بررسی تجربی و عددی نیروی شکل‌دهی ورق تیتانیوم Ti-6Al-4V در فرآیند شکل‌دهی افزایشی گرم الکتریکی یک قطعه مخروطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در این مقاله، فرآیند شکل‌دهی افزایشی گرم الکتریکی ورق تیتانیوم Ti6Al4V، با استفاده از آزمایش‌های تجربی و تحلیل اجزای محدود بررسی شده است. آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V کاربرد گسترده‌ای در صنایع هوایی دارد. از این رو، شکل دادن این آلیاژ سبک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. قابلیت شکل‌دهی این آلیاژ در دمای محیط بسیار پایین بوده ولی در دمای بالا می‌تواند به خوبی شکل داده شود. در این مقاله، شکل هندسی قطعه نهایی مخروط ناقصی بود که از شکل‌دهی ورق مستطیلی به دست آمد و تأثیر پارامترهای فرآیند از قبیل زاویه دیواره، اندازه گام و قطر ابزار بر مقدار نیروی شکل‌دهی، بررسی شده است. نتایج حاصل از انجام آزمایش‌ها نشان دادند افزایش اندازه گام و کاهش قطر ابزار موجب افزایش نیروی شکل‌دهی می‌شود. همچنین برای شکل‌دهی قطعات با زاویه دیواره بزرگتر، نیروی کمتری نیاز می‌باشد. همچنین بررسی شکل‌پذیری ورق در این فرآیند، با ایجاد حرارت متمرکز بر روی آن در نرم افزار ا‌جزای محدود آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از تحلیل عددی و آزمایش‌های تجربی این فرآیند روی ورق تیتانیومTi6Al4V، حاکی از همگرایی نتایج عددی و تجربی می‌باشد و اختلاف نتایج عددی و تجربی نیروی شکل‌دهی حدود 7/5% می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Investigation of Forming Force of Ti-6Al-4V Sheet in Electric Hot Incremental Forming Process of a conical part

نویسندگان [English]

  • M. Honarpisheh
  • M. J. Abdolhoseini
Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the performance of electric hot incremental forming process is investigated on the Ti-6Al-4V sheet by FE simulation and experimental method. Ti-6Al-4V titanium alloy sheet has extensively used in aerospace industries. Therefore, forming of this lightweight alloy is very important. Ti-6AI-4V sheet has poor formability at the room temperature and can be well-formed in high temperature. In this paper, the geometrical shape of final part was a cone frustum that obtained from forming of rectangular sheet, and the effect of processing parameters, such as wall angle, step size and tool diameter, on the forming forces were investigated. The results demonstrated that the forming force are increased by increasing of step size and decreasing of tool diameter. Also, to form parts with larger wall angle, the required force is lower. The process was simulated in the ABAQUS software to investigate the process using finite element analysis. The modeling was performed using local heat on the sheet. It showed a good agreement between the experimental and numerical results of forming force and deference between both of them is about 5.7%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot Incremental Forming
  • Ti-6Al-4V sheet
  • Forming force
  • FE Simulation

مراجع

[1] M. Kleiner, M. Geiger, A. Klaus, Manufacturing of lightweight components by metal forming, CIRP Annals - Manufacturing Technology 52(2) (2003) 521-543.
[2] D. Eylon, S.R. Seagle, State of titanium in the USA-the first 50 years. In: Gorynin IV, Ushkov SS (eds) Titanium 99, Science and Technology, CRISM "PROMETEY",2000.
[3] H. S. Lee, J. H. Yoon, C. H. Park, Y. G. Ko, D. H. Shin,A study on diffusion bonding of superplastic Ti-6Al-4V ELI grade, Journal of Materials Processing Technology 187 (2007) 526-529.
[4] A. K. Ghosh, C. H. Hamilton, Mechanical behavior and hardening characteristics of a superplastic Ti-6A1-4V alloy, Metallurgical and Materials Transactions A 10(1979) 699-706.
[5] M. Vanderhasten, L. Rabet, B. Verlinden, Ti-6Al-4V:deformation map and modelization of tensile behavior,Matreials and Design 29 (2008) 1090-1098.
[6] S. Matsubara, Incremental backward bulge forming of a sheet metal with a hemispherical-head tool, JOURNALJAPAN SOCIETY FOR TECHNOLOGY OF PLASTICITY 35 (1994) 1311-1316.
[7] J. Jeswiet, F. Micari, G. Hirt, A. Bramley, J. Duflou, J.Allwood, A symmetric single point incremental forming of sheet metal, CIRP Annals - Manufacturing Technology 54(2) (2005) 623-60.
[8] J. R. Duflou, Y. Tunckol, A. Szekeres, P. Vanherck, Experimental study on force measurements for single point incremental forming, Journal of Materials Processing Technology 189 (2007) 65-72.
[9] D. Leach, A. J. Green, A. N. Bramley, A new incremental forming process for small batch and prototype parts,Proceedings of the Ninth Int Conf Sheet Metal (2001)Leuven.
[10] A. Al-Obaidi, V. Kr?usel, D. Landgrebe, Hot singlepoint incremental forming assisted by induction heating,The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 82(5-8) (2016) 1163-1171.
[11] H. ghasemi, B. Soltani, Experimental investigation on the effective parameters on forming force, dimensional accuracy and thickness distribution in single point incremental forming, Modares Mechanical Engineering 14(1) (2014) 89-96.
[12] A. Zahedi, B. Mollaei-Dariani, M. Morovvati, Numerical and experimental investigation of single point incremental forming of two layer sheet metals, Modares Mechanical Engineering, 14(14) (2014) 1-8.
[13] G. Hussain, L. Gao, Y. Zhang, Formability evaluation of pure titanium sheet in the cold incremental forming process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 37 (2008) 920-926.
[14] J. R. Duflou, B. Callebaut, J. Verbert, H. De Baerdemaeker, Laser assisted incremental forming: formability and accuracy improvement, CIRP Annals -Manufacturing Technology 56 (2007) 273-276.
[15] G. Ambrogio, L. Filice, G. L. Manco, Warm incremental forming of magnesium alloy AZ31, CIRP Annals -Manufacturing Technology 57 (2008) 257-260.
[16] G. Fan, L. Gao, G. Hussain, Z. Wu, Electric hot incremental forming: a novel technique, nternational Journal of Machine Tools and Manufacture 48(15)(2008) 1688-1692.
[17] G. Fan, F. Sun, X. Meng, L. Gao, G. Tong, Electric hot incremental forming of Ti-6Al-4V titanium sheet.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 49 (2010) 941-947.
[18] G. Palumbo, M. Brandizzi, Experimental investigations on the single point incremental forming of a titanium alloy component combining static heating with high tool rotation speed, Materials and Design 40 (2012) 43-51.
[19] G. Ambrogio, L. Filice, F. Gagliardi, Formability of lightweight alloys by hot incremental sheet forming,Materials and Design 34 (2012) 501-508.
[20] G. Chen, C. Ren, X. Yang, X. Jin, T. Guo, Finite element simulation of high-speed machining of titanium alloy (Ti-6Al-4V) based on ductile failure model, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 56 (2011) 1027-1038.
[21] R. Liu, S. Melkote, R. Pucha, J. Morehouse, X. Man, T. Marusich, An enhanced constitutive material model for machining of Ti-6Al-4V alloy, Journal of Materials Processing Technology 213 (2013) 2238- 2246.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 2
مرداد 1396
صفحه 401-412

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار