تحلیل، بررسی و شبیه‌سازی بازگشت فنری در فرایند خمکاری غلتکی در تولید پوستة منحنی با شعاع متغیر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران

2 کارشناس ارشد / دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 عضو هیئت علمی / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران

چکیده

در این پژوهش میزان بازگشت فنری بعد از خمکاری سه‌غلتکه و اثر عوامل مختلف از جمله اصطکاک، موقعیت مکانی غلتک جانبی، سرعت چرخش غلتک و درصد کاهش ضخامت ورق در اثر نورد پیش از خمکاری بر نسبت بازگشت فنری ورق آلیاژی آلومینیم بررسی شده است. بدین‌منظور شبیه­سازی مدل اجزای محدود و شکل­دهی غلتکی توسط نرم­افزار آباکوس انجام شده است. غلتک‌ها به‌صورت جسم صلب و ورق به‌صورت یک ماده کشسان - مومسان همسانگرد با خاصیت پلاستیک خطی مدلسازی شده و ضریب اصطکاک بین ورق و تمامی سطوح که با ورق در تماس‌اند برابر فرض شده است. به‌منظور صحه­سنجی، مقایسه­ای بین داده­های شبیه­سازی با نتایج تجربی انجام شده است. برای به‌دست آوردن معادله­ای جهت پیش­بینی دقیق مقادیر شعاع خمکاری پس از بازگشت فنری با استفاده از نرم­افزار اس. پی. اس. اس. به تحلیل رگرسیونی مقادیر شعاع پس از بازگشت فنری که از شبیه­سازی اجزای محدود به‌دست آمده­اند، پرداخته شده است. سپس اثر عوامل مؤثر بر شعاع خم و میزان بازگشت فنری مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهند که با روش ارائه‌شده در این مقاله می­توان پیش­بینی دقیقی از اثر تغییرات پارامترهای خمکاری غلتکی بر نسبت بازگشت فنری داشت. در ادامه از این تکنیک برای تولید پوسته­هایی با دو انحنای متفاوت استفاده شده است؛ زیرا خم­هایی با انحنای متفاوت با جابه‌جایی موقعیت مکانی غلتک جانبی قابل تولید بوده و با دقت ابعادی بالاتری می­تواند جایگزین بسیار مناسبی برای خمکاری درون قالب یا شکل­دهی کشایی ورق در تولید پوسته بال و بدنه هواپیما باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis and simulation of spring-back in the production of variable radius shell by roll bending process

نویسندگان [English]

  • Alireza Davoodinik 1
  • Sirous Rizevandi 2
  • Ali Negahban Boron 3
1 Assistant Professor / Aerospace Engineering Department, Shahid Sattari University of Aeronautical Science and Technology
2 Graduated Student / Metallurgy and Materials Engineering Deartment, Sharif University of Technology, Tehran
3 Science Committee member / Aerospace Engineering Department, Shahid Sattari University of Aeronautical Science and Technology, Tehran
چکیده [English]

In this paper, the amount of spring-back after 3- roll bending and the effect of different factors such as friction, lateral roller position, roll speed, and thickness reduction percentage of rolling sheet prior to bending on the spring back ratio of aluminum alloy sheet in ambient temperature have been investigated. For this purpose, simulation and finite element roll forming model is done by ABAQUS. In order to validate, a comparison between simulation data and experimental results was performed. To obtain the equation for precise prediction of the values of bending radius after spring-back using SPSS software, regression analysis of the radius values after the spring return obtained from finite element simulation has been studied. Then, the effects of factors affecting bending radius and spring-back ratio have been discussed. The results show that with the method presented in this paper precise prediction of the effect of roll bending parameters changes on spring-back ratio can be obtained. In the following, this technique is used to produce shells with two different curvatures. This method can be a very suitable alternative for bending in the mold or stretch forming in the production of a weld shell and the body of the aircraft.

کلیدواژه‌ها [English]

  • roll bending
  • spring back
  • variable radius
  • curved shell
  • linear regression

[1] M. Chudasama, H. Raval, An approximate bending force prediction for 3-roller conical bending process, International journal of material forming, vol. 6, no. (2), 2013, p. 303-314.

[2] M. Firat, Computer aided analysis and design of sheet metal forming processes: Part II–Deformation response modeling, Materials & design, vol. 28, no. 4, 2007, pp. 1304-1310.

[3] W. Gan, R. Wagoner, Die design method for sheet springback, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 46, no. 7, 2004, pp. 1097-1113.

[4] A. Gandhi, H. Gajjar, H. Raval, Mathematical modelling and finite element simulation of pre-bending stage of three-roller plate bending process, in ASME 2008 International Manufacturing Science and Engineering Conference collocated with the 3rd JSME/ASME International Conference on Materials and Processing, American Society of Mechanical Engineers, 2008.

[5] T. Yu, W. Johnson, Influence of axial force on the elastic-plastic bending and springback of a beam, Journal of Mechanical Working Technology, vol. 6, no. 1, 1982, pp. 5-21.

[6] W. Johnson, T. Yu, On springback after the pure bending of beams and plates of elastic work-hardening materials-III, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 23, no. 11, 1981, pp. 687-695.

[7] B. Chongthairungruang, et al., Experimental and numerical investigation of springback effect for advanced high strength dual phase steel, Materials & Design, vol. 39, 2012, pp. 318-328.

[8] M. Hua, D. Sansome, K. Baines, Mathematical modeling of the internal bending moment at the top roll contact in multi-pass four-roll thin-plate bending, Journal of Materials Processing Technology, vol. 52, no. 2, 1995, pp. 425-459.

[9] M. Chudasama, H. Raval, Bending force prediction for dynamic roll-bending during 3-roller conical bending process, Journal of Manufacturing Processes, vol. 16, no. 2, 2014, pp. 284-295.

[10] Z. Zhang, et al., A refined model of three-roller elastoplastic asymmetrical pre-bending of plate, Journal of Iron and Steel Research, International, vol. 21, no. 3, 2014, pp. 328-334.

[11] A. Gandhi, H. Raval, Analytical and empirical modeling of top roller position for three-roller cylindrical bending of plates and its experimental verification, Journal of materials processing technology, vol. 197, no. 1, 2008, pp. 268-278.

[12] Z. Feng, H. Champliaud, Modeling and simulation of asymmetrical three-roll bending process, Simulation Modelling Practice and Theory, vol. 19, no. 9, 2011, pp. 1913-1917.

[13] D. Ellis, mechanical properties of aluminum alloys at various temperatures, atomics international. div. of north american aviation Inc., Canoga Park, Calif, 1960.

[14] H. Quan, H. Champliaud, Z. Feng, T. Dao, FE Study for Reducing Forming Forces and Flat End Areas of Cylindrical Shapes Obtained by the Roll-Bending Process, Journal of Mechanics Engineering and Automation, vol. 4, 2014, pp. 467-475.

[15] R. Karimi, Statistical Analysis Software Easy Guide of spss. 1394. p. 220.