تحلیل فرآیند فلوفرمینگ برای تولید لوله های جداره نازک از قطعه آهنگری شده آلومینیوم 7075 تعدادصفحه:131 (فایل WORD قابل ویرایش می باشد)
چکیده
در این مقاله ابتدا انواع فرآیندهای اسپینینگ و به‌طور خاص فرآیند فلوفرمینگ شرح داده‌می‌شود. سپس راجع به آلومینیوم 7075 که از جمله آلومینیوم های قابل عملیات حرارتی و دارای استحکام بالا میباشد، توضیح داده خواهد شد.در ادامه فلوفرمینگ یک لوله جدار نازک از جنس آلومینیوم 7075 در عمل آزمایش میشود و نیروهای وارد بر غلتکها در شرایط تولید، با نتایج شبیهسازی و نتایج تئوری مقایسه میگردد. پس از یکسان‌سازی نتایج شبیهسازی با نتایج عملی و اطمینان از صحت شبیهسازی، تاثیر برخی پارامترهای موثر در فرآیند بر روی نیروی وارد بر غلتکها با استفاده از شبیهسازی بررسی میشود.
برای شبیهسازی اجزای محدود از نسخه‌ی 6. 9 نرمافزار ABAQUS استفاده شده است. به دلیل نرخ کرنش بسیار بالا در این فرآیند و پیچیدگی معادلات حاکم بر این نوع شکل دهی، شبیه سازی های انجام شده با استفاده از رایانه های معمولی خانگی با پردازشگر دو هسته ای 2. 8GHz و2GB RAM حداقل 240 تا 360 ساعت زمان برای حل نیاز دارد.
- فهرست مطالب
- چکیده1
- 1-1- مقدمه 2
- 1-2- هدف از انجام این پژوهش 4
- 1-3- پیشینه تحقیق: 5
- 1-4- روش کار و تحقیق 5
- 1-5- معرفی فصلهای مختلف این پژوهش 6
- 1-6- نتیجهگیری 6
- 1 صل دوم: اسپینینگ 7
- 2-1- مقدمه 7
- 2-2- انواع روشهای اسپینینگ 8
- 2-3- معرفی کاربردها و محصولات فرآیند شکلدهی چرخشی 9
- 2-3-1- فرآیندهای مونتاژی 9
- 2-3-2- آلات موسیقی 10
- 2-3-3- صنایع هواپیماسازی 10
- 2-3-4- قطعات صنعتی 10
- 2-3-5- صنایع خودرویی 11
- 2-3-6- صنایع نظامی 11
- 2-4- اسپینینگ دستی و ماشینی 12
- 2-4-1- اسپینینگ دستی 12
- 2-4-1-4- ماشینهای اسپینینگ دستی[37] 16
- 2-4-1-6- کنترل کیفیت 19
- 2-4-2- اسپینینگ ماشینی : 19
- 2-4-2-2- ویژگیها 20
- 2-4-2-3- تنشها در ناحیه تغییر شکل 23
- 2-4-2-4- عیوب 24
- 2-4-2-5- متغیرهای فرآیند 27
- 2-4-2-6- تجهیزات کمکی و الحاقی 29
- 2-4-3- اسپینینگ قطعات نامتقارن [11] 29
- 2-4-4- اسپینینگ داغ [11] 30
- 2 فصل سوم: فلوفرمینگ 32
- 3-1- مقدمه 32
- 3-2- فلوفرمینگ لوله با استفاده از گلولهها 32
- 3-3- مزایاومعایب فلوفرمینگ 33
- 3-3-1- هزینه تولید کم 33
- 3-3-2- قیمت پائین ابزار 33
- 3-3-3- خواص مکانیکی بهبود یافته 34
- 3-3-4- تلرانس ابعادی نزدیک 35
- 3-3-5- سطوح تمام شده صاف 35
- 3-3-6- ساخت پروفیلهای دقیق (شکل (4-3 36
- 3-3-7-کاربرد برای مواد مختلف 36
- 3-3-8- سرعت تولید 37
- 3-4- دستهبندی فرآیند از نظر تولید قطعات 38
- 3-4-1- قطعات توخالی استوانهای 38
- 3-5- ابزارهای مورد استفاده در فلوفرمینگ لوله 41
- 3-5-1- مندرلها 41
- 3-5-2- غلتکها 45
- 3-6- محدودیتهای ضخامت در دیواره لوله 46
- 3-7- اثر پارامترهای مربوط به ماشین بر فلوفرمینگ لوله 47
- 3-7-1- پیشروی در هر دور 47
- 3-7-2- خیز ماشین 47
- 3-8- پرداخت سطح قطعات حاصل از فلوفرمینگ لوله 48
- 3-8-1- شعاعهای غلتک 48
- 3-8-2- متغیرهای وابسته به جنس قطعهکار 49
- 3-8-3- پیشروی در هر دور 49
- 3-8-4- روانسازی 50
- 3-9- معایب فرآیندهای فلوفرمینگ لوله 50
- از معایب فرآیند فلوفرمینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 50
- 3-9-1- سرعت تولید پایین 50
- 3-9-2- تغییر نامطلوب خواص مواد 50
- 3-9-3- اعوجاج در قطعهکار 50
- 3-10- عوامل موثر در عیوب ظاهری 51
- 3-10-1- میزان فاصله غلتک از ابتدای قطعهکار 51
- 3-10-2- میزان کاهش ضخامت قطعهکار در هر پاسکاری 51
- 3-10-3- اندازهی زاویهی حمله 51
- 3-10-4- مقدار نرخ تغذیه غلتک 52
- 3-10-5- اندازه شعاع نوک غلتک 52
- 3-10-6- مقدار زاویه محور غلتک نسبت به محور مندرل 52
- 3-10-7- قابلیت انعطافپذیری ماده 52
- 3-11- اثرات عملیات فلوفرمینگ لوله بر خواص فلزی 53
- 3-12- حد شکلپذیری 53
- 3-13- فلوفرمپذیری (قابلیت پذیرش اسپینینگ لوله) 54
- 3-14- محاسبهی طول نهایی لوله [8] 57
- 3 فصل چهارم: محاسبات نیرو در فرآیند فلوفرمینگ 58
- 4-1- مقدمه 58
- 4-2- محاسبه نیرو و تنش در فلوفرمینگ قطعات استوانهای 58
- 4-2-1- آنالیز کوبایاشی- تامسون 58
- 4-2-2- آنالیز هایاما 60
- 4-2-3- آنالیز تنش 61
- 4-2-4- تعیین نیروهای تغییر شکل 64
- 4-3- توان 65
- 4 فصل پنجم: طراحی آزمایش 68
- 5-1- مقدمه 68
- 5-2- آزمایش عملی 68
- 5-3- نتیجه آزمایش عملی 73
- 5 فصل ششم: مدلسازی و تحلیل مساله درنرمافزارABAQUS 74
- 6-1- مقدمه 74
- 6-2- آشنایی با نرمافزار ABAQUS 74
- 6-3- مراحل شبیهسازی فرآیند فلوفرمینگ 74
- 6-3-1- مدلسازی مساله 75
- 6-3-2- شرایط و جنس لوله و غلتک ها 76
- 6-3-3- مونتاژ قطعات 84
- 6-3-4- مراحل حل 84
- 6-3-5- تعیین نحوه تماس 85
- 6-3-6- مرحله اعمال بار 85
- 6-3-7- مرحله مشبندی 86
- 6-3-8- نتایج شبیهسازی 87
- 6 فصل هفتم: تحلیل تئوری نیروهای فلوفرمینگ 94
- 7-1- مقدمه 94
- 7-2- تحلیل فرآیند فلوفرمینگ با استفاده از نمودار نیروهای فرآیند 94
- 7-2-1- عیوب ماکروسکوپی 94
- 7-2-2-شکست 95
- 7-2-3- موجی شدن سطح لوله 96
- 7-2-4- ارتعاشات اولیه 96
- 7-2-5- اختلاف نیروی سه غلتک 97
- 7-3- محاسبات تئوری نیرو‌ها در آزمایش عملی 97
- 7-3-1- محاسبه نیرو وارد به غلتک اول 98
- 7-3-2- محاسبه نیرو وارد به غلتک دوم 98
- 7-3-3- محاسبه نیرو وارد به غلتک سوم 99
- 7-4- مقایسه نتایج شبیهسازی، تئوری و آزمایش عملی 99
- 7 فصل هشتم: تحلیل پارامترهای موثر در نیروهای فلوفرمینگ 101
- 8-1- مقدمه 101
- 8-2- بررسی تاثیر برخی پارامترهای فرآیند در نیروی وارد بر غلتکها 101
- 8-2-1- زاویه پشت 101
- 8-2-2- شعاع نوک غلتک 105
- 8 فصل نهم: نتایج و پیشنهادات 110
- 9-1- مقدمه 110
- 9-2- شرح نتایج 110
- 9-3- پیشنهادات و مقایسه فلوفرمینگ با دیگر فرآیند‌ها 112
- مراجع 114
فهرست اشکال
عنوان صفحه
________________________________________
شکل ( 1 1) قطعه تولید شده بروش فلوفرمینگ(حذف مونتاژ و جوشکاری)[26] 4
شکل ( 2 1) تنوع اشکالی که با روش اسپینینگ قابل تولید میباشند[28] 7
شکل( 2 2) دستهبندی انواع فرآیندهای شکلدهی چرخشی بر مبنای تغییر ضخامت در طول فرآیند و دمای فرآیند[29] 8
شکل ( 2 3 ) انواع لوازم آشپزخانه و منزل که به روش اسپینینگ دستی و یا ماشینی تولید میشوند[30] 9
شکل ( 2 4) قطعات شیپوری ترومپت[30] 10
شکل ( 2 5) استفاده اسپینینگ در هواپیما [31] 10
شکل ( 2 6) انواع قطعات صنعتی [30] 11
شکل ( 2 7) نمونه قطعات خودرویی[32] 11
شکل ( 2 8 ) انواع قطعات نظامی[32] 12
شکل ( 2 9) نمونهای از دستگاه اسپینینگ دستی ساده[29] 13
شکل( 2 10) اسپینینگ دستی با ابزار بازویی[29] 13
شکل ( 2 11) اسپینینگ دستی با ابزار قیچیمانند[29] 14
شکل ( 2 12) اسپینینگ فشاری یا بشقابیکردن[29] 14
شکل ( 2 13) اسپینینگ و بشقابیکردن به کمک خلا [29] 14
شکل ( 2 14) نمونه هایی از اشکال ساخته شده به روش اسپینینگ دستی – مخروطی – گنبدی – و ... .[33] 15
شکل ( 2 15) نمای سادهای از اجزای دستگاه اسپینینگ دستی با ابزار قیچی شکل و اهرم غلتکدار[33] 16
شکل ( 2 16) ماشین اسپینینگ دستی و ابزارهای آن[34] 17
شکل ( 2 17) نمونهای از سرابزارهای قابل تعویض بر روی اهرم قیچی شکل در فرآیند اسپیننیگ [7] 18
شکل ( 2 18) انواع اشکال لبهی انتهایی ابزار اهرمی مورد استفاده در اسپینینگ دستی[29] 18
شکل ( 2 19) نمونهای از سرابزارهای قابل تعویض بر روی اهرم قیچیشکل در فرآیند اسپینینگ[29] 18
شکل ( 2 20) اجزای اصلی و متعارف در اسپینینگ قدرتی[35] 19
شکل ( 2 21) اسپینینگ قدرتی به کمک نیروی انسان [29] 22
شکل ( 2 22) بشقابیکردن بدون قالب توسط فرآیند اسپینینگ قدرتی[29] 22
شکل ( 2 23) حرکت مارپیچ غلتک در فرآیند اسپینینگ[40] 23
شکل ( 2 24( تنشها در ناحیه تغییر شکل در اسپینینگ قدرتی[29] 24
شکل ( 2 25) حالاتی از عیوب که در اسپینینگ قدرتی اتفاق میافتد [9] 25
شکل ( 2 26) نمایی از شکست در فرآیند اسپینینگ[8] 25
شکل ( 2 27) نمونهای از لوله‌های ترک‌خورده در حین فرآیند اسپینینگ[10] 26
شکل ( 2 28) نمایی از عیب صافی و موج دارشدن قطعهکار[29] 27
شکل ( 2 29) اسپینینگ قطعات نامتقارن[11] 30
شکل ( 2 30) اسپینینگ داغ با استفاده ازمشعل[41] 30
شکل ( 2 31) اسپینینگ داغ با استفاده از لیزر[11] 31
شکل ( 2 32) اسپینینگ داغ با استفاده از هوای‌گرم[11] 31
شکل ( 3 1) مدل شبیهسازی شده فلوفرمینگ با استفاده از گلوله[13] 33
شکل( 3 2) ریزساختار در دو مقطع طولی و محیطی یک قطعه آلومینیومی فلوفرم شده با کاهش ضخامت 40%-[8] 34
شکل ( 3 3) محفظه موتور راکت[36] 35
شکل ( 3 4) برخی پروفیلهای دقیق ساخته شده از طریق فلوفرمینگ[33] 36
شکل ( 3 5) محفظه بخش توان کمکی موشک پس از تولید به روش فلوفرمینگ[36] 37
شکل ( 3 6) جهت جریان مواد و حرکت غلتک در فلوفرمینگ 1) مستقیم و 2) معکوس لوله[36] 38
شکل ( 3 7) در فلوفرمینگ معکوس لوله جهت جریان مواد و حرکت غلتک عکس یکدیگر است[36] 39
شکل ( 3 8) یک نمونه دستگاه مورد استفاده در روش اسپینینگ معکوس لوله[38] 39
شکل ( 3 9) مثالی از عیب پیچش در فلوفرمینگ معکوس لوله[16] 39
شکل ( 3 10) لوله تولید شده به روش فلوفرمینگ معکوس در دو مرحله فلوفرمینگ[10] 40
شکل ( 3 11) در فلوفرمینگ مستقیم لوله جهت جریان فلز با جهت حرکت غلتک یکی است [36] 40
شکل ( 3 12) یک نمونه از مندرلهایی که در اسپینینگ لوله کاربرد دارد[36] 41
شکل( 3 13) مندرل چندپارچه برای تولید ظروف دهانهتنگ در فرآیند اسپینینگ دستی. بعد از اتمام شکلدهی مندرل به صورت تکه تکه از داخل قطعهکار بیرون آورده میشود و این کار با تکه کلیدی شروع میشود[37] 42
شکل ( 3 14) مندرلهای چندپارچه مرحلهبندیشده برای ساخت قطعاتی با محور تقارن شکسته[37] 43
شکل ( 3 15) مندرلهای کامپوزیتی مرحلهبندیشده که از دیسکهایی از جنسهای مختلف چوبی- فولادی – پلاستیکی و ... ساخته میشوند[29] 43
شکل ( 3 16) ملاحظات مربوط به طراحی مندرلها[29] 44
شکل ( 3 17) روشهای اسپینینگ بدون مندرل[11] 44
شکل ( 3 18) در اینجا نشان دادهشده که چگونه غلتکهای مرحلهبندیشده برای فلوفرمینگ معکوس لوله هر کدام بخشی از لوله را گاز می گیرند. اندازهای که غلتک پیشآهنگ گاز میگیرد Y و اندازهای که کل کاهش ضخامت برابر X در شکل سمت چپ نشان داده شده است[37] 45
شکل ( 3 19) جزئیات ابعادی در یک غلتک نوعی که درفلوفرمینگ لوله کاربرد دارد[29] 46
شکل ( 3 20) استفاده از غلتکهای سه مرحلهای با زوایای استقرار 120 درجه میزان خیز تجهیزات را کاهش میدهد[37] 48
شکل ( 3 21) نمایی از تغییر شکل در ناحیه ی فرمدهی [37] 51
شکل ( 3 22( [29] 51
شکل ( 3 23) [29] 51
شکل ( 3 24) [29] 51
شکل ( 3 25) [29] 52
شکل ( 3 26) [29] 52
شکل ( 3 27( [29] 52
شکل ( 3 28) نحوهی تنظیم تست قابلیت اسپینینگپذیری لوله [37] 54
شکل ( 3 29) چهار نوع شکست رایج در تست قابلیت اسپینینگ پذیری لوله برای فلزات مختلف[37] 55
شکل ( 3 30) فلوفرمینگ لوله بوسیله غلتک با زاویه [29] 55
شکل ( 3 31) رابطه بین کاهش ضخامت حقیقی و ظاهری [39] 56
شکل ( 3 32) ماکزیمم ریداکشن R% در فرآیند فلوفرمینگ و ریداکشن سطحی نهائی در فرآیند تست کشش[11] 56
شکل ( 4 1) موقعیت ابزار و مختصات کارتزین در فلوفرمینگ لوله[37] 59
شکل ( 4 2) اجزای نیرو در فلوفرمینگ لوله بر حسب درصد کاهش [37] 61
شکل ( 4 3) منطقه تغییر شکل و تنشهای وارد بر آن[37] 62
شکل ( 4 4) (a) شرایط مرزی(b) توزیع تنش در روش فلوفرمینگ مستقیم[37] 64
شکل ( 4 5) (a) شرایط مرزی(b) توزیع تنش در روش فلوفرمینگ معکوس[37] 64
شکل ( 4 6) رابطه بین پیشروی و نیروهای اسپینینگ در آزمایش ونگ[18] 65
شکل ( 4 7) رابطه توان و اجزاء نیرو با قطر غلتک[37] 66
شکل ( 4 8) رابطه توان و اجزاء نیرو با زاویه حمله غلتک[37] 67
شکل ( 4 9) تغییرات توان بر حسب اصطکاک[37] 67
شکل ( 5 1) شماتیک مواد استفاده شده در آزمایش 69
شکل ( 5 2) شماتیک قطعه فورج شده 69
شکل ( 5 3) قطعه فورج شده 69
شکل ( 5 4) شماتیک قطعه ماشینکاری شده 70
شکل ( 5 5) قطعه ماشینکاری شده 70
شکل ( 5 6) دستگاه مورد استفاده در آزمایش 71
شکل ( 5 7) قطعه فلوفرم شده 71
شکل ( 5 8) تجهیزات محاسبه فشار در دستگاه مورد استفاده در آزمایش 72
شکل ( 5 9) تجهیزات ثبت نیروی اسپینینگ در آزمایش ژیا[20] 72
شکل ( 6 1) ابعاد و هندسه مندرل 75
شکل ( 6 2) ابعاد و هندسه غلتک 75
شکل ( 6 3) ابعاد و هندسه قطعهکار 76
شکل ( 6 4) شمایی از قطعات استفاده شده در فرآیند شبیهسازی 76
شکل ( 6 5) نحوه اعمال جرم و ممان اینرسی در نرم افزار 77
شکل ( 6 7) قطعه فورج شده 81
شکل ( 6 8) تهیه دمبل از قطعه فورج شده 81
شکل ( 6 9) دمبل تهیه شده از پریفرم 82
شکل ( 6 10) دمبل در حین تست کشش 82
شکل ( 6 11) دمبل پس از تست کشش 82
شکل ( 6 12) نمودار تنش-کرنش حاصل از تست کشش نمونه مورد آزمایش 83
شکل ( 6 14) نحوه مونتاژ قطعات در نرم افزار 84
شکل ( 6 15) تعریف مراحل کاری در نرم افزار 84
شکل ( 6 16) تعریف قیود حرکتی برای قطعه کار 85
شکل ( 6 17) تعریف شرایط حرکتی غلتکها در هر مرحله 86
شکل ( 6 18) مرحله اعمال مش در نرمافزار 87
شکل ( 6 19) مرحله اول – تولید اطلاعات 88
شکل ( 6 20) مرحله دوم – مشخص نمودن نوع اطلاعات مورد نیاز 88
شکل ( 6 21) مرحله سوم – انتخاب نیروهای عکس‌العمل در جهات مورد نیاز 89
شکل ( 6 22) مرحله چهارم – انتخاب نقاط مورد نیاز 89
شکل ( 6 23) تولید اطلاعات نیروی وارد به هر غلتک 90
شکل ( 6 24) استخراج اطلاعات از نرمافزار 90
شکل ( 6 25) نیروهای اعمال‌شده به غلتک شماره یک 92
شکل ( 6 26) نیروهای اعمال‌شده به غلتک شماره دو 92
شکل ( 6 27) نیروهای اعمال‌شده به غلتک شماره سه 92
شکل ( 6 28) مناطق تماس در حین فرآیند فلوفرمینگ 93
شکل ( 6 29) تغییر شکل طولی در قطعه فلوفرم شده 93
شکل ( 7 1) تغییرات نیرو در هنگام ایجاد میکرو ترک [37 ] 95
شکل ( 7 2) نمایی از میکرو ترک در لوله[44 ] 95
شکل ( 7 3) تغییرات نیرو در هنگام شکست لوله [37] 95
شکل ( 7 4) نمایی از شکست لوله[43 ] 96
شکل ( 7 5) تغییرات منحنی نیرو برای ایجاد سطحی موجی [37] 96
شکل ( 7 6) نمای سطح موجی لوله [37] 96
شکل ( 7 7) نمودار تغییرات نیرو در ابتدا فرآیند فلوفرمینگ[37] 97
شکل ( 7 8) نمودار تغییرات نیرو سه غلتک[37] 97
شکل ( 7 9) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتکها در شبیهسازی وحل تئوری 100
شکل ( 8 1) غلتک با زاویه پشت 20 درجه 102
شکل ( 8 2) غلتک با زاویه پشت 5 درجه 102
شکل ( 8 3) غلتک با زاویه پشت 35 درجه 103
شکل ( 8 4) تحلیل فرآیند با زاویه پشت 5 درجه 103
شکل ( 8 5) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره یک با زاویه پشت مختلف 104
شکل ( 8 6) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره دو با زاویه پشت مختلف 104
شکل ( 8 7) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره سه با زاویه پشت مختلف 104
شکل ( 8 8) تاثیر شعاع نوک غلتک بر روی صافی سطح در پیشروی‌های گوناگون[26] 105
شکل ( 8 9) شبیهسازی فرآیند با استفاده از غلتک با شعاع 15 میلیمتر 106
شکل ( 8 10) شبیهسازی فرآیند با استفاده از غلتک با شعاع 0. 5 میلیمتر 106
شکل ( 8 11) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره یک با شعاع نوک غلتک مختلف 107
شکل ( 8 12) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره دو با شعاع نوک غلتک مختلف 107
شکل ( 8 13) مقایسه بین نیروهای وارد بر غلتک شماره سه با شعاع نوک غلتک مختلف 107
شکل ( 8 14) غلتکهای مورد‌استفاده در آزمایش[27] 108
شکل ( 8 15) مقایسه بین نیروی محوری با دو غلتک متفاوت[27] 108
شکل ( 8 16) مقایسه بین نیروی شعاعی با دو غلتک متفاوت[27] 109
شکل ( 9 1) نمایش نمادین حالت تنش وکرنش در ناحیه تماس غلتک با قطعه و مناطق اطراف آن در فرآیند فلوفرمینگ[36] 111
شکل ( 9 2) دسته بندی تغییر شکلها در جهت های مختلف- الف) جهت محوری ب) جهت شعاعی ج(جهت مماسی 112
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (2 1) تلرانسهای ابعادی در اسپینینگ دستی[29] 19
جدول (3 1) تأثیر میزان کاهش ضخامت دیواره بر خواص مکانیکی لوله فولادی 1015 با قطر خارجی 25/17 اینچی و ضخامت یک اینچ[36] 53
جدول (4 1) مقدار A در روشهای مختلف فلوفرمینگ 63
جدول (4 2) تاثیر هریک از پارامترهای اسپینینیگ بر روی نیروهای فرآیند[11] 65
جدول (6 1) مشخصات هندسی ابزار آلات در آزمایش عملی و شبیهسازی (کلیه ابعاد بر اساس میلیمتر میباشد) 76
جدول (6 2) ترکیب شیمیایی آلومینیوم 7075[23] 78
جدول (6 3) پارامتر های اعمال شده در تست کشش قطعه کار فلوفرم شده عدم قطعیت ذکر شده با سطح اطمینان 95% و ضریب پوشش2 K= ارائه شده است 83
جدول (6 2) ترکیب شیمیایی آلومینیوم 7075[23] 116
تحلیل فرآیند فلوفرمینگ برای تولید لوله های جداره نازک از قطعه آهنگری شده آلومینیوم 7075 تعداد صفحه:131
