علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی تجربی و المان محدود فرآیند شکل دهی داغ با دمش گاز لوله های دولایه کامپوزیتی A6063-AZ80 با استفاده از روش طراحی آزمایشات تاگوچی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، باشگاه پژوهشگران و نخبگان جوان دانشگاه آزاداسلامی واحد خمینی شهر ، اصفهان، ایران

2 دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

امروزه با توجه به نیاز صنایع مختلف به قطعات با استحکام بالا و وزن پایین، روش ساخت قطعات اهمیت بسیاری پیدا کرده است. روش شکل‏ دهی داغ با دمش گاز، فرآیند نوینی است که به دلیل حذف عملیات جانبی مانند جوشکاری، وزن کلی قطعات کاهش یافته، استحکام افزایش و در نهایت زمان تولید کاهش می‏یابد. در فرآیند هیدروفرمینگ به علت استفاده از سیال آب و یا روغن نمی توان از دماهای خیلی بالا برای شکل دهی استفاده نمود، اما در فرآیند شکل دهی داغ با دمش گاز با توجه به اینکه سیال مورد استفاده گاز است محدودیت دما وجود ندارد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایشات تاگوچی برای دماهای مختلف 350, 400, 450 درجه سانتی گراد پارامترهای تغذیه محوری و فشار داخلی هرکدام در سه سطح از نظر کمترین مقدار نازک شدگی مورد ارزیابی قرار گرفت که بررسی این حالات با استفاده از شبیه سازی المان محدود بوده است و بهترین حالت بدست آمده مورد آزمون عملی فرآیند بالج آزاد گرم برروی لوله دولایه کامپوزیتی Al6063-AZ80 قرار گرفت. نتایج حاصل از روش تاگوچی و شبیه‏سازی المان محدود فرآیند نشان می‏دهد که بالج لوله در دمای 400°c و فشار داخلی به مقدار55bar با تغذیه محوری 4 میلی متر بهترین حالت برای انجام فرآیند شکل دهی داغ با دمش گاز است که آزمایشات عملی نیز در این شرایط با موفقیت انجام پذیرفت و با بیشینه اختلاف 5.49 درصدی در مقدار کاهش ضخامت نسبت به نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی با آن ها داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Finite Element Investigation of Hot Gas Forming Process of A6063-AZ80 Bi-layered Composite Tubes using Taguchi Methods for Design of Experiments

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amin Shahrokhian Dehkordi 1
  • Javad Shahbazi Karami 2
  • Gholamhasan Payganeh 3

1 Young Researchers Club and the Elite Islamic Azad University of KhomeiniShahr

2 Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

3 Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Ira

چکیده [English]

Given the demand for high strength, light materials in today's industry, fabrication methods implemented for manufacturing parts have become increasingly important. Hot Metal Gas Forming (HMGF) is a novel process that enhances the strength of the parts, while reducing total weight and fabrication time, due to the elimination of auxiliary processes such as welding. High temperatures are not feasible in hydroforming given the presence of water/oil in the forming process; however, there is no temperature limit in HMGF as the working fluid is gas. Drawing on Taguchi methods of experimental design, first, the axial feed and the internal pressure were evaluated at different temperatures (350, 400, 450 °C) and at three levels in terms of lowest thinning. The evaluation was performed through finite element simulation and the resulting optimum conditions were experimentally applied in bulge forming of a double-walled composite Al6063-AZ80 tube. The results of Taguchi methods and finite element simulation show that bulge forming of the tube at 400 °C with an internal pressure of 55 bar and axial feed of 4 mm is optimal for the HMGF process. Experiments were successfully performed under these conditions and showed good agreement with simulation results with a maximum difference of 5.49% in thickness reduction compared to simulations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot gas forming
  • Composite tube
  • Taguchi method
  • finite element analysis
مراجع
1-        
[1] Choi, H. Koc, M. Ni, J., "Determination of Optimal Loading Profiles in Warm Hydroforming of Lightweight Materials" Journal of Materials Processing Technology, Vol. 190, No. 1, pp. 230-242, 2007.
[2] Aue-u-lan, Y., "Hydroforming of Tubular Materials at Various Temperatures" Doctoral dissertation, The Ohio State University, Japan, 2007.
[3] Maeno, T. Mori, K. Unou, C., "Optimisation of Condition in Hot Gas Bulging of Aluminium Alloy Tube Using Resistance Heating Set into Dies" Key Engineering Materials, Vol. 473, pp. 69-74, 2011.
[4] Paul, A. Strano, M., "The Influence of Process Variables on The Gas Forming and Press Hardening of Steel Tubes" Journal of Materials Processing Technology, Vol 228, pp. 160–169, 2016.
[5] Jung-Sung, T. Shyong, L., "Hot Bend Assisted Gas Forming of AA5083 Sheet for Making V-Shaped Trough Containing Deep Uneven Concavities" Trans. Nonferrous Met. Soc. China, Vol. 26, pp 1546−1554. 2016.
[6] Nasrollahzade, M. Shahbazi Karami, J. Moslemi Naeini, H. Hashemi, S. J. Ohammadi Najafabadi, H., "Multi Objective Optimization of Hot Metal Gas Forming Process to Production of Square Parts" Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 10, pp.364-374, 2016. (In Persian)
[7] Maeno, T. Mori, K. I. Fujimoto, K., "Hot Gas Bulging of Sealed Aluminium Alloy Tube Using Resistance Heating" Manufacturing Review, Vol. 1, No. 5, pp. 31-38, 2014.
[8] Zarazua, J. I. Vadillo, L. Mangas, A. Santos, M. M. A. Gutierrez, B. Gonzalez, C. Testani, S. Argentero., "Alternative Hydroforming Process for High Strength and Stainless Steel Tubes in the Automotive Industry" IDDRG International Conference Hungary, 2007.
[9] Vadillo, L. Santos, M. T. Gutierrez, M. A. Perez, I. Gonzalez, B. Uthaisangsuk, V., "Simulation and Experimental Results of the Hot Metal Gas Forming Technology for HighStrength Steel and Stainless Steel Tubes Forming" IDDRG International Conference, Hungary, 2007.
[10] Vadillo, L. Perez, I. Hori, I. Zarazua, J. I. Mangas, A. San, J. I. Paar, U., "Gas Forming of Boron Steel Tubes at Low Pressure Applasting" Proceedings of the 13th International Conference on Metal Forming, Japan, 2010.
[11] Hwang, Y. M. Su, Y. H. Cen, B. J., "Tube Hydroforming of Magnesium Alloys at Elevated Temperatures" Journal of Engineering materials and technology, Vol. 32 No. 3, pp105-116, 2010.
[12] Maeno, T. Mori, K. I. Unou, C., "Improvement of Die Filling by Prevention of Temperature Drop in Gas Forming of Aluminum Alloy Tube Using Air Filled Into Sealed Tube and Resistance Heating" Procedia Engineering, Vol. 81, pp 2237-2242, 2014.
[13] Zoei, M. S. Farzin, M. Mohammadi, A. H., "Finite Element Analysis and Experimental Investigation on Gas Forming of Hot Aluminum Alloy Sheet" Modares Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 2, pp. 49-56, 2011. (In Persian)
[14]   Zhu-bin, H. Bu-gang, T. Chang-yang, Ch. Zhio-biao, W. Shjian, Y. Kia, L., "Mechanical Properties and Formability of TA2 Extrude Tube for Hot Metal Gas Forming at Elevated Temrature" Transactions of Nonferrous Metals society of china, Vol 22, pp 479-484.2012.
[15] Maeno, T. Mori, K. Adachi, K. "Gas Forming of Ultra-High Strength Steel Hollow Part Using Air Filled into Sealed Tube and Resistant Heating" Journal of Materials processing technology, Vol 214, pp 97-105, 2014.
[16] Hosseinipour, S. J. Kargar Pishbijari, H. Shahbazi-Karami, J. "Experimental Comparison of The Formability of Single-Layer Aluminum Tubes and Two layer Copper-Aluminum Tubes in The Hot Gas Blow Forming Process" Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol.2, No.4, pp.36-46, 2016. (In Persian)
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 5، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 79-90
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار