18708

2092 دكتري

دكتري

ساخت و توليد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

نه، 115ص.: مصور، جدول، نمودار

1402/06/04

كتابنامه

مكانيك

مهندسي مكانيك

1402/06/04

2954847

چكيده امروزه استفاده از امواج ارتعاشي با فركانس بالاتر از 20 كيلوهرتز موسوم به ارتعاشات فراصوت، كاربردهاي فراواني يافته است و در بسياري از فرايندهاي مهندسي و توليدي به‌منظور بهينه كردن شرايط توليد نظير كاهش نيروها، كاهش اصطكاك و همچنين بهبود كيفيت قطعات، نظير افزايش صافي سطح و... استفاده مي‌شود. فرايند شكل‌دهي گرم نموي يكي از فرآيندهاي نوين توليد است كه براي توليد دسته‌اي و تكي قطعات از ورق‌هاي فلزي با شكل‌پذيري پائين نظير ورق‌هاي تيتانيومي و منيزيومي ابداع شده است. با توجه به تجربه‌هاي پيشين محققين محصولات توليدي با اين روش داراي معايب بزرگي نظير زبري و كندگي سطح كار مي‌باشند. اين معايب بيشتر به دليل اصطكاك بيش‌ازحد ابزار و سطح قطعه مي‌باشد. در مطالعه‌ي حاضر به دليل كاربرد گسترده آلياژهاي تيتانيوم در صنايع هوايي و همچنين مشكلات شكل‌دهي اين آلياژ در حالت سرد، نمونه‌هايي از جنس Ti-6Al-4V به روش تركيب هم‌زمان فرايند شكل‌دهي نموي گرم و پديده‌ي ارتعاشات فراصوت ساخته ‌شده ‌است. بعداز آن اثر ارتعاشات فراصوت كم دامنه بر فرايند شكل‌دهي نموي گرم بررسي ‌شده ‌است. نتايج اين پژوهش، نشان مي‌دهد كه تركيب اين فرآيند با ارتعاشات فراصوت منجر به به‌دست ‌آمدن پارامترهاي لازم براي توليد قطعات با ويژگي‌هاي كيفي بهتر، نظير توليد قطعات با مقدار اكسيدشدگي كمتر، كيفيت سطح بهتر، همچنين دستيابي به كرنش‌ها و زاويه حدي ديواره بالاتر ‌شده ‌است. تصويربرداري ميكروسكپي از ريزساختار و همچنين آزمايش پراش اشعه ايكس نشان مي‌دهد، تحريك مكانيكي ارتعاشات فراصوت موجب گرمايش بين‌دانه‌اي در آلياژ Ti-6Al-4V شده و تغيير فازα به فازβ راحت‌تر و سريع‌تر انجام ‌شده ‌است. درواقع ارتعاشات فراصوت تركيب فازي حالت عادي كه متشكل از دو فاز آلفا و بتا)β (α+ با درصد بيشتر از فاز غالب آلفا(α) با ساختار HCP را به تركيبي با درصد بيشتري از فاز بتا (β) با ساختار BCC، تغيير داده است. بر اين اساس ساختار جديد به دليل داشتن سيستم‌هاي لغزش بيشتر نسبت به فاز آلفا(α)، داراي خواص شكل‌پذيري بهتري مي‌باشد. اين موضوع مي‌تواند دليلي براي به‌دست آوردن كرنش‌هايي بزرگ‌تر باشد. بدين ترتيب دياگرام كرنش‌هاي حدي با مقاديري در حدود 20%، بالاتر نسبت به حالت بدون فراصوت كه در ادامه پژوهش استخراج ‌شده ‌است را مي‌توان با به وجود آمدن تركيب فازي جديد توجيه نمود. كلمه‌هاي كليدي: شكل‌دهي نموي گرم، ارتعاشات فراصوت، نمونه‌سازي، تيتانيومTi-6Al-4V.

Abstract Applying ultrasonic vibration in the manufacturing processes has resulted in various significant effects. This study investigated the longitudinal ultrasonic vibration effect on the performance of the electric hot incremental forming (EHIF) process of Ti-6Al-4V sheets. In this novel technique, the ultrasonic vibrations with a high frequency and low axial amplitude were combined with EHIF. These devices were designed, carefully manufactured, and used for performing the EHIF process. In this mechanism, the ultrasonic vibrations were transmitted to the rotary forming tool attached to the CNC machine spindle. Hyperbolic geometry was fabricated to find out the best effective parameters value. Design of experiment and analysis of variance (ANOVA) were employed to identify the optimum condition for effective parameters; these parameters were optimized by response surface methodology (RSM). Here, by changing various input EHIF including feed rate, pitch, and step-down, the output features such as surface quality, maximum forming angle, and levels of impurities were investigated in both conventional-EHIF and ultrasonic-assisted EHIF processes. The finding showed that the combination of EHIF with the ultrasonic vibrations resulted in improving the surface quality and reducing the impurities. Also, the XRD (X-ray diffraction) phase analysis showed that the β phase (BCC structure) was increased due to the reduced transition resulting in formability improvement and maximum forming angle increased about25%~30%.

محمود فرزين

امين اله محمدي

عليرضا فدائي تهراني