بررسی رفتار پروفیل‌های مقطع Z در فرآیندهای خمشی

[rkiahoseyni]

بررسی رفتار پروفیل‌های مقطع Z در فرآیندهای خمشی

مقدمه:

پروفیل های آلیاژ آلومینیوم خصوصاً پروفیل های مقطع Z به دلیل استحکام ویژه بالا، سبک وزن و شکل پذیری عالی به طور فزاینده ای به عنوان اجزای ساختاری هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند. در کاربردهای هوافضا، قطعات پروفیل قاب خم شده معمولاً با مقادیر و تنوع بسیار زیاد توسط یک فرآیند خمشی رول با ویژگی‌های پردازش انعطاف‌پذیر تشکیل می‌شوند. با این حال، مانند خمش ورق فلز، به دلیل تغییر شکل غیر یکنواخت، یک پدیده برگشت فنری به ناچار در حین خمش رخ می دهد. به دلیل دقت بالایی که در صنعت هوافضا مورد نیاز است، نیاز به یافتن راه‌هایی برای کنترل کارآمد برگشت فنری پروفیل آلیاژ آلومینیوم برای امکان خمش دقیق وجود دارد. بنابراین، دستیابی به پیش‌بینی‌های برگشت فنری دقیق برای قطعات پروفیل خمیده، موضوع مهمی است که باید به آن پرداخته شود.

 

برگشت فنری پروفیل های با مقاطع مختلف:

پیش‌بینی‌های برگشت فنری دقیق می‌تواند کمک مثبتی به کاهش نیاز به آزمایش‌ها فنی و آزمایش‌های خطا داشته باشد. قبلاً تحقیقات زیادی برای پیش‌بینی برگشت فنری خمش غلتکی پس از تغییر شکل پلاستیک با استفاده از روش‌های تحلیلی، عددی و تجربی انجام شده است. بر اساس تجزیه و تحلیل تنش و کرنش در مقطع پروفیل، چن یک مدل تجربی برای دستیابی به انحنای هدف با در نظر گرفتن ارتفاع پروفیل و خواص مواد ایجاد کرد. الدومیاتی و همکاران مدل‌های ریاضی برای خمش کششی تیرهای مقطع U/T با هدف تعیین تأثیر هندسه مقطع و خواص مواد بر پشت فنری ایجاد کرد. یو و لی توزیع تنش و کرنش را در مقطع اکستروژن مقطع L در طول خمش کششی دوار تجزیه و تحلیل کردند و یک مدل نظری برای توصیف زاویه برگشت فنری ایجاد کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که با افزایش نیروی پیش کشش یا نیروی پس از کشش، برگشت فنری کاهش می یابد. با توجه به کنترل برگشت فنری پروفیل های مقطع U در فرآیند خمش کششی، Zhai و همکارانش از همان روش برای ایجاد یک مدل تحلیلی بازگشت فنری با در نظر گرفتن توزیع تنش و کرنش استفاده کردند و پس از تأیید تجربی، همان نتیجه‌گیری را به دست آوردند. بسیاری از مطالعات ذکر شده در بالا تأثیر خواص مواد پروفیل و ویژگی‌های مقطعی را بر پشت فنری خمشی بر اساس تحلیل کرنش تنش در نظر گرفتند. دقت پیش‌بینی محدود بود، زیرا تأثیر تغییر لایه خنثی بر بازگشت فنری در این تحقیقات نادیده گرفته شد. بر اساس نظریه تغییر لایه خنثی کلاسیک، لی و همکاران با در نظر گرفتن تغییر لایه خنثی، یک مدل تحلیلی به دست آوردند تا مستقیماً با خواص مواد و ابعاد هندسی ارتباط برقرار کند. در مورد تغییر زاویه خمش از 101.3 درجه تا 165.5 درجه، نیز تحقیقات مختلفی صورت گرفته است. نتایج تجربی نشان می دهد که دقت پیش‌بینی مدل در مقایسه با رویکردهای عددی که تغییر لایه خنثی را نادیده می‌گرفت، بهبود یافته است. وانگ و همکاران تکامل برگشت فنری و لایه خنثی برای ورق آلیاژ منیزیم AZ31B با شعاع پانچ متفاوت را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که در نظر گرفتن تغییر لایه خنثی منجر به مقدار پیش‌بینی‌شده بالاتری از برگشت فنری نسبت به واقعیت می‌شود. لیو و همکاران یک مدل تحلیلی بر اساس شعاع لایه خنثی کرنش برای ارزیابی اثرات خواص مواد و پارامترهای هندسی بر پشت فنری پروفیل های مقطع T/Z در خمش کششی ایجاد کرد و نشان داد که خطای نسبی پیش بینی شده با استفاده از این مدل کمتر از 19 درصد بود. 
برای مقایسه با نتایج تجربی بر اساس یک شرط تعادل ایستا، ژان و همکارانش یک مدل تحلیلی خمش فنری الاستیک-پلاستیکی لوله را ایجاد کردند و دریافتند که خطای پیش‌بینی زاویه برگشت فنری با در نظر گرفتن تغییرات لایه خنثی 24.5 درصد کاهش می یابد.

