اثر حركت اصطكاكي ابزار بر دقت ابعادي و قابليت شكل‌پذيري در فرايند شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي در سرعتهاي دوراني بالا

Tool frictional stir effect on dimensional accuracy and formability in single point incremental forming at high rotational speeds

شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي روشي نوين و انعطاف‌پذير در توليد قطعات سه بعدي از ورق است. به علت ماهيت تغيير شكل موضعي در اين فرايند، قابليت شكل‌پذيري نسبت به روش‌هاي سنتي بالاتر و نيروهاي شكل‌دهي كمتر است. با اين وجود دقت قطعات ساخته شده در اين روش به علت برگشت فنري و همچنين خمش در نواحي مرزي پايين است. اخيراً فرايند شكل‌دهي تدريجي به كمك حرارت‌ اصطكاكي موضعي توسعه پيدا كرده است. در اين تحقيق اثر حرارت موضعي ايجاد شده توسط حركت اصطكاكي ابزار در سرعت‌هاي دوراني بالا بر روي قابليت شكل‌پذيري و دقت ابعادي در ورق‌هايي از جنس آلومينيم 3105 با انجام يك سري از آزمايشات بررسي شده است. در اين روش دماي ناحيه‌ي شكل‌دهي به علت حركت اصطكاكي ابزار بالا رفته و هم‌زمان با پاشش مايع خنك‌كاري دماي كلي ورق ثابت نگه داشته مي‌شود. در اين صورت ورق در محل تماس با ابزار داراي استحكام پايين و در ساير نواحي داراي استحكام بالا خواهد بود. در نتيجه نيروي وارده بر ورق در نواحي مرزي كاهش يافته و تغيير شكل پلاستيك نامطلوب كاهش مي‌يابد. از طرفي با كاهش تنش تسليم كرنش‌هاي الاستيك و در نتيجه برگشت فنري كمتر مي‌شود. افزايش قابليت شكل‌پذيري در اثر نرم شدن منطقه شكل‌دهي از ديگر نتايج اين استراتژي مي‌باشد. اين ايده با ساخت قطعاتي با هندسه هرم ناقص در سرعتهاي دوراني 1000 تا 7000 RPM مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد در سرعت‌هاي بالاتر از 3000 RPM قابليت شكل‌پذيري و دقت ابعادي قطعات ساخته شده افزايش مي‌يابد.

Single point incremental forming is a new and flexible method for 3D parts production of sheet metal. In this way, a hemispherical tool forms incrementally the sheet being clamped in perimeter. Because of the nature of localized deformation in this process, the formability is higher and forming forces are lower as compared to traditional sheet metal forming process. However, in this method dimensional accuracy is somewhat low due to spring back and bending occurred in boundaries. Recently, the incremental forming process using frictional heat has been developed. In this research, the experimental effect of generated heat by friction stir of the tool on dimensional accuracy in components of AA3105 sheet has been studied at high rotational speeds. By this method, due to friction movements of tool, the temperature of formation area rises while fixing the general temperature of sheet by spraying cooling liquid. Then, the sheet has low strength in contact region with tool while it has high strength in other areas. As a result, the force imposed on the sheet as well as the undesirable plastic deformation will decrease. Also, by decreasing the yielding stress, elastic strain and spring back decreases as well. An increase in formability because of softening of forming area is another contribution of this strategy. This idea has been studied by production of some parts of truncated-pyramid geometry and changing rotational speed from 1000 to 7000 RPM. The results show that at speed higher than 3000 RPM, formability and dimensional accuracy of the parts increase.