مطالعه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تجربي شكل‌دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي دمابالاي ورق آلياژ آلومينيوم AA6061

Experimental Investigation of Elevated Temperature Single Point Incremental Forming of AA6061 Aluminum Sheet

شكل‌دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي، فرآيندي مقرون‌به‌صرفه با انعطاف‌پذيري بالا است و در نتيجه انتخابي مناسب براي توليدهاي حجم پايين- سفارشي در مقايسه با روش‌هاي سنتي‌تر مانند پرسكاري است. مهم‌ترين صنايع هدف اين فرآيند، صنعت‌هاي پزشكي، خودروسازي و هوافضا است، كه در جميع آنها گرايش به سمت استفاده از فلزاتي با نسبت استحكام به وزن بالا است. اين دسته از فلزات شكل‌پذيري بسيار پاييني را در دماي اتاق از خود نشان مي‌دهند و براي بهبود شكل‌پذيري آنها فرآيند شكل‌دهي تدريجي در دماهاي بالا صورت مي‌گيرد. در اين پژوهش، گرمايش ورق آلياژي 6061AA در محدوده دمايي 25 تا 400درجه سانتي‌گراد، به‌صورت يكنواخت انجام شد. نحوه تاثيرگذاري پارامتر‌هاي فرآيندي دما، گام عمودي و سرعت پيش‌روي به همراه سه نوع روانكار بر شكل‌پذيري قطعات شكل‌داده‌شده به‌صورت مخروط‌هايي ناقص در فرآيند شكل‌دهي تدريجي تك‌نقطه‌اي داغ مطالعه شد. نتايج نشان داد كه علي‌رغم ناتوان‌بودن گرمايش نقطه‌اي ورق در افزايش شكل‌پذيري ورق آلومينيوم 6061AA (37% بهبود شكل‌پذيري تحت شرايط بهينه) در ادبيات تحقيق، روش گرمايش متفاوت مورد استفاده در اين مقاله منجربه افزايش 528% شكل‌پذيري شد. از لحاظ ميزان تاثيرگذاري پارامترها بر شكل‌پذيري، دما مهم‌ترين عامل است. روانكار و گام عمودي در رده‌هاي بعدي قرار مي‌گيرند و اثر سرعت پيش‌روي قابل چشم‌پوشي است. با افزايش دما از 25 به 400درجه سانتي‌گراد، زاويه ديواره بحراني از 60 به 65درجه تغيير مي‌كند. در انتخاب شرايط مناسب فرآيندي كيفيت سطح قطعات نيز بايد مورد توجه قرار گيرد. به‌گونه‌اي كه كيفيت سطح قطعات شكل‌داده‌شده در بهترين و بدترين حالت، به ترتيب 1/18 و 4ميكرومتر به‌دست‌آمد. با استفاده از تركيبي بهينه از پارامترهاي فرآيندي، شكل‌دهي مخروطي با زاويه ديواره 65 تا عمق 44ميلي‌متر در يك مرحله ميسر شد كه نشان‌دهنده افزايش شكل‌پذيري چشم‌گيري است.

Single point incremental forming is a cost-effective process with high flexibility and as a result, would be a proper selection for low-batch and high-customized production compared to traditional processes such as pressing. The target market of this process usually consists of medical, automotive, and aerospace industries in which metals with high strength to weight are highly in demand. These materials are usually formed at elevated temperatures due to their low formability at room temperature. In this study, the AA6061 aluminum sheet was homogeneously heated at 25-400°C. In addition, the effects of important process variables of heat-assisted SPIF including temperature, vertical pitch, feed rate, and three types of lubricants were investigated on formability of truncated cones with various wall angles. According to the results, despite the inability of local heating in enhancing the formability of the AA6061 sheet (37% improvement of formability under optimal conditions), the homogenous heating approach which was used in this article leads to a significant improvement in formability (528%). Temperature is the most important parameters effective on the formability, while lubricant and vertical pitch are ranked as the second and third parameters, respectively and the effect of feed rate is negligible. The critical wall angle increases from 60 to 65 degrees with increasing the temperature from 25 to 400°C. In order to choose a suitable set of parameters, the surface roughness should be taken into account, which may alter the results from 1.18 to 4μm as the best and worst surface conditions, respectively. Furthermore, a truncated cone with a wall angle of 65 degrees was successfully formed to 44mm depth using an appropriate combination of process parameters. This demonstrates an outstanding improvement in formability.