متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : بررسی تجربی و عددی حد شکل‌دهی در فرایند هیدروفرمینگ لوله‌های فلزی

دانشگاه شاهرود

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان ­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته

مهندسی مکانیک، گرایش ساخت و تولید

عنوان:

بررسی تجربی و عددی حد شکل‌دهی در فرایند هیدروفرمینگ لوله‌های فلزی

اساتید راهنما:

دکتر مهدی گردویی

دکتر محمد بخشی جویباری

استاد مشاور:

دکتر عبدالحمید گرجی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات……………………………………………………1

1-1- مقدمه……………………………………………………….. 2

1-2- معرفی فرایندهای شکل­دهی فلزات………………………. 2

1-3- معرفی فرایند هیدروفرمینگ………………………………… 4

1-3-1- تاریخچه فرایند هیدروفرمینگ……………………………. 4

1-3-2- انواع فرایند‌های هیدروفرمینگ…………………………… 5

1-3-2-1- هیدروفرمینگ ورق…………………………………….. 5

1-3-2-2- هیدروفرمینگ لوله…………………………………….. 5

1-4- نمودار حد شکل­دهی………………………………………. 9

1-4-1- كاربردهای نمودار حد شكل­دهی……………………… 10

1-4-1-1- كاربرد نمودار حد شكل‌دهی در طراحی قطعه و تحلیل اجزاء محدود…10

1-4-1-2- كاربرد نمودار حد شكل‌دهی در بهینه­سازی طراحی قالب….12

1-4-2- برآورد منحنی حد شکل­دهی………………………….. 13

1-4-3- شبکه ­بندی نمونه ­ها………………………………….. 14

1-4-3-1- انتخاب دایره­ ها……………………………………….. 15

1-4-3-2- روش­های اندازه­ گیری…………………………………. 15

1-5- مروری بر پژوهش­های مرتبط با بررسی شکل­پذیری لوله در فرایند هیدروفرمینگ…..18

1-6- اهداف پایان نامه ……………………………………………. 20

فصل دوم: شرح آزمون­های تجربی……………………………….22

2-1- مقدمه………………………………………………………. 23

2-2- معرفی تجهیزات آزمایشگاهی……………………………. 23

2-2-1- دستگاه پرس…………………………………………….. 23

2-2-2- مجموعه قالب……………………………………………. 24

2-2-3- سیستم تامین فشار……………………………………. 25

2-2-4- سیال هیدرولیکی……………………………………….. 27

2-2-5- وسایل اندازه ­گیری………………………………………. 27

2-3- آماده­سازی نمونه­ های آزمایش…………………………. 28

2-4- نحوه عملکرد قالب………………………………………… 28

2-5- تعیین خواص مکانیکی لوله……………………………… 30

 فصل سوم: شبیه­سازی اجزای محدود فرایند هیدروفرمینگ لوله..32

3-1- مقدمه………………………………………………………33

3-2- معرفی نرم­افزار شبیه­ سازی……………………………. 33

3-3- مراحل شبیه­ سازی……………………………………… 35

3-3-1- ایجاد مدل هندسی…………………………………… 35

3-3-2- تعیین خصوصیات لوله…………………………………. 36

3-3-3- مونتاژ لوله و اجزای قالب……………………………… 37

3-3-4- تعیین تعداد مراحل و نوع حل مسئله………………… 38

3-3-5- تعیین نوع تماس سطوح اجزا با هم…………………… 39

3-3-6-  شرایط مرزی و بارگذاری………………………………. 39

3-3-7- شبكه ­بندی……………………………………………… 41

3-3-8- تحلیل فرایند…………………………………………….. 42

فصل چهارم: نتایج و بحث……………………………………… 43

4-1- مقدمه………………………………………………………. 44

4-2- صحت­سنجی نتایج شبیه­ سازی…………………………. 44

4-3- بررسی اثر نحوه بارگذاری و پارامترهای هندسی قالب بر مسیر کرنش….45

4-3-1- بارگذاری آزاد……………………………………………..45

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 محوری……………………………… 48

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 304…53

4-5- پیش ­بینی پارگی لوله در فرایند هیدروفرمینگ بادامک با بهره گرفتن از منحنی حد شکل­دهی بدست آمده از این پژوهش….57

 فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادها………………………  60

5-2- نتیجه­ گیری………………………………………………. 61

5-3- پیشنهادها ………………………………………………..62

 فهرست مراجع ……………………………………………….. 63

 پیوست…………………………………………………………. 67

نقشه اجزای تشکیل­دهنده قالب هیدروفرمینگ لوله………… 68

1- نقشه مونتاژی قالب………………………………………… 68

2- نقشه اجزای قالب…………………………………………… 68

چکیده:

تولید محصولات پیچیده صنعتی از لوله­های فلزی با هدف افزایش نسبت استحکام به وزن سازه­ها و خصوصاً کاهش مصرف سوخت وسایل نقلیه در سال­های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. در این راستا یکی از فرایندهای جدید مورد استفاده، روش­های شکل­دهی با سیال (هیدروفرمینگ) می­باشد. پارگی در فرایندهای شکل­دهی ورق­ها و لوله­ها به عنوان یکی از اصلی­ترین عوامل محدود کننده، با بهره گرفتن از منحنی­های حد شکل­دهی (FLD) مورد ارزشیابی قرار می­گیرد. استفاده از منحنی حد شکل‌دهی برآمده از روش‌های شکل‌دهی سنتی در فرایند هیدروفرمینگ معتبر نیست. بکارگیری منحنی حد شکل‌دهی برآمده از روش‌های شکل‌دهی ورق نیز در فرایندهای هیدروفرمینگ لوله خطاساز است.

در این پژوهش با هدف پیش‌بینی تجربی حد شکل‌دهی لوله ‌فولادی زنگ­نزن 304، نخست در فرایند هیدروبالجینگ متقارن محوری به بررسی عددی اثر نحوه بارگذاری و هندسه قالب بر مسیر کرنش‌گذاری و ناپایداری پلاستیک ایجاد شده در لوله پرداخته ‌شد. به­منظور بررسی اثر نحوه بارگذاری، سه نوع بارگذاری آزاد، بارگذاری با تغذیه محوری لوله و بارگذاری با انتهای ثابت لوله مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه اثر هندسه قالب با تغییر در شعاع گوشه (R) و طول­ ناحیه تغییر شكل (W) انجام شد. در این پ‍ژوهش، اثر مقدار تغذیه محوری لوله در حالت بارگذاری با تغذیه محوری بر روی نسبت کرنش (β) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج عددی نشان داد كه مسیر کرنش­­گذاری لوله در دو حالت بارگذاری آزاد و بارگذاری با انتهای ثابت لوله، به صورت تقریباً مشابه در سمت راست منحنی حد شکل­دهی قرار دارد. در این شرایط، با افزایش طول ناحیه تغییر شکل (W)، نسبت کرنش (β) به سمت صفر میل می­ کند که این نتیجه مستقل از شرایط مرزی است. با افزایش شعاع گوشه قالب (R) در حالت بارگذاری آزاد، با کاهش نسبت کرنش (β) مسیر کرنش­گذاری به سمت حالت کرنش­صفحه­ای نزدیک می­شود؛ درحالی­كه در بارگذاری با تغذیه محوری لوله، افزایش شعاع قالب تاثیر قابل توجه­ای بر مسیر کرنش­گذاری قطعه و نسبت کرنش ندارد. در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، با افزایش مقدار تغذیه لوله، نسبت کرنش (β) کاهش چشم­گیری می­یابد. در بخش تجربی از این تحقیق، از بین آزمون­های مختلف شبیه­سازی شده تعداد 10 آزمون با پراکندگی مناسب مسیر بارگذاری بر روی صفحه کرنش انتخاب گردید. پس از طراحی و ساخت قالب، لوله­های مدرج شده تا رسیدن به پارگی تحت شرایط کنترل شده تحت بارگذاری قرار گرفت و با اندازه­گیری کرنش در نواحی مجاور پارگی منحنی حد شکل­دهی لوله فولادی ترسیم گردید. منحنی FLD بدست آمده برای لوله فولادی زنگ­نزن 304 با منحنی FLD همین جنس از ورق از مطالعات دیگر محققین مورد مقایسه قرار گرفت.

در مرحله نهائی به­منظور بررسی کارائی و دقت معیار شکل­پذیری استخراج شده، از آن برای پیش ­بینی پارگی در فرایند ساخت بادامک از لوله مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحلیل عددی و تجربی در این بخش نشان داد که منحنی FLD بدست آمده با دقت قابل قبولی توان پیش ­بینی شکل­پذیری را در فرایند هیدروفرمینگ بادامک داراست. علاوه بر این، بررسی شكل­پذیری قطعه صنعتی تایید كرد كه منحنی حد شكل­دهی بدست آمده در این پژوهش برای پیش ­بینی شکل­پذیری قطعه­ های صنعتی قابل استفاده است.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

با پیشرفت روز­افزون فن­آوری و رقابت بازار تجارت، اكثر صنایع مانند صنایع نظامی، فضایی، خودروسازی، پتروشیمی و تاسیساتی به سمت كاهش هزینه و زمان تولید، عرضه محصولاتی سبك‌تر و با كیفیت ‌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. یكی از این فرایند‌ها كه امروزه توجه تولیدكنندگان را به خود جلب كرده است، هیدروفرمینگ[1] می­باشد. هیدروفرمینگ فرایندی است كه به  دلیل نیاز به تكنولوژی نسبتاً بالا، كاربرد آن تا مدت‌ها محدود به موارد خاص بوده است. با پیشرفت تكنولوژی، ماشین‌آلات تولیدی، سیستم‌های آب‌بندی و فرایند‌های كنترل كامپیوتری در دهة اخیر، شكل‌دهی با فشار سیال، به عنوان یك 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 شكل­دهی، كاربردهای آن و روش­ بدست آوردن آن ارائه خواهد شد. سپس مروری بر پژوهش­های انجام شده توسط محققان دیگر، در ارتباط با این پایان نامه ارائه می­گردد. در نهایت اهداف و ویژگی‌های پایان نامه حاضر شرح داده می­ شود.

