تحلیل آماری و بهینه‌سازی متغیرهای مؤثر بر قطر انتهای لوله فولادی زنگ نزن گرید 304 حاصل از فرآیند شکل‌دهی انبساطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

شکل‌دهی انبساطی انتهای لوله‌های جدار نازک، زیر مجموعه‌ای از فرآیند شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای است. در این پژوهش، مطالعه تجربی و تحلیل آماری متغیرهای مؤثر بر قطر انتهای لوله‌های شکل‌دهی شده، مورد توجه قرار گرفت. در مقاله پیش‌رو، طراحی آزمایش بر اساس متدلوژی سطح پاسخ انجام شد. به منظور شکل‌دهی انتهای لوله فولادی زنگ نزن گرید 304 و اجرای تحلیل آماری، متغیرهای ورودی فرآیند مشتمل بر: قطر ابزار، گام زاویه‌ای ابزار، گام عمودی ابزار و نوع روانکار انتخاب شدند. سپس تأثیر متغیرهای ورودی بر قطر انتهای لوله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. همچنین، تابع قطر انتهای لوله بر حسب عبارات خطی، تعاملی و درجه دوم از متغیرهای ورودی استخراج شد و صلاحیت و کفایت آن مورد تأیید قرار گرفت. نتایج تحلیل واریانس نشان داد که عبارات گام عمودی ابزار، قطر ابزار و اثر تعاملی حاصل‌ضرب قطر ابزار در گام زاویه‌ای ابزار به عنوان موثرترین عبارات بر قطر انتهای لوله هستند. در پایان، ترکیب بهینه متغیرهای ورودی فرآیند جهت دستیابی به بیشینه قطر انتهای لوله با استفاده از روش مطلوبیت تعیین شدند و با اجرای آزمون صحه‌گذاری، صحت معادله رگرسیون برای پیش‌بینی قطر انتهای لوله مورد تأیید قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Statistical Analysis and Optimization of Variables Affecting the End Diameter of AISI 304 Steel Tube Produced by Flaring Process

نویسندگان [English]

  • Mohammad Isapour Rudy 1
  • Mahdi Vahdati 1
  • Mohammad javad Mirnia 2
1 Shahrood University of Technology
2 Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

The flaring of the ends of thin-walled tubes is a subset of single-point incremental forming. In this research, the experimental study and statistical analysis of the variables affecting the end diameter of formed tubes were considered. In the present paper, the design of the experiment was done based on the response surface methodology. In order to form the end of the AISI 304 steel tube and perform the statistical analysis, process input variables including tool diameter, tool angular step, tool vertical step, and type of lubricant were selected. Then the effect of input variables on the tube end diameter was analyzed. Also, the tube end diameter function was extracted from the input variables in terms of linear, interactive, and quadratic expressions, and its competency and adequacy were confirmed. The analysis of variance results showed that the expressions of the tool vertical step, tool diameter, and the interactive effect of the product of tool diameter and tool angular step are the most effective expressions on the tube end diameter. Finally, the optimal combination of process input variables to achieve the maximum tube end diameter was determined using the desirability method, and by running the verification test, the correctness of the regression equation to predict the tube end diameter was confirmed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Statistical analysis
  • Optimization
  • Steel tube
  • Flaring process
  • Single point incremental forming

