طراحي و ساخت ابزار شكل‌دهي مرتعش به منظور توسعه فرايند شكل‌دهي تدريجي ورق فلزي به كمك ارتعاش اولتراسونيك

Design and manufacture of vibratory forming tool to develop “ultrasonic vibration assisted incremental sheet metal forming” process

مكانيزم فرايند شكل دهي تدريجي بر اساس تغييرشكل پلاستيكي و موضعي ورق فلزي، است. در اين فرايند، ورق فلزي با استفاده از ابزار سَرنيمكروي واقع بر روي اسپيندل ماشين فرز CNC و مطابق مسير تعريف شده، شكل دهي خواهد شد.مطالعه رفتار نيروي اِعمالي به ابزار شكل دهي، به عنوان يكي از مهم‌ترين موضوعات تحقيقاتي در اين فرايند است. افزايش اندازه گام عمودي ابزار، قطر ابزار، زاويه ديواره و ضخامت ورق به همراه كاربرد ورق هاي فلزي و آلياژي سبك وزن با استحكام بالا، منجر به افزايش نيروي اِعمالي به ابزار شكل دهي، خواهد شد. در اين مقاله، روند طراحي، ساخت و تست ابزار شكل دهي مرتعش به منظور توسعه فرايند "شكل دهي تدريجي ورق فلزي به كمك ارتعاش اولتراسونيك"، ارايه شده است. نتايج حاصل از تحليل مودال و آناليز تجربي فركانس طبيعي ابزار مرتعش، مويد ظهور مود طولي ارتعاش و وقوع پديده رزونانس در ابزار شكل دهي، است. در ادامه، تاثيراِعمال ارتعاش اولتراسونيك بر مولفه عمودي نيروي شكل دهي و پديده برگشت فنري، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت.نتايج تجربي حاصل از آزمون شيار مستقيم بر روي ورق فلزي Al 1050-O، نشان داد كه انتقال و اِعمال ارتعاش اولتراسونيك به ابزار شكل دهي در مقايسه با فرايند متداول شكل دهي تدريجي، موجب كاهش ميانگين نيروي اِعمالي به محور ابزار شكل دهي و كاهش ميزان برگشت فنري نمونه شكل دهي شده، خواهد شد.

Incremental Sheet Metal Forming (ISMF) is based on localized plastic deformation. In this process, a hemispherical-head tool, controlled by a CNC milling machine, shapes a sheet metal according to a defined path. Study of the forming force is one of the most important topics in this process. Increasing of vertical step size, tool diameter, wall angle and sheet thickness together with using of high strength sheet metals and lightweight alloys, leads to an increase in the forming force. In this paper, the performance of a novel forming process, named Ultrasonic Vibration assisted Incremental Sheet Metal Forming (UVaISMF) has been investigated. The procedure of design, manufacture and test of vibratory forming tool, is presented. The occurrence of longitudinalmode and resonance phenomenon has been confirmed by the results of modal analysis and experimental test. Furthermore, the effect of ultrasonic vibration on the vertical component of forming force and spring-back has been studied. Aluminium sheet of grade Al 1050-O is used as a work material. Experimental results obtained from straight groove test, indicate that ultrasonic excitation of forming tool, will reduce the average of vertical component of forming force and spring-back in comparison to conventional process.