پایان نامه ها و مقالات

پایان نامه با موضوع ساختار صنعت

دی ۸, ۱۳۹۷
دانلود پایان نامه

امکان شکل‌دهی قطعات مخروطی در دو مرحله مورد بررسی قرار گرفت. شکل‌دهی مرحله اول این قطعات با روش هیدروفرمینگ انجام گرفت. در این راستا با استفاده از تاثیر پارامترهای بررسی شده روشی ارایه گردید که بر اساس آن شکل مطلوبی برای سنبه پیش‌فرم بدست آمد. روش ارایه شده قابلیت تعمیم برای قطعات مخروطی را بطور کلی دارا می‌باشد.
در شکل‌دهی مرحله دوم ابتدا روش هیدروفرمینگ مورد استفاده قرار گرفت اما به‌دلیل پیچیدگی قالب برای این مرحله، از روش کشش عمیق مجدد سنتی استفاده شد ولی ملاحظه گردید که با این روش امکان شکل‌دهی مرحله دوم وجود ندارد. از این رو، با مطالعه بر روی فرآیند، روشی جدید برای شکل‌دهی مرحله دوم ارائه شد که امکان تولید قطعه مخروطی با کیفیت مورد نظر امکان‌پذیر شد.
1-6- مراحل انجام رساله
در انجام رساله حاضر، همانطور که در بخش قبل بیان گردید نیاز به تامین تجهیزات آزمایشگاهی جهت مطالعه تاثیر پارامترهای موثر و پس از آن طراحی و ساخت قالب‌های مناسب برای تولید نمونه‌های واقعی بود. این موضوع در فصل دوم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به منظور بررسی کاملتر تاثیر پارامترهای موثر و نیز شکل‌دهی قطعه در قالب‌های مورد نظر از نتایج شبیه‌سازی اجزای محدود نیز بهره‌گیری گردید. در فصل سوم مراحل اجرای شبیه‌سازی در نرم‌افزار تجاری ABAQUS مورد بررسی قرار خواهد گرفت. فصل چهارم به نتایج حاصل از مراحل تجربی و نیز نرم‌افزار اجزای محدود پرداخته می‌شود و پیرامون آن نتایج بطور گسترده بحث می‌گردد. در فصل پنجم نتیجه‌گیری‌های کلی رساله ارایه می‌گردد و چند پیشنهاد مفید برای تکمیل نتایج این تحقیق ارایه خواهد شد.

فصل 2- فصل2
مراحل آزمایشگاهی

2-1- مقدمه
در این فصل، ابتدا شرح مختصری درباره انتخاب نوع روش هیدروفرمینگ ارایه می‌شود. سپس به معرفی تجهیزات استفاده شده در آزمایش‌ها پرداخته می‌شود. در ادامه، آزمایش کشش برای بدست آوردن خواص فلز، جزئیات اجزای قالب، نحوه عملکرد قالب و اجزای اندازه‌گیری شرح داده خواهد شد.
2-2- انتخاب نوع روش هیدروفرمینگ برای شکل‌دهی قطعات مخروطی
همانطور که در فصل(1) توضیح داده شد، به دلیل تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اولیه شکل‌دهی قطعات مخروطی، تنش زیادی در ناحیه تماس با نوک سنبه به ورق اعمال می‌شود. در بین روشهای مختلف هیدروفرمینگ ورق که در فصل (1) به آنها پرداخته شد، روشهای اصلی‌تر شامل هیدروفرمینگ سنبه-سیال، هیدروفرمینگ استاندارد، هیدرودینامیکی، هیدرودینامیکی با فشار شعاعی و هیدرودینامیکی با فشار یکنواخت مورد بررسی مقدماتی آزمایشگاهی و یا شبیه‌سازی قرار گرفتند تا روش مناسبی برای شکل‌دهی قطعات مخروطی انتخاب گردد. در بخش (4-2) در مورد نحوه انتخاب روش هیدروفرمینگ توضیح کامل‌تری داده شد. روش هیدرودینامیکی با فشار شعاعی، با توجه به مزایای آن ازجمله شکل‌دهی با نسبت کشش بالا، تولید اشکال پیچیده و ساختار صنعتی ساده‌تر آن (عدم استفاده از اورینگ و ساختار ساده قالب) برای شکل‌دهی قطعه مخروطی در این پایان نامه انتخاب گردید.
2-3- معرفی دستگاه و تجهیزات
2-3-1- ماشین شکل‌دهی
آزمایش‌ها با استفاده از یک دستگاه آزمایش اونیورسال DMG (Denison & Mayes Group) با ظرفیت KN600 و یک پرس کارگاهی شرکت خاور پرس با ظرفیت KN400 که در شکل (2-1) تصویر آنها نشان داده شده ‌است، انجام شد. کلیه حرکات دستگاه اونیورسال توسط واحد کامپیوتری متصل به آن قابل کنترل می‌باشد. سرعت این دستگاه متغیر و با استفاده از کامپیوتر قابل تنظیم می‌باشد. حد اکثر سرعت در ماشین اونیورسال 200 میلیمتر بر دقیقه است. در این ماشین، مقدار نیرو بر حسب جابجایی در هر لحظه توسط کامپیوتر قابل ثبت می‌باشد و نمودار نیرو- جابجایی توسط یک نرم افزار قابل ترسیم است. پرس کارگاهی بصورت دستی قابل کنترل بوده و سرعت آن ثابت و برابر 850 میلیمتر بر دقیقه می‌باشد.

مطلب مشابه :  منبع پایان نامه ارشد درموردانرژی مصرفی، مصرف انرژی، نیروی انسانی، استان کرمانشاه

شکل (2-1) ماشین‌های شکل‌دهی، سمت راست، دستگاه آزمایش اونیورسال (DMG)، سمت چپ، پرس هیدرولیک KN400 خاور پرس
2-3-2- مجموعه قالب
در این پژوهش ازمجموعه قالب هیدرودینامیکی با فشار شعاعی استفاده شده است. تصویر شماتیک این مجموعه قالب در شکل (2-2) نشان داده شده است.

شکل (2-2) تصویر شماتیک مجموعه قالب کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی مورد استفاده در این پژوهش.
مجموعه قالب هیدروفرمینگ استفاده شده از دو قسمت محفظه قالب و سیستم کنترل فشار تشکیل شده است. قطعات محفظه قالب، قطعاتی هستند که مشابه اجزای مجموعه قالب کشش عمیق معمولی بوده و به طور مستقیم برای ایجاد تغییر شکل در ورق بکار گرفته می شوند. این اجزا شامل سنبه ، ماتریس (محفظه فشار) و ورق‌گیر می باشند. وظیفه اصلی سیستم کنترل فشار ایجاد فشار شکل‌دهی وکنترل فشار سیال در مرحله شکل‌دهی می‌باشد. این سیستم از شیر کنترل فشار، شیر یکسو کننده (یکطرفه)، فشار سنج و اتصالات هیدرولیکی تشکیل شده است. شکل(2-3) مجموعه قالب را در حالت نصب شده بر روی دستگاه و نیز اجزای اصلی آن مجموعه قالب را نشان می‌دهد.

شکل (2-3) الف- اجزای مجموعه قالب ، ب- مجموعه قالب در حالت نصب شده بر روی دستگاه آزمایش.
نحوه عملکرد مجموعه قالب به این شرح است که در ابتدا ماتریس بر روی میز دستگاه قرار داده می‌شود و سنبه بر روی کوبه پرس نصب می‌گردد. پس از قرار دادن ورق در محل ایجاد شده روی ماتریس، ورق‌گ
یر بر روی ماتریس قرار داده می‌شود. با حرکت سنبه، ورق به درون حفره ماتریس هدایت شده و با افزایش کورس، فشار سیال افزایش می یابد و از این طریق فشار مورد نیاز برای شکل‌دهی تامین می گردد. برای بهبود بخشیدن به جریان فلز در حین فرآیند، ابتدا یک فشار اولیه محدودی توسط واحد هیدرولیکی در زیر ورق اعمال می‌گردد. سپس همزمان با حرکت سنبه و افزایش فشار درون محفظه ماتریس، ورق به داخل ماتریس کشیده می‌شود. پس از رسیدن فشار سیال به مقدار بیشینه، شیر کنترل فشار باز می‌گردد و از آن پس عملیات شکل‌دهی با فشار ثابت انجام می‌شود. بدلیل استفاده از فرآیند هیدرودینامیکی در این پژوهش، آب‌بندی انجام شده بین ورق‌گیر و ماتریس از نوع فلز با فلز بوده و از هیچ اورینگی برای آب‌بندی استفاده نگردیده است. در نتیجه، از فاصله بین ورق‌گیر و ماتریس سیال نشت می‌کند. از این رو، امکان اعمال فشار اولیه بالا وجود ندارد. در مجموعه قالب حاضر فشار بیشینه اولیه قابل اعمال MPa2 می‌باشد. شکل (2-4) مسیر فشار نمونه اعمالی در این پژوهش را نشان می‌دهد که در آن، مسیر OA، فشار اولیه MPa2 است که بدون حرکت سنبه اعمال می گردد. مسیر BC مسیر فشار ثابتی است که فشار بیشینه اعمالی است و در طی آن سیال از شیر کنترل فشار تخلیه می گردد. مسیر AB مسیر فشار خطی است که شیب آن با توجه به سرعت سنبه، شکل قطعه و ضخامت ورق، قابل تغییر می‌باشد.

شکل (2-4) مسیر نمونه فشار اعمالی در تحقیق حاضر
2-3-3- قطعات مجموعه قالب
الف – سنبه
این قطعه به ورق نیرو وارد کرده و آنرا به داخل حفره ماتریس می‌کشد. شکل قطعه بر روی سنبه ایجاد شده و با استفاده از فشار سیال این شکل بر روی ورق ایجاد می‌شود. جنس این قطعه فولاد St-37 بوده که با عملیات تراشکاری ساخته و سطح آن پرداخت شده است.
ب- ماتریس
ماتریس از یک حفره تشکیل شده که سیال درون آن قرار می‌گیرد. شکل حفره به صورت استوانه‌ای است و مستقل از هندسه قطعه‌کار می‌باشد. فشار سیال درون ماتریس، ورق را بر روی سنبه می‌فشارد و در نتیجه ورق شکل سنبه را به خود می‌گیرد. در این روش، با استفاده از یک ماتریس میتوان با تغییر سنبه با هندسه متفاوت قطعات مختلفی تولید کرد. همچنین هزینه ساخت ماتریس نیز بخاطر شکل ساده آن کمتر از روشهای سنتی می‌باشد. در روش هیدرودینامیکی با فشار شعاعی، ورق در بین ماتریس و ورق‌گیر آزاد است و برخلاف روش کشش عمیق سنتی ورق‌گیر بر روی ورق قرار نمی‌گیرد. از این رو، برای موقعیت دهی ورق، پله‌ای بر روی ماتریس ایجاد شده است. ارتفاع این پله به اندازهmm 2/0 از ضخامت ورق بیشتر است. در بعضی از قالبهای استفاده شده در این رساله بخاطر کاهش در هزینه ساخت، پله در صفحه ورق‌گیر ایجاد شده است. سیستم کنترل فشار به محفظه فشار (ماتریس) متصل می‌شود.
ج- ورق‌گیر
ورق‌گیر بر روی ماتریس قرار می‌گیرد و نقش بسته شدن محفظه قالب را بر عهده دارد. از آنجایی که کفشک در قالب استفاده نمی‌شود، ورق‌گیر علاوه بر قرار گرفتن روی محفظه فشار، نقش موقعیت ‌دهنده سنبه را نیز ایفا می‌کند. در مجموعه قالب استفاده شده، ورق‌گیر هیچ نیرویی را مستقلاً به ورق اعمال نمی‌کند. در طی شکل‌دهی، فشار سیال بر ورق اعمال می‌شود و ورق را به ورق‌گیر می‌چسباند و نیروی ورق‌گیر از طرف سیال به ورق اعمال می‌شود. برای ثابت نگه داشتن ورق‌گیر بر روی ماتریس، از 2 عدد پیچ 14M استفاده شده است.
2-3-4- سیستم تولید فشار
برای ایجاد فشار از یک واحد هیدرولیکی استفاده شده است که قابلیت اعمال فشار را تا حداکثر MPa30 دارد. شکل (2-5) این واحد را نشان میدهد که دبی آن توسط یک پیچ تنظیم قابل تغییر می‌باشد.

مطلب مشابه :  پایان نامه با کلید واژگاننقدشوندگی، بازار سرمایه، رتبه بندی، ماشین بردار پشتیبان

شکل (2-5) واحد هیدرولیکی استفاده شده
برای تنظیم فشار داخل مخزن، یک مدار هیدرولیکی طراحی و استفاده شد. این مدار هیدرولیکی از یک شیر کنترل فشار جهت تنظیم فشار نهایی، یک مانومتر جهت نشان دادن مقدار فشار داخل مخزن، یک شیر یکطرفه، سه راهی و اتصالات هیدرولیکی تشکیل می‌شود. شکل (2-6) مدار هیدرولیکی را نشان می‌دهد. تجهیزات سیستم هیدرولیکی مربوط به این مدار در شکل (2-7) آمده است.

شکل (2-6) مدار هیدرولیکی استفاده شده در قالب هیدرودینامیکی با فشار شعاعی
نحوه عملکرد سیسستم هیدرولیکی به این صورت است که فشار با استفاده از پمپ هیدرولیکی ایجاد و با استفاده از شیر یکطرفه وارد محفظه ماتریس می‌شود. از شیر یکطرفه بدین منظور استفاده می‌شود که در صورت افزایش فشار داخل مخزن، سیال وارد مدار هیدرولیکی پمپ نشود. برای کنترل فشار بیشینه مخزن از یک شیر کنترل فشار استفاده شد. در این شیر با تنظیم روی فشار خاص، حداکثر فشار داخل مخزن تعیین می‌گردد، بگونه‌ای که پس از رسیدن فشار مخزن به فشار تنظیم شده توسط شیر، شیر کنترل فشار باز می‌شود و سیال از طریق آن خارج می‌شود و از افزایش فشار مخزن جلو گیری بعمل می‌آید. در این سیستم هیدرولیکی از یک فشار سنج دیجیتالی استفاده شده است که مقدار فشار در هر لحظه توسط کامپیوتر ثبت می‌شود و نمودار مسیر فشار بر حسب زمان توسط یک نرم افزار قابل ترسیم می‌باشد. سیال به کار رفته جهت شکل‌دهی ورق، روغنSAE20 W5 ساخت کارخانه نفت پارس می‌باشد.

شکل (2-7) تجهیزات سیتم هیدرولیکی کنترل فشار
2-4- دستگاه‌های اندازه‌گیری
2-4-1- دستگاه ضخامت سنج
برای اندازه‌گیری ضخامت قطعات شکل داده شده از یک دستگاه ضخامت سنج اولتراسونیک دیجیتالی با دقت یک میکرون استفاده شد. تصویر ا
ین دستگاه در شکل (2- 8 – الف) نشان داده شده است. با توجه به اینکه پراب7 اندازه‌گیری دستگاه ضخامت سنج برای اندازه‌گیری بر روی قوسها مناسب نبود برای اندازه‌گیری ضخامت قطعات، علاوه بر ضخامت سنج اولتراسونیک، از دستگاه ضخامت سنج مکانیکی ساعت دار کروپلین8 ساخت کشور آلمان نیز استفاده شد. این وسیله دارای دقتmm 01/0 بوده و فک‌های اندازه‌گیر این ضخامت سنج دارای نوک کروی است که برای اندازه‌گیری در ناحیه قوس‌دار مناسب می‌باشد. برای اندازه‌گیری سایر ابعاد قطعه از کولیس دیجیتالی و شعاع سنج ( Rسنج) استفاده شد. شکل (2-8 – ب و ج) تصویر این وسایل اندازه‌گیری را نشان می‌دهد.

مطلب مشابه :  منبع مقاله دربارهگیاه شناسی، منابع محدود، لوازم آرایشی، سازمان بهداشت جهانی

شکل (2-8) تجهیزات اندازه‌گیری ضخامت ورق، الف- ضخامت سنج اولتراسونیک، ب- ضخامت سنج مکانیکی، ج- کولیس دیجیتالی.
2-4-2- دستگاه پروفیل پروژکتور
برای اندازه‌گیری دقیق پروفیل قطعات شکل‌ داده شده و سنبه‌های ساخته شده از دستگاه پروفیل پروژکتورBaty R14 ساخت کشور انگلستان که در شکل (2-9) نشان داده شده، استفاده گردید. دقت این دستگاه یک میکرون است و سیستم آن نوری می‌باشد. میز دستگاه در دو بعد قابلیت حرکت دارد و مختصات هر نقطه را در دو بعد ثبت می کند. این دستگاه متصل به یک رایانه است که توسط نرم افزار Baty 3D Software تمام خروجی‌های را به صورت فایل‌های گرافیکی یا با پسوند *.pdf ذخیره می‌کند.

شکل (2-9) دستگاه پروفیل پروژکتور نوری Baty R14
2-5- آزمایش کشش
برای انجام این پژوهش از ورق مسی خالص (9/99%) با ضخامت mm1، 2 و 5/2 و ورق فولادی St14 به ضخامت mm 1 استفاده گردید. برای بدست آوردن نمودار تنش- کرنش، نمونه‌هایی از ورق طبق استاندارد ASTM-A370 که در شکل (2-10) نشان داده شده، تحت زاویه‌های 00، 450 و 900 نسبت به راستای نورد بریده شدند. نمونه‌های آماده شده توسط دستگاه آزمایش کشش اونیورسال کشیده شدند. در شکل (2-11) نمونه‌هایی از قطعات کشیده شده مسی نشان داده شده است.

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

شکل (2-11) نمونه‌هایی از قطعات کشیده شده طبق استاندارد ASTM-A370.
مشخصات مکانیکی و فیزیکی ورق‌های مسی و فولادی شامل منحنی تنش-کرنش حقیقی، مدول الاستیکی، ضریب پوآسون و چگالی در جدول (2-1) و شکل (2-12) نشان داده شده اند.
جدول (2-1) خصوصیات مکانیکی و فیزیکی ورق‌های مورد استفاده.
جنس ورق
دانسیته،[30]
? (kg/m3)
ضریب‌پواسون[30]
تنش تسلیم، ? (MPa)
ضریب استحکام، K
نمای کرنش سختی، n
مدول یانگ،[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

شکل (2-12) نمودار تنش – کرنش حقیقی حاصل از آزمایش کشش الف- فولاد St14 ب- مس 9/99%.

فصل3
فصل 3- شبیه‌سازی اجزای محدود

3-1- مقدمه
در این فصل نخست نرم افزار شبیه‌سازی اجزای محدود ABAQUS معرفی و سپس مراحل تحلیل فرآیند شکل‌دهی قطعه مخروطی در این نرم‌افزار ارایه می گردد.
3-2- معرفی نرم افزار شبیه‌سازی
نرم افزارABAQUS مجموعه ای از برنامه‌های شبیه‌سازی قدرتمند مهندسی است که بر پایه روش اجزای محدود بنا نهاده شده و می‌تواند مسایلی با طیف گسترده از یک تحلیل خطی نسبتا ساده تا تحلیلهای غیرخطی بسیار پیچیده را حل کند. این نرم افزار قابلیت شبیه‌سازی مسایل پیچیده مهندسی را در زمینه‌های مختلف دارد. از آنجایی که انجام آزمایشات عملی بسیار پرهزینه است، استفاده از شبیه‌سازی

No Comments

Leave a Reply