بررسی تأثیر پارامترهای فرآیندی بر شکل‌دهی با گاز لوله‌ی آلومینیومی AA 6063 در دمای داغ با استفاده از روش سطح ‌پاسخ

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
مصطفی رجائی 1
سید جمال حسینی پور 2
حامد جمشیدی اول 3
1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران
2 استاد؛ مهندسی مواد، ، دانشکده‌ی مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران.
3 دانشیار؛ مهندسی مواد، دانشکده‌ی مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران.
10.22034/stme.2022.162758
چکیده
آلیاژهای آلومینیوم کاربردهای زیاد، خواص ضدخوردگی و نسبت استحکام به وزن مناسبی دارند. فرآیند شکل‌دهی فلز داغ با دمش گاز جزو روش های نوین می باشد. در این مقاله، جهت به‌دست آوردن بیشترین درصد پرشدگی قالب و حداقل درصد نازک‌شدگی در ناحیه‌ی شکل‌دهی لوله های پله ای استوانه ای آلومینیومی آلیاژ 6063،  از یک شیوه‌ی آماری بر پایه‌ی شبیه‌سازی اجزای محدود استفاده شده است. ابتدا مدل دقیق اجزای محدود از فرآیند تهیه گردیده و صحت مدل ایجادشده در قیاس با نتایج قطعه‌ی تجربی تأیید شده است. سپس تحلیل رگرسیون رویه‌ی پاسخ برای برازش یک سطح بر پاسخ‌های به‌دست‌آمده از آزمایشات به کار رفته است. عوامل مؤثر شامل دمای شکل‌دهی، فشار، نرخ فشار، تغذیه‌محوری و سرعت پانچ از روش سطح پاسخ به‌منظور استخراج مدل و یافتن بیشترین تأثیر مورد ارزیابی قرار گرفت. هریک از این فاکتورها در سه سطح در قالب طراحی آزمایشات طرح مرکب مرکزی مورد مطالعه قرار گرفته تا تأثیر پارامترها و بهترین شرایط شناسایی شود. برای مدل‌سازی روش سطح پاسخ، از نرم‌افزار دیزاین اکسپرت و برای شبیه‌سازی از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده است. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، نقطه‌ی بهینه‌ی به‌دست‌آمده برای هر دو ویژگی مورد مطالعه عبارت است از: درجه‌ی حرارت °C552، فشار bar 5/6، نرخ فشار bar/s 02/0، تغذیه‌محوری mm 7 و سرعت تغذیه mm/s 05/0 با درصد پرشدگی 2/91 و درصد نازک‌شدگی 37/10 به‌دست آمد. مدل ارائه‌شده برای پیش‌بینی مقادیر متغیرهای وابسته نتایج بسیار نزدیکی با یافته‌های تجربی به‌دست‌آمده داشت.
کلیدواژه‌ها
بهینه‌سازی
شکل‌دهی فلز داغ با گاز
سطح پاسخ
لوله‌های پله‌ای
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the effect of process parameters on gas forming of AA6063 aluminum tube at hot temperature using response surface method

نویسندگان English

Mostafa Rajaee 1
seyed jamal hosseini poor 2
hamed Jamshidi Aval 3
1 Assistant Professor, Mechanical Engineering, Technical and Vocational University, Tehran, Iran
2 Research Center for Advanced Processes of Materials Forming, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Research Center for Advanced Processes of Materials Forming, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده English

Aluminum alloys have many applications, anti-corrosion properties, and good strength-to-weight ratio. The hot metal gas forming process is one of the new methods.   In this article, a statistical method based on finite element simulation has been used in order to obtain the highest percentage of mold filling and the lowest percentage of thinning in the forming area of 6063 aluminum alloy cylindrical stepped tubes. First, the detailed model of the finite elements of the process is prepared and the accuracy of the created model is confirmed by comparison with the results of the experimental part. Then the regression analysis of the response procedure has been used to fit a level on the responses obtained from the experiments. Effective factors including forming temperature, pressure, pressure rate, axial feed and punching speed were evaluated from the response surface method in order to extract the model and find the greatest effect. Each of these factors has been studied at three levels in the form of central composite design experiments to identify the effect of parameters and the best conditions. Design Expert software was used for modeling the response surface method and Abaqus finite element software was used for simulation. According to the obtained results, the optimal point obtained for both studied characteristics is: Temperature 552 °C, pressure 6.5 bar, pressure rate 0.02 bar/s, axial feed 7 mm and feed speed 0.05 mm/s with filling percentage 91.2 and thinning percentage 10.37 were obtained. The presented model for predicting the values of the dependent variables had very close results with the experimental findings.

