3-2-معرفی نرمافزار شبیهسازی33
3-3-مراحل شبیهسازی 35
3-3-1-ایجاد مدل هندسی35
3-3-2-تعیین خصوصیات لوله36
3-3-3-مونتاژ لوله و اجزای قالب37
3-3-4-تعیین تعداد مراحل و نوع حل مسئله38
3-3-5-تعیین نوع تماس سطوح اجزا با هم39
3-3-6-شرایط مرزی و بارگذاری39
3-3-7-شبکهبندی41
3-3-8-تحلیل فرایند42
فصل چهارم: نتایج و بحث 43
4-1-مقدمه44
4-2-صحتسنجی نتایج شبیهسازی44
4-3-بررسی اثر نحوه بارگذاری و پارامترهای هندسی قالب بر مسیر کرنش45
4-3-1-بارگذاری آزاد45
4-3-1-1- بررسی اثر شعاع گوشه قالب (R)46
4-3-1-2- بررسی اثر طول ناحیه تغییر شکل (W)47
4-3-2-بارگذاری با تغذیه محوری48
4-3-2-1- بررسی اثر شعاع گوشه قالب (R)48
4-3-2-2- بررسی اثر طول ناحیه تغییر شکل (W)51
4-3-2-3- بررسی اثر مقدار تغذیه محوری لوله (L)53
4-4-ترسیم منحنی حد شکلدهی لوله فولادی زنگنزن 30453
4-5- پیشبینی پارگی لوله در فرایند هیدروفرمینگ بادامک با استفاده از منحنی حد شکلدهی بدست آمده از این پژوهش …………………………………………………………………………………………………………………………..57
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادها 60
5-2-نتیجهگیری61
5-3- پیشنهادها 62
فهرست مراجع 63
پیوست 67
نقشه اجزای تشکیلدهنده قالب هیدروفرمینگ لوله68
1- نقشه مونتاژی قالب68
2- نقشه اجزای قالب68
فهرست شکلها
شکل (‏1-1) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ ورق، (الف) روش سنبه- سیال (ب) روش ماتریس- سیال [6]5
شکل (‏1-2) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ لوله (1) قرارگیری قطعه اولیه در قالب (2) بسته شدن قالب (3) پر شدن داخل لوله با سیال (4) آببندی دو طرف لوله توسط سنبهها (5) شکلدهی قطعهکار با اعمال همزمان فشار و نیروی محوری (6) باز شدن قالب و خروج قطعهکار نهایی [7]6
شکل (‏1-3) شکل‌های هندسی قابل تولید با فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) بشکهای شکل (ب) برجستگی Y شکل (یا T شکل) (ج) انبساط موضعی [10]7
شکل (‏1-4) نمونههایی از قطعات تولید شده با استفاده از فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) قطعات اگزوز (ب) ریل آلومینیومی پایینی ماشین ولوو (ج) قاب نگهدارنده موتور [5]8
شکل (‏1-5) نواحی تقسیمبندی شده منحنی حد شکلدهی بر اساس عیوب [12]9
شکل (‏1-6) مناطق مختلف نمودار حد شکلدهی [15]12
شکل (‏1-7) مناطق مختلف نمودار حد شکلدهی [15]13
شکل (‏1-8) نوار مایلر برای اندازهگیری کرنشهای حدی [16]17
شکل (‏1-9) سیستم تحلیلگر شبکه دایرهای به کمک روش پردازش دیجیتال [16]17
شکل (‏2-1) دستگاه آزمایش اونیورسال (DMG)24
شکل (‏2-2) شماتیک قالب استفاده شده در این پژوهش24
شکل (‏2-3) اجزای مختلف قالب هیدروفرمینگ لوله استفاده شده در این پژوهش25
شکل (‏2-4) واحد هیدرولیکی تامین فشار اولیه26
شکل (‏2-5) مدار هیدرولیکی استفاده شده در انجام آزمایشها26
شکل (‏2-6) تجهیزات سیستم هیدرولیکی کنترل فشار27
شکل (‏2-7) تجهیزات اندازه‌گیری (الف) ضخامتسنج مکانیکی (ب) کولیس دیجیتالی28
شکل (‏2-8) لوله شبکهبندی شده مورد استفاده در آزمایشهای تجربی28
شکل (‏2-9) مشخصات ابعادی نمونه آزمون کشش لوله مطابق استاندارد 370ASTM-A، ابعاد به میلیمتر30
شکل (‏2-10) منحنی تنش- کرنش حقیقی بدست آمده از تست کشش لوله فولادی31
شکل (‏3-1) هندسه اجزای قالب و لوله در نرمافزار شبیهسازی، سمت راست: قطعه بادامک، سمت چپ: انبساطدهی آزاد36
شکل (‏3-2) منحنی حد شکلدهی ورق فولادی زنگنزن 304 [29]37
شکل (‏3-3) مونتاژ اجزای قالب و لوله در شبیهسازی، سمت راست: قطعه بادامک، سمت چپ: انبساطدهی آزاد38
شکل (‏3-4) منحنی جابجایی- زمان سنبه در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R)40
شکل (‏3-5) شرایط مرزی اعمال شده به ورق و قالب در شبیهسازی، سمت راست: قطعه بادامک، سمت چپ: انبساطدهی آزاد40
شکل (‏3-6) منحنی فشار- زمان در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R)41
