پایان نامه با موضوع شبيه‌سازي، مخروطي، سنبه، فرآيند

دانلود پایان نامه

لاستيکي تمايل زيادي به استفاده از اين روش ندارند. در نتيجه در اين رساله، روش هيدروفرمينگ استاندارد در اولويت قرار نگرفت. در روشهاي کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي و هيدروديناميکي با فشار يکنواخت نسبت به ديگر روشها، نسبت کشش بالاتر مي‌باشد. در اين دو روش از آنجا که ورق با ورق‌گير درگير نمي‌باشد يعني بين ماتريس و ورق‌گير آزاد است، با توجه به اعمال فشار شعاعي روي لبه ورق، ورق راحت‌تر ميتواند در محفظه قالب جاري شود. روش هيدروديناميکي با فشار يکنواخت به دليل استفاده از يک رينگ آب‌بندي در صنعت از اولويت کمتري نسبت به روش هيدروديناميکي با فشار شعاعي برخوردار مي‌باشد. در نتيجه، روش هيدروديناميکي با فشار شعاعي به عنوان روش هيدروفرمينگ در اين رساله برگزيده شد.
4-3- تاييد شبيه‌سازي
يکي از موارد بسيار مهم در مطالعه با استفاده از نرم افزار اجزاي محدود بررسي صحت نتايج شبيه‌سازي مي‌باشد. روشهاي متفاوتي براي تاييد نتايج شبيه‌سازي وجود دارد. در اين مطالعه، با مقايسه نمودار نيروي تجربي با نيروي بدست آمده از شبيه‌سازي صحت شبيه‌سازي مورد تاييد قرار گرفت. همچنين با مقايسه منحني توزيع ضخامت در حالت شبيه‌سازي و تجربي صحت شبيه‌سازي مورد تاييد مضاعف قرار گرفته است. شکل(4-3) منحني‌هاي نيرو و توزيع ضخامت را در حالت شبيه‌سازي و تجربي نشان مي‌دهد. همانطور که مشاهده مي‌شود تطابق خوبي بين اين دو منحني وجود دارد بيشترين اختلاف بين نتايج شبيه‌سازي با نتايج تجربي براي پارامترهاي نيرو و توزيع ضخامت به ترتيب 6%و 5% مي‌باشد.

شكل (4-3) نتايج شبيه‌سازي و تجربي براي نمونه مسي، الف- منحني نيرو- جابجايي، ب- منحني توزيع ضخامت
4-4- بررسي تاثير پارامترهاي موثر بر شکل‌دهي قطعه مخروطي
4-4-1- مقدمه
همانطور که در بخش (1-5) اشاره شد، يکي از اهداف اصلي اين رساله شکل‌دهي قطعات مخروطي نوک‌تيز بوده‌است. هم در آزمايش‌هاي تجربي و هم در شبيه‌سازي ملاحظه گرديد که در صورت وجود داشتن نوک‌تيز در قطعه مخروطي، در همان مراحل اوليه شکل‌دهي در نمونه پارگي ايجاد مي‌‌گردد. براي دستيابي به قطعه مخروطي و بطور خاص قطعه نوک‌تيز در فرآيند کشش عميقي هيدروديناميکي با فشار شعاعي لازم بود تا تاثير پارامترهاي موثر بر چگونگي شکل‌دهي قطعه مخروطي مورد بررسي قرار گيرد و بر آن اساس پارامترهاي فرآيند بطور مناسب انتخاب گردد. از اين رو، در گام اول قطعه مخروطي ناقص با بدنه استوانه‌اي انتخاب گرديد تا بتوان تاثير پارامترهاي فرآيند را بدست آورد.
از مهمترين پارامترهايي که بر شکل‌دهي قطعه مخروطي در فرآيند هيدروديناميکي با فشار شعاعي موثرند مي‌توان به پارامترهاي فرآيند يعني مسير فشار، پارامترهاي ورق يعني جنس و ضخامت ورق و پارامترهاي قالب يعني زاويه مخروط، ارتفاع مخروط، شعاع قسمت‌هاي مختلف سنبه و ضريب اصطکاک اشاره کرد. در ذيل تاثير اين پارامتر‌ها بررسي مي‌شود.
براي بررسي تاثير پارامترهاي شکل‌دهي قطعه مخروطي در روش هيدروديناميکي با فشار شعاعي، قطعه مخروطي نشان داده شده در شکل (4-4) انتخاب گرديد. جزئيات قطعه مورد نظر در جدول (4-1) آمده است.

شكل (4-4) هندسه پارامتر‌ي قطعه مخروطي براي بررسي تاثير پارامترهاي موثر در فرآيند
همانطورکه از جدول (4-1) پيداست، براي قطعه نشان داده در شکل (4-4) چهارنوع قطعه با هندسه، جنس و ضخامت مختلف در نظر گرفته شد که در آن جدول با قطعاتA ،B ، C وD معرفي گرديدند. ابعاد اين قطعات متناسب با دو قطعه صنعتي مورد بررسي انتخاب گرديد. قطعه‌هاي A،B وC از نظر اندازه، به جز ضخامت، هم اندازه با قطعه کوچک صنعتي و 1:8 قطعه بزرگ صنعتي و قطعه D از نظر اندازه، به جز ضخامت، 1:2 قطعه بزرگ صنعتي انتخاب شد.
جدول (4-1) جزئيات قطعه نشان داده شده در شکل(4-4)، ابعاد به mm
اندازه و نوع قطعه

مقدار نسبت داده شده به قطعه

قطعه (A ، B و C)
قطعه (D)
جنس ورق
فولاد C:St14 مس خالص A, B:
مس خالص
ارتفاع ناحيه مخروطي، h1
20
40

ارتفاع ناحيه استوانه‌اي، h2
18
16
شعاع سر مخروطي، R1
8
12
شعاع ناحيه استوانه‌اي، R2
75/20
39
شعاع نوک مخروط، r1
5/3
8
شعاع بين استوانه- مخروط، r2
5/5
8
ضخامت اوليه ورق، t0
2,A: 1, B: 1C:
5/2
4-4-2- بررسي تاثير مسير فشار
هندسه کلي نشان داده شده در شکل (4-4) براي تحليل در بخش‌هاي 4-4-2 تا 4- 4- 5 به زاويه مخروط 600 مقيد گرديده است.
همانطور که در جدول (4-1) نشان داده شده است، اندازه‌هاي قطعه D با قطعاتA ، B وC از نظر ابعاد کلي متفاوت است. از طرفي، ضخامت ورق نيز يکي از پارامتر‌هاي هندسي است که تغيير مي‌کند و تغيير آن موجب تغيير در طراحي و يا تغيير ابعاد سنبه و نيز فاصله بين ورق‌گير و ماتريس (G) مي‌گردد. از اين رو، ابعاد مجموعه قالب نيز ثابت نخواهد بود. در اين قالب‌ها همانطور که قبلا اشاره شد فاصله بين ورق‌گير و ماتريس به اندازهmm 2/0 از ضخامت ورق بيشتر است. شکل(4-5) ابعاد قالب را به صورت پارامتري نشان مي‌دهد. ابعاد قالب براي اين چهار قطعه در جدول (4-2) نشان داده شده است. ابعاد سنبه متناسب با ابعاد قطعه بيان شده در جدول(4-1) مي‌باشد.

شكل (4-5) هندسه پارامتري مجموعه قالب هيدرومکانيکي بصورت
جدول (4-2) جزئيات ابعاد مجموعه قالب شکل(4-5)، ابعاد به mm
پارامتر
مقدار نسبت داده شده به قطعه

قطعه (A ، B و C)
قطعه D
قطر داخلي ماتريس، Dd
44
A: ,46 B:C:
86
قطر سوراخ ورق‌گير، Dh
42
83
قطر بلانک، Db
78
130
شعاع ورق‌گير، rh
3
3
شعاع ماتريس، rd
4
5
فاصله بين ورق‌گير و ماتريس، G
A: 2/2 , B:C:2/1
7/2

از آنجا که يکي از اهداف اين پژوهش رفع يک نياز عملي صنعتي بوده است، در انجام تحقيق سعي شده است تا مسير فشار حتي المقدور در عمل بسادگي قابل دستيابي باشد. در اين راستا، مسير فشاري که با استفاده از حرکت سنبه در قالب بوجود مي‌آيد، مورد استفاده قرار گرفت. در اين مسير، در حين انجام آزمايش‌ها با حرکت سنبه به درون حفره ماتريس فشار سيال افزايش مي‌يافت و از اين طريق فشار مورد نياز براي شکل‌دهي تامين مي‌گرديد. با اين وجود، جهت تامين فشار اوليه پيش‌بشکه‌اي از يک واحد هيدروليکي نيز استفاده شد. بمنظور تنظيم حداکثر فشار، يک شير کنترل فشار مورد استفاده قرار گرفت. براي بهبود بخشيدن به جريان فلز در حين فرآيند هيدروفرمينگ، ابتدا يک فشار اوليه محدودي در زير ورق اعمال گرديد. سپس همزمان با حرکت سنبه و افزايش فشار درون محفظه ماتريس، ورق به داخل ماتريس کشيده شد. پس از رسيدن فشار سيال به فشار حداکثر، شير کنترل فشار باز گرديد و از آن پس عمليات شکل‌دهي با فشار ثابت انجام گرفت. بدليل استفاده از نوع فرآيند هيدروفرمينگ در اين پژوهش، آب‌بندي انجام شده بين ورق‌گير و ماتريس از نوع فلز با فلز بوده و از هيچ اورينگي براي آب‌بندي استفاده نگرديد. در نتيجه، از فاصله بين ورق‌گير و ماتريس سيال نشت مي‌کرد. از اين رو، امکان اعمال فشار اوليه بالا وجود نداشت. در اين مجموعه قالب، حداکثر فشار اوليه قابل اعمال MPa2 بود. شکل (4-6) مسير فشار نمونه اعمالي در اين پژوهش را نشان مي‌دهد که در آن مسير OA، فشار اوليه MPa2 است که بدون حرکت سنبه اعمال گرديد. مسير BC مسير فشار ثابت و حداکثر فشار اعمالي است که در طي آن سيال از شير کنترل فشار تخليه مي‌گردد. مسير AB مسير فشار خطي است که شيب آن با تغيير در سرعت سنبه، شکل و ضخامت ورق تغيير مي‌کند. در کل اين رساله، جز در حالت بررسي تاثير سرعت سنبه، اين پارامتر ثابت و برابر با mm/min200 در نظر گرفته شد. بنابراين شيب مسيرAB در شکل (4-6- الف) تابع شکل قطعه و ضخامت ورق خواهد بود. از طرفي بدست آوردن مسير فشار AB يعني فشار بر حسب کورس امکان پذير نبود چون مانومتر ديجيتالي استفاده شده مسير فشار را بر حسب زمان ثبت مي‌نمود. مسير فشار نمونه اعمالي در آزمايش بصورت فشار بر حسب زمان را مي‌توان مطابق شکل(4- 6- ب) نشان داد. يادآور مي‌گردد که در شکل زمان صفر لحظه آغاز حرکت سنبه مي‌باشد. از اين رو، مسير OA بر روي محور قائم قرار خواهد داشت. جهت معرفي مسير نشان داده شده در شکل(4-6-الف)، نياز به تعيين کورس متناظر با نقطه B بوده است. همانگونه که ذکر گرديد با داده‌هاي مانومتر ديجيتال زمان متناظر با نقطه B در شکل(4-6- ب) معلوم مي‌باشد. با فرض رابطه ساده خطي بين جابجايي و زمان و در يک سرعت معين سنبه مقدار جابجايي متناظر با نقطه B بدست خواهد آمد. در عمل، براي هر قطعه A تا D ورق با ضخامت معين مورد آزمايش قرار گرفت و شيب مربوط به مسير فشار- جابجايي AB بدست آمد. شکل (4-7) مسيرهاي فشار تعريف شده را در فشارهاي نهايي مختلف براي قطعه‌هاي A، B ، C و D نشان مي‌دهد که در انجام شبيه‌سازي مورد استفاده قرار گرفته است. براي دو قطعه B و C بخاطر يکسان بودن هندسه و ضخامت ورق مسير فشار يکي در نظر گرفته شد.

شكل (4-6) مسير فشار نمونه اعمالي در آزمايش
شكل (4-7)
شكل (4-8) مسير فشار براي چهار قطعه مخروطي، الف- قطعه A، ب- قطعه‌هاي B و C ، ج- قطعه D
براي بررسي دقيق‌تر تغييرات ضخامت، قطعه مخروطي مطابق شکل (4-8-الف) برش داده شده و منحني‌هاي توزيع ضخامت در امتداد مسير عمود بر آن مقطع برش تعيين گرديدند. همچنين مسير ياد شده مطابق شکل(4-8- ب) به نواحي مختلفي تقسيم شده است.

شكل (4-9) الف- مسير مشخص شده براي تعيين منحني‌هاي توزيع ضخامت، ب- ناحيه‌هاي مورد مطالعه در قطعه
در نتايج شبيه‌سازي براي قطعه A مشاهده شد که تا فشار بيشينه کمتر از MPa5/12 قطعه مخروطي در ناحيه تماس شعاع نوک سنبه با ورق دچار پارگي مي‌گردد. در اين حالت، به دليل پايين بودن سطح فشار شکل‌دهي، ورق بخوبي بر روي ديواره‌ي سنبه جريان نمي‌يابد، در ناحيه تماس شعاع نوک سنبه با ورق کرنش زياد ايجاد مي‌شود و فرآيند شکل‌دهي شبيه فرآيند کشش عميق سنتي عمل مي‌کند که در نهايت منجر به پارگي قطعه مخروطي مي‌شود. نتيجه تجربي اين موضوع را مورد تاييد قرار داد. شکل (4-9) مدل شبيه‌سازي شده و قطعه شکل داده شده A را براي فشار MPa10نشان مي‌دهد. همانطور که در فصل3 بيان شد در شبيه‌سازي براي پيش بيني پارگي از معيار حداکثر نازک شدگي استفاده شده است و درشکل محل پارگي با توجه به حداکثر کرنش نشان داده شده است.

دیدگاهتان را بنویسید