تحلیل آماری و تجربی اثر ارتعاش فراصوت بر فرآیند شکل‌دهی گرم تدریجی آلیاژ تیتانیوم

Abstract

از آنجائی که بکارگیری ارتعاشات فراصوت (UV) منجر به بهینه سازی‌های قابل توجهی در فرآیندهای تولیدی شده است، در این مطالعه به بررسی اثر ارتعاشات فراصوت طولی بر عملکرد فرآیند شکل‌دهی تدریجی گرم الکتریکی (EHIF) ورق‌های Ti-6Al-4 V پرداخته شده‌است. در این روش، ارتعاشات فراصوت با فرکانس بالا و دامنه طولی کم با فرآیند EHIF ترکیب شده ‌است. همچنین تجهیزات مورد نیاز برای انجام فرآیند EHIF و تجهیزات الحاقی اعمال ارتعاشات فراصوت به ابزار، طراحی ، ساخته و به کار برده شده‌اند. در این روش، ارتعاشات فراصوت به یک ابزار شکل‌دهی چرخشی که به ابزار گیر ماشین فرز کنترل عددی متصل است، منتقل می‌شود. برای یافتن تاثیر پارامترهای انتخاب شده بر فرآیند، هندسه هایپربولیکی انتخاب شده و تعدادی از آنها مطابق طراحی آزمایش ساخته شده‌اند. طراحی آزمایش و تحلیل واریانس (ANOVA) جهت شناسایی شرایط بهینه برای پارامترهای موثر استفاده شد. سپس این پارامترها با روش سطح پاسخ (RSM) بهینه شدند. در این مطالعه، با تغییر ورودی‌های مختلف در فرآیند EHIF از جمله نرخ پیشروی، گام عمودی و شدت جریان، ویژگی‌های مهم خروجی مانند کیفیت سطح، حداکثر زاویه شکل‌گیری در هر دو فرآیند EHIF معمولی و EHIF انجام شده به کمک امواج فراصوت بررسی شدند. نتایج این آزمایش‌ها نشان داد که ترکیب EHIF با امواج فراصوت منجر به بهبود کیفیت سطح و همچنین زاویه شکل‌گیری قطعات می‌شود. تجزیه و تحلیل فازی توسط پراش اشعه ایکس (XRD) بر روی قطعات ساخته شده نشان داد که تحریک مکانیکی با ارتعاش فراصوت موجب گرمایش بین‌دانه‌ای در آلیاژ Ti-6Al-4V شده و تغییر فاز α به β راحت‌تر و سریع‌تر انجام شده است. در واقع ارتعاشات فراصوت، ترکیب فازی حالت عادی آلیاژ شامل فاز آلفا و بتا ( α+β ) با درصد غالب فاز آلفا ( α ) و ساختار HCP را به ترکیبی با درصد بیشتری از فاز بتا ( β ) و ساختار BCC تغییر داده است،که این پدیده منجر به بهبود شکل‌پذیری و افزایش حداکثر زاویه شکل‌گیری در حدود 25% تا 30% می‌شود.