 

لایه خنثی در پروفیل های با مقاطع نامتقارن:

مطالعات فوق نشان می دهد که در نظر گرفتن تأثیر تغییر لایه خنثی می تواند به طور موثری دقت پیش بینی برگشت فنری را برای خمش لوله ها و پروفیل ها با مقطع متقارن بهبود بخشد. با این حال، این تحقیقات به ندرت بر این مسئله متمرکز شده اند که برای پروفیل های مقطع نامتقارن، انتقال محور خنثی مقطع با چرخش در طول فرآیند خمش همراه است. علاوه بر این، تغییر شکل غیر یکنواخت فلنج‌های مجاور اینترادوها و اکسترادوها که در نتیجه خمش رخ می‌دهد، پیش‌بینی برگشت فنری را برای پروفیل‌های مقطع نامتقارن پیچیده‌تر می‌کند. بنابراین، برای بهبود دقت پیش‌بینی برگشت فنری برای چنین پروفیل‌هایی، لازم است یک مدل تحلیلی بازگشت فنری ایجاد شود که تغییر لایه خنثی را در نظر بگیرد. در یک مطالعه منسجم، یک مدل تحلیلی برگشت فنری با در نظر گرفتن تغییر لایه خنثی برای پروفیل آلیاژ آلومینیوم مقطع Z در خمش چهار غلتکی (FRB) با هدف بهبود دقت پیش‌بینی برگشت فنری و در نتیجه امکان شکل‌دهی دقیق‌تر ایجاد شده است. در این مدل، ویژگی‌های ماده، ویژگی‌های هندسی مقطع، شعاع خمشی و ویژگی‌های جابجایی لایه خنثی برای تعیین رفتار تغییر لایه خنثی و اثرات آن بر بازگشت فنری در نظر گرفته شد. مدل با بررسی سهم تغییر لایه خنثی به رفتار فنری پروفیل‌های مقطع Z مدل 7075-O و 7475-O ارزیابی گردید. سپس نتایج به‌دست آمده با استفاده از مدل پیشنهادی با مدل تجربی و نتایج تجربی موجود مقایسه گردید. در نهایت، بر اساس نتایج محاسباتی مدل پیشنهادی، از نسبت برگشت فنری شعاع لایه خنثی برای تعیین تأثیر ضخامت‌های دیواره و مواد مختلف بر پشت فنری استفاده شد.

 

نتایج تاثیر لایه خنثی بر پروفیل Z:

مدل تحلیلی پیشنهاد شده فوق تأثیر تغییر لایه خنثی را بر پیش‌بینی برگشت فنری برای پروفیل‌های مقطع Z در یک فرآیند خمشی چهار رول در نظر می‌گیرد. این مدل می‌تواند شعاع شکل‌گیری پس از بازگشت فنری را دقیقاً پیش‌بینی کند و توسط آزمایش‌ها تأیید شده است. نتایج اصلی زیر را می توان از این مطالعات استخراج کرد:
(1) با توجه به شرایط تعادل ایستا برای مقطع، روشی برای محاسبه پارامترهایی که انتقال و چرخش لایه خنثی را برای یک شعاع خمشی دلخواه پروفیل‌های مقطع Z نامتقارن مشخص می‌کنند، پیشنهاد شده است.
(2) با در نظر گرفتن جابجایی لایه خنثی، مدل حاضر جابجایی عقب فنری پروفیل های مقطع Z را در خمش چهار رول برای هر دو آلیاژ آلومینیوم 7075-O و 7475-O با دقت بیشتری نسبت به مدل تجربی موجود پیش بینی می کند.
(3) آزمایش‌های تجربی نشان داده‌اند که هرچه نسبت استحکام مواد به مدول یانگ بیشتر باشد، دقت پیش‌بینی بالاتر است، که همین روند را با افزایش نسبت ضخامت به قطر نشان می‌دهد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی