بررسي تجربي تاثير شكل مود ارتعاشي بر رفتار فشاري آلياژ Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتي

Experimental investigation of vibrational mode shape influence on compression behaviour of Ti-6Al-4V alloy under superimposed ultrasonic vibration

اعمال ارتعاشات فراصوتي توان بالا در فرآيندهاي شكل‌دهي منجر به تغيير رفتار مكانيكي ماده و كاهش تنش سيلان در حين اعمال ارتعاشات مي‌شود. اين امر سبب بهبود شكل‌پذيري ماده و كاهش نيروهاي شكل‌دهي مي‌گردد. براي بررسي تاثير ارتعاشات فراصوتي روي مواد مختلف، ميتوان از آزمون كشش و فشار استاندارد استفاده كرد. در اين پژوهش، براي بررسي رفتار فشاري آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتي، يك مجموعه طراحي، تحليل، ساخته و آزمايش شد. ارتعاشات فراصوتي توسط مبدل توليد و از طريق تقويت‌كننده (بوستر) و ابزار يا سنبه فشارنده (هورن) به نمونه آزمون منتقل مي‌شود. هندسه ابزار (هورن) و شكل مود ارتعاشي (گره يا شكم) و نيز توان اعمال ارتعاشات فراصوتي از جمله پارامترهاي موثر در اين فرآيند است. از اينرو، شكل‌هاي مختلف سنبه ساخته شد تا نمونه در موقعيت گره (حداقل دامنه ارتعاشي) و شكم ارتعاشي (حداكثر دامنه ارتعاشي) قرار گيرد و اثر آن بر روي ميزان انتقال امواج و بازدهي آنها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اعمال ارتعاشات فراصوتي موجب كاهش تنش سيلان ماده (تا حدود 17.36 درصد) گرديد. كاهش تنش سيلان به توان ارتعاشات فراصوتي وابسته است و با افزايش توان، تنش سيلان كاهش بيشتري مي‌يابد. همچنين پديده سخت‌شوندگي پسماند در اين آلياژ مشاهده نشد و بطور كلي، اعمال ارتعاشات فراصوتي منجر به كاهش كرنش شكست نمونه‌ها شد. در نهايت تفاوت ميزان انتقال ارتعاشات فراصوتي به نمونه‌ها با سنبه‌هاي مختلف مشهود بود و حالت شكل مود ارتعاشي با موقعيت گره ارتعاشي بر روي نمونه اثرپذيري بيشتري را بر روي كاهش تنش سيلان داشته است.

Superimposing high power ultrasonic vibration on metal forming processes changes the mechanical behavior of the material and reduces its flow stress. These phenomena improve the ductility of material and reduce forming forces. To investigate the influence of ultrasonic vibration on various materials, standard compression and tensile tests under ultrasonic vibration could be performed. This research investigates the compression behavior of Ti-6Al-4V alloy under superimposed ultrasonic vibration. For this purpose, a special set-up was designed, fabricated and tested. Ultrasonic vibration is transmitted from the ultrasonic transducer to the booster and then guided by horn (punch) to apply to test sample. Horn geometry, vibrational mode shape and ultrasonic power were selected as input variables. The effect of specimen position in system vibrational mode shape was studied by using different ultrasonic transmitters, which allowed the specimen to place at node and anti-node positions. It is found that ultrasonic vibrations reduced the formability of this alloy. Acoustic hardening phenomena do not observe in this material. Also, flow stress of the material reduced under ultrasonic vibration up to 17.63% which has direct relation to ultrasonic power. In addition, the most efficiency was observed when the specimen placed in the node position.