مطالعه تجربي و عددي اثر اصطكاك در فرايند انبساط‌دهي آزاد لوله فولادي زنگ‌نزن 304 با استفاده از بالشتك كشسان

Experimental and numerical study of friction in free bulging 304 stainless steel seamed tube using elastic pad

در سال‌هاي اخير استفاده از روش‌ شكل‌دهي با بالشتك كشسان به علت انعطاف پذيري بالاي اين فرايند در توليد قطعات يكپارچه‌ توخالي از ورق و لوله، كيفيت مطلوب سطح و كاهش هزينه تمام شده مورد توجه صنايع خودروسازي، هوافضا و تسليحاتي قرار گرفته است. در اين پژوهش تحليل عددي و تجربي فرايند انبساط دهي آزاد لوله درزدار ‌فولادي زنگ نزن 304، با استفاده از بالشتك كشسان از جنس پلي‌اورتان انجام گرديد. در شبيه سازي عددي به روش المان محدود از حل گر صريح نرم افزار آباكوس 6.12 براي مدل سازي سه بعدي فرايند استفاده و اثر شرايط اصطكاكي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. رفتار بالشتك به صورت يك ماده هايپرالاستيك تراكم ناپذير با معادله ساختاري موني-ريولين و لوله فولادي با رفتار الاستيك-پلاستيك و معيار شكست نرم پيشرونده از نوع منحني حد شكل دهي تحليل شد. در بخش تجربي از اين تحقيق، آزمون فشار لاستيك بر اساس استاندارد ASTM D575-91 انجام و منحني تنش-كرنش و ثوابت معادله ساختاري پلي اورتان تعيين گرديد. شكل دهي لوله‌هاي مدرج فولادي، با استفاده از بالشتك كشسان در شرايط مختلف روانكاري تا رسيدن به آستانه پارگي انجام؛ توزيع كرنش‌هاي طولي، محيطي و ضخامتي بدست آمد. نتايج نشان داد سيستم روانكاري مورد استفاده –به ويژه بين لاستيك و لوله- نقش به سزايي در كنترل چروكيدگي، افزايش عمق بالج، كاهش نيروي شكل دهي و انرژي تلف شده ي اصطكاكي فرايند خواهد داشت. همچنين مشخص شد كه، قطعات سالم بدون چين‌خوردگي با استفاده از روانكار نايلون بين لاستيك و لوله، و روانكار روغن كشش بين لوله و قالب شكل‌ داده مي شود.

In recent years, rubber pad forming process has conferred many advantages, such as high flexibility, good surface quality and lower manufacturing costs. RPF has been widely used in automotive, aerospace and military industries. In the present research, numerical and experimental analysis of free bulging 304 stainless steel seamed tube, using a polyurethane elastic pad has been studied. First, 3D simulation of seamed tube bulging using the finite element ABAQUS/Explicit 6.12 software by several frictional conditions has been performed. An incompressible hyperelastic pad has been modeled by Mooney-Rivlin constitutive equation and the elastic-plastic behavior as a more progressive ductile damage criterion FLD for steel tube were assumed. In the experimental activity, compression test of rubber was carried out according to ASTM D575-91 standard and compressive stress-strain curve and the Mooney-Rivlin constants were determined. Forming of meshed tubes by using elastic pad with different lubricating systems has been conducted up to onset of bursting in the seam weld and longitudinal, hoop and thickness strains were measured. Results showed that friction, especially between rubber and tube plays the main role in controlling wrinkles, increasing the bulge depth, reducing the forming load and friction dissipation energy of the process. Also, it was observed that the intact parts without any wrinkles were formed using nylon lubricant between tube and rubber and drawing oil between tubes and die.