امكان سنجي شكل دهي تدريجي تك نقطه اي كانوپي هواپيما از ورق پلي كربنات: تاثير استراتژي مسير و دوران ابزار بر دقت هندسي و شفافيت ظاهري

Feasibility study of single point incremental forming of aircraft canopy for polycarbonate sheet

كانوپي به عنوان محافظ شفاف كابين خلبان، يكي از قطعات پليمري راهبردي در صنايع هوايي است. فرآيندهاي شكل دهي سنتي در توليد تكي كانوپي هاي پليمريِ شفاف، به علت مصرف بالاي انرژي و هزينه هاي زياد ماشين آلات، تجهيزات و ابزار مقرون به صرفه نيستند. ورق هاي پلي كربنات با ويژگي هاي مناسب مكانيكي، حرارتي، شيميايي و اپتيكي در ساخت جديدترين كانوپي هاي يكپارچه مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين مقاله نمونه سازي سريع هندسه اي مشابه كانوپي هاي يكپارچه هواپيما، به كمك فرآيند شكل دهي تدريجيِ ورقه اي شفاف پلي كربنات در مقياس آزمايشگاهي بررسي مي شود. در آزمايشهاي شكل دهي تدريجي تك نقطه اي، تاثير سرعت دوراني ابزار بر شفافيت ظاهري و تاثير استراتژي مسير ابزار بر دقت هندسي بررسي شد. سه استراتژي مسير ابزار شامل استراتژي شطرنجي، مارپيچ از بيرون و استراتژي مارپيچ از داخل اعمال گرديد. حرارت دهي پساشكل دهي در دماي حدود °C 55 به مدت min 30، با آزادسازي تنشهاي پسماندِ فرآيندي سبب كاهش 50 % در برگشت فنري شد. استفاده از ابزار غير دوار و همچنين پوليش سطحيِ مكانيكي- شيميايي سبب بهبود قابل ملاحظه اي در پرداخت نهايي و شفافيت نمونه ها گرديد. همچنين انحراف هندسي براي استراتژي شطرنجي در دو راستاي عمقي و شعاعي كمتر از mm 1 ايجاد شده كه در محدوده مجاز پنجره فرآيندي شكلدهي تدريجي تك‌نقطه اي قرار دارد.

The canopy as a clear cockpit protector is one of the strategic polymer parts in the aviation industry. Conventional forming processes aren't cost-effective for individual production of transparent polymer canopies due to high energy consumption and high costs of machinery, equipment, and tools. In this paper, rapid prototyping of geometry similar to integral canopies is investigated using an incremental forming process of transparent polycarbonate sheets on a laboratory scale. Polycarbonate sheets with suitable mechanical, thermal, chemical, and optical properties are used in the manufacturing of the latest integral canopies. In single point incremental forming experiments, effect of tool rotational velocity on apparent transparency and effect of toolpath strategy on geometric accuracy were investigated. Three toolpath strategies including raster, spiral from outside, and spiral from inside were applied. Post-forming heating at about 55°C for 30 min resulted in a 50% reduction in spring back by releasing process-induced residual stresses. The use of a non-rotating tool as well as a mechanical-chemical surface polishing improved the final finishing and transparency of samples. Additionally, the amount of deviation for the raster strategy in both depth and radial directions was less than 1 mm, which was within the allowable range of process window of single point incremental forming.