hydroforming, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 226(11) (2012) 1869-1879.
[13]  S. Seyedkashi, Y.H. Moon, Numerical and experimental study on the effects of expansion ratio, corner fillets and strain rate in warm hydroforming of aluminum tubes, Modares Mechanical Engineering, 12(5) (2013) 122-131. (in persian).
[14]  S.J. Hashemi, H.M. Naeini, G. Liaghat, J.S. Karami, A.H. Roohi, Prediction of Bursting in Warm Tube Hydroforming using Modified Ductile Fracture Criteria, Modares Mechanical Engineering, 14(16) (2015).
[15]  S. Hashemi, H.M. Naeini, G. Liaghat, R.A. Tafti, Prediction of bulge height in warm hydroforming of aluminum tubes using ductile fracture criteria, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(1) (2015) 19-29.
[16]  S. Yuan, X. Wang, G. Liu, Z. Wang, Control and use of wrinkles in tube hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, 182(1-3) (2007) 6-11.
[17]  S. Yuan, W. Yuan, X. Wang, Effect of wrinkling behavior on formability and thickness distribution in tube hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, 177(1-3) (2006) 668-671.
[18]  L. Lang, H. Li, S. Yuan, J. Danckert, K.B. Nielsen, Investigation into the pre-forming's effect during multi-stages of tube hydroforming of aluminum alloy tube by using useful wrinkles, Journal of Materials Processing Technology, 209(5) (2009) 2553-2563.
[19] ] B.J. Mac Donald, Practical stress analysis with finite elements, Glasnevin publishing, 2007.
[20]  Q. Situ, A new approach to obtain forming limits of sheet materials, McMaster university, 2008..
[21]  H. Mamusi, A. Masoumi, R. Hashemi, R.Mahdavinejad, A novel approach to the determination of forming limit diagrams for tailor-welded blanks, Journal of Materials Engineering and Performance, 22(11)( 2013) 3210-3221.
[22]   A. Afshar, R. Hashemi, R. Madoliat, D. Rahmatabadi, B. Hadiyan, Numerical and experimental study of bursting prediction in tube hydroforming of Al 7020T6, Mechanics & Industry, 18(4) (2017) 411.
[23]      M. Khademi, M. Bakhshi Jooybari, M. Sadegh Yazdi, Investigation of Wrinkling in Hydrodynamic Deep Drawing assisted by Radial Pressure with Inward Flowing Liquid Based on a Geometric Method, Modares Mechanical Engineering, 17(5) (2017) 276-286. (In Persian)
[24]  T. Intarakumthornchai, Y. Aue-U-Lan, R. Kesvarakul, S. Jirathearanat, Feasible pressure and axial feed path determination for fuel filler tube hydroforming by genetic algorithm, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 229(4) (2015) 623-630.