مراجع

[1] M. Vahdati, Finite Element Analysis and Experimental Study of the Ultrasonic Vibration-assisted Single Point Incremental Forming (UVaSPIF) Process, Iranian Journal of Materials Forming, 6 (2) (2019) 30-41.
[2] Zh. Chang, J. Chen, Investigations on the forming characteristics of a novel flexible incremental sheet forming method for low-ductility metals at room temperature, Journal of Materials Processing Technology, 301 (2022) 117456.
[3] M. Vahdani, M.J. Mirnia, H. Gorji, M. Bakhshi-Jooybari, Experimental Investigation of Formability and Surface Finish into Resistance Single-Point Incremental Forming of Ti–6Al–4V Titanium Alloy Using Taguchi Design, Transactions of the Indian Institute of Metals, 72 (4) (2019) 1031–1041.
[4] V. Vinoth, S. Sathiyamurthy, C. Veera Ajay, H. Vardhan, R. Siva, J. Prabhakaran, C. Suresh Kumar, Experimental studies on single point incremental sheet forming of stainless steel 409L alloy, Materials Today: Proceedings, 62 (2) (2022) 599-605.
[5] C.P. Nikhare, Y.P. Korkolis, B.L. Kinsey, Formability enhancement in titanium tube-flaring by manipulating the deformation path, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 137 (5) (2015) 051006.
[6] C. Yang, T. Wen, L.T. Liu, S. Zhang, H. Wang, Dieless incremental hole-flanging of thin-walled tube for producing branched tubing, Journal of Materials Processing Technology, 214 (11) (2014) 2461-2467.
[7] B.T.H.T. Baharudin, Q.M. Azpen, S. Sulaima, F. Mustapha, Experimental investigation of forming forces in frictional stir incremental forming of aluminum alloy AA6061-T6, Metals (Basel), 7 (11) (2017) 10-12.
[8] T. Wen, X. Chen, J. Zheng, J. Qing, Ze-xu Tang, Multi-directional incremental sheet forming-a novel methodology for flexibly producing thin-walled parts, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 91 (2017) 1909-1919.
[9] H. Movahedinia, M.J. Mirnia, M. Elyasi, H. Baseri, An investigation on flaring process of thin-walled tubes using multistage single point incremental forming, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 94 (2018) 867-880.
[10] F. Rahmani, S.M.H. Seyedkashi, S.J. Hashemi, Converting circular tubes into square cross-sectional parts using incremental forming process, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 29 (11) (2019) 2351-2361.
[11] P. Ganesh, A. Visagan, N. Ethiraj, M. Prabhahar, S. Sendilvelan, Optimization of pyramid shaped single point incremental forming of AA5052 alloy sheet, Materials Today: Proceedings, 45 (7) (2021) 5892-5898.
[12] V.A. Cristino, J.P. Magrinho, G. Centeno, M.B. Silva, P.A.F. Martins, Theory of single point incremental forming of tubes, Journal of Materials Processing Technology, 287 (2021) 116659.
[13] M. Vahdati, R.A. Mahdavinejad, S. Amini, Statistical Analysis and Optimization of Factors Affecting the Spring-back Phenomenon in UVaSPIF Process Using Response Surface Methodology, International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, 8 (1) (2015) 13-23.
[14] S.P. Shanmuganatan, V.S. Senthil Kumar, Modeling of Incremental Forming Process Parameters of Al 3003 (O) by Response Surface Methodology, Procedia Engineering, 97 (2014) 346-356.
[15] M.D. Vijayakumar, D. Chandramohan, G. Gopalaramasubramaniyan, Experimental investigation on single point incremental forming of IS513Cr3 using response surface method, Materials Today: Proceedings, 21 (1) (2020) 902-907.
[16] S.L.C. Ferreira, R.E. Bruns, H.S. Ferreira, G.D. Matos, J.M. David, G.C. Brandão, E.G.P. da Silva, L.A. Portugal, P.S. dos Reis, A.S. Souza, W.N.L. dos Santos, Box-Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods, Analytica Chimica Acta, 597 (2) (2007) 179-186.
[17] http://www.minitab.com
[18] http://www.matweb.com
[19] http://www.3ds.com
[20] http://www.cimco.com
[21] D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons, ISBN: 978-1-119-63542-0 (2017).
[22] M. Vahdati, M. Sedighi, H. Khoshkish, An analytical model to reduce spring back in Incremental Sheet Metal Forming (ISMF) process, Advanced Materials Research, 83–86 (2010) 1113-1120.
[23] R.H. Myers, D.C. Montgomery, C.M. Anderson-Cook, Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments, John Wiley & Sons, ISBN: 978-1-118-91601-8 (2016).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 12
اسفند 1401
صفحه 2861-2876

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار