پایان نامه با موضوع ساختار صنعت

امکان شکل‌دهي قطعات مخروطي در دو مرحله مورد بررسي قرار گرفت. شکل‌دهي مرحله اول اين قطعات با روش هيدروفرمينگ انجام گرفت. در اين راستا با استفاده از تاثير پارامترهاي بررسي شده روشي ارايه گرديد که بر اساس آن شکل مطلوبي براي سنبه پيش‌فرم بدست آمد. روش ارايه شده قابليت تعميم براي قطعات مخروطي را بطور کلي دارا مي‌باشد.
در شکل‌دهي مرحله دوم ابتدا روش هيدروفرمينگ مورد استفاده قرار گرفت اما به‌دليل پيچيدگي قالب براي اين مرحله، از روش کشش عميق مجدد سنتي استفاده شد ولي ملاحظه گرديد که با اين روش امکان شکل‌دهي مرحله دوم وجود ندارد. از اين رو، با مطالعه بر روي فرآيند، روشي جديد براي شکل‌دهي مرحله دوم ارائه شد که امکان توليد قطعه مخروطي با کيفيت مورد نظر امکان‌پذير شد.
1-6- مراحل انجام رساله
در انجام رساله حاضر، همانطور که در بخش قبل بيان گرديد نياز به تامين تجهيزات آزمايشگاهي جهت مطالعه تاثير پارامترهاي موثر و پس از آن طراحي و ساخت قالب‌هاي مناسب براي توليد نمونه‌هاي واقعي بود. اين موضوع در فصل دوم مورد بررسي قرار خواهد گرفت. به منظور بررسي کاملتر تاثير پارامترهاي موثر و نيز شکل‌دهي قطعه در قالب‌هاي مورد نظر از نتايج شبيه‌سازي اجزاي محدود نيز بهره‌گيري گرديد. در فصل سوم مراحل اجراي شبيه‌سازي در نرم‌افزار تجاري ABAQUS مورد بررسي قرار خواهد گرفت. فصل چهارم به نتايج حاصل از مراحل تجربي و نيز نرم‌افزار اجزاي محدود پرداخته مي‌شود و پيرامون آن نتايج بطور گسترده بحث مي‌گردد. در فصل پنجم نتيجه‌گيري‌هاي کلي رساله ارايه مي‌گردد و چند پيشنهاد مفيد براي تکميل نتايج اين تحقيق ارايه خواهد شد.

فصل 2- فصل2
مراحل آزمايشگاهي

2-1- مقدمه
در اين فصل، ابتدا شرح مختصري درباره انتخاب نوع روش هيدروفرمينگ ارايه مي‌شود. سپس به معرفي تجهيزات استفاده شده در آزمايش‌ها پرداخته مي‌شود. در ادامه، آزمايش کشش براي بدست آوردن خواص فلز، جزئيات اجزاي قالب، نحوه عملکرد قالب و اجزاي اندازه‌گيري شرح داده خواهد شد.
2-2- انتخاب نوع روش هيدروفرمينگ براي شکل‌دهي قطعات مخروطي
همانطور که در فصل(1) توضيح داده شد، به دليل تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اوليه شکل‌دهي قطعات مخروطي، تنش زيادي در ناحيه تماس با نوک سنبه به ورق اعمال مي‌شود. در بين روشهاي مختلف هيدروفرمينگ ورق که در فصل (1) به آنها پرداخته شد، روشهاي اصلي‌تر شامل هيدروفرمينگ سنبه-سيال، هيدروفرمينگ استاندارد، هيدروديناميکي، هيدروديناميكي با فشار شعاعي و هيدروديناميكي با فشار يکنواخت مورد بررسي مقدماتي آزمايشگاهي و يا شبيه‌سازي قرار گرفتند تا روش مناسبي براي شکل‌دهي قطعات مخروطي انتخاب گردد. در بخش (4-2) در مورد نحوه انتخاب روش هيدروفرمينگ توضيح کامل‌تري داده شد. روش هيدروديناميکي با فشار شعاعي، با توجه به مزاياي آن ازجمله شکل‌دهي با نسبت کشش بالا، توليد اشکال پيچيده و ساختار صنعتي ساده‌تر آن (عدم استفاده از اورينگ و ساختار ساده قالب) براي شکل‌دهي قطعه مخروطي در اين پايان نامه انتخاب گرديد.
2-3- معرفي دستگاه و تجهيزات
2-3-1- ماشين شکل‌دهي
آزمايش‌ها با استفاده از يک دستگاه آزمايش اونيورسال DMG (Denison & Mayes Group) با ظرفيت KN600 و يک پرس کارگاهي شرکت خاور پرس با ظرفيت KN400 که در شکل (2-1) تصوير آنها نشان داده شده ‌است، انجام شد. کليه حرکات دستگاه اونيورسال توسط واحد کامپيوتري متصل به آن قابل کنترل مي‌باشد. سرعت اين دستگاه متغير و با استفاده از کامپيوتر قابل تنظيم مي‌باشد. حد اکثر سرعت در ماشين اونيورسال 200 ميليمتر بر دقيقه است. در اين ماشين، مقدار نيرو بر حسب جابجايي در هر لحظه توسط کامپيوتر قابل ثبت مي‌باشد و نمودار نيرو- جابجايي توسط يک نرم افزار قابل ترسيم است. پرس کارگاهي بصورت دستي قابل کنترل بوده و سرعت آن ثابت و برابر 850 ميليمتر بر دقيقه مي‌باشد.

شكل (2-1) ماشين‌هاي شکل‌دهي، سمت راست، دستگاه آزمايش اونيورسال (DMG)، سمت چپ، پرس هيدروليک KN400 خاور پرس
2-3-2- مجموعه قالب
در اين پژوهش ازمجموعه قالب هيدروديناميکي با فشار شعاعي استفاده شده است. تصوير شماتيک اين مجموعه قالب در شکل (2-2) نشان داده شده است.

شكل (2-2) تصوير شماتيک مجموعه قالب کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي مورد استفاده در اين پژوهش.
مجموعه قالب هيدروفرمينگ استفاده شده از دو قسمت محفظه قالب و سيستم کنترل فشار تشکيل شده است. قطعات محفظه قالب، قطعاتي هستند که مشابه اجزاي مجموعه قالب کشش عميق معمولي بوده و به طور مستقيم براي ايجاد تغيير شکل در ورق بکار گرفته مي شوند. اين اجزا شامل سنبه ، ماتريس (محفظه فشار) و ورق‌گير مي باشند. وظيفه اصلي سيستم کنترل فشار ايجاد فشار شکل‌دهي وکنترل فشار سيال در مرحله شکل‌دهي مي‌باشد. اين سيستم از شير کنترل فشار، شير يکسو کننده (يکطرفه)، فشار سنج و اتصالات هيدروليکي تشکيل شده است. شکل(2-3) مجموعه قالب را در حالت نصب شده بر روي دستگاه و نيز اجزاي اصلي آن مجموعه قالب را نشان مي‌دهد.

شكل (2-3) الف- اجزاي مجموعه قالب ، ب- مجموعه قالب در حالت نصب شده بر روي دستگاه آزمايش.
نحوه عملکرد مجموعه قالب به اين شرح است که در ابتدا ماتريس بر روي ميز دستگاه قرار داده مي‌شود و سنبه بر روي کوبه پرس نصب مي‌گردد. پس از قرار دادن ورق در محل ايجاد شده روي ماتريس، ورق‌گ
ير بر روي ماتريس قرار داده مي‌شود. با حرکت سنبه، ورق به درون حفره ماتريس هدايت شده و با افزايش کورس، فشار سيال افزايش مي يابد و از اين طريق فشار مورد نياز براي شکل‌دهي تامين مي گردد. براي بهبود بخشيدن به جريان فلز در حين فرآيند، ابتدا يک فشار اوليه محدودي توسط واحد هيدروليکي در زير ورق اعمال مي‌گردد. سپس همزمان با حرکت سنبه و افزايش فشار درون محفظه ماتريس، ورق به داخل ماتريس کشيده مي‌شود. پس از رسيدن فشار سيال به مقدار بيشينه، شير کنترل فشار باز مي‌گردد و از آن پس عمليات شکل‌دهي با فشار ثابت انجام مي‌شود. بدليل استفاده از فرآيند هيدروديناميکي در اين پژوهش، آب‌بندي انجام شده بين ورق‌گير و ماتريس از نوع فلز با فلز بوده و از هيچ اورينگي براي آب‌بندي استفاده نگرديده است. در نتيجه، از فاصله بين ورق‌گير و ماتريس سيال نشت مي‌کند. از اين رو، امکان اعمال فشار اوليه بالا وجود ندارد. در مجموعه قالب حاضر فشار بيشينه اوليه قابل اعمال MPa2 مي‌باشد. شکل (2-4) مسير فشار نمونه اعمالي در اين پژوهش را نشان مي‌دهد که در آن، مسير OA، فشار اوليه MPa2 است که بدون حرکت سنبه اعمال مي گردد. مسير BC مسير فشار ثابتي است که فشار بيشينه اعمالي است و در طي آن سيال از شير کنترل فشار تخليه مي گردد. مسير AB مسير فشار خطي است که شيب آن با توجه به سرعت سنبه، شکل قطعه و ضخامت ورق، قابل تغيير مي‌باشد.

شكل (2-4) مسير نمونه فشار اعمالي در تحقيق حاضر
2-3-3- قطعات مجموعه قالب
الف – سنبه
اين قطعه به ورق نيرو وارد كرده و آنرا به داخل حفره ماتريس مي‌كشد. شكل قطعه بر روي سنبه ايجاد شده و با استفاده از فشار سيال اين شکل بر روي ورق ايجاد مي‌شود. جنس اين قطعه فولاد St-37 بوده كه با عمليات تراشكاري ساخته و سطح آن پرداخت شده است.
ب- ماتريس
ماتريس از يک حفره تشکيل شده که سيال درون آن قرار مي‌گيرد. شکل حفره به صورت استوانه‌اي است و مستقل از هندسه قطعه‌کار مي‌باشد. فشار سيال درون ماتريس، ورق را بر روي سنبه مي‌فشارد و در نتيجه ورق شکل سنبه را به خود مي‌گيرد. در اين روش، با استفاده از يک ماتريس ميتوان با تغيير سنبه با هندسه متفاوت قطعات مختلفي توليد کرد. همچنين هزينه ساخت ماتريس نيز بخاطر شکل ساده آن کمتر از روشهاي سنتي مي‌باشد. در روش هيدروديناميکي با فشار شعاعي، ورق در بين ماتريس و ورق‌گير آزاد است و برخلاف روش کشش عميق سنتي ورق‌گير بر روي ورق قرار نمي‌گيرد. از اين رو، براي موقعيت دهي ورق، پله‌اي بر روي ماتريس ايجاد شده است. ارتفاع اين پله به اندازهmm 2/0 از ضخامت ورق بيشتر است. در بعضي از قالبهاي استفاده شده در اين رساله بخاطر کاهش در هزينه ساخت، پله در صفحه ورق‌گير ايجاد شده است. سيستم کنترل فشار به محفظه فشار (ماتريس) متصل مي‌شود.
ج- ورق‌گير
ورق‌گير بر روي ماتريس قرار مي‌گيرد و نقش بسته شدن محفظه قالب را بر عهده دارد. از آنجايي که كفشك در قالب استفاده نمي‌شود، ورق‌گير علاوه بر قرار گرفتن روي محفظه فشار، نقش موقعيت ‌دهنده سنبه را نيز ايفا مي‌كند. در مجموعه قالب استفاده شده، ورق‌گير هيچ نيرويي را مستقلاً به ورق اعمال نمي‌کند. در طي شکل‌دهي، فشار سيال بر ورق اعمال مي‌شود و ورق را به ورق‌گير مي‌چسباند و نيروي ورق‌گير از طرف سيال به ورق اعمال مي‌شود. براي ثابت نگه داشتن ورق‌گير بر روي ماتريس، از 2 عدد پيچ 14M استفاده شده است.
2-3-4- سيستم توليد فشار
براي ايجاد فشار از يک واحد هيدروليکي استفاده شده است که قابليت اعمال فشار را تا حداکثر MPa30 دارد. شکل (2-5) اين واحد را نشان ميدهد که دبي آن توسط يک پيچ تنظيم قابل تغيير مي‌باشد.

شكل (2-5) واحد هيدروليکي استفاده شده
براي تنظيم فشار داخل مخزن، يک مدار هيدروليکي طراحي و استفاده شد. اين مدار هيدروليکي از يک شير کنترل فشار جهت تنظيم فشار نهايي، يک مانومتر جهت نشان دادن مقدار فشار داخل مخزن، يک شير يکطرفه، سه راهي و اتصالات هيدروليکي تشکيل مي‌شود. شکل (2-6) مدار هيدروليکي را نشان مي‌دهد. تجهيزات سيستم هيدروليکي مربوط به اين مدار در شکل (2-7) آمده است.

شكل (2-6) مدار هيدروليکي استفاده شده در قالب هيدروديناميکي با فشار شعاعي
نحوه عملکرد سيسستم هيدروليکي به اين صورت است که فشار با استفاده از پمپ هيدروليکي ايجاد و با استفاده از شير يکطرفه وارد محفظه ماتريس مي‌شود. از شير يکطرفه بدين منظور استفاده مي‌شود که در صورت افزايش فشار داخل مخزن، سيال وارد مدار هيدروليکي پمپ نشود. براي کنترل فشار بيشينه مخزن از يک شير کنترل فشار استفاده شد. در اين شير با تنظيم روي فشار خاص، حداکثر فشار داخل مخزن تعيين مي‌گردد، بگونه‌اي که پس از رسيدن فشار مخزن به فشار تنظيم شده توسط شير، شير کنترل فشار باز مي‌شود و سيال از طريق آن خارج مي‌شود و از افزايش فشار مخزن جلو گيري بعمل مي‌آيد. در اين سيستم هيدروليکي از يک فشار سنج ديجيتالي استفاده شده است که مقدار فشار در هر لحظه توسط کامپيوتر ثبت مي‌شود و نمودار مسير فشار بر حسب زمان توسط يک نرم افزار قابل ترسيم مي‌باشد. سيال به کار رفته جهت شکل‌دهي ورق، روغنSAE20 W5 ساخت کارخانه نفت پارس مي‌باشد.

شكل (2-7) تجهيزات سيتم هيدروليکي کنترل فشار
2-4- دستگاه‌هاي اندازه‌گيري
2-4-1- دستگاه ضخامت سنج
براي اندازه‌گيري ضخامت قطعات شكل داده شده از يك دستگاه ضخامت سنج اولتراسونيك ديجيتالي با دقت يك ميكرون استفاده شد. تصوير ا
ين دستگاه در شكل (2- 8 – الف) نشان داده شده است. با توجه به اينکه پراب7 اندازه‌گيري دستگاه ضخامت سنج براي اندازه‌گيري بر روي قوسها مناسب نبود براي اندازه‌گيري ضخامت قطعات، علاوه بر ضخامت سنج اولتراسونيک، از دستگاه ضخامت سنج مکانيکي ساعت دار کروپلين8 ساخت کشور آلمان نيز استفاده شد. اين وسيله داراي دقتmm 01/0 بوده و فک‌هاي اندازه‌گير اين ضخامت سنج داراي نوک کروي است که براي اندازه‌گيري در ناحيه قوس‌دار مناسب مي‌باشد. براي اندازه‌گيري ساير ابعاد قطعه از کوليس ديجيتالي و شعاع سنج ( Rسنج) استفاده شد. شکل (2-8 – ب و ج) تصوير اين وسايل اندازه‌گيري را نشان مي‌دهد.

شكل (2-8) تجهيزات اندازه‌گيري ضخامت ورق، الف- ضخامت سنج اولتراسونيک، ب- ضخامت سنج مکانيکي، ج- کوليس ديجيتالي.
2-4-2- دستگاه پروفيل پروژکتور
براي اندازه‌گيري دقيق پروفيل قطعات شكل‌ داده شده و سنبه‌هاي ساخته شده از دستگاه پروفيل پروژكتورBaty R14 ساخت كشور انگلستان كه در شكل (2-9) نشان داده شده، استفاده گرديد. دقت اين دستگاه يك ميكرون است و سيستم آن نوري مي‌باشد. ميز دستگاه در دو بعد قابليت حركت دارد و مختصات هر نقطه را در دو بعد ثبت مي كند. اين دستگاه متصل به يك رايانه است كه توسط نرم افزار Baty 3D Software تمام خروجي‌هاي را به صورت فايل‌هاي گرافيكي يا با پسوند *.pdf ذخيره مي‌كند.

شكل (2-9) دستگاه پروفيل پروژكتور نوري Baty R14
2-5- آزمايش کشش
براي انجام اين پژوهش از ورق مسي خالص (9/99%) با ضخامت mm1، 2 و 5/2 و ورق فولادي St14 به ضخامت mm 1 استفاده گرديد. براي بدست آوردن نمودار تنش- کرنش، نمونه‌هايي از ورق طبق استاندارد ASTM-A370 که در شکل (2-10) نشان داده شده، تحت زاويه‌هاي 00، 450 و 900 نسبت به راستاي نورد بريده شدند. نمونه‌هاي آماده شده توسط دستگاه آزمايش کشش اونيورسال کشيده شدند. در شکل (2-11) نمونه‌هايي از قطعات کشيده شده مسي نشان داده شده است.

شكل (2-10) ابعاد نمونه کشش مطابق استاندارد ASTM-A370.

شكل (2-11) نمونه‌هايي از قطعات کشيده شده طبق استاندارد ASTM-A370.
مشخصات مکانيکي و فيزيکي ورق‌هاي مسي و فولادي شامل منحني تنش-کرنش حقيقي، مدول الاستيکي، ضريب پوآسون و چگالي در جدول (2-1) و شکل (2-12) نشان داده شده اند.
جدول (2-1) خصوصيات مکانيکي و فيزيکي ورق‌هاي مورد استفاده.
جنس ورق
دانسيته،[30]
? (kg/m3)
ضريب‌پواسون[30]
تنش تسليم، ? (MPa)
ضريب استحکام، K
نماي کرنش سختي، n
مدول يانگ،[30]
E (GPa)
9/99% Cu
8940
32/0
123
98/530
44/0
117
14 St
7850
3/0
205
96/638
35/0
210

شكل (2-12) نمودار تنش – کرنش حقيقي حاصل از آزمايش کشش الف- فولاد St14 ب- مس 9/99%.

فصل3
فصل 3- شبيه‌سازي اجزاي محدود

3-1- مقدمه
در اين فصل نخست نرم افزار شبيه‌سازي اجزاي محدود ABAQUS معرفي و سپس مراحل تحليل فرآيند شکل‌دهي قطعه مخروطي در اين نرم‌افزار ارايه مي گردد.
3-2- معرفي نرم افزار شبيه‌سازي
نرم افزارABAQUS مجموعه اي از برنامه‌هاي شبيه‌سازي قدرتمند مهندسي است كه بر پايه روش اجزاي محدود بنا نهاده شده و مي‌تواند مسايلي با طيف گسترده از يك تحليل خطي نسبتا ساده تا تحليلهاي غيرخطي بسيار پيچيده را حل كند. اين نرم افزار قابليت شبيه‌سازي مسايل پيچيده مهندسي را در زمينه‌هاي مختلف دارد. از آنجايي كه انجام آزمايشات عملي بسيار پرهزينه است، استفاده از شبيه‌سازي

دیدگاهتان را بنویسید