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 پایاننامه……………………………………………. 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- پیشبینی پارگی لوله در فرایند هیدروفرمینگ بادامک با استفاده 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 استفاده 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 میکند 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 پیشبینی 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 پیشبینی 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 پیشبینی 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 پایاننامه ارائه میگردد. در نهایت اهداف و ویژگی‌های پایاننامه 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 : 14700تومان