کلیدواژه‌ها English

Optimization
Hot Metal Gas Forming
Response Surface Methodology
AA6063 Alloy Step Tube
[1]    Koc, M., Altan, T., 2002. “Prediction of forming limits and parameters in the tube hydroforming process”. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 42, pp. 123-138. 
[2]    Kadkhodayan, M., Erfani-Moghadam, A., 2012. “An investigation of the optimal load paths for the hydroforming of T-shaped tubes”. Int J Adv Manuf Technol, Vol. 61, pp. 73–85. 
[3]    Ahmadi Brooghani, S. Y., Khalili, K., Eftekhari Shahri, S. E., Kang, B. S., 2014. “Loading path optimization of a hydroformed part using multilevel response surface method”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 70, pp. 1523–1531. 
[4]    Abedrabbo, N., Worswick, M., Mayer, R., Riemsdijk, V., 2009. “Optimization methods for the tube hydroforming process applied to advanced high-strength steels with experimental verification”. Journal Mater Process Technol, Vol. 209(1), pp. 110-123. 
[5]    Intarakumthornchai, T., Aue-U-Lan, Y., Kesvarakul, R., Jirathearanat, S., 2015. “Feasible pressure and axial feed path determination for fuel filler tube hydroforming by genetic algorithm”. Journal of Engineering Manufacture, Vol. 229(4), pp. 623-630.
[6]    Teng, B., Li, K., Yuan, S., 2013. “Optimization of loading path in hydroforming T-shape using fuzzy control algorithm”. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 69(5-8), pp. 1079-1086.
[7]    Rajaee, M., Hosseinipour, S. J., Jamshidi Aval, H., 2021.  “Multi-objective Optimization of HMGF Process Parameters for Manufacturing AA6063 Stepped Tubes using FEM-RSM”. International Journal of Engineering, Vol. 34, No. 05, pp. 1305-1312. 
[8]    Liu, G., Wu, Y., Wang, D., and Yuan, S., 2015. Effect of feeding length on deforming behavior of Ti-3Al-2.5 V tubular components prepared by tube gas forming at elevated temperatur, The International Journal of dvanced Manufacturing Technology, Vol. 81, No. 9-12, pp.1809-1816.
[9]    Vadillo, L., Santos, M. T., Gutierrez, M. A., Pérez, I., González, B., and Uthaisangsuk, V., 2007. Simulation and experimental results of the hot metal gas forming technology for high strength steel and stainless steel tubes forming, AIP Conference Proceedings, vol. 908, No. 1, pp. 1199-1204.
[10]    Liu, Y. Wu, G., Liu, Z., 2016. Wang, Formability and microstructure of Ti22Al24. 5Nb0. 5Mo rolled sheet within hot gas bulging tests at constant equivalent strain rate, Materials & Design, Vol. 108, No. 1, pp.298-307.
[11]    Maeno, K. M. T., and Fujimoto, K., 2014. Hot gas bulging of sealed aluminum alloy tube using resistance heating, Materials Manufacturing Rev, Vol. 1, pp. 1-6.
[12] Drezet, J. M., Phillion, A. B., 2010. “As-Cast Residual Stresses in an Aluminum Alloy AA6063 Billet: Neutron Diffraction Measurements and Finite Element Modeling”. Journal of Metallurgical and Materials Transaction, Vol. 41.    
[13] Shamsi-Sarband, A., Hosseinipour, S. J., Bakhshi-Jooybari, M., Shakeri, M., 2013. “The Effect of Geometric Parameters of Conical Cups on the Preform Shape in Two-Stage Superplastic Forming Process”. Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 22, No. 12, pp. 3601–3611.  
[14]    Rajaee,M., Hosseinipour,S. J., Jamshidi Aval, H., 2019. “Tearing criterion and process window of hot metal gas forming for AA6063 cylindrical stepped tubes”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp. 2609-2620.
[15]    Alimov, A., Haase, R., Sviridov, A., 2022.  “Upset bulging as a preforming operation for hot metal gas forming of 22MnB5 tubes”.  nternational Deep-Drawing Research Group Conference, IOP Conf. Ser: 1238 012016.
[16] فضایلی، ابوالفضل.، شهبازی‌کرمی، جواد.، حبیبی، مصطفی.،  پایگانه، غلامحسین.، 1397.“ بررسی تجربی و المان محدود فرآیند شکل‌دهی داغ با گاز لوله‌های تیتانیومی و تولید قطعه با سطح مقطع مربعی“. فصلنامه علمی- پژوهشی مکانیک هوافضا، جلد 14، شماره2، صفحه‌ی‌ 89 الی ۹۹
[17] Drezet. J. M, Phillion. A. B., 2010. “As-Cast Residual Stresses in an Aluminum Alloy AA6063 Billet: Neutron Diffraction Measurements and Finite Element Modeling”. Journal of Metallurgical and Materials Transaction, Vol. 41, pp. 3396–3404.

  • تاریخ دریافت 25 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 20 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش 21 آذر 1401
  • تاریخ اولین انتشار 21 آذر 1401
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1401