تاثیر پارامترهای هندسی در شکل گیری کیفیت لوله آلیاژ تیتانیوم TA18 با مقاومت بالا در خمش کنترل عددی

چکیده

کلمات کلیدی

1. معرفی

2 تشکیل اصل و شاخص برای خمش NC لوله

شکل 1 نمودار مختصات خمش NC لوله

شکل 2 نمودار مختصات تغییر ضخامت دیوار و اندازه گیری تغییر شکل دهی بخش میانی

شکل 3 مدل FE سه بعدی پلاستیکی الاستیک برای لوله HS-TA18 در خمش NC

3 مدل های FE سه بعدی پلاستیکی الاستیک با توجه به محدودیت های چند قالبی و اعتبار سنجی آنها

 3.1 مدل های FE سه بعدی پلاستیکی الاستیک با توجه به محدودیت های چند قالبی

جدول 1 خواص مکانیکی لوله HS-TA18

جدول 2 ضریب اصطکاک در رابط های تماس مختلف 

3.2 اعتبار مدل FE

4 نتایج و بحث ها

4.1 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی تحت زاویه های خمش مختلف

جدول 3 پارامترهای شکل گیری در آزمایش

شکل 4 مقایسه شبیه سازی با نتایج تجربی: (a) نسبت نازکی دیوار؛ (b) نسبت شکل دهی میانی

شکل 5 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی با زاویه های خمش مختلف β: (a) نسبت نازکی دیوار؛ (b) نسبت ضخامت دیوار؛ (c) نسبت شکل دهی میانی

4.2 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی تحت شعاع خمش نسبی مختلف

 شکل 6، تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی با شعاع خمش نسبی مختلف را نشان می دهد. 

4.3 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی تحت اندازه های لوله ی مختلف

شکل 7، تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی را تحت قطر های مختلف و همان ضخامت دیواره 0.4064 میلی متری نشان می دهد.

شکل 8 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی با ضخامت های دیواره مختلف: (a) نسبت نازکی دیوار؛ (b) نسبت ضخامت دیوار؛ (c) نسبت شکل دهی میانی

شکل 9 تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی با D/t مشابه: (a) نسبت نازکی دیوار؛ (b) نسبت ضخامت دیوار؛ (c) نسبت شکل دهی میانی

شکل 10 فشار معادل در t = 0.5t0 و D = 0.5D0

5. نتیجه گیری ها

کیفیت ساخت لوله آلیاژ تیتانیوم با مقاومت بالای TA18 در خمش کنترل عددی در تغییر زاویه خمیدگی β، شعاع خمیدگی نسبی R/D و اندازه لوله مانند قطر D و ضخامت دیوار t توسط شبیه سازی عنصر محدود مشخص شد. نتایج نشان می دهد که توزیع تغییر نسبت ضخامت دیوار Δt و نسبت شکل دهی بخش عرضی ΔD در β مختلف، متفاوت است. Δt و ΔD با افزایش R/D کاهش می یابند و برای به دست آوردن لوله خمیده واجد شرایط، R/D باید بیشتر از 2.0 باشد؛ نسبت نازکی دیواره Δ با D و t بزرگتر کمی افزایش می یابد، در حالی که نسبت ضخامت دیواره Δti و ΔD با D بزرگتر و t کوچکتر افزایش می یابد؛ Δto و ΔD در ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابند، در حالی که Δti برای D/T مشابه با افزایش D و t افزایش می یابد.

لوله آلیاژ تیتانیوم TA18 با قدرت بالا (لوله HS-TA18) به دلیل مزایای مقاومت خاص خود، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر فرسودگی، و عملکرد جوشکاری خوب، کاربردهای روزافزون را در سیستم های هیدروما و سیستم لوله سوخت برای هواپیماهای پیشرفته و فضاپیماها افزایش داده است. از بین روش های مختلف خمش لوله مانند خم شدن کششی، خم شدن رول، خم شدن تراکمی و خم شدن فشاری، خمش کنترل کننده عددی (NC) منحصر به فرد است که به طور پیوسته لوله های خمیده HS-TA18 را با توجه به دقت بالا، راندمان بالا، مصرف کم و مزایای اتوماسیون به دست می آورد. با این حال، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، خمش NC یک فرآیند فیزیکی پیچیده با محدودیت های چند ضلعی و اتصال چند عاملی است. در طول فرایند خمش NC، توزیع تنش و توزیع ناهمواری لوله منجر به نازک شدن یا ضخیم شدن دیوار و شکل دهی میانی می شود. بسیاری از اندازه لوله های مختلف، زاویه خمش و شعاع لوله های خم شده در زمینه های مختلف برای شرایط مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند و ضخیم شدن / نازک شدن و شکل دهی میانی با اندازه لوله های مختلف، زاویه های خمش و شعاع لوله های خم شده متفاوت است. بنابراین، برای به دست آوردن دانش مشترک در مورد رفتارهای شکل دهی خمشی محدود چند شاخصی لوله ی HS-TA18 تحت زاویه / شعاع و اندازه لوله های مختلف خم شدن، لازم است قوانین ضخیم شدن / نازک شدن دیوار و شکل دهی میانی با تغییر پارامترهای هندسی مورد مطالعه قرار بگیرند. در سال های اخیر، بسیاری از محققان رفتارهای شکل دهی انواع مواد لوله ای را در فرآیند های خم شدن مختلف با روش های شبیه سازی تحلیلی، تجربی و عنصر محدود (FE) مطالعه کرده اند. در حالی که اکثر آنها بر روی یک نقص خمشی تک برای قطر خاص لوله و ضخامت دیواره تمرکز می کنند. رفتارهای شکل دهی خمش در اندازه های مختلف لوله با توجه به نقایص چندگانه کمتر مورد مطالعه قرار می گیرند. در مقالات، فرمول های تحلیلی برای پیش بینی تغییرات ضخامت دیواره و اعوجاج لوله های دایره ای در فرآیند خمش بر مبنای نظریه شکل دهی پلاستیک مورد توجه قرار گرفته اند. لیو و همکارانش یک فرمول تحلیلی از شکل دهی سقوط لوله ی نازک دیواره مستطیلی در طول روند خم شدن چرخشی بر اساس نظریه ورق و پوسته را به دست آوردند. MENTELLA و STRANO ارتباط بین پارامترهای هندسی لوله و اعوجاج میانی را در خمش کششی چرخشی نشان دادند. مدل های تحلیلی خمش لوله های نازک دیواره از لحاظ توزیع تنش / کرنش، گرایش چین و چروک، درجه نازک شدن دیوار و درجه اعوجاج میانی با توجه به ویژگی هندسی خمش کششی چرخشی و نظریه شکل دهی پلاستیک، توسط لی و همکاران مطرح شده اند. اگرچه شرایط تماس اصطکاکی در مدل نظری نمی تواند مورد توجه قرار گیرد، این می تواند رابطه ای ذاتی بین رفتارهای شکل دهی خمش و پارامترهای هندسی لوله ایجاد کند. فنگ و همکاران با استفاده از FE و تجزیه و تحلیل تجربی، یک مدل FE سه بعدی (3D) پلاستیک الاستیک لوله فولادی ضد زنگ 21-6-9 با مقاومت بالا در خمش NC را ایجاد کردند و قوانین اثر نوع / پارامترهای ماندرول، پارامترهای ماده و شرایط اصطکاک روی تغییر ضخامت دیوار و اعوجاج میانی را نشان دادند. تأثیر شرایط بارگذاری تقویت کننده ی فشار بر تغییر ضخامت دیواره و اعوجاج بخش میانی لوله آلومینیوم دیواره نازک در خمش NC، از لحاظ عددی توسط لی و همکاران مورد مطالعه قرار گرفت. لازارسکو به صورت عددی اثر شعاع خمش در نازک شدن دیوار و اعوجاج میانی برای لوله آلیاژ آلومینیومی دایره ای در خمش کششی چرخشی را مورد بررسی قرار داد. لی و همکارانش با تجزیه و تحلیل تجربی، دریافتند که اثرات پارامترهای فرایند بر ضخامت دیواره و شکل دهی میانی برای لوله های آلومینیومی با دیواره نازک 5052O بزرگ در خمش NC، مشابه همان اثرات مشاهده شده برای لوله های با دیواره نازک کوچک است. در مجموع، قوانین اثر سازه ها و پارامترهای فرایند بر توزیع ضخامت دیواره و شکل دهی میانی آلیاژ آلومینیوم 3A21 لوله نازک دیواره مستطیل شکل در خمش کششی چرخشی به صورت آزمایشگاهی به دست آمده اند. از لحاظ با دوام نمودن لوله های آلیاژ تیتانیوم TA18، زان و همکاران به طور عددی، تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی تحت پارامترهای مختلف عملیاتی و پارامترهای ماندرول برای خمش NC لوله های متوسط TA18 را مورد بررسی قرار دادند و تعيين محدوده طول اضافی ماندرول و پارامترهاي فرآيند مناسب بدست آمده را به سرعت پیشنهاد دادند. با در نظر گرفتن تنوع نسبت کرنش انقباضی با تغییر شکل به شبیه سازی FE برای خمش NC لوله های با قدرت بالای TA18، دقت پیش بینی برای نازک شدن دیوار، شکل دهی میانی و زاویه برگشت فنری بهبود یافته است. لی و همکاران رفتارهای برگشت فنری تحت تغییرات پارامترهای مواد و فرآیند لوله با مقاومت بالا TA18 در خمش کششی چرخشی سرد را با استفاده از تجزیه و تحلیل نظری، شبیه سازی FE و آزمایشات نشان دادند و یک متدولوژی جبران برگشت فنری دو سطحی را برای دستیابی به خمش دقیق پیشنهاد کردند. در تحقیقات قبلی، تأثیر پارامترهای فرایند یا پارامترهای مواد بر رفتارهای شکل دهی خمش فولاد ضد زنگ، آلیاژ آلومینیوم و لوله های آلیاژ تیتانیوم به طور کلی مورد توجه قرار گرفت. با این حال، مطالعه رفتارهای شکل دهی خمشی لوله های آلیاژ تیتانیوم با مقاومت بالا با توجه به تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی تحت پارامترهای هندسی مختلف گزارش نشده است. بنابراین، در این کار، یک مدل سه بعدی پلاستیک الاستیک لوله HS-TA18 در خمش NC بر اساس کد ABAQUS ایجاد شده است. سپس، قوانین نفوذ پارامترهای هندسی از جمله زاویه خمش β، شعاع خمیدگی نسبی R/D و اندازه لوله مانند قطر لوله D و ضخامت دیوار t در رفتار شکل دهی خمشی از نظر تغییر ضخامت دیوار و شکل دهی میانی بررسی می شود. نتایج این مطالعه می تواند دانش مفیدی را در مورد رفتارهای شکل دهی خمش لوله NC تحت پارامترهای هندسی مختلف ارائه دهد و به طراحی کارآمد و بهینه سازی پارامترهای شکل گیری برای فرایند خمش NC لوله کمک کند.