مطالعه و تحليل تجربي تأثير روانكار و تحريك اولتراسونيك ابزار سَرنيمكروي بر مولفه عمودي نيروي شكل دهي در فرآيند SPIF

Experimental Analysis the Effect of Lubricant and Ultrasonic Excitation of Hemispherical-head Tool on the Vertical Component of Forming Force in SPIF

ورق‌هاي آلياژي آلومينيم با توجه به دارا بودن ويژگي‌هاي خاص‌، كاربرد چشمگيري در صنايع گوناگون يافته‌اند. از سوي ديگر، به دليل قابليت شكل‌پذيري كم، شكل‌دهي آن‌ها در دماي اتاق به آساني صورت نمي‌پذيرد. از اين‌رو، براي تسهيل شكل‌دهي، مي‌توان از روش‌هاي شكل‌دهي گرم نيز استفاده نمود كه اين امر منجر به اكسيداسيون ماده مي‌شود. در فرآيند شكل‌دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي (SPIF)، ورق فلزي با حركت موضعي ابزار سَرنيم كروي، شكل‌دهي مي‌شود. در اين پژوهش، با اِعمال ارتعاش اولتراسونيك به ابزار، فرآيند SPIF به كمك ارتعاش اولتراسونيك (UVaSPIF) توسعه داده شد كه اين امر سبب بهبود قابليت شكل پذيري ورق در دماي اتاق گرديد. در مقاله پيش‌رو، تأثير ارتعاش اولتراسونيك و روانكار بر رفتار نيروي شكل‌دهي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. بدين منظور ابزار سَرنيم كروي به قطر 20 ميليمتر و با فركانس طبيعي 4/20 كيلو هرتز، طراحي و ساخته شد. ظهور مود طولي ارتعاش و وقوع پديده‌ي رزونانس در ابزار توسط نتايج حاصل از تحليل مودال و تست تجربي به تأييد رسيد. نتايج تجربي حاصل از آزمون شيار مستقيم بر روي ورق فلزي Al 1050-O نشان داد كه در فرآيند UVaSPIF، اِعمال ارتعاش بدون حضور روانكار و در فرآيند SPIF، استفاده از روانكار، بيشترين تأثير را بر كاهش مولفه عمودي نيروي شكل-دهي دارد.

Aluminum alloys have been widely used in various industries, due to its special characteristics. On the other hand, due to its low formability, the forming of these alloys is difficult at room temperature. Therefore, in order to facilitate the forming, warm forming methods can be used, which will lead to the oxidation of the material. In Single Point Incremental Forming (SPIF), a sheet metal is formed by a progression of localized plastic deformation using a hemispherical-head tool. In this study, by applying ultrasonic vibration to the tool, Ultrasonic Vibration assisted SPIF (UVaSPIF) process was developed that improved the sheet formability at room temperature. In present paper, the effect of ultrasonic vibration and lubricant on behavior of the forming force has been investigated. Consequently, a hemispherical-head tool (D = 20 mm) with natural frequency of 20.4 kHz was designed and manufactured. The occurrence of longitudinal mode and resonance phenomenon has been confirmed by the results of modal analysis and experimental test. Then, Al 1050-O sheet was used as a work material. Experimental results obtained from straight groove test, indicate that in UVaSPIF, imposing of vibration without lubricant has the greatest impact on reducing the vertical component of the forming force whereas in SPIF, the lubricant has the greatest impact on reducing the vertical component of the forming force.