ارایه یک مدل تحلیلی و شبیه سازی عددی برای پیش بینی پارامترهای فرآیند در خم کاری لوله تحت فشار سیال داخلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت الله آملی، آمل، ایران

چکیده

امروزه خم کاری لوله از جمله فرآیندهای پرکاربرد در صنعت هوافضا،خودروسازی و صنایع دیگر است. طی خم کاری، تغییرات ضخامت و اعوجاج سطح مقطع قابل توجه ی رخ می ­دهد. ضخامت در انحنای داخلی لوله خمیده افزایش و در انحنای خارجی کاهش می یابد. همچنین در اکثر موارد، وقتی شعاع خم کوچک باشد، چین خوردگی در انحنای داخلی اتفاق می افتد. در صنعت برای رفع چروکیدگی و اعواج سطح مقطع از مندرل استفاده می­ شود. اما در مواردی که شعاع قالب خم کوچک باشد، استفاده از مندرل اجتناب می­ شود. زیرا مندرل نازک شدگی دیواره لوله را در انحنای خارجی افزایش می­ دهد و این در عملیات تولید، نامطلوب است. در پژوهش حاضر باتوجه به توسعه هیدروفرمینگ لوله­ ها، جایگزینی فشار سیال داخلی به­ جای مندرل مورد توجه قرارگرفته است؛ که می تواند برای کنترل بهتر تغییرشکل و توزیع ضخامت لوله مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش، مدل تحلیلی ارائه شده که با درنظر گرفتن تاثیر جابجایی تارخنثی بر توزیع ضخامت و اعوجاج سطح مقطع لوله شکل داده شده و استفاده از روابط مناسب، نتایج دقیق تری نسبت به آثار منتشر شده قبلی می­ دهد. همچنین به منظور بررسی پارامترهای فرآیند در خم کاری لوله با شعاع خم بحرانی ( R ، R/D<2 شعاع خم و D قطر خارجی لوله) از شبیه سازی های عددی استفاده شده است.  با بررسی آزمایشگاهی نشان داده شد، پیش بینی های مدل تحلیلی و شبیه ­سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Analytical Model and Numerical Simulations to Predict Process Parameters in the Tube Bending Under Internal Fluid Pressure

نویسندگان [English]

  • J. Soleimani 1
  • M. Elyasi 1
  • M. Hosseinzadeh 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran
چکیده [English]

Nowadays, thin-walled tube bending at small bending ratios (equal to R/D, R: bending radios, D: tubes outer diameter) is a production process widely used in advanced industries. Despite extensive studies into the field of rotary draw bending area, few of them have implemented this process with internal fluid, and they have not reported the exact location of bend defects and the effects of bending ratio on the defects of Hydro-rotary draw bending either. This research has been carried out to obtain the smallest bending ratio, and maximum applicable internal pressure in Hydro-rotary draw bending of thin-walled AA6063 alloy tube using analytical model. In addition, some effective parameters in Hydro-rotary draw bending are simulated with ABAQUS-software. Maximum thinning and critical ovality regions were investigated in addition to the effects of bending ratio and internal fluid pressure on the distribution of thickness and ovality, using simulation, analytical and experimental tests. The results showed that the selected necking criterion would be able to successfully determine the onset of rupture in bending. In order to validate FE-simulation, the effects of bending ratio and internal pressure on defects, such as cross-section ovality and thickness changing have also been investigated through simulation in ABAQUS-software and experiments. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Feasibility tube bending
  • Process parameters predication
  • Internal fluid pressure
  • Analytical model
  • numerical simulation

مراجع

[1] H. Yang, H. Li, Z. Zhang, M. Zhan, J. Liu, G. Li, Advances and trends on tube bending forming technologies, Chinese Journal of Aeronautics, 25(1) (2012) 1-12.
[2] G.G. Miller, Tube forming processes: a comprehensive guide, Society of Manufacturing Engineers, 2003.
[3] https://www.tubeformsolutions.com/blog/bending-tooling-components-explained.
[4] A. Kale, H. Thorat, Effect of precompression on ovality of pipe after bending, Journal of Pressure Vessel Technology, 131(1) (2009) 011207.
[5] A. Veerappan, S. Shanmugam, Analysis for flexibility in the ovality and thinning limits of pipe bends, Ratio, 4796(85.20) (2006) 85.20.
[6] K. Pan, K. Stelson, On the plastic deformation of a tube during bending, Journal of Engineering for industry, 117(4) (1995) 494-500.
[7] N. Tang, Plastic-deformation analysis in tube bending, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 77(12) (2000) 751-759.
[8] X. Wang, J. Cao, Wrinkling limit in tube bending, Journal of engineering materials and technology, 123(4) (2001) 430-435.
[9] M. Zhan, H. Yang, Z.-Q. Jiang, Z. Zhao, Y. Lin, A study on a 3D FE simulation method of the NC bending process of thin-walled tube, Journal of Materials Processing Technology, 129(1-3) (2002) 273-276.
[10] J.-b. Yang, B.-h. Jeon, S.-I. Oh, The tube bending technology of a hydroforming process for an automotive part, Journal of Materials Processing Technology, 111(1-3) (2001) 175-181.
[11] J. Wang, R. Agarwal, Tube bending under axial force and internal pressure, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 128(2) (2006) 598-605.
[12] L. Lazarescu, Effect of internal fluid pressure on quality of aluminum alloy tube in rotary draw bending, International journal of advanced manufacturing technology, 64(1) (2013) 85-91.
[13] J. Soleimani, M. Elyasi, M. Hoseinzadeh, Embedding of internal fluid pressure investigation in mandrel through tube rotary draw bending of thin-walled tubes with critical bend radius, Modares Mechanical Engineering, 16(9) (2016) 287-297.
[14] J. Hu, Z. Marciniak, J. Duncan, Mechanics of sheet metal forming, Elsevier, 2002.
[15] R. Agarwal, Tube bending with axial pull and internal pressure, Texas A&M University, 2004.
[16] B. Engel, H.R. Hassan, Investigation of neutral axis shifting in rotary draw bending processes for tubes, steel research international, 85(7) (2014) 1209-1214.
[17] G. Khodayari, How the Material Influences the Bending for Hydroforming: Effects on Ovality, Springback, and Wall Thickness in Tubes, Tube Pipe J., January, 10 (2002).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 3
مرداد و شهریور 1397
صفحه 447-466

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار