1-1-1-3-قالب خمکاری52
3-2-3-سیستم تامین فشار53
3-2-4-سیال هیدرولیکی55
3-2-5-وسایل اندازهگیری56
3-3-تعیین خواص مکانیکی ورق56
4شبیهسازی اجزای محدود59
4-1-مقدمه60
4-2-مراحل شبیهسازی60
4-2-1-ایجاد مدل هندسی (Part)60
4-2-2-تعیین خصوصیات ورق61
4-2-3-مونتاژ قطعات62
4-2-4-مراحل شکلدهی62
4-2-5-تعیین تماس بین سطوح63
4-2-6-شرایط مرزی و بارگذاری64
4-2-7-المان بندی65
4-2-8-تحلیل فرآیند65
5نتایج و بحث67
5-1-مقدمه68
5-2-بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله68
5-2-1-بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله بر شکلگیری لوله68
5-2-2-بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله بر توزیع ضخامت دیواره داخلی و خارجی74
5-3-بررسی اثر تغییرات ضریب اصطکاک میان قالب و لوله بر تغییرات ضخامت لوله79
5-4-بررسی اثر فشار شکلگیری لوله در نسبتهای شعاع قالب به قطر لوله (R/D) ثابت و مقایسه تغییرات ضخامت لوله در دیواره داخلی و خارجی86
5-4-1-نسبتهای شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر 186
5-4-2-نسبتهای شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر 8/090
5-4-3-نسبتهای شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر 6/094
5-5-بررسی اثر تغییرات نسبت شعاع قالب به قطر لوله (R/D) متغیر در یک قطر لوله ثابت، بر فشار شکلدهی لوله و تغییرات ضخامت لوله در دیواره داخلی و خارجی97
6نتیجهگیری و پیشنهادها106
6-1-مقدمه107
6-2-نتیجهگیری107
6-3-پیشنهادها109
7مراجع111
فهرست شکل‌ها
شکل ‏11، چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله]1[.2
شکل ‏12، پارامترهای رایج در خمکاری لوله ]4[.4
شکل ‏13، شماتیک فرآیند خمکاری هیدروفرمینگ لوله ]5[.6
شکل ‏14، شماتیک فرآیند خمکاری فشاری لوله [7].8
شکل ‏15، شماتیک فرآیند خمکاری کششی دورانی لوله ]9[.9
شکل ‏16، شماتیک فرآیند خمکاری تحت فشار الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری ]11[.11
شکل ‏17، شماتیک فرآیند خمکاری کوبهای، الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری]11[.12
شکل ‏18، شماتیک فرآیند خمکاری غلتکی با سه غلتک]11[.13
شکل ‏19، برگشت فنری ]11[.15
شکل ‏110، چینخوردگی در لوله در شعاع داخلی خم ]12[.15
شکل ‏111، خرابی سطح مقطع لوله بر اثر خمکاری (تخت شدن در شعاع بیرونی و بیضی شدن) ]11[.17
شکل ‏112، تغییرات ضخامت لوله در خمکاری]11[.17
شکل ‏21، شکلدهی خمکاری فشاری لوله، الف- قبل از انجام فرآیند، ب- پس از انجام فرآیند[13].21
شکل ‏22، شکلدهی لوله در پارامترهای مختلف[13].21
شکل ‏23، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره داخلی و خارجی در شعاع خم مختلف[13].21
شکل ‏24، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در دو جنس آلومینیوم و فولاد[13].22
شکل ‏25، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در با ضریب اصطکاک مختلف[13].22
شکل ‏26، نتایج حاصل از پژوهش کمی و همکاران [14].23
شکل ‏27، نتایج حاصل از پژوهش یانگ و همکاران [15].24
شکل ‏28، نتایج حاصل از پژوهش هی یانگ و یانگ لین [17].26
شکل ‏29، نتایج حاصل از پژوهش وانگ و همکاران [5].28
شکل ‏210، نتایج حاصل از پژوهش وانگ و آگاروال [18].30
شکل ‏211، نتایج حاصل از پژوهش فنگ و همکاران [19].33
شکل ‏212، تغییرات ماکزیمم تنش مماسی نمونه در مندرل با قطرهای الف- mm2/34، ب- mm 35، ج- mm6/35]20.[34
شکل ‏213، شکل ماکزیمم تنش فشاری نمونه در مندرل با قطرهای مختلف]20[.35
شکل ‏214، تغییرات ماکزیمم تنش مماسی نمونه در مندرل با طولهای الف- mm6، ب- mm 8، ج- mm 10 د- mm11]20.[36
شکل ‏215، تغییرات کرنش پلاستیک معادل در تعداد توپهای الف- 0، ب- 1، ج- 2، د- 3 ]20[.37
شکل ‏216، تغییرات سطح مقطع با تعداد توپهای الف- 0، ب- 1، ج- 2، د- 3] 20[.37
شکل ‏217، شکل تفاوت تنش فشاری در قوس داخلی در قطر مختلف مندرل ] 21[.38
شکل ‏218، فرآیند خمکاری به روش NC ] 21[.39
شکل ‏219، استراتژی برای انتخاب پارامترهای موثر در فرآیند خمکاری با روش NC ] 21[.39
شکل ‏220، اثر لقی میان لوله و قالب جاروبکن] 22[.40
شکل ‏221، اثر لقی میان لوله و مندرل] 22[.41
شکل ‏222، میزان تغییرات سطح مقطع در شعاع خم نرمال] 23[.42
شکل ‏223، میزان تغییرات سطح مقطع در شعاع خم کوچک] 23[.42
شکل ‏224، میزان تغییرات ضخامت در شعاع خم نرمال] 23[.43
شکل ‏225، میزان تغییرات ضخامت در شعاع خم کوچک] 23[.43
شکل ‏31، دستگاه آزمایش اونیورسال (DMG).47
شکل ‏32، الف- شماتیک قالب کشش عمیق مرحله یک، ابعاد به mm، ب- اجزای قالب کشش عمیق مرحله یک.48
شکل ‏33، الف- شماتیک قالب کشش عمیق مرحله دو، ابعاد به mm، ب- اجزای قالب کشش عمیق مرحله دو.49
شکل ‏34، مراحل شکلدهی لوله، I- ورق اولیه، II- کشش عمیق مرحله اول، III- کشش عمیق مرحله دوم، IV- اتوکشی مرحله اول، V- اتوکشی مرحله دوم، VI- اتوکشی مرحله سوم، VII- اتوکشی مرحله چهارم.49
شکل ‏35، الف- شماتیک قالب اتوکشی، ب- مجموعه قالبهای مراحل مختلف اتوکشی.50
شکل ‏36، پارامترهای هندسی لوله در این پژوهش.51
شکل ‏37، الف- شماتیک قرار گیری نمونه در قالب جدید(خم هیدروفرمینگ)، ب- قالب جدید خم هیدروفرمینگ.53
شکل ‏38، مسیر نمونه فشار اعمالی در تحقیق حاضر.53
شکل ‏39، واحد هیدرولیکی تامین فشار اولیه.54
شکل ‏310، مدار هیدرولیکی استفاده شده در قالب کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی.54
شکل ‏311، تجهیزات سیستم هیدرولیکی کنترل فشار.55
شکل ‏312، تجهیزات اندازه‌گیری الف- ضخامتسنج مکانیکی، ب- کولیس دیجیتالی.56
شکل ‏313، ابعاد نمونه آزمون کشش مطابق استاندارد ASTM-A370.57
شکل ‏314، دستگاه تست کشش SANTAM.57
شکل ‏315، نمونه‌هایی از قطعات کشیده شده طبق استاندارد ASTM-A370.58
شکل ‏316، نمودار تنش– کرنش حقیقی حاصل از آزمایش کشش.58
شکل ‏41، هندسه اجزای قالب و لوله در نرمافزار شبیهسازی.61
شکل ‏42، مونتاژ اجزای قالب و لوله در شبیهسازی.62
شکل ‏43، شرایط مرزی اعمال شده به ورق و اجزای قالب در شبیهسازی.64

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل ‏51، ناحیه‌های بحرانی لوله در فرآیند خم جدید.69
شکل ‏52، لوله شکل داده‌شده بدون فشار سیال.69
شکل ‏53، لوله شکل داده‌شده در فشار MPa10.70
شکل ‏54، لوله شکل داده‌شده در فشار MPa15.70
شکل ‏55، لوله شکل داده شده در فشار MPa20.71
شکل ‏56، لوله شکل داده شده در فشار MPa27.72
شکل ‏57، شکلگیری لوله سالم و بدون عیب در قالب.73
شکل ‏58، منحنی نیروجابجایی لوله خم شده در فشار 20MPa.73
شکل ‏59، الف- مسیر اندازهگیری ضخامت ab و cd ب- ناحیه های مورد بررسی در شعاع داخلی و شعاع خارجی قطعه خمشده.74
شکل ‏510، منحنی توزیع ضخامت لوله در فشار MPa20 الف- شعاع داخلی ب- شعاع خارجی.76
شکل ‏511، منحنیهای توزیع ضخامت الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی در فشارهای مختلف، حاصل از شبیهسازی.77
شکل ‏512، درصد کاهش ضخامت در قطعه در فشارهای مختلف الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی.78
شکل ‏513، تاثیر ضریب اصطکاک بین جداره قالب و لوله منحنیهای توزیع ضخامت الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی، حاصل از شبیهسازی، در فشار MPa20.81
شکل ‏514، درصد کاهش ضخامت در قطعه با ضریب اصطکاکهای مختلف الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی.82
شکل ‏515، منحنی توزیع ضخامت شعاع داخلی لوله در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa15، ج- MPa20 با ضریب اصطکاک 1/0 و شعاع خم mm20 و قطر لوله mm20.84
شکل ‏516، منحنی توزیع ضخامت لوله در فشارهای الف- MPa10، ب-MPa 15، ج- MPa20.85
شکل ‏517، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa25، ب- MPa35، در نسبت R/D برابر 10/10.86
شکل ‏518، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa15، ب- MPa20، ج- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/20.87
شکل ‏519، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa5، ب- MPa10، ج- MPa20 در نسبت R/D برابر 30/30.88
شکل ‏520، منحنی توزیع ضخامت لوله در نسبتهای R/D برابر 1 الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی.90
شکل ‏521، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa50، ج- MPa60 در نسبت R/D برابر 10/8.91
شکل ‏522، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa20، ج- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/16.92
شکل ‏523، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa15، ج- MPa20در نسبت R/D برابر 30/24.93
شکل ‏524، منحنی توزیع ضخامت لوله در نسبتهای R/D برابر 8/0 الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی.94
شکل ‏525، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف) MPa30، ب)MPa50، ج)MPa55 د) MPa60 در نسبت R/D برابر 10/6.95
شکل ‏526، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa20، ج- MPa25 د- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/12.96
شکل ‏527، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa16در نسبت R/D برابر 30/18.96
شکل ‏528، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa25، ج- MPa30 با نسبت R/D55/0 با قطر لوله برابر با mm20.98
شکل ‏529، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa25، ج- MPa27 با نسبت R/D 6/0 با قطر لوله برابر با mm20.99
شکل ‏530، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa22، ج- MPa24 با نسبت R/D 65/0 با قطر لوله برابر با mm20.100
شکل ‏531، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa22 با نسبت R/D 7/0 با قطر لوله برابر با mm20.101
شکل ‏532، میزان تغییرات ضخامت قطعه در فشارهای مختلف با نسبت R/D 7/0با قطر لوله برابر با mm20 الف) شعاع داخلی، ب) شعاع خارجی.101
شکل ‏533، درصد کاهش ضخامت در قطعه در فشارهای مختلف با نسبت R/D 7/0 با قطر لوله برابر با mm20 الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی.102
شکل ‏534، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa21، با نسبت R/D 75/0 با قطر لوله برابر با mm20.102
شکل ‏535، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa18، ب- MPa20 با نسبت R/D 8/0 با قطر لوله برابر با mm20.103
شکل ‏536، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa18، ب- MPa20 با نسبت R/D 85/0 با قطر لوله برابر با mm20.103
شکل ‏537، لولههای شکل داده شده در فشار MPa20 با نسبت R/D 9/0با قطر لوله برابر با mm20.103
شکل ‏538، لولههای شکل داده شده در فشارهای MPa20 با نسبت R/D 95/0 با قطر لوله برابر با mm20.104
شکل ‏539، لولههای شکل داده شده در فشارهای MPa20 با نسبت R/D 1 با قطر لوله برابر با mm20.104
شکل ‏540، فشار شکلگیری نمونه در نسبتهای شعاع خم به قطر لوله (R/D) مختلف در قطر لوله ثابت برابر mm20.105
فهرست جدول‌ها
جدول (2-1) نتایج حاصل از پژوهش وانگ و آگاروال [19].30
جدول (3-1) ابعاد لوله شکل داده شده در مراحل مختلف51
جدول (3-2) خصوصیات مکانیکی و فیزیکی ورقهای مورد استفاده در آزمایشها.58
کلیات
مقدمه
امروزه لولههای خمیده کاربرد بسیار گستردهای در صنایعی نظیر هواپیماسازی، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثیه منزل، سازههای مکانیکی و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره دارد. قطعات لولهای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند و به همین دلیل در صنایع به صورت وسیعی به کار گرفته میشوند. در شکل (‏11) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.
شکل ‏11، چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله]1[.
در گذشته انجام عملیات خمکاری لوله یک هنر تلقی میشد و نوعا توسط افراد ماهر و با تجربه صورت میگرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گستردهای در خمکاری لولهها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیلهای تئوری و شبیهسازی عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده است.
روشهای مختلفی جهت خمکاری لولهها وجود دارد. هر یک از این روشها با توجه به نوع و کیفیت خمی که میتوان تولید کرد دارای کاربردها و محدودیتهایی میباشند. انواع روشهای خمکاری لوله شامل خمکاری برشی1، خمکاری کششی دورانی2، خمکاری تحت فشار3، خمکاری کوبهای4، خمکاری فشاری5، خمکاری غلتکی6 و خمکاری به روش هیدروفرمینگ7 میباشند. انتخاب روش خمکاری بستگی به کیفیت خم، تعداد تولید، جنس لوله، شعاع نسبی خم (R/D)، قطر نسبی لوله (D/t) و دقت مورد انتظار دارد که در آن ها D قطر خارجی، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم میباشد]2[. در موتور هواپیماها، قطعات لولهای با شعاع خم کوچک با استحکام بالا به صورت فراوان به کار گرفته میشوند. شعاع خم این قطعات لولهای در برخی موارد در حدود قطر خارجی آنها میباشد که در بسیاری از موارد تولید آنها با روشهای رایج خمکاری لولهها مشکل است. در این موارد لازم است روشهای جدیدی جهت تولید خم با کیفیت مطلوب مورد استفاده قرار گیرند. یکی از این روشها، خمکاری به روش هیدروفرمینگ است که در آن خمکاری تحت فشار داخلی سیال انجام میگیرد. این روش در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لولهها دارای مزایایی مانند دقت بالا، تولید خم با کیفیت خوب و کمترین تغییرات ضخامت دیواره، بهبود مقاومت و سختی، کاهش ضایعات و کاهش هزینه با توجه به کاهش نیروی کار، تجهیزات و مصرف انرژی میباشد]3[.
تعریف ها و پارامترهای خمکاری
در شکل (‏12) پارامترهای خمکاری لوله نشان داده شده است. هر یک از این پارامترها را میتوان به صورت زیر تعریف نمود ]4[.
– سطح خمش: سطحی که از شعاع خط مرکزی لوله (شعاع خم) عبور میکند و عمود بر جهت چرخش خم میباشد.
– خط مرکزی لوله (CL): خط ممتدی که هر نقطه واقع در مرکز سطح مقطع لوله را به هم وصل میکند.
شکل ‏12، پارامترهای رایج در خمکاری لوله ]4[.
دیواره خارجی خم8: کمان/لبه بیرونی خم میباشد.
دیواره داخلی خم9: کمان/لبه داخلی خم میباشد.
شعاع خط مرکزی (CLR): فاصله بین مرکز چرخش خم و خط مرکزی لوله میباشد که شعاع خم نیز نامیده میشود. در صنعت خمکاری معمولا شعاع خم بر حسب ضریبی از قطر خارجی لوله (OD) و به صورت mD بیان میشود.
(‏11) m= CLR/OD
انحنای خم: عکس شعاع خط مرکزی را انحنای خم میگویند.
(‏12) K=1/CLR
قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهایی به کار میرود منظور قطر خارجی میباشد.
روشهای خمکاری لوله
روشهای زیادی برای خمکاری لوله وجود دارد. در این بخش در مورد برخی از روشهای خمکاری لولهها بحث خواهد شد. هر یک از این روشها دارای کاربردها و محدودیتهایی از لحاظ نوع خم، حداکثر زاویه خمی که میتواند ایجاد کند، هزینههای تولید و کیفیت خم میباشد. در ادامه به روشهای مختلف خمکاری اشاره شده است.
خمکاری هیدروفرمینگ
خمکاری به روش هیدروفرمینگ از جمله روشهای خمکاری است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک حتی کمتر از قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم و تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) ناچیز میباشد. قطعات خمکاری که در موتور هواپیماها و سفینههای فضایی بکار میروند باید هم فضای کمی اشغال کنند و هم از کیفیت و استحکام بالایی برخوردار باشند. برای اینکه این قطعات فضای کمی اشغال کنند لازم است که خمکاری با شعاع کوچک انجام شود. برای دستیابی به کیفیت و استحکام مناسب باید از یک روش خمکاری مناسب استفاده کرد. با خمکاری به روش هیدروفرمینگ میتوان خمهایی که این ویژگیها را دارند تولید نمود]3[.
پروفیل خم مورد استفاده در قالب خمکاری هیدروفرمینگ، پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر است که در آن فشار سیال به سطح داخلی لوله اعمال میشود و سبب میشود که لوله بطور کامل شکل پروفیل خم قالب را به خود بگیرد. در شکل (‏13) شماتیک این فرآیند مشاهده میشود.
در این روش، ابتدا لوله داخل قالب قرار داده میشود. سپس با اعمال سیال در محفظه لوله، فشار سیال سبب شکل گیری بهتر لوله در داخل قالب میشود.
شکل ‏13، شماتیک فرآیند خمکاری هیدروفرمینگ لوله ]5[.
خمکاری فشاری
خمکاری فشاری بیشتر برای تولید خمهای با شعاع کم در لولههای جدار نازک استفاده میشود. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک در حدود قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم، تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) کم و تجهیزات ارزانتر در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لوله میباشد.
قالب خم مورد استفاده در این روش خمکاری دارای پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر میباشد. پس از خمکاری شکل پروفیل خم در لوله ایجاد میگردد. در داخل لوله از مندرل لاستیک مانند استفاده میشود که تحت شرایط فشاری مشابه سیال رفتار میکند. بین لوله و مندرل باید مقداری لقی در نظر گرفته شود تا در انتهای خمکاری بتوان به راحتی آن را از داخل لوله خارج نمود. موادی مانند یورتان10، رزین اپوکسی ریختهگری11، لاستیک طبیعی12 و لاستیک مصنوعی13 جهت استفاده به عنوان مندرل مناسب میباشند. این مواد خاصیت الاستیکی بالایی دارند و بعد از خمکاری و برداشتن فشار از روی آنها به شکل اولیه خود باز میگردند و به راحتی میتوان آنها را از داخل لوله خارج نمود. فشار داخلی ایجاد شده در لوله باعث میشود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از بیضی شدن سطح مقطع لوله جلوگیری میشود. علاوه بر این، تامین فشار لازم برای جلوگیری از چروکیدگی در شعاع داخلی خم ضروری میباشد ]6[.
در روش خمکاری فشاری ابتدا مندرل لاستیکی در داخل لوله قرار داده میشود. سپس مجموعه لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد میشود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی میماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن میگردد و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال میشود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده میشوند و در نتیجه لوله شکل پروفیل را به خود میگیرد. بعد از خمکاری، فشار از روی مندرل برداشته میشود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج میشوند.
پارامترهای تاثیر گذار بر شکل نهایی لوله شامل فشار داخلی، شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب و نیز بین لوله و مندرل، شکل اولیه لوله، ابعاد و خواص مکانیکی لوله، سرعت سنبه و غیره میباشد. انتخاب مناسب هر یک از این پارامترها در کیفیت خم تولید شده موثر خواهد بود. در شکل (‏14) شماتیک این فرآیند مشاهده میشود ]7[.
شکل ‏14، شماتیک فرآیند خمکاری فشاری لوله [7].
استفاده از روشهای خمکاری فشاری در مواردی که تعداد تولید پایین باشد بسیار سودمند میباشد زیرا با هزینه کم میتوان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا میباشد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت برای تولید خم (بویژه خمهای با شعاع کوچک) در تعداد کم و با دقت، مناسبترین گزینه روش خمکاری فشاری میباشد.
روش خمکاری فشاری برای خمهای با زاویه بین 15 تا 120 درجه، شعاعهای خم از 20 تا 160 میلیمتر و ضخامت لوله در حدود 5/0 تا 2 میلیمتر مناسب میباشد ]8[.
خمکاری کششی دورانی
خمکاری کششی دورانی یکی از روشهای بسیار رایج خمکاری لوله و پروفیل میباشد که روی ماشینهای خمکاری کششی دورانی انجام میشود. این ماشینها با نیروی هیدرولیکی، پنوماتیکی یا مکانیکی الکتریکی کار میکنند و ممکن است به صورت دستی یا ماشین کنترل عددی14 کنترل شوند. اجزای اصلی قالب شامل قالب خم15، قالب فشاری16، قالب نگهدارنده17، قالب جاروب کن18 و مندرل19 میباشند. تمامی این اجزا در شکل (1-5) نشان داده شده است.
در روش خمکاری کششی دورانی، لوله از یک انتها توسط گیره به قالب دورانی مقید میشود. سپس توسط یک بازویی، مندرل به درون لوله هدایت میشود. با چرخش قالب دورانی، لوله روی قالب فشاری کشیده شده و به داخل قالب خم هدایت میشود. چرخش قالب دورانی به اندازهای است که زاویه خم مورد نظر در لوله ایجاد میشود. قالب فشاری میتواند ثابت یا متحرک باشد و در صورت متحرک بودن توسط یک جک به سمت جلو یا به سمت عقب حرکت میکند. سطوح گیره را به صورت آجدار میسازند تا بیشترین اصطکاک را به منظور محکم گرفتن لوله فراهم آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروب کن باید کاملا پرداخت باشند چون موقع خمکاری در تماس با سطح لوله حرکت میکنند. شکل (‏15) شماتیک روش خمکاری کششی را نشان می دهد.

شکل ‏15، شماتیک فرآیند خمکاری کششی دورانی لوله ]9[.
در روش خمکاری کششی دورانی، قالب فشاری با ایجاد فشار به لوله در شعاع بیرونی خم، از نازک شدن بیش از حد لوله جلوگیری میکند. این عمل، در خمکاری با زاویه خم بزرگ و شعاع خم کوچک بسیار مفید خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب کن برای جلوگیری از چین خوردگی و خراب شدن سطح مقطع لوله ممکن استفاده شود ولی استفاده از مندرل در حد امکان باید پرهیز شود زیرا هزینه های تولید را افزایش میدهد.
در این روش امکان کنترل جریان ماده وجود دارد. بنابراین میتوان از آن برای خمکاری لولههای جدار نازک و شعاع خم های کوچک استفاده نمود. برای ضخامتهای کمتر از 4/0 میلیمتر نباید از این روش استفاده نمود زیرا ابزار بندی در این حالت بسیار پیچیده خواهد بود ]4[.
خمکاری تحت فشار
در این روش لوله بدون استفاده از مندرل با ابزار بندی دقیق تولید میشود. خمکاری فشاری مشابه خمکاری کششی دورانی میباشد با این تفاوت که در این روش قالب خم حرکت کششی دورانی ندارد و ثابت میباشد. در روش خمکاری فشاری یک سر لوله توسط گیره و قالب ثابت20محکم گرفته میشود و با چرخش یک بازویی غلتکی21 (قالب جاروب کن)، لوله به دور قالب ثابت فشار داده میشود. شماتیک فرآیند در شکل (‏16) نشان داده شده است.
در مواردی که شعاع خم مورد نظر دارای دقت بالایی نباشد استفاده از این روش ساده بوده و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه میباشد. کاهش ضخامت دیواره لوله و بیضی شدن مقطع در این روش زیاد میباشد و به ویژه در خمکاری لوله با شعاع خم کوچک، چین خوردگی در دیواره درونی، نازک شدگی در دیواره بیرونی و بیضی شدن مقطع بسیار رایج است ولی برای شعاع خمهای بزرگ یک روش مرسوم و سریع میباشد ]4 و10[.
شکل ‏16، شماتیک فرآیند خمکاری تحت فشار الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری ]11[.
خمکاری کوبهای
خمکاری کوبه ای یکی از قدیمیترین روشهای خمکاری مکانیکی لولهها میباشد. در این روش مطابق شکل (‏17)، لوله روی دو تکیه گاه قرار میگیرد و با حرکت قالب کوبهای22 خم می شود. حرکت قالب کوبه ای تا جایی ادامه پیدا میکند که خم با زاویه مورد نظر روی لوله ایجاد شود.
محدودیت این روش این است که از آن برای تولید خم با شعاع کوچک نمیتوان استفاده کرد ولی برای تولید خم با شعاع خم زیاد در حدود D5 یا بیشتر، مناسب است و هزینه کمی خواهد داشت. از این روش به صورت گسترده برای خمکاری لولهها استفاده میشود زیرا دستگاههای آن براحتی قابل حمل بوده و تنظیم آنها نیز ساده میباشد. ماشینهای مورد استفاده برای خمکاری کوبه ای در اندازههای متفاوتی وجود دارند که کوچکترین آنها قادر به خم کردن لوله به قطر 3/8 اینچ بوده و عملگر آن یک جک دستی میباشد و بزرگترین آنها قادر هستند لولههایی به قطر 20 اینچ با ضخامت 5/0 اینچ را خم کنند. در این دستگاهها قالب کوبه ای توسط نیروی هیدرولیک عمل میکند]3 و 9[.
شکل ‏17، شماتیک فرآیند خمکاری کوبهای، الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری]11[.
خمکاری غلتکی
در این روش برای ایجاد خم در لوله از سه غلتک استفاده میشود. غلتکهای کناری ثابت بوده و نقش تکیه گاه را دارند و غلتک میانی در راستای عمود بر خط واصل دو غلتک کناری جابهجا میشود. لوله روی دو غلتک کناری قرار میگیرد و با حرکت غلتک میانی خم مورد نظر ایجاد میشود. شکل (‏18) شماتیک این روش را نشان میدهد.
روش خمکاری غلتکی برای شعاعهای خم بزرگ با زاویه خم بیش از 90 یا 180 درجه کاربرد دارد. از این روش برای ایجاد خمهای مارپیچی نیز میتوان استفاده کرد. برای این منظور باید قسمت جلویی لوله مقداری در جهت عمود بر محور پیچش جابهجا شود تا تغذیه ماده ادامه یابد و در نتیجه یک پیچه با گام برابر با قطر خارجی لوله یا بزرگتر ایجاد میشود. علاوه بر این میتوان خمهایی را روی لوله ایجاد کرد که دارای شعاع انحنای متغیر در طول خم باشند. بدین ترتیب یک خم منحنیوار روی لوله ایجاد خواهد شد. این کار با جابهجایی غلتک میانی در حین خمکاری در راستای عمود بر محور دو غلتک ثابت امکانپذیر است ]9.[

شکل ‏18، شماتیک فرآیند خمکاری غلتکی با سه غلتک]11[.
عیوب خمکاری لوله
در حین خمکاری لولهها عیوب مختلفی ممکن است بوجود بیایند که کیفیت خم تولید شده را تحت تاثیر قرار میدهند. از مهمترین عیوب رایج در خمکاری لولهها میتوان به برگشت فنری23، چین خوردگی24 در شعاع داخلی خم، نازک شدن بیش از حد یا پارگی جدار لوله در شعاع بیرونی خم و بیضی شدن25 سطح مقطع لوله اشاره کرد.
برگشت فنری
هنگامی که لوله به شعاع خط مرکزی (CLR) خم میشود طول تار خنثی ثابت باقی میماند ولی سطوح بیرون تار خنثی تحت کشش قرار میگیرند و طول آنها افزایش مییابد و سطوح داخل تار خنثی تحت فشار قرار گرفته و طول آن کاهش مییابد و منجر به ایجاد یک ناحیه الاستیک در سطح مقطع لوله میشود. هنگامی که باربرداری صورت میگیرد، تنشهای الاستیک آزاد میشوند که باعث باز شدن خم میگردند. به این پدیده برگشت فنری گفته میشود. پس از برگشت فنری، شعاع خم (CLR) افزایش و زاویه خم کاهش می یابد. برای جبران این خطا میتوان لوله را مقداری بیشتر خم کرد بطوریکه پس از برگشت فنری ابعاد مطلوب که در محدودهی تلرانس می باشد، حاصل شود. میزان برگشت فنری به عوامل مختلفی مانند جنس ماده، زاویه خم، ابعاد لوله، مندرل و ابزار مورد استفاده بستگی دارد ]4[. در شکل(‏19) برگشت فنری لوله نشان داده شده است.
شکل ‏19، برگشت فنری ]11[.
چینخوردگی
در حین خمکاری، شعاع داخلی لوله تحت تنش فشاری قرار میگیرد. هنگامی که شعاع خم خیلی کوچک باشد، تنش فشاری زیادی در شعاع داخلی خم ایجاد میشود که باعث ناپایداری دو انشعابی26 شدن یا کمانش (چینخوردگی) بر اثر کرنش فشاری در این ناحیه میگردد. از آنجایی که قطعات لولهای اغلب در موقعیتهایی مورد استفاده قرار میگیرند که دارای تلرانسهای محدود میباشند در نتیجه چینخوردگی مطلوب نبوده و باید حذف شود. چین خوردگی در لولههای با قطر زیاد و ضخامت کم بیشتر است. در شکل (‏110) چین خوردگی در شعاع داخلی خم نشان داده شده است.
شکل ‏110، چینخوردگی در لوله در شعاع داخلی خم ]12[.
عدم گردی (بیضوی شدن) سطح مقطع
عدم گردی سطح مقطع لوله شامل بیضی شدن مقطع و تخت شدن در شعاع بیرونی خم میباشد که در شکل (‏111) نشان داده شده است. همانطور که اشاره شد در حین خمکاری سطوح بیرونی خم تحت تنش کششی و سطوح درونی آن تحت تنش فشاری قرار میگیرند. لایههای بیرونی لوله تمایل دارند به سمت تار خنثی خارج شده و بیضی شکل میگردد. در صنعت برای جلوگیری از تخت شدن لوله در شعاع بیرونی خم و خراب شدن سطح مقطع لوله، از مندرل استفاده میشود.
بیضی شدن بستگی به خواص ماده لوله، نوع ابزار مورد استفاده برای خمکاری، هندسه لوله و شعاع خم دارد. در مواقعی که در داخل لوله از مندرل استفاده میشود در ناحیه خم این پدیده کمتر رخ میدهد. برای بیان میزان بیضی شدن سطح مقطع لوله از شاخصی به نام نسبت بیضی شدن استفاده میشود. برای محاسبه این نسبت لازم است بیشترین و کمترین قطر لوله در هر مقطع اندازه گیری شود. عموما بیشترین قطر خارجی سطح مقطع (ODmax) در نزدیکی تار خنثی میباشد و عمود بر صفحه خم اندازه گیری میشود. کمترین قطر خارجی سطح مقطع (ODmin) برابر با فاصله بین شعاع درونی خم و شعاع بیرونی خم میباشد. با داشتن مقادیر ODmax و ODmin میتوان نرخ تخت شدن سطح مقطع را از طریق رابطه (‏13) محاسبه نمود ]11[.

(1-3) Ω=(ODmax-ODmin)/OD×100
شکل ‏111، خرابی سطح مقطع لوله بر اثر خمکاری (تخت شدن در شعاع بیرونی و بیضی شدن) ]11[.
تغییرات ضخامت
نیروهای وارده بر لوله در حین خمکاری به گونهای است که در شعاع بیرونی خم تنش کششی و در شعاع داخلی خم تنش فشاری بوجود میآید در نتیجه در بخش بیرونی تار خنثی ضخامت جدار لوله کاهش مییابد و در بخش درونی تار خنثی ضخامت لوله افزایش مییابد. این موضوع در شکل (‏112) به صورت شماتیک نشان داده شده است. مساله مهم کاهش ضخامت لوله در شعاع بیرونی خم میباشد زیرا در صورتی که این کاهش از حدی بیشتر شود امکان شکستن لوله در این ناحیه وجود خواهد داشت.
شکل ‏112، تغییرات ضخامت لوله در خمکاری]11[.
پارگی27
در شعاع بیرونی خم لایههای لوله تحت تنش کششی قرار دارند. در صورتی که اندازه این تنش از حد تحمل ماده لوله فراتر رود در شعاع خارجی لوله شکست رخ میدهد. عوامل دیگری مانند شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب نیز در پارگی لوله موثر هستند ]8[.
مراحل انجام پژوهش
در انجام پایاننامه حاضر، در ابتدا مطالعهای پیرامون انواع روشهای خمکاری لوله صورت گرفت که در فصل اول بیان شد. سپس مطالعهای پیرامون پژوهشهای انجام شده توسط سایر محققان در زمینه خمکاری لوله مورد بررسی در این پایاننامه در فصل دوم ارائه خواهد شد. در ادامه از تجهیزات آزمایشگاهی در انجام آزمایشهای تجربی و خواص مواد استفاده شده که نحوه بدست آورن خواص مکانیکی ورق و روند انجام آزمایشهای تجربی در فصل سوم آورده شده است. بمنظور بررسی کاملتر تاثیر پارامترهای موثر، از نتایج شبیهسازی استفاده شد. در فصل چهارم مراحل انجام شبیهسازی در نرمافزار ABAQUS و چگونگی تعریف محیطهای مختلف آن معرفی خواهد گردید. نتایجی از پژوهش حاظر حاصل شد که در فصل پنجم به بحث پیرامون نتایج تجربی و شبیهسازی بدست آمده پرداخته میشود. در نهایت، در فصل ششم نتیجهگیریهای کلی از پایاننامه بیان شده و چند پیشنهاد به منظور بررسی کاملتر این تحقیق ارایه خواهد شد.
فصل دوم
مروری بر پژوهشهای انجام شده

مقدمه
امروزه لولههای خمیده با شعاع خم کوچک کاربرد بسیاری در موتور هواپیماها، سفینههای فضایی، موتور کشتیها و صنایع پتروشیمی و گاز و دیگر صنایع دارند. به همین سبب در سالهای اخیر پژوهشهای بسیاری در این زمینه صورت گرفته است. در این پژوهش روشی جهت خمکاری لوله به روش هیدروفرمینگ ارئه شده و پس از بررسی امکان خمکاری لوله بدون عیب با شعاع خم کوچک، برخی از پارامترهای موثر بر آن نظیر فشار داخلی لوله، ضریب اصطکاک و نسبت شعاع خمکاری به قطر لوله (R/D) مورد بررسی قرار گرفته است. از این رو، در ادامه به بررسی چند نمونه از تحقیقات انجام گرفته در زمینه خمکاری لوله جدار نازک پرداخته میشود.
پژوهشهای انجام شده پیرامون خمکاری لوله
ژانگ و ردیکاپ [13] خمکاری لوله جدار نازک را به روش فشاری ( شکل (‏21) ) به صورت شبیهسازی بر روی دو جنس آلومینیوم و فولاد بررسی کردند و تعدادی از پارامترهای موثر بر شکل پذیری، شامل شعاع خمکاری، فشار داخلی، ضریب اصطکاک، جنس و زمان فرآیند را مورد تحلیل قرار دادند. آنها میزان تغییرات ضخامت را در دو شعاع خم متفاوت (40 و 55 میلیمتر) در سه مقطع A، B و C که در شکل (‏22) نشان داده شد، بررسی کردند. همانطور که در شکل (‏23) نشان داده شده است آنها به این نتیجه رسیدند که کاهش شعاع خمکاری، سبب افزایش تغییرات ضخامت میشود. همچنین با کاهش شعاع خمکاری میزان ضخامت در دیواره خارجی کاهش و در دیواره داخلی افزایش مییابد. میزان تغییرات ضخامت در سطح مقطع Bبیشتر از سایر مقاطع است. آنها میزان تنش و تغییرات ضخامت را در این دو نمونه مقایسه کردند و دریافتند که میزان تنش و نازک شدگی در فولاد بیشتر از نمونه آلومینیومی است (شکل (‏24)). همچنین آنها دریافتند تاثیر ضریب اصطکاک نسبت به سایر پارامترها کمتر بوده و افزایش آن سبب پیدایش چروک در نمونه میشود (شکل (‏25)). آن محققین پس از بررسی اثر پارامتر فشار داخلی، دریافتند که فشار داخلی اهمیت زیادی در شکلدهی لوله دارد و افزایش فشار، میزان چروکیدگی را در نمونه کاهش میدهد. در نهایت آنها بمنظور دستیابی به چروک کمتر، نمونه را به مدت یک دقیقه در فشار بالا نگه داشتند و توانستند میزان چروک در نمونه را تا حدودی کاهش دهند که در شکل (2-2) نشان داده شده است.

