بررسی تجربی تاثیر شکل مود ارتعاشی بر رفتار فشاری آلیاژ ti-6al-4v تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی

اعمال ارتعاشات فراصوتی توان بالا در فرآیندهای شکل‌دهی منجر به تغییر رفتار مکانیکی ماده و کاهش تنش سیلان در حین اعمال ارتعاشات می‌شود. این امر سبب بهبود شکل‌پذیری ماده و کاهش نیروهای شکل‌دهی می‌گردد. برای بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوتی روی مواد مختلف، می‎توان از آزمون کشش و فشار استاندارد استفاده کرد. در این پژوهش، برای بررسی رفتار فشاری آلیاژ تیتانیوم ti-6al-4v تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی، یک مجموعه طراحی، تحلیل، ساخته و آزمایش شد. ارتعاشات فراصوتی توسط مبدل تولید و از طریق تقویت‌کننده (بوستر) و ابزار یا سنبه فشارنده (هورن) به نمونه آزمون منتقل می‌شود. هندسه ابزار (هورن) و شکل مود ارتعاشی (گره یا شکم) و نیز توان اعمال ارتعاشات فراصوتی از جمله پارامترهای موثر در این فرآیند است. از اینرو، شکل‌های مختلف سنبه ساخته شد تا نمونه در موقعیت گره (حداقل دامنه ارتعاشی) و شکم ارتعاشی (حداکثر دامنه ارتعاشی) قرار گیرد و اثر آن بر روی میزان انتقال امواج و بازدهی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اعمال ارتعاشات فراصوتی موجب کاهش تنش سیلان ماده (تا حدود 17.36 درصد) گردید. کاهش تنش سیلان به توان ارتعاشات فراصوتی وابسته است و با افزایش توان، تنش سیلان کاهش بیشتری می‌یابد. همچنین پدیده سخت‌شوندگی پسماند در این آلیاژ مشاهده نشد و بطور کلی، اعمال ارتعاشات فراصوتی منجر به کاهش کرنش شکست نمونه‌ها شد. در نهایت تفاوت میزان انتقال ارتعاشات فراصوتی به نمونه‌ها با سنبه‌های مختلف مشهود بود و حالت شکل مود ارتعاشی با موقعیت گره ارتعاشی بر روی نمونه اثرپذیری بیشتری را بر روی کاهش تنش سیلان داشته است.

experimental investigation of vibrational mode shape influence on compression behaviour of ti-6al-4v alloy under superimposed ultrasonic vibration

superimposing high power ultrasonic vibration on metal forming processes changes the mechanical behavior of the material and reduces its flow stress. these phenomena improve the ductility of material and reduce forming forces. to investigate the influence of ultrasonic vibration on various materials, standard compression and tensile tests under ultrasonic vibration could be performed. this research investigates the compression behavior of ti-6al-4v alloy under superimposed ultrasonic vibration. for this purpose, a special set-up was designed, fabricated and tested. ultrasonic vibration is transmitted from the ultrasonic transducer to the booster and then guided by horn (punch) to apply to test sample. horn geometry, vibrational mode shape and ultrasonic power were selected as input variables. the effect of specimen position in system vibrational mode shape was studied by using different ultrasonic transmitters, which allowed the specimen to place at node and anti-node positions. it is found that ultrasonic vibrations reduced the formability of this alloy. acoustic hardening phenomena do not observe in this material. also, flow stress of the material reduced under ultrasonic vibration up to 17.63% which has direct relation to ultrasonic power. in addition, the most efficiency was observed when the specimen placed in the node position.