مطالعه تجربی و عددی فرایند هیدروفرمینگ لوله دو لایه مس-آلومینیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

هیدروفرمینگ لوله یکی از فرایندهای شکل‌دهی می‌باشد که در آن از فشار هیدرولیکی برای تغییرشکل در ماده استفاده می‌شود. در این تحقیق شکل‌پذیری لوله دو لایه مس-آلومینیوم در فرایند هیدروفرمینگ به روش تجربی و شبیه‌سازی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا لوله‌ی دو لایه با لایه بیرونی آلومینیوم و لایه‌ی داخلی مس تحت آزمایش هیدروفرمینگ قرار گرفته ‌است که به دلیل شکل‌پذیری کم لوله آلومینیوم، دچار پارگی شده‌ است. سپس لوله دو لایه با لایه بیرونی مس و لایه داخلی آلومینیوم بررسی شده ‌است که لوله‌ی آلومینیوم داخلی دچار چروکیدگی گردیده ‌است و نهایتاً منجر به خرابی دو لایه شده ‌است. برای جلوگیری از چروکیدگی لایه‌ی آلومینیوم داخلی، از یک قید مکانیکی داخلی از جنس مس استفاده شده‌ است که آزمایش تجربی در این حالت منجر به شکل‌دهی بدون ترکیدگی و چروکیدگی لوله دولایه شده ‌است. برای مطالعه‌ی تأثیر پارامترها بر فرایند از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ استفاده گردیده است. پارامترهای مورد بررسی شامل جابجایی سنبه محوری، فشار اول، فشار نهایی، ضخامت لوله آلومینیوم و وجود یا عدم وجود سنبه مخالف بوده است. توابع هدف نیز نازک‌شدگی لایه‌ی مس، نازک‌شدگی لایه‌ی آلومینیوم و ارتفاع برآمدگی لوله دو لایه بوده است. نتایج تحقیق نشان داد که جابه‌جایی محوری بیشترین تأثیر را بر ارتفاع برآمدگی دو لایه و ضخامت لایه‌ی داخلی آلومینیوم بیشترین تأثیر را بر نازک‌شدگی لایه‌ها داشته ‌است. به منظور دست‌یابی به بیشترین ارتفاع برآمدگی دولایه و کمترین میزان نازک‌شدگی برای لایه‌های مس و آلومینیوم، پارامترهای بهینه در دو حالت وجود و عدم وجود سنبه‌ی مخالف استخراج شده‌اند و نتایج آن با خروجی مدل‌های شبیه‌سازی اجزای محدود مقایسه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and numerical study of the hydroforming process of copper-aluminum double layered tube

نویسندگان [English]

  • Hossein Afshari 1
  • Amir Ashrafi 2
1 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

Tube hydroforming is a forming process in which the hydraulic pressure is used to change the shape of material. In this research, the formability of copper-aluminum double-layered tube in the hydroforming process has been investigated by experimental and simulation methods. First, the double-layered tube with the outer layer of aluminum has been examined, which was burst due to the low plasticity of the aluminum tube. Then, a two-layered tube with the outer layer of copper has been examined, and the inner aluminum tube was wrinkled. To prevent the inner aluminum layer from wrinkling, an internal mechanical restraint made of copper has been used, and the experiment in this case has led to the formation of the double-layered tube without bursting and wrinkling. Response surface method has been used to study the effect of parameters. These parameters included axial punch displacement, first pressure, final pressure, aluminum tube thickness and the counterpunch. The objective functions were the thinning of copper layer, the thinning of aluminum layer and the height of the protrusion. The results showed that the axial displacement has the greatest effect on the height of the protrusion and the thickness of the inner aluminum layer has the greatest effect on the thinning of the layers. In order to achieve the maximum height of the protrusion and the minimum thinning for both layers, the optimal parameters have been extracted in the two cases of the presence and absence of the counterpunch, and the results were compared with the finite element simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • T-shape Hydroforming
  • Double-layered Tube
  • Finite element Simulation
  • Response Surface Method

مراجع

[1]  Khalfallah A, Oliveira MC, Alves JL, Menezes LF. Constitutive parameter identification of CB2001 yield function and its experimental verification using tube hydroforming tests. International Journal of Mechanical Sciences: 2020; 185:1058-68. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2020.105868
[2]  Ahmadi B S, Khalili Kh, Eftekhari S, Kang B. Loading path optimization of a hydroformed part using multilevel response surface method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2014; 70:1523-31. doi: 10.1007/s00170-013-5359-1
[3]  Ashrafi A, Khalili K. Studying the stress-strain curve of C12200 copper tube using hydraulic bulge test in T-shaped die. Modares Mechanical Engineering Journal: 2015; 14:95-106. [In Persian]
[4] Abedi S, Seyedkashi S, Khalili K, Ashrafi A. Experimental and numerical study of double Y-shaped hydroforming using analysis of variance method. Iranian Journal of Manufacturing Engineering: 2019; 6(7):34-41. [In Persian]
[5] Kim S, Joo B, Shin S, Van C, Moon Y. Discrete layer hydroforming of three-layered tubes. International Journal of Machine Tools and Manufacture: 2013; 68:56-62. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2013.02.002
[6] Saboori M, Champliaud H, Gholipour J, Gakwaya A, Savoie J, Wanjara P. Evaluating the flow stress of aerospace alloys for tube hydroforming process by free expansion testing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2014; 72:1275-86. doi: 10.1007/s00170-014-5670-5
[7] Colpani A, Fiorentino A, Ceretti E. Characterization and optimization of the hydroforming process of AISI 316L steel hydraulic tubes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2020; 107:293-309. doi: 10.1007/s00170-020-05067-6
[8] Eftekhari S, Ahmadi S, Khalili K, Mohammadi A. Improve the formability in tube hydroforming process using ultrasonic vibrations. Modares Mechanical Engineering: 2014;14(5):63-72. [In Persian]
[9]  Koc M, Altan T. Prediction of forming limits and parameters in the tube hydroforming process. International Journal of Machine Tools and Manufacture: 2002;42(1):123-38. doi: 10.1016/S0890-6955(01)00048-7
[10] Seyedkashi S, Liaghat G, Naeini H, Mahdavian S, Hoseinpour M. Numerical and experimental study of two-layered tube forming by hydroforming process. Advanced Materials Research: 2011; 264:102-7. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.264-265.102
[11] Fatemeh B, Elyasi M, Mohammad J, Rohollah J. The effect of surface shape on the production of aluminum-copper two-layer tubes using forward extrusion process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering: 2020;6(8):1-9. [In Persian]
[12] Olabi A, Alaswad A. Experimental and finite element investigation of formability and failures in bi-layered tube hydroforming. Advances in Engineering software: 2011;42(10):815-20. doi: 10.4028/ www.scientific.net/AMR.264-265.102
[13] Guo X, Liu Z, Wang H, Wang L, Ma F, Sun X, et al. Hydroforming simulation and experiment of clad T-shapes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2016; 83:381-7. doi: 10.1007/s00170-015-7558-4
[14] Karami J, Sheikhi M, Payganeh G, Fard K. Experimental and numerical investigation of single and bi-layered tube hydroforming using a new sealing technique. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2017; 92:4169-82. doi: 10.1007/s00170-017-0406-y
[15] Chen M, Xiao X, Tong J, Guo H, Wen J. Optimization of loading path in hydroforming of parallel double branched tube through response surface methodology. Advances in Engineering Software: 2018; 115:429-38. doi: 10.1016/j.advengsoft.2017.11.003
[16] Chen M, Xiao X, Tong J, Guo H, Zhou F, Zhou F, editors. Dimensional optimization of variable thickness tube in T-shaped tube hydroforming using response surface methodology. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2022. doi: 10.1088/1757-899X/1270/1/012073
[17] Feng Y, Liu Z, Luo Z, Wu Q. Application of RSM in optimization of bi-layered X-type tube hydroforming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2022;118(9):3059-77. doi: 10.1007/s00170-021-08140-w
[18] Zhu H-L, Xu Y, Chen W-J, Zhang S-H, Banabic D, Lăzărescu L, et al. Research on hydroforming through combination of internal and external pressures for manufacturing the structure of double-layer tube with gap. International Journal of Material Forming: 2022;15(4):55. doi: 10.1007/s12289-022-01699-z
[19] Faraji H, Khalili K, Ashrafi A. The Use of Internal Mechanical Insert to Prevent Wrinkling Defects in T-joint Hydroforming Process. Modares Mechanical Engineering: 2019;19(8):1989-2000. [In Persian]
[20] ASTM A. B88-16, Standard specification for seamless copper water tube, ASTM International, West Conshohocken, PA Std; 2016.
[21] ASTM B211M − 12e1, Standard specification for aluminum and aluminum-alloy rolled or cold-finished bar, Rod, and Wire (Metric), American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA 19428-2959. United States; 2012.
[22] Afshari M, Bakhshi S, Samadi MR, Afshari H. Optimizing the mechanical properties of TiO2/PA12 nano‐composites fabricated by SLS 3D printing. Polymer Engineering & Science: 2023;63(1):267-80. doi: 10.1002/pen.26203
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 65
مقالات برتر کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران 2022
خرداد 1402
صفحه 18-33

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار