بررسي تجربي و عددي شكل دهي قطعات لوله اي فلزي با يك قالب هيدروفرمينگ انعطاف‌پذير جديد بر مبناي شكل‌دهي چندنقطه‌اي

Experimental and Finite Element Investigation of Metal Tubes Forming with a Novel Reconfigurable Hydroforming Die based on Multi Point Forming (MPF)

هيدروفرمينگ چندنقطه‌اي لوله يك فناوري شكل‌دهي جديد انعطاف‌پذير براي توليد انواع مقاطع لوله‌اي است كه براي اولين بار در دنيا در اين مقاله ارائه و بررسي مي‌گردد. در اين فرآيند لوله مي‌تواند به‌واسطه فشار سيال با استفاده از تنها يك قالب به اشكال دلخواهي تبديل شود. در فرآيند هيدروفرمينگ مرسوم براي توليد مقاطع لوله‌اي مختلف، نياز به توليد قالب‌هاي متعدد است كه خود افزايش زمان و هزينه را در پي دارد. در پژوهش حاضر فرآيند هيدروفرمينگ چندنقطه‌اي به‌صورت عددي و تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين فرآيند يك قالب جديد بر مبناي شكل‌دهي چندنقطه‌اي طراحي و ساخته شده است. با استفاده از اين قالب و با توجه به قابليت بالاي شكل‌پذيري برنج 70/30، يك مقطع لوله‌اي بالج شده و يك لوله با مقطع مربع شكل با ضخامت اوليه 2mm از جنس برنج 70/30 توليد شده است. تفاوت عمده اين قالب با قالب‌هاي سنتي در جايگزيني سطح صلب با مجموعه‌اي از پين‌ها با ارتفاع قابل تنظيم است. با تنظيم ارتفاع اين پين‌ها، مقاطع لوله‌اي مختلفي را مي‌توان توليد كرد. اين فرآيند ابتدا شبيه‌سازي شده و اعتبار سنجي نتايج حاصله با آزمايش بررسي شده و عيوب به وجود آمده نيز پيش‌بيني شده است. براي كاهش اين عيوب از يك لايه الاستيك از جنس پلي‌اورتان استفاده شده است. براي نمونه بالج شده و نمونه با مقطع مربعي حداكثر مقدار كاهش ضخامت از شبيه‌سازي به ترتيب حدود 11% و 17% است كه اين مقادير در تطابق با آزمايش است.

Tube multi-point hydroforming is a new flexible forming technology for manufacturing of various tubular parts. In this process, tube may deform to different shapes via high pressure fluid only by one die. In conventional hydroforming, in order to produce any tubular part, it is necessary to manufacture a die which increasing time and cost. In present study tube multi-point hydroforming is studied using FE simulation and experiments. In this process a new die based on multi point forming was designed and manufactured. By using this die and due to good formability of brass 70/30, a bulged tube and a rectangular tabular cross section of brass 70-30 with initial thickness of 2mm are produced. The main difference of this die compared with conventional dies is the rigid surface is is substituted by wide spaced pins. By adjusting the pins height, different tubular cross sections could be produced. This process is simulated and verified experimentally and defects are predicted. In order to decrease these defects an elastic layer of polyurethane is used. For the bulged and rectangular cross section samples maximum decrease in thickness is 11% and 17% respectively and these results are matched with the experiment.