شکل (‏4-1) مقایسه بین نتایج شبیهسازی و تجربی، در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R)، (الف) در جهت محیطی، (ب) در جهت طولی ……………………………………………………………………………………………………45
شکل (‏4-2) مسیرهای کرنش مربوط به شعاعهای گوشه مختلف قالب در حالت بارگذاری آزاد (mm 40=W)، بدست آمده از شبیهسازی47
شکل (‏4-3) مسیرهای کرنش مربوط به طولهای مختلف ناحیه تغییر شکل در حالت بارگذاری آزاد (mm 10=R)، بدست آمده از شبیهسازی48
شکل (‏4-4) مسیرهای کرنش مربوط به شعاعهای گوشه مختلف قالب در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm40=W)، بدست آمده از شبیهسازی49
شکل (‏4-5) توزیع مولفههای کرنش پلاستیک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری برای شعاعهای گوشه مختلف قالب، (mm 40=L، mm 40=W)، (الف) mm 5R=، (ب) mm 10 R=، (ج) mm 15R=50
شکل (‏4-6) مسیرهای کرنش مربوط به طولهای مختلف ناحیه تغییر شکل در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله، (mm40=L، mm 10=R)، بدست آمده از شبیهسازی51
شکل (‏4-7) توزیع مولفههای کرنش پلاستیک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری برای طولهای مختلف ناحیه تغییرشکل، (mm40=L، mm 10=R)، (الف) mm 20W=، (ب) mm 40 W=، (ج) mm 60W=52
شکل (‏4-8) مسیرهای کرنش مربوط به مقادیر مختلف تغذیه لوله، بدست آمده از شبیهسازی (mm 40=W، mm 10=R)53
شکل (‏4-9) مسیرهای کرنش آزمایشهای طراحی شده بر روی منحنی FLD ورق فولادی زنگنزن 304، بدست آمده از شبیهسازی55
شکل (‏4-10) تعدادی از لولههای شکل داده شده در آزمایشگاه55
شکل (‏4-11) منحنی حد شکلدهی لوله فولادی زنگنزن 304، حاصل از آزمایشهای تجربی (اعداد روی نمودار بیانکننده نسبت کرنش ? میباشد) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………56
شکل (‏4-12) منحنیهای حد شکلدهی لوله و ورق فولادی زنگنزن 30456
شکل (‏4-13) (الف) قطعه صنعتی مورد بررسی، (ب) ابعاد مقطع بادامک (بر حسب میلیمتر)57
شکل (‏4-14) مسیر کرنش نقطه A از قطعه، (الف) بارگذاری آزاد، (ب) بارگذاری با تغذیه محوری لوله به اندازه mm 30، (ج) بارگذاری با تغذیه محوری لوله به اندازه mm 40، حاصل از شبیهسازی58
شکل (‏4-15) لولههای بادامک شکل داده شده در آزمایشگاه، (الف) بارگذاری آزاد، (ب) تولید قطعه سالم با تغذیه محوری mm 4058
شکل (‏4-16) منحنی توزیع کرنش و ضخامت لوله بادامک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm 40=W، mm10=R)، (الف) در جهت محیطی، (ب) در جهت طولی59
فهرست جدولها
جدول (‏2-1) شرایط آزمایشهای تجربی انجام شده29
جدول (‏2-2) خصوصیات فیزیکی و مکانیکی لوله فولادی مورد استفاده در آزمایشها31
جدول (‏2-3) ترکیب شیمیایی لوله فولادی زنگنزن 30431
جدول (‏4-1) مشخصات حالتهای انتخاب شده جهت انجام آزمایشهای تجربی و نسبت کرنش گلویی پیشبینی شده توسط شبیهسازی (*?) و بدست آمده از آزمایش تجربی (?)54
فصل اول
1- کلیات
1-1- مقدمه
با پیشرفت روزافزون فنآوری و رقابت بازار تجارت، اکثر صنایع مانند صنایع نظامی، فضایی، خودروسازی، پتروشیمی و تاسیساتی به سمت کاهش هزینه و زمان تولید، عرضه محصولاتی سبک‌تر و با کیفیت ‌بالاتر و همچنین سیستم تولید انعطاف‌پذیر روی آورده‌اند. به همین دلیل استفاده از مواد جدید و توسعه فرایند‌های پیشرفته تولید، امری لازم و ضروری است. از این رو، محققان و صنعتگران به سمت فرایند‌های تولید پیشرفته با انعطافپذیری بالا روی‌ آوردهاند. یکی از این فرایند‌ها که امروزه توجه تولیدکنندگان را به خود جلب کرده است، هیدروفرمینگ1 میباشد. هیدروفرمینگ فرایندی است که به دلیل نیاز به تکنولوژی نسبتاً بالا، کاربرد آن تا مدت‌ها محدود به موارد خاص بوده است. با پیشرفت تکنولوژی، ماشین‌آلات تولیدی، سیستم‌های آب‌بندی و فرایند‌های کنترل کامپیوتری در دهه اخیر، شکل‌دهی با فشار سیال، به عنوان یک روش قابل استفاده در صنعت معرفی شده است [1].