شکل ‏21، شکلدهی خمکاری فشاری لوله، الف- قبل از انجام فرآیند، ب- پس از انجام فرآیند[13].
شکل ‏22، شکلدهی لوله در پارامترهای مختلف[13].

شکل ‏23، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره داخلی و خارجی در شعاع خم مختلف[13].

شکل ‏24، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در دو جنس آلومینیوم و فولاد[13].

شکل ‏25، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در با ضریب اصطکاک مختلف[13].
کمی و همکاران [14] فرآیند خمکاری فشاری لوله جدارنازک با مقطع مستطیلی را به صورت تجربی و شبیهسازی مورد بررسی قرار دادند. آنها تغییرات طول لوله در شعاع داخلی و خارجی خم و تغییرات ضخامت لوله را در پنج زاویه مختلف خم به صورت شبیهسازی و تجربی بررسی و با یکدیگر مقایسه کردند. آن محققان دریافتند که با افزایش زاویه خم، مقدار کرنش طولی افزایش مییابد. همچنین میزان ضخامت به تدریج، در شعاع داخلی خم افزایش، اما در شعاع خارجی خم کاهش مییابد و نازکشدگی رخ میدهد. نتایج این پژوهش در شکل (‏26) نشان داده شده است.
شکل ‏26، نتایج حاصل از پژوهش کمی و همکاران [14].
یانگ و همکاران [15] فرآیند خمکاری هیدروفرمینگ را برای ساخت قطعات خودرو به صورت شبیهسازی مورد بررسی قرار دادند. بدین منظور خمکاری را به دو روش قالب خمکاری و ماشین خمکاری کششی دورانی شبیهسازی کردند و اثر پارامتر شعاع خمکاری و تغییرضخامت جداره لوله را بر میزان نازک شدگی در مقطع C و اثر تغییرات ضخامت را در دو نوع روش خمکاری در مقاطع A، B و C که در شکل نشان داده شده بررسی کردند. آنها به این نتیجه دست یافتند که میزان لقی بین لوله و قالب بر میزان چروکیدگی لوله تاثیر گذار است. پس از بررسی شعاع خمکاری دریافتند که هر چه شعاع خم کوچکتر باشد، میزان بیضی شدن سطح مقطع و نازک شدگی بیشتر میشود و با کاهش شعاع خم، تغییرات ضخامت بیشتر می شود. همچنین میزان نازکشدگی با ماشین خمکاری نسبت به قالب خمکاری بیشتر است. بنابراین، فرآیند خمکاری با قالب خم بهتر از ماشین خمکاری کششی دورانی است. نتایج حاصل از این پژوهش در شکل (‏27) آورده شده است.

شکل ‏27، نتایج حاصل از پژوهش یانگ و همکاران [15].
وانگ و همکاران [16] حد چروکیدگی را در خمکاری لوله مورد بررسی قرار دادند. آنها پارامترهای خواص ماده و هندسه ابزار و لوله را به روش انرژی برای تعیین حداقل شعاع خمکاری به منظور جلوگیری از پیدایش چروک بررسی کردند. آنان دریافتند که شعاع و ضخامت لوله تاثیر زیادی بر حداقل شعاع قالب دارد، به گونهای که افزایش شعاع لوله و کاهش ضخامت لوله منجر به افزایش حداقل شعاع قالب خم میشود و همچنین موادی با استحکام بالا و نمای کرنش سختی بالای 25/0 بر حداقل شعاع قالب بیتاثیرند.
هی یانگ و یانگ لین [17] آنالیز چروکیدگی برای حد شکلدهی را در فرآیند خمکاری مورد تحلیل قرار دادند. آنها یک تابع موج چروکیدگی پیشنهاد کردند و یک مدل ساده شده برای پیشبینی حداقل شعاع خمکاری بر اساس تئوری پوسته نازک28، تئوری شکلدهی29، اصل انرژی و تابع موج ارایه کردند. علاوه بر این تاثیر برخی پارامترها بر حداقل شعاع خمکاری را بررسی کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که تاثیر زاویه خم بر حداقل شعاع خمکاری ناچیز است. همچنین ابعاد هندسی و خواص لوله تاثیر بسیاری بر حداقل شعاع خم دارد. مطابق با تحقیق آنها حداقل شعاع خم با افزایش شعاع اولیه لوله، ضریب استحکام لوله و کاهش ضخامت لوله و نمای کرنش سختی افزایش مییابد. همچنین با افزایش نسبت شعاع لوله به ضخامت، مقدار حداقل شعاع خمکاری افزایش مییابد. نتایج این تحقیقات در شکل (‏28) نشان داده شده است.

دسته بندی : پایان نامه ارشد

دیدگاهتان را بنویسید