بررسی تجربی و عددی پارامترهای مؤثر بر شکل‌دهی قطعه مخروطی شکل در فرآیند شکل دهی چرخشی برشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار- دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه تربیت مدرس

3 تربیت مدرس

چکیده

شکلدهی چرخشی برشی، نوعی از فرآیند شکلدهی است که برای تولید قطعاتی با نسبت وزن به استحکام بالاکاربرد دارد. در این پژوهش، پارامترهای لازم برای تولید یک نمونه مخروطی شکل با ضخامت ثابت و به کمک طراحی یک پیش فرم مناسب استخراج شده است. پارامترهای مهم در این خصوص شامل مقدار بهینه سرعت چرخشی سنبه، میزان پیشروی غلتکهای شکلدهی، میزان فشار پشت مرغک و ضریب اصطکاک بهینه فرآیند می‌باشد. در این راستا پارامترهای ذکرشده با استفاده از مدلسازی اجزای محدود، در فرآیند تولید نمونه مزبور پیاده سازی شده و با نتایج تجربی تولید قطعه مقایسه و اعتبارسنجی گردید. در روش تولیدی پیشنهادی، از یک پیش فرم جدید کاپ شکل به جای ورق صاف استفاده شده و نتایج قطعات تولید شده با نتایج قطعات تولید شده از ورق صاف مقایسه گردید. استفاده از این پیش فرم به منظور بهبود فرآیند شکل‌دهی و جهت مقایسه با روش مرسوم می‌باشد. با مقایسه نتایج، مقدار بهینه پارامترهای شکلدهی در تولید استخراج گردید و مشاهده شد که استفاده از پیش فرم معرفی شده، بدلیل مشخصات ابعادی و هندسی، نتایج مطلوب تری در قطعه نهایی حاصل می‌نماید. از این رو و با توجه به نتایج حاصله و همچنین صحه گذاری مناسب نتایج، می‌توان از آن برای افزایش کیفیت و بهینه سازی این فرآیند در قطعات پیچیده تر بهره برد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Investigation of the Effect of Parameters in Shear Spinning Process of a Conic Sample

نویسندگان [English]

  • Tohid Bayat Bodaghi 1
  • Davood Akbari 2
  • Hassan Moslemi Naeini 3
1 Tarbiat modares
3 tarbiat modares
چکیده [English]

Shear forming is a kind of spinning process which is used for manufacturing of the components that have a high weight to strength ratio. In this paper, the main parameters for manufacturing of a constant thickness conic shaped specimen have been extracted, using shear spinning process. To this regard a pre designed pre-form was used to improve the efficiency of the shear spinning process of the conic sample of this study. So, the main parameters of shear spinning of this specimen are derived using experimental and numerical tries. These parameters include mandrel rotational speed, roller feed rate, tailstock pressure and friction ratio. To this regard, the optimized efficient parameters were extracted and the obtained data has been compared and validated with the experiment. Moreover, a new cup shaped preform has been used. Using of this preform can beneficially improve the quality of the final shape of the specimen. With comparison of the results of the experiments and numerical study, the optimized efficient forming parameters of the offered preform have been derived. It was observed that using of the designed preform will cause in better cone part specifications due to its close dimensional and geometrical specifications. It was shown that the proposed method can beneficially lead to better results in the shear spinning process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shear Forming
  • Constant thickness
  • Preform
  • Finite element modelling

مراجع

[1]  D. Marini, D. Cunningham, J. Corney, A Review of Flow Forming Processes and Mechanisms, Key Engineering Materials, 651 (2015) 750-758.
[2]  H. Razavi, F. Biglari, A. Torabkhani, Study of strains distribution in spinning process using FE simulation and experimental work, in:  Proceedings of the Tehran International Congress on Manufacturing engineering, Tehran, Iran, 2005
[3]  T. McCormack, M. Tuffs, A. Rosochowski, S. Halliday, P. Blackwell, Shear forming of 304L stainless steel – microstructural aspects, Procedia Engineering, 207 (2017) 1719-1724.
[4]  M. Zhan, H. Yang, J. Zhang, Y. Xu, F. Ma, 3D FEM analysis of influence of roller feed rate on forming force and quality of cone spinning, Journal of Materials Processing Technology, 187 (2007) 486-491.
[5]  M. Moradi, M. Ghoreishi, A. Rahmani, Numerical and Experimental Study of Geometrical Dimensions on Laser-TIG Hybrid Welding of Stainless Steel 1.4418, Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, 5, (2016), 23-32.
[6]  B. Qian, Y. He, Z. Mei, Finite element modeling of power spinning of thin-walled shell with hoop inner rib, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18(1) (2008) 6-13.
[7]  L.-l. SUN, A.-q. NIE, X.-j. HU, K.-m. XUE, FE numerical simulation of automobile hub spinning forming process [J], Journal of Hefei University of Technology (Natural Science), 4 (2008) 014.
[8]  L. Wang, H. Long, A study of effects of roller path profiles on tool forces and part wall thickness variation in conventional metal spinning, Journal of Materials Processing Technology, 211(12) (2011) .1512-0412
[9]  J.A. Polyblank, J.M. Allwood, Parametric toolpath design in metal spinning, CIRP Annals, 64(1) (2015) .403-103
[10] D. Han, M. Zhan, H. Yang, Deformation mechanism of TA15 shells in hot shear spinning under various load conditions, Rare Metal Materials and Engineering, 42(2) (2013) 243-248.
[11] M. Kleiner, R. Göbel, H. Kantz, C. Klimmek, W. Homberg, Combined methods for the prediction of dynamic instabilities in sheet metal spinning, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 51(1) (2002) 209214.
[12] Q. Sheng-xue, C. Bao-cheng, L. Jie, C. Chao, Elasticplastic Finite Element Simulation of Shear Spinning of Cone Part,  (2013).
[13] K.-i. Mori, T. Nonaka, Simplified three-dimensional finite element simulation of shear spinning process based on axisymmetric modeling, Journal of manufacturing processes, 7(1) (2005) 51-56.
[14] N. Alberti, L. Fratini, Innovative sheet metal forming processes: numerical simulations and experimental tests, Journal of Materials Processing Technology, 150(1-2) (2004) 2-9.
[15]  C. Wong, T. Dean, J. LinN, A review of spinning, shear forming and flow forming processes, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(14), (2003),1419-1435.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 3
خرداد 1399
صفحه 543-554

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار