متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : یک روش آزمایشگاهی – شبیه سازی اجزای محدود برای شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک تیز

دانشگاه مازندران

رساله دکتری

مهندسی مکانیک- ساخت و توليد

عنوان رساله:

یک روش آزمایشگاهی- شبیه سازی اجزای محدود برای شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک تیز

استاد راهنما :

دکتر محمد بخشی جويباری

استادان مشاور :

دکتر سلمان نوروزی

دکتر سید جمال حسینی پور

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:

چکيده …………………………………………………………….ج‌

کلیات……………………………………………………………..1

1-1- مقدمه…………………………………………………….. 2

1-2- معرفي روش‌هاي اصلي هيدروفرمينگ ورق…………… 4

1-2-1- روش‌هاي ماتريس – سيال…………………………….. 5

1-2-1-1- هيدروفرمينگ استاندارد (هيدروفرمينگ با ديافراگم لاستيکي)…..5

1-2-1-2- کشش عميق هيدرومکانيکي -هیدرواستاتیکی….6

1-2-1-3- روش كشش عميق هيدرومکانيکي- هيدروديناميكي….7

1-2-1-4- کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي…8

1-2-1-5- کشش عميق هيدروديناميکي با فشار يکنواخت روي ورق….9

1-2-1-6- کشش عميق هيدروريم…………………………. 10

1-2-2- روش‌هاي هیدروفرمینگ سنبه – سيال……………. 11

1-2-3- روش تركيبي هیدروفرمینگ…………………………. 12

1-3- مروري بر پژوهشهاي انجام شده در زمينه هیدروفرمینگ ورق….12

1-4- مروري بر پژوهش‌هاي انجام شده در زمنيه شکل‌دهی قطعات مخروطي….32

1-5- تعریف مساله و اهداف پايان نامه…………………….. 48

1-6- مراحل انجام رساله……………………………………. 50

فصل 2- فصل2 ………………………………………………. 52

مراحل آزمایشگاهی…………………………………………. 52

2-1- مقدمه………………………………………………….. 53

2-2- انتخاب نوع روش هيدروفرمينگ براي شکل‌دهی قطعات مخروطي……53

2-3- معرفي دستگاه و تجهيزات……………………………. 54

2-3-1- ماشین شکل‌دهی………………………………….. 54

2-3-2- مجموعه قالب………………………………………… 55

2-3-3- قطعات مجموعه قالب………………………………… 57

2-3-4- سيستم توليد فشار………………………………….. 58

2-4- دستگاه‌های اندازه‌گیری………………………………….. 61

2-4-1- دستگاه ضخامت سنج………………………………… 61

2-4-2- دستگاه پروفیل پروژکتور……………………………….. 61

2-5- آزمايش کشش…………………………………………… 62

فصل3 …………………………………………………………….65

فصل 3- شبيه‌سازي اجزاي محدود ………………………….. 65

3-1- مقدمه……………………………………………………… 66

3-2- معرفي نرم افزار شبيه‌سازي…………………………….. 66

3-3- مراحل شبيه‌سازي………………………………………… 66

3-3-1- ايجاد مدل هندسي…………………………………….. 67

3-3-2- خصوصيات ماده (ورق)………………………………….. 68

3-3-3- مونتاژ قطعات……………………………………………. 68

3-3-4- مراحل شکل‌دهی………………………………………. 69

3-3-5- تعيين تماس بين سطوح……………………………….. 70

3-3-6- شرايط مرزي و بارگذاري………………………………… 70

3-3-7- شبکه بندي………………………………………………. 73

3-3-8- تحليل فرآيند……………………………………………… 75

3-4- ناهمسانگردی در ورق…………………………………….. 76

فصل 4- نتایج و بحث…………………………………………….. 78

4-1- مقدمه………………………………………………………. 79

4-2- انتخاب نوع فرآیند هیدروفرمینگ…………………………. 79

4-3- تایید شبیه‌سازی………………………………………….. 81

4-4- بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر شکل‌دهی قطعه مخروطی……82

4-4-1- مقدمه………………………………………………….. 82

4-4-2- بررسی تاثير مسیر فشار……………………………. 84

4-4-3- بررسي تاثير سرعت سنبه. …………………………100

4-4-4- بررسی اثر پیش‌بشکه‌ای…………………………… 106

4-4-5- تاثیر پارامتر‌های مجموعه قالب……………………… 108

4-4-5-1- تاثیر زاویه مخروط سنبه…………………………… 108

4-4-5-2- تاثیر ضخامت ورق…………………………………. 114

4-4-5-3- تاثیر شعاع سر سنبه…………………………….. 115

4-4-5-4- اثر شعاع ناحیه بین مخروط – استوانه………….. 118

4-4-5-5- اثر ضریب اصطکاک بین سنبه و ورق………………120

4-4-5-6- اثر ضریب اصطکاک بین ورق و ورق‌گیر…………… 124

4-5- ارائه روش جدید برای شکل‌دهی قطعه مخروطی نوک‌تیز…..126

4-5-1- شکل‌دهی مرحله پیش‌فرم………………………… 127

4-5-2- روش جدید کشش عمیق مجدد برای شکل‌دهی مرحله نهايي……130

4-5-3- ارائه روش جدیدی برای شکل سنبه پیش‌فرم…….136

4-5-4- روند کلی شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک‌تیز با روش جدید…..149

4-6- مقایسه روش شکل‌دهی مخروط در کشش مجدد سنتی و روش ارائه شده..153

فصل 5- نتیجه‌گیری………………………………………….. 155

فصل 6- ………………………………………………………..  155

فصل 7- پيشنهادات……………………………………………155

7-1- مقدمه……………………………………………………. 156

7-2- نتیجه گیری……………………………………………….. 156

7-3- پیشنهادات……………………………………………….. 159

مراجع …………………………………………………………… 160

فصل 8- پیوست………………………………………………….165

8-1- بررسی شکل‌دهی قطعه مخروطی در اندازه‌های بزرگترو کوچکتر از نمونه بررسی شده…166

چکیده:

شکل دهي قطعات مخروطي در صنعت يکي از زمينه‌هاي پيچيده و دشوار فرآيند‌هاي شکل دهي فلزات محسوب مي‌شود. به علت تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اوليه شکل دهي، تنش زيادي به ورق اعمال شده که ممکن موجب پارگي آن گردد. بعلاوه، از آنجا که بخش عمده اي از سطح ورق در ناحيه بين نوک سنبه و ورق‌گير آزاد است، در صورت کشيده شدن ورق، در ديواره قطعه مخروطي چروک ايجاد مي‌شود. به همين دليل اين قطعات را در صنعت عموماً با روش اسپينينگ، شکل دهي انفجاري يا با کشش عميق چند مرحله اي شکل مي دهند. هر یک از روشهای موجود در صنعت دارای محدودیت‌هایی می‌باشد. بویژه برای تولید قطعات مخروطی نوک‌تیز این روشها با محدودیت‌های جدی‌تری مواجه هستند.

در زمينه شکل دهي قطعات مخروطي تحقيقات محدودي انجام شده است. در اين پایان‌نامه، شکل دهي قطعات مخروطي، بویژه قطعات مخروطی نوک‌تیز با استفاده از یک روش جدید مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش جدید از دو مرحله برای شکل‌دهی قطعه استفاده شده است. در مرحله اول، با استفاده از روش هیدروفرمینگ قطعه مخروطی پیش‌فرم شکل داده می‌شود. در مرحله دوم، با ارائه یک روش جدید کشش عمیق مجدد، شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک‌تیز انجام گردیده است.

 جهت دستیابی به هندسه پیش‌فرم مطلوب، ضروری بود تا تاثیر پارامترهای قالب و فرآیند تعیین ‌گردد. در این راستا از روش شبیه‌سازی اجزای محدود و مراحل تجربی استفاده گردیده است. با بدست آمدن چگونگی تاثیر این پارامتر‌ها و نوآوری حاصل از رساله، امکان شکل‌دهی قطعه مخروطی با نسبت زیاد میسر گردید. نتایج نشان داده‌است که با روش ارایه شده قطعه مخروطی با نوک‌تیز و با حداکثر کاهش ضخامت 12% شکل داده شد. برای بررسی قابلیت تعمیم روش ارائه شده، دو قطعه مخروطی با مقیاس کوچکتر و بزرگتر مورد آزمایش قرار گرفت و نشان داده شده است که نتایج قابل توسعه می‌باشد.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

قطعات مخروطي در صنعت و بطور خاص در صنایع نظامی، داراي کاربرد گسترده‌اي مي‌باشند. یکی از رایج‌ترین فرآیند‌های شکل‌دهی ورق‌های فلزی، فرآیند کشش عمیق است. شکل‌دهی قطعات مخروطي با این فرآيند موضوع دشوار و پيچيده‌اي محسوب مي‌گردد ]1و2[. شکل (1-1) شماتيک فرآيند مذکور را براي شکل‌دهی يک قطعه مخروطي نشان مي‌دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، به دليل تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اوليه شکل‌دهی، تنش‌هاي زيادي در ناحيه تماس با نوک سنبه، به ورق اعمال مي‌شود که موجب پارگي آن مي‌گردد. بعلاوه، از آنجا که بخش عمده‌اي از سطح ورق در ناحيه بين نوک سنبه و ورق‌گير آزاد است، در صورت کشيده شدن ورق، در ديواره قطعه مخروطي چروک ايجاد مي‌شود. شکل (1-2) چروکهاي بوجود‌آمده در قطعه مخروطي و همچنین پارگی ایجاد شده در نوک قطعه را که با روش کشش عميق سنتی توسط نگارنده کشيده شده است، نشان مي‌دهد. از اين رو، قطعات مخروطي در صنعت عموماً با کشش عميق چند مرحله‌اي ]1[، اسپينينگ ]2[ يا با شکل‌دهی انفجاري ] 3و4 [ شکل داده مي‌شوند. این روشها علیرغم دارا بودن مزیت امکان شکل‌دهی قطعات مخروطی، دارای محدودیتهایی نیز هستند. در کشش عمیق چند مرحله‌ای، به چندین مجموعه قالب نیاز است. بعلاوه، به ازای هر مجموعه قالب باید نوعا پرس و اپراتور تامین گردد. همچنین، با تغییر در شکل و اندازه قطعه باید قالب جدیدی طراحی و ساخته شود که این موضوع سبب افزایش قابل ملاحظه در قیمت محصول می‌گردد. از طرف دیگر، دستیابی به قطعه مخروطی با نوک‌تیز در این روش بسیار دشوار است]1[. در روش اسپینینگ برای تولید قطعه، نیاز به تامین دستگاههای خاص می‌باشد. دستگاهی که بتوان با آن قطعات پیچیده و دقیق را ایجاد کرد، باید خودکار باشد که در آن صورت دارای قیمت بالایی خواهد بود. بعلاوه، دستگاه اسپینینگ برای تولید قطعات خیلی کوچک یا بزرگ دارای محدودیت می‌باشد. در روش اسپینینگ برای اینکه ورق بر روی مندرل قرار گیرد نیاز به یک ابزار خاص می‌باشد. این ابزار دستیابی به نوک‌تیز را برای قطعه مخروطی با محدودیت مواجه می‌سازد]2[. روش شکل‌دهی انفجاری نیاز به تجهیزات خاصی دارد و بعلاوه، با توجه به حساسیت زیاد موضوع انفجار، این روش در موارد خاص کاربرد دارد و ایمنی در آن نقش مهمی‌ را ایفا می‌کند. در این روش سرعت تولید قطعات پایین است و تنظیم پارامتر‌ها بسیار مهم می‌باشد ] 3و4 [.

در طي سال‌هاي اخير فرآيند هيدروفرمينگ به عنوان يک جايگزين مناسب براي شکل‌دهی قطعات پيچيده ورقي از سوی صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است. روش کشش عميق هيدروفرمينگ يک نوع روش کشش عميق است که در آن از يک سيال تحت فشار، بطور خاص در درون محفظه فشار، به عنوان محيط تغيير شکل دهنده استفاده مي‌شود]5[. قطعاتي که با هيدروفرمينگ توليد مي‌شوند در مقايسه با كشش عميق سنتي، داراي مزاياي قابل توجهي مي‌باشند كه از آن نمونه مي‌توان به نسبت كشش بيشتر (نسبت قطر ورق اوليه به قطر سنبه در صورتي که قطعه بصورت کامل و بدون عیب کشيده شود)، عمليات ثانويه کمتر، حذف جوشکاري، بهبود بخشيدن به استحكام و چقرمگي، كاهش هزينه قالب، ‌كيفيت سطح بهتر، كاهش برگشت فنري، دقت ابعادي بالاتر و قابليت شكل‌دهي اشكال پيچيده اشاره كرد]6[.

پارامترهاي موثر بر فرآيند هيدروفرمينگ شامل فشار اوليه داخل محفظه قالب، مسير فشار، نسبت کشش، هندسه سنبه و ورق، جنس ورق و ضريب اصطکاک مي‌باشد]5[.

استفاده از سيال براي شکل‌دهی يا هيدروفرمينگ از زمان جنگ جهاني دوم مرسوم بوده است. اولين قطعات هيدروفرم شده در سال‌هاي 1940 و 1950 توليد شدند. از سال 1990 هيدروفرمينگ به عنوان يك فرآيند قابل قبول در صنايع خودروسازي مطرح و مورد استفاده قرار گرفته است.  پس از آن، فعاليتهاي پژوهشي در اين زمينه متمرکز شده و مراکز تحقيقاتي مرتبط همکاري خود را با شرکت‌هاي سازنده خودرو و اتصالات فلزي گسترش داده‌اند ]6[.

2-1- معرفي روش‌هاي اصلي هيدروفرمينگ ورق

در زمينه فرآيند هيدروفرمينگ ورق تحقيقات زيادي در طي سالهاي اخير انجام شده و روشهاي متعددي از سوي محققان ارايه گرديده است. برخي از اين روشها به عنوان پايه ساير روشها محسوب مي‌شوند. در این فصل، روشهای اصلی فرآیند هیدروفرمینگ مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1-2-1- روش‌هاي ماتريس – سيال

در روش‌هاي هيدروفرمينگ ماتريس – سيال، سنبه بصورت صلب است و سيال درون محفظه نقش ماتريس را بر عهده دارد. اين روش داراي انواع مختلفي است كه در زير شرح داده مي‌شوند.

1-1-2-1- هيدروفرمينگ استاندارد (هيدروفرمينگ با ديافراگم لاستيکي)

روش هيدروفرمينگ استاندارد توسط سيرووارودچلوان و تراویس]5[، کنديل]7[ و ژنگ و همكاران (]6[،]8[و ]9[) مورد مطالعه قرار گرفت كه تصوير کلي آن در شکل (1-3) نشان داده شده است. قطعات اصلي اين روش شامل سنبه، ورق‌گير، محفظه فشار و ديافراگم لاستيکي مي‌باشد. در روش هیدروفرمینگ استاندارد، قالب به يک محفظه فشار تبديل مي‌شود و فشار سيال از طريق ديافراگم لاستيکي واقع در بين ورق و سيال، به ورق منتقل مي‌شود. در اين روش ابتدا ورق بر روي ديافراگم قرار مي‌گيرد و سپس ورق‌گير بر روي ورق قرار داده مي‌شود. فشار شکل‌دهی با پايين رفتن سنبه ايجاد مي‌گردد. همچنين نيروي ورق‌گير در قسمت فلنج قطعه با اعمال فشار روغن و از طريق ديافراگم لاستيکي به ورق اعمال مي‌شود. اين روش داراي مزاياي زيادي است که از آن جمله مي‌توان به کيفيت سطح بهتر، شکل‌دهی قطعات پيچيده و عدم چروكيدگي در ناحيه فلنج قطعه كار اشاره کرد]8[.

همانگونه که از شکل (1-3) پيداست، يکي از اجزاي اصلي روش هيدروفرمينگ استاندارد، يک ديافراگم لاستيکي است که براي آب‌بندي محفظه، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به علت تماس مستقيم ورق با ديافراگم و در نتیجه، ايجاد تغيير شکل زياد در ديافراگم، خرابي زودرس در آن رخ می‌دهد. بعلاوه، تعويض ديافراگم وقت‌گير و هزينه‌بر بوده و موجب افزايش نيروي شکل‌دهی خواهد شد. همچنین کنترل چروک در این فرآیند مشکل می‌باشد]8[. از اين رو، کاربرد روش هيدروفرمينگ استاندارد در صنعت با مشکلاتي همراه بوده که چندان با استقبال صنعتگران مواجه نگرديده است.

2-1-2-1- کشش عميق هيدرومکانيکي -هیدرواستاتیکی

به منظور کاهش محدودیت‌های روش هيدروفرمينگ استاندارد، از سوي تعدادي از محققان روش کشش عميق هيدرومکانيکي بر اساس روش هيدروفرمينگ استاندارد ارايه شد که در شکل (1-4) شماتيک اين روش نشان داده شده است. همانطور که از شکل پيداست، در اين روش، ديافراگم لاستيکي حذف شده و براي آب‌بندي محفظه روغن از اورینگ بين ورق‌گير و ماتريس استفاده شده است. فشار سیال با حرکت سنبه به داخل محفظه بوجود می‌آید. همچنین، از یک واحد فشارساز نیز می‌توان برای ایجاد فشار استفاده کرد. در اين روش به فشار بالاي سيال نیاز است. بعلاوه، سيستم ورق‌گير در آن مشابه حالت كشش عميق سنتي مي‌باشد که تنظیم نیروی ورق‌گیر در آن بسیار مشکل است ]6[. با استفاده از اين روش، نسبت کشش براي يک فنجان استوانه‌اي در مقايسه با روش سنتي کشش عميق از 8/1 به 7/2 افزايش يافت]8[.

3-1-2-1- روش كشش عميق هيدرومکانيکي- هيدروديناميكي

شماتيك روش کشش عمیق هیدرودینامیکی در شكل (1-5) نشان داده شده است. در اين روش، در ناحيه بين ماتریس و ورق‌گير از هيچ آب‌بندي استفاده نمي‌شود و روغن می‌تواند از این ناحیه خارج شود. بعلاوه، ورق در این ناحیه آزاد است. اين امر موجب جريان آسان ورق مي‌گردد. نسبت كشش در اين روش نسبت به روش هیدرومکانیکی- هیدرواستاتیکی بيشتر، اما احتمال چروكيدگي نيز در ناحيه فلنج بيشتر مي‌باشد (]9[ و ]10[).

4-1-2-1- کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي

روش کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي بطور شماتيک در شكل (1-6) نشان داده شده است. اين روش از توسعه روش کشش عميق هيدروديناميکي حاصل شده است. به بيان ديگر، اين روش شبيه کشش عميق هيدروديناميکي است، با اين تفاوت که فاصله بين ورق‌گير و ماتريس (g در شکل) بسيار کوچک است. این تفاوت باعث ایجاد فشار شعاعی روی لبه ورق می‌شود. از این رو، این روش، هیدرودینامیکی با فشار شعاعی نامیده شد. فشار شعاعی باعث راحت‌تر جاری شدن ورق به داخل ماتریس و افزایش نسبت کشش می‌شود. همچنین، شکل‌های پیچیده‌تری را نسبت به روش هیدرودینامیکی می‌توان شکل داد. در اين مجموعه قالب، وقتي سنبه به سمت پايين حرکت مي‌کند، سيال در داخل محفظه تحت فشار قرار مي‌گيرد. اين فشار باعث شکل گرفتن ورق بر روی سنبه مي‌شود. در این روش، ورق در داخل یک محفظه (به ارتفاع G در شکل) قرار می‌گیرد. ارتفاع این قسمت از ضخامت ورق بیشتر است. در نتیجه، ورق بین ورق‌گیر و ماتریس آزاد است. بدين ترتيب، شکل دادن ورق در اين مجموعه قالب در مقايسه با کشش عميق هيدروديناميکي معمولي نياز به نيروي کمتر پرس دارد و نيز نسبت کشش به مقدار قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد]10[.

5-1-2-1- کشش عميق هيدروديناميکي با فشار يکنواخت روي ورق

روش کشش عميق هيدروديناميکي با فشار يکنواخت بطور شماتيک در شكل (1-7) نشان داده شده است. اين روش بهبود یافته روش کشش عميق هيدروديناميکي با فشار شعاعي است، با اين تفاوت که در فاصله بين ورق‌گير و ماتريس از يک اورينگ براي آب‌بندي استفاده شده است. به دليل آب‌بندي مجموعه قالب، مي‌توان با اعمال فشار اوليه بالا در ورق حالت پيش- بشکه‌اي[1] ايجاد کرد. استفاده از رينگ آب‌بندي در این مجموعه قالب باعث مي‌شود که کنترل فشار در قالب راحت‌تر و دقيق‌تر باشد. همچنين فشار در قسمت فلنج و رينگ با فشار محفظه يکسان است. اين موضوع باعث افزايش زياد در نسبت کشش مي‌شود]11[.

6-1-2-1- کشش عميق هيدروريم

همانطور که در بالا بیان شد، اعمال فشار شعاعی سیال بر روي لبه ورق باعث حرکت راحت‌تر ورق به داخل حفره مي‌شود. بر اين اساس، روش کشش عميق هيدروريم ارايه شد. تصوير شماتيک يک نمونه از اين روش در شکل (1-8) نشان داده شده است. در اين روش، ورق علاوه بر سطوح بالایی و پایینی، از طرف لبه نیز در تماس با سيال مي‌باشد و با ورق‌گير و قالب تماس ندارد. بر اين اساس نسبت کشش افزايش يافته است، اما احتمال ايجاد چروکيدگي در ورق نسبت به روش کشش عميق هیدرودینامیکی بيشتر مي‌باشد، زيرا ورق در هر دو سمت بالا و پایین آزاد است. همچنين به علت خارج شدن روغن، افت شديدي در فشار روغن به وجود مي‌آيد که براي جبران آن بايد فشار را افزايش داد. بر اساس نتايج گزارش شده، نسبت کشش در اين روش نسبت به روش کشش عميق هيدرومکانيکي براي کشش يک فنجان استوانه‌اي از 6/2 به 2/3 افزايش يافت (]5[و]8[).

[1] -Pre-bulge

تعداد صفحه : 194

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

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.

*********  ********* *********

دسته بندی : رشته مکانیک