مطالعه تجربي و عددي اثر پارامترهاي فرآيند بر ناحيه كاري در شكل‌دهي قطعه مخروطي دو لايه به روش كشش عميق هيدرو مكانيكي

Experimental and Numerical Study on Effects of Process Parameters on Working Zone in Hydro-mechanical Deep Drawing of Two-layer Conical Parts

كشش عميق هيدرومكانيكي يك فرآيند پيشرفته شكلدهي فلزات مي‌باشد كه در آن از فشار بالاي سيال به منظور شكل‌دادن قطعات پيچيده استفاده مي‌شود. قطعات مخروطي از جمله قطعاتي هستند كه به دليل سطح تماس كم ميان پيشاني سنبه و ورق، امكان نازك‌شدگي و در نتيجه پارگي در مراحل شكل‌دهي آنها زياد مي‌باشد. در اين مقاله به بررسي تجربي و عددي فرآيند شكل‌دهي هيدرومكانيكي يك قطعه مخروطي دولايه از جنس‌هاي آلومينيوم 3003 و فولاد IF پرداخته مي‌شود. بدين منظور اثر پارامترهاي مختلف فرآيند از جمله ضريب اصطكاك، ترتيب چيدمان لايه‌ها و همچنين نسبت ضخامت لايه‌ها بر ناحيه ايمن كاري مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. ناحيه ايمن كاري در اين فرآيند، محدوده مناسب فشار محفظه‌اي و نسبت كشش را براي دستيابي به قطعه بدون پارگي مشخص مي‌كند. نتايج نشان مي‌دهد كاهش اصطكاك ميان ورق و ورق گير، افزايش ضريب اصطكاك بين سنبه و ورق، افزايش ضخامت لايه با شكل‌پذيري بالاتر و همچنين قرار‌گيري فولاد به عنوان لايه بيروني، باعث افزايش نسبت حدي كشش و گسترده‌تر شدن محدوده كاري مجاز جهت توليد قطعه مخروطي دولايه بدون پارگي مي‌گردد. در نهايت با مقايسه نتايج به دست آمده از بررسي تجربي و شبيه‌سازي عددي انطباق خوبي بين نتايج مشاهده گرديد.

Hydro-mechanical deep drawing is an advanced process in metal forming in which high pressure fluid is used to form complicated parts. Conical parts are a kind of complex parts in which there is a high possibility of thinning and rupture during the forming process due to low contact area between the punch head and the blank. In this paper, the Hydro-mechanical deep drawing of Al3003-IF Steel two-layer conical parts is studied using the experimental and numerical approaches. The effects of process parameters such as friction coefficient, arrangement of layers and thickness ratio of two-layer sheet on working zone are investigated. Allowable working zone in this process indicates the applicable range of chamber pressure and drawing ratio to achieve a part without rupture. The results show that by decreasing the friction between blank and blank holder, increasing the friction between blank and punch, increasing the thickness of high formable layer and setting IF steel layer as outer layer increase the limit drawing ratio and make the allowable working zone more extensive. Finally, comparison of the results obtained from experimental investigation and numerical simulation shows a good agreement between the results.