در این فصل، ابتدا فرایندهای شکلدهی فلزات معرفی و دستهبندی شده و به جایگاه هیدروفرمینگ در بین آنها اشاره می‌شود. پس از معرفی فرایند هیدروفرمینگ و انواع آن، توضیح مختصری پیرامون منحنیهای حد شکلدهی، کاربردهای آن و روش بدست آوردن آن ارائه خواهد شد. سپس مروری بر پژوهشهای انجام شده توسط محققان دیگر، در ارتباط با این پایاننامه ارائه میگردد. در نهایت اهداف و ویژگی‌های پایاننامه حاضر شرح داده میشود.
1-2- معرفی فرایندهای شکلدهی فلزات
به طور کلی فرایندهای شکلدهی فلزات را می‌توان به دو گروه عمده دستهبندی کرد [1]:
الف- شکلدهی حجمی2
ب- شکلدهی ورق3
شکلدهی حجمی دارای دو مشخصه متمایز زیر است [1]:

1- شکل یا سطح مقطع قطعهکار، تغییر شکل مومسان دائمی و زیاد پیدا می‌کند.
2- مقدار تغییر شکل مومسان4 در این فرایند نسبت به تغییر شکل کشسان5 معمولاً به قدری زیاد است که از برگشت فنری6 قطعه بعد از تغییر شکل صرفنظر می‌شود.
فرایندهای حدیدهکاری7، آهنگری8، نوردکاری9 و کشش10 مثالهایی از فرایندهای شکل‌دهی حجمی فلزات می‌باشند.
مشخصههای فرایندهای شکل‌دهی ورق چنین است [1]:
1- شکل اولیه قطعهکار به صورت ورق است.
2- این فرایند شکل‌دهی معمولاً تغییر قابل توجهی در هندسه قطعه به وجود می‌آورد، اما مساحت سطح مقطع جسم، چندان تغییر نمیکند.
3- گاهی تغییر شکلهای مومسان و کشسان از یک مرتبه‌اند. بنابراین نمی‌توان از برگشت فنری چشم‌پوشی کرد.
فرایندهای کشش عمیق11، خمکاری12 و شکلدهی چرخشی13 نمونههایی از فرایندهای شکل‌دهی ورق هستند.
1-3- معرفی فرایند هیدروفرمینگ
هیدروفرمینگ یکی از فرایند‌های شکل‌دهی فلزات است که در آن از یک سیال تحت فشار به منظور ایجاد تغییر شکل پلاستیک در قطعه اولیه که به شکل ورق یا لوله است، استفاده می‌شود. در هر یک از فرایندهای هیدروفرمینگ، همواره به یک پرس، قالب و یک سیستم تقویتکننده فشار نیاز است [2, 3]. به طور کلی، در فرایند هیدروفرمینگ، بهعلت توزیع فشار یکنواخت سیال بر سطح قطعه، محصولی با خواص مکانیکی مطلوب بهدست می‌آید. از دیگر مزایای هیدروفرمینگ می‌توان به قابلیت تولید قطعات پیچیده، دقت ابعادی بهتر و بهبود شکلدهی موادی که قابلیت شکلدهی کمی دارند، اشاره کرد. از طرف دیگر، این فرایند دارای معایبی است که از آن جمله می‌توان به چرخه آرام تولید و تجهیزات گران قیمت اشاره کرد [2]. هیدروفرمینگ علاوه بر کاربردهای متعددی که در صنایع هوافضا دارد، از دهه 1990 به طور گسترده در صنایع خودروسازی مورد استفاده قرار گرفته است. از کاربردهای عمده این فرایند در صنعت خودروسازی می‌توان به ساخت قطعات سیستم اگزوز خودرو، قطعات شاسی، اجزای موتور و قطعات بدنه خودرو اشاره کرد.