2-1- معرفی فرایندهای شکل­دهی فلزات

به طور كلی فرایندهای شكل­دهی فلزات را می‌توان به دو گروه عمده دسته­بندی كرد [1]:

الف- شكل­دهی حجمی[1]

ب- شكل­دهی ورق[2]

شكل­دهی حجمی دارای دو مشخصه متمایز زیر است [1]:

1- شكل یا سطح مقطع قطعه­كار، تغییر شكل مومسان دائمی و زیاد پیدا می‌كند.

2- مقدار تغییر شكل مومسان[3] در این فرایند نسبت به تغییر شكل كشسان[4] معمولاً به قدری زیاد است كه از برگشت فنری[5] قطعه بعد از تغییر شكل صرف­نظر می‌شود.

فرایندهای حدیده­كاری[6]، آهنگری[7]، نوردكاری[8] و كشش[9] مثال­هایی از فرایندهای شكل‌دهی حجمی فلزات می‌باشند.

مشخصه­های فرایندهای شكل‌دهی ورق چنین است [1]:

1- شكل اولیه قطعه­كار به صورت ورق است.

2- این فرایند شكل‌دهی معمولاً تغییر قابل توجهی در هندسه قطعه به وجود می‌آورد، اما مساحت سطح مقطع جسم، چندان تغییر نمی­كند.

3- گاهی تغییر شكل­های مومسان و كشسان از یک مرتبه‌اند. بنابراین نمی‌توان از برگشت فنری چشم‌پوشی كرد.

فرایندهای کشش عمیق[10]، خمکاری[11] و شکل­دهی چرخشی[12] نمونه­هایی از فرایندهای شكل‌دهی ورق هستند.

3-1- معرفی فرایند هیدروفرمینگ

هیدروفرمینگ یكی از فرایند‌های شكل‌دهی فلزات است كه در آن از یك سیال تحت فشار به منظور ایجاد تغییر شكل پلاستیك در قطعه اولیه كه به شكل ورق یا لوله است، استفاده می‌شود. در هر یك 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 كه از آن جمله می‌توان به چرخه آرام تولید و تجهیزات گران قیمت اشاره كرد [2]. هیدروفرمینگ علاوه بر كاربردهای متعددی كه در صنایع هوافضا دارد، از دهه 1990 به طور گسترده در صنایع خودروسازی مورد استفاده قرار گرفته است. از كاربردهای عمده این فرایند در صنعت خودروسازی می‌توان به ساخت قطعات سیستم اگزوز خودرو، قطعات شاسی، اجزای موتور و قطعات بدنه خودرو اشاره كرد.

1-3-1- تاریخچه فرایند هیدروفرمینگ

تاریخچه استفاده از سیال به­منظور شكل‌دهی فلزات به بیش از 100 سال قبل باز می‌گردد. كاربردهای اولیه این فرایند در ساخت دیگ‌های بخار و ادوات موسیقی بوده است. با این وجود مبانی هیدروفرمینگ در دهه 1940 بنیان­گذاری شده است. اولین كاربرد ثبت شده فرایند هیدروفرمینگ توسط میلتون گاروین از شركت شایبل آمریكا در دهه 1950 میلادی بوده است كه در ساخت ظروف آشپزخانه از این فرایند بهره جسته است. ساخت اتصالات T- شكل مسی در صنعت لوله‌كشی تا دهه 1990 میلادی رایج‌‌ترین كاربرد این فرایند بوده است. از دهه 1990، با توجه به پیشرفت‌های صنعتی در كنترل كامپیوتری، سیستم‌های هیدرولیكی و راهبردهای نوین فرایندهای طراحی و ساخت، این فرایند كاربرد ویژه‌ای در صنعت پیدا كرده و جایگزین بسیاری از فرایندهای آهنگری و مهرزنی به ویژه‌ در قطعات وسایل نقلیه شده است [4].

[1] Bulk forming

[2] Sheet forming

[3] Plastic deformation

[4] Elastic deformation

[5] Spring back

[6] Extrusion

[7] Forging

[8] Rolling

[9] Drawing

[10] Deep drawing

[11] Bending

[12] Spinning

[1] Hydroforming

تعداد صفحه : 83

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.