1-3-1- تاریخچه فرایند هیدروفرمینگ
تاریخچه استفاده از سیال بهمنظور شکل‌دهی فلزات به بیش از 100 سال قبل باز می‌گردد. کاربردهای اولیه این فرایند در ساخت دیگ‌های بخار و ادوات موسیقی بوده است. با این وجود مبانی هیدروفرمینگ در دهه 1940 بنیانگذاری شده است. اولین کاربرد ثبت شده فرایند هیدروفرمینگ توسط میلتون گاروین از شرکت شایبل آمریکا در دهه 1950 میلادی بوده است که در ساخت ظروف آشپزخانه از این فرایند بهره جسته است. ساخت اتصالات T- شکل مسی در صنعت لوله‌کشی تا دهه 1990 میلادی رایج‌‌ترین کاربرد این فرایند بوده است. از دهه 1990، با توجه به پیشرفت‌های صنعتی در کنترل کامپیوتری، سیستم‌های هیدرولیکی و راهبردهای نوین فرایندهای طراحی و ساخت، این فرایند کاربرد ویژه‌ای در صنعت پیدا کرده و جایگزین بسیاری از فرایندهای آهنگری و مهرزنی به ویژه‌ در قطعات وسایل نقلیه شده است [4].
1-3-2- انواع فرایند‌های هیدروفرمینگ
فرایند هیدروفرمینگ را در حالت کلی می‌توان به دو دسته عمده هیدروفرمینگ ورق14 و هیدروفرمینگ لوله15 تقسیم کرد. در برخی منابع، از دسته سومی تحت عنوان هیدروفرمینگ پوسته16 نیز یاد شده است [5]. در ادامه به معرفی هر یک از این فرایندها پرداخته می‌شود.
1-3-2-1- هیدروفرمینگ ورق
در روش هیدروفرمینگ ورق، ماده خام یک ورق است که در درون قالب قرار داده میشود و به کمک فشار داخلی، شکل مورد نظر را به خود میگیرد. به کمک این فرایند میتوان قطعات پیچیده را با کیفیت بالاتر و با هزینه کمتر نسبت به روشهای سنتی در یک مرحله شکل داد. شماتیک این فرایند در شکل (‏1-1) نشان داده شده است.

شکل (‏1-1) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ ورق، (الف) روش سنبه- سیال (ب) روش ماتریس- سیال [6]
1-3-2-2- هیدروفرمینگ لوله
فرایند هیدروفرمینگ لوله نخستین بار در سال 1940 میلادی توسط گری17 و همکاران بهمنظور شکلدهی لوله T شکلی از جنس مس ابداع شد. در ابتدا کاربرد آن محدود به بدنه دوچرخه بود، اما امروزه بهگونه‌ای در بین صنعتگران گسترش یافته است که مطابق آمار،50% شاسی خودرو تولید شده در سال 2004 میلادی در آمریکای شمالی با فرایند هیدروفرمینگ لوله بوده است [5]. شماتیک این فرایند در شکل (‏1-2) نشان داده شده است. همانگونه که در شکل مشاهده میشود، در این فرایند ابتدا قطعه اولیه که معمولا یک لوله استوانهای است، داخل قالب قرار میگیرد. بعد از بسته شدن قالب، دو سنبه در دو انتهای لوله بهگونهای قرار میگیرند که قالب به طور کامل آببندی نشود. در مرحله بعد درون لوله با سیال پر شده و در همین حین هوای داخل قالب از طریق سوراخ سنبهها خارج میشود. پس از آن دو انتهای لوله توسط سنبهها به طور کامل آببندی میشود. در مرحله پنجم، با اعمال همزمان فشار داخلی سیال و پیشروی محوری سنبهها، قطعه اولیه شکل قالب را به خود میگیرد. در این مرحله وقتی قطعهکار شکل گرفت، فشار داخلی افزایش یافته و مرحله کالیبراسیون انجام می‌شود. این افزایش فشار بهمنظور پر کردن شعاع‌های کوچک میباشد. در پایان، با تخلیه کردن سیال داخل لوله، قطعهکار نهایی از قالب خارج میشود.

شکل (‏1-2) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ لوله (1) قرارگیری قطعه اولیه در قالب (2) بسته شدن قالب (3) پر شدن داخل لوله با سیال (4) آببندی دو طرف لوله توسط سنبهها (5) شکلدهی قطعهکار با اعمال همزمان فشار و نیروی محوری (6) باز شدن قالب و خروج قطعهکار نهایی [7]
موادی که در این فرایند مورد استفاده قرار میگیرند دارای دامنه وسیعی میباشند که از آن نمونه میتوان به انواع فولادها، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای منیزیم، کامپوزیتها و بطور کلی همه موادی که در شکلدهی سرد مورد استفاده قرار میگیرند اشاره کرد [5]. از جمله مزایای هیدروفرمینگ لوله میتوان به موارد زیر اشاره نمود [5, 8 و 9]:
1- کاهش وزن قطعه
2- بهبود خواص مکانیکی و یکنواختی آن در کل قطعه، به علت تغییر یکنواخت ضخامت در سراسر قطعه
3- افزایش دقت ابعادی
4- کاهش تعداد مراحل تولید، به علت نیاز به عملیات ثانویه کمتر
5- قابلیت تولید قطعات توخالی با هندسه پیچیده
6- قیمت کم ابزار نسبت به روشهای سنتی
از جمله محدودیتهای فرایند هیدروفرمینگ لوله میتوان به موارد زیر اشاره کرد [9]:
1- زمان سیکل تولید بالا
2- هزینه ‌تجهیزات پرس بالا‌
3- اطلاعات کم در زمینه تکنولوژی فرایند
بطور کلی، شکل هندسی محصولاتی که با فرایند هیدروفرمینگ لوله قابل تولیدند شامل سه گروه کلی برجستگی بشکه‌ای شکل، برجستگی Y شکل (یا Tشکل) و انبساط موضعی می‌باشد. تصویر این قطعات در شکل (‏1-3) نشان داد شده است [10].
شکل (‏1-3) شکل‌های هندسی قابل تولید با فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) بشکهای شکل (ب) برجستگی Y شکل (یا T شکل) (ج) انبساط موضعی [10]
امروزه فرایند هیدرفرمینگ لوله در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، هواپیمایی، نظامی و تاسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شکل (‏1-4) تعدادی از محصولات تولید شده با این روش نشان داده شده است.

شکل (‏1-4) نمونههایی از قطعات تولید شده با استفاده از فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) قطعات اگزوز (ب) ریل آلومینیومی پایینی ماشین ولوو (ج) قاب نگهدارنده موتور [5]
فرایند هیدروفرمینگ لوله را میتوان از نظر سیستم اعمال فشار در سه دسته طبقه‌بندی کرد [11]‌‌‌‌‌:
1- هیدروفرمینگ فشار پایین (MPa 83 P <)
2- هیدروفرمینگ فشار متوسط (MPa 414 ? P ? MPa 83)
3- هیدروفرمینگ فشار بالا (MPa 414 P >)
تاکنون بیشتر تحقیقات بهمنظور بهبود شکل‌پذیری و کیفیت قطعات، بر روی هیدروفرمینگ فشار بالا متمرکز بوده است. با توجه به اینکه کاربرد فنآوری هیدروفرمینگ لوله در تولید انبوه، در مقایسه با دیگر فرایندهای شکل‌دهی فلزات نظیر مهرزنی و آهنگری نسبتاً نوین است، پایه علمی، قوانین طراحی و اطلاعات آزمایشگاهی پیرامون آن نیز محدود است. این امر سبب افزایش هزینه تولید شده که نتیجه آن کاهش توان رقابتی فرایند هیدروفرمینگ لوله در برابر سایر فرایندهای تولید است. بنابراین کاربرد این فنآوری برای ساخت قطعات جدید، مستلزم پیشرفت گستردهی این فرایند و انجام کوشش‌های فراوان است. علیرغم مزایای زیاد فرایند هیدروفرمینگ، همچنان موضوعاتی برای تحقیق و بررسی پیرامون این فرایند، بهمنظور بهبود آن، وجود دارد.
1-4- نمودار حد شکلدهی18
شکلپذیری یک ورق یا لوله فلزی، توانایی آن به تغییر شکل پلاستیک، بدون بروز هرگونه عیبی میباشد. گلویی شدن، پارگی و چروکیدگی را میتوان به عنوان معیارهایی بهمنظور توصیف شکلپذیری ماده بیان کرد. بر همین اساس، مارسینیاک به منظور بیان شکلپذیری ماده، دیاگرام حد شکلدهی بر اساس کرنشهای اصلی بزرگتر و کوچکتر را با نواحی مشخصی از کرنشها بر پایه نوع عیوب تقسیمبندی کرده است که در شکل (‏1-5) قابل مشاهده میباشد [12]. همانطور که در شکل مشاهده میشود نمودار به نواحی عاری از گلویی (ناحیهی داخل نمودار ACGHO) ، عاری از پارگی (ناحیهی داخل نمودار ACDFO) و عاری از چروکیدگی (ناحیهی بالای نمودار AB) تقسیمبندی شده است.

شکل (‏1-5) نواحی تقسیمبندی شده منحنی حد شکلدهی بر اساس عیوب [12]
منحنیهای حد شکلدهی در حقیقت محدوده کرنشهایی است که یک ورق یا لوله میتواند تحمل کند و نشاندهنده ارتباط بین کرنشهای اصلی بزرگتر 1? و کوچکتر 2? میباشد. نمودارهای حد شکلدهی در تشخیص مسائل بالفعل و بالقوه شکلدهی بسیار سودمند واقع شدهاند. ورقها و لولههایی را که با شبکههای دایرهای نشانهگذاری شدهاند، میتوان با استفاده از قالبهای آزمایشی، یا قالبهای اصلی که در تولید به کار میروند، شکل داد. کرنشهای موضعی نزدیک به نقطه پارگی، یا نقاط مشکوک را میتوان سنجید و با نمودار حد شکلدهی مقایسه کرد. بدین ترتیب دستیابی به دو هدف ممکن میشود: نخست آنکه میتوان نقاط دردسرساز را شناسایی کرده و شدت مسئله را، حتی در هنگامی که پارگی رخ نمیدهد سنجید. اگر کرنشهای اندازهگیری شده نزدیک به منحنی پارگی باشند، احتمالا پارگی بعضی از محصولات از سایش قالب، تغییرات روز به روز دما، نحوه روانکاری، تنظیم قالبها، ضخامت و خواص قطعه ناشی میشود. هدف دوم مقایسه کرنشهای اندازهگیری شده با نمودار حد شکلدهی، شناسایی ماهیت مسئله است. در نمودار حد شکلدهی، کمترین مقدار نمودار در راستای عمودی در حالت کرنش صفحهای دیده میشود، بنابراین اگر تغییر شکل در ناحیه بحرانی نزدیک به حالت کرنش صفحهای باشد، تغییرات روانکاری یا قالبها، که سبب کشیده شدن بیشتر میشود، سودمند خواهد بود [13]. در هنگام بررسی شکلپذیری ورق یا لوله، اگر ترکیب کرنشهای تمام نقاط در زیر منحنی حد شکلدهی واقع شود قطعه بدون پارگی شکل خواهد گرفت ولی اگر ترکیب کرنشها در نقاط بحرانی قطعه، بالای این منحنی قرار گیرد، محصول قطعاً پاره خواهد شد و در حقیقت برای موفقیتآمیز بودن عملیات، باید ترکیب کرنشهای تمام نقاط، زیر منحنی حد شکلدهی واقع شود و قرار گرفتن ترکیب کرنشهای حتی یک نقطه از قطعه در بالای منحنی، به معنای پارگی آن قطعه از همان نقطه خواهد بود [14].
1-4-1- کاربردهای نمودار حد شکلدهی
1-4-1-1- کاربرد نمودار حد شکل‌دهی در طراحی قطعه و تحلیل اجزاء محدود
معیارهای زیادی در طراحی قطعهی ‌فلزی تأثیرگذار هستند که یکی از آنها، حداکثر میزان شکلدهی است که فراتر از آن در فلز پارگی و یا چروکیدگی رخ میدهد. اگر قبل از ساخت قالب و تولید قطعه، این مسئله برای طراح قالب روشن باشد، باعث کمتر شدن هزینه و ضایعات می‌گردد. برای نیل به این مقصود، ابتدا از یک ابزار المان محدود که کار تجزیه و تحلیل قطعات را به عهده دارد استفاده میگردد. از نتیجه‌ این تجزیه و تحلیل‌ها، می‌توان کرنشهای اصلی را در نمونهها بدست آورد. نتیجه بدست‌ آمده برای هر المان خاص موجود در قطعه را می‌توان توسط نمودار حد شکل‌دهی تجزیه و ‌تحلیل نمود و حالت آن المان خاص را بعد از عملیات شکلدهی بدست آورد. به طور مثال اگر المان دارای کرنشهایی باشد که در نمودار حد شکل‌دهی در ناحیه پارگی نشان داده شده است، آن قسمت از قطعه در حین تولید دارای نقص می‌گردد. لذا یا می‌توان با تغییر در معیارهای مؤثر بر شکلدهی، تغییراتی در شکل و سطح نمودار حد شکل‌دهی ایجاد کرد، یا اینکه روش شکلدهی را تغییر داده و قطعه را در چند مرحله مورد عملیات قرار داد تا شکل ‌نهایی را به خود بگیرد. نمودار حد شکل‌دهی، در پیش‌بینی ایجاد نقص در قطعه‌کار قبل از تولید کاربرد فراوانی دارد و نه تنها باعث کاهش هزینه تولید میگردد، ‌بلکه سبب بالا‌ رفتن کیفیت ساخت قطعه و قالب مربوطه نیز می‌گردد [13]. بنابراین یکی از روشهای واقعبینانه و موثر به منظور بررسی امکانپذیر بودن تولید یک قطعه و طراحی موفق در فرایندهای شکلدهی، استفاده از نمودارهای حد شکلدهی (FLD) میباشد. این ابزار ما را قادر به پیشبینی رفتار ماده در حین فرایند شکلدهی میسازد. به عنوان مثال میتوان:
1- مقادیر کرنشهای ممکن و مناسب برای یک فرایند،
2- نواحی بحرانی و حساس در قطعه که مستعد گلویی و پارگی هستند؛

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

3- مقادیر کرنش ممکن در مسیرهای مختلف بارگذاری،
4- شرایط مناسب برای فرایند، همانند روانکاری،
را پیشبینی نمود [12]. در عمل این روش به این صورت به کار برده میشود: در حین طراحی قالب، طراح با توجه به محدوده کرنش موردنظر و شکل قطعه (که در واقع بر مسیر بارگذاری موثر خواهد بود)، جنس مناسب را مشخص مینماید. مسیرهای مختلف بارگذاری و تغییر شکل حاصل از این مسیرها در شکل (‏1-6) نشان داده شده است.
شکل (‏1-6) مناطق مختلف نمودار حد شکلدهی [15]
1-4-1-2- کاربرد نمودار حد شکل‌دهی در بهینهسازی طراحی قالب
طراح باید موارد غیر از پارگی را نیز در نظر بگیرد که شامل نازکشدگی بیش از حد، تمایل به چروکیدگی، چروکیدگی و کشش غیر کافی است که با مطالعه سطوح کرنش بدست میآید. در این حالت با پیشبینی کرنشهای ‌لازم در مورد قطعات طراحی شده و درک وضعیت کرنش‌ در آن حالت خاص، می‌توان از نمودار حد شکل‌دهی‌ استفاده کرد. به طور نمونه، فضای یک نمودار حد شکل‌دهی در شکل (‏1-7) نشان داده شده است و خاصیت هر منطقه نیز ذکر شده است. با در دست داشتن نمودار حد شکل‌دهی و با علم به اینکه هر قسمت از نمودار مذکور دارای خواص ویژ‌ه‌ای است، برای رسیدن به یک حالت خاص می‌توان کرنشهای مربوط به آن حالت را که در شکل مشخص است، در قطعه پدید آورد [15].

شکل (‏1-7) مناطق مختلف نمودار حد شکلدهی [15]
1-4-2- برآورد منحنی حد شکلدهی
نمودارهای حد شکلدهی، محدوده کرنشی را که ورقها و لولههای فلزی میتوانند تحمل کنند به صورت نسبت کرنش بزرگتر به کرنش کوچکتر نشان میدهند. برای رسم یک منحنی حد شکلدهی نیاز به نقاط مختلفی میباشد که هر کدام از آنها از یک مسیر بارگذاری خاص بدست میآیند. در یک منحنی حد شکلدهی سه ناحیه وجود دارد که عبارتند از:
1- سمت چپ منحنی که در آن کرنش اصلی بزرگتر مثبت و کرنش اصلی کوچکتر منفی میباشد.
2- مرکز منحنی که در آن کرنش اصلی بزرگتر مثبت و کرنش اصلی کوچکتر تقریباً صفر میباشد که به این حالت کرنشصفحهای گفته میشود و معمولاً در نمودارهای حد شکلدهی آن را با FLD0 نشان میدهند.
3- سمت راست نمودار که در آن کرنش اصلی بزرگتر و کرنش اصلی کوچکتر هر دو مثبت میباشد.
بنابراین برای رسم یک نمودار حد شکلدهی باید شرایط مختلف بارگذاری که با استفاده از آن نقاط مختلفی از منحنی بدست میآید، ایجاد شود. روشهای مختلفی برای ایجاد مسیرهای بارگذاری مختلف وجود دارد. مثلا مسیرهای کرنش لازم را میتوان با کمک روانکارهای متفاوت که شرایط اصطکاکی را تغییر میدهد و یا با استفاده از نمونههایی با هندسه متفاوت ایجاد کرد. نکتهی دیگری که باید به آن توجه شود این است که باید به تعداد کافی آزمایش انجام بگیرد تا نمودار حد شکلدهی دقیقی رسم شود. مدلهای تئوری مختلفی برای محاسبه منحنی حد شکلدهی موجود است. برخی از مهمترین مدلهای تئوری ارائه شده در زیر آورده شده است:
– مدل باریکشوندگی (گلویی) پخشی سوئیفت در سال 1952
– مدل باریکشوندگی موضعی هیل در سال 1952
– مدل نقص در قطعه اولیه مارسینیاک و کوزینسکی در سال 1967
– تئوری گوشه استورن و رایس در سال 1975
– تحلیل آشفتگی دوزینسکی و مولیناری در سال 1981
در تعیین نمودار حد شکلدهی، عمدتاً از روش کشش خارج از صفحه استفاده میشود که شامل کشیدن ورق یا لوله روی سنبه و یا کشیدن ورق و انبساط لوله به کمک فشار سیال هیدرولیک است. در این حالت یک تغییر شکل خارج از صفحه ایجاد میشود و اثر اصطکاک نیز تاثیرگذار است. بعد از انجام تست و ایجاد تغییر شکل، کرنشها در محل گلویی و اطراف آن اندازهگیری میشوند. منحنی حد کرنش در بالای کرنشهای خارج از منطقه گلویی و زیر کرنشهای مربوط به منطقه گلویی و پارگی، رسم میشود. در سمت چپ منحنی، کرنشهای اصلی بزرگ، مثبت و کرنشهای اصلی کوچک، منفی هستند. بنابراین مسیرهای کرنش زیادی را از حالت کشش تک محوری تا کرنشصفحهای ایجاد میکند و سمت راست نیز مسیر کرنشهای مختلف، از حالت کرنش صفحهای تا کشش دو محوری را پوشش میدهد. در بعضی موارد منحنی دیگری به اندازه 10% پائینتر از منحنی اصلی رسم میشود که به آن منحنی حد شکلدهی امن19 گفته میشود. این امر به این دلیل است که گلویی شدن به عوامل مختلفی بستگی دارد که از جمله میتوان به دقت تجهیزات و توانایی اپراتور اشاره کرد.
1-4-3- شبکهبندی نمونهها
تحلیل شبکههای دایرهای روش مناسبی برای اطمینان از مطلوب بودن قالب تولید شده و تشخیص پارگی و یا گلویی شدن میباشد. مجموعهای از دایرههای کوچک بر روی مناطق بحرانی ورق یا لوله به کمک روشهای چاپ یا اچ کردن ایجاد میشود. پس از تغییر شکل قطعه در نقاط بحرانی، قطر بزرگ و کوچک دایرهها اندازهگیری میشود. مناطق بحرانی قطعه از روی پارگی و یا گلویی شدن شناسایی میشوند. کرنشهای موضعی از روی اندازههای بدست آمده محاسبه شده و در نمودار رسم میشوند. اگر بیشترین کرنش محاسبه شده، نزدیک و یا بالای نمودار حد شکلدهی باشد، در این صورت مشکلی در قالببندی، روغنکاری، اندازه قطعه و یا پارامترهای پرس وجود دارد، حتی اگر گلویی و یا پارگی نیز ایجاد نشده باشد [1].
بهمنظور اندازهگیری کرنشها پس از شکلدهی، لازم است که نمونهها قبل از شکلدهی شبکهبندی شوند. حالتهای مختلفی از شبکهبندی را میتوان بکار برد. در حالت شبکهبندی مربعی و حالتی که تعدادی دایره به هم چسبیده و یا با هم تداخل دارند دقت خوبی ایجاد میشود ولی اندازهگیری شبکهها مشکل است. بنابراین عموماً در شبکهها از دایرههایی که با فاصله کمی از هم قرار دارند، استفاده میشود که با این طرح میتوان به دقت خوبی رسید و ایجاد طرح و اندازهگیری آن نیز سادهتر میباشد. برای این طرح میتوان از دایرههایی با قطر 5/2 میلیمتر (in 1/0) استفاده کرد [4].

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید