متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : بررسي تجربي و عددي حد شکل‌دهي در فرايند هيدروفرمينگ لوله‌هاي فلزي

دانشگاه شاهرود

دانشکده مهندسي مکانيک

پایان ­نامه برای دریافت درجه کارشناسي ارشد در رشته

مهندسی مکانیک، گرایش ساخت و توليد

عنوان:

بررسي تجربي و عددي حد شکل‌دهي در فرايند هيدروفرمينگ لوله‌هاي فلزي

اساتيد 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- معرفي فرايندهاي شکل­دهی فلزات………………………. 2

1-3- معرفي فرايند هیدروفرمینگ………………………………… 4

1-3-1- تاريخچه فرايند هيدروفرمينگ……………………………. 4

1-3-2- انواع فرايند‌هاي هيدروفرمينگ…………………………… 5

1-3-2-1- هيدروفرمينگ ورق…………………………………….. 5

1-3-2-2- هيدروفرمينگ لوله…………………………………….. 5

1-4- نمودار حد شکل­دهي………………………………………. 9

1-4-1- كاربردهاي نمودار حد شكل­دهي……………………… 10

1-4-1-1- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در طراحي قطعه و تحليل اجزاء محدود…10

1-4-1-2- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در بهينه­سازي طراحي قالب….12

1-4-2- برآورد منحنی حد شکل­دهی………………………….. 13

1-4-3- شبکه ­بندي 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 پايان­نامه……………………………………………. 20

فصل دوم: شرح آزمون­هاي تجربي……………………………….22

2-1- مقدمه………………………………………………………. 23

2-2- معرفی تجهیزات آزمايشگاهي……………………………. 23

2-2-1- دستگاه پرس…………………………………………….. 23

2-2-2- مجموعه قالب……………………………………………. 24

2-2-3- سيستم تامین فشار……………………………………. 25

2-2-4- سيال هيدروليکي……………………………………….. 27

2-2-5- وسایل اندازه ­گیری………………………………………. 27

2-3- آماده­سازی نمونه­ های آزمایش…………………………. 28

2-4- نحوه عملکرد قالب………………………………………… 28

2-5- تعيين خواص مکانیکی لوله……………………………… 30

 فصل سوم: شبیه­سازی اجزای محدود فرایند هیدروفرمینگ لوله..32

3-1- مقدمه………………………………………………………33

3-2- معرفي نرم­افزار شبيه­ سازي……………………………. 33

3-3- مراحل شبيه­ سازی……………………………………… 35

3-3-1- ايجاد مدل هندسي…………………………………… 35

3-3-2- تعیین خصوصيات لوله…………………………………. 36

3-3-3- مونتاژ لوله و اجزاي قالب……………………………… 37

3-3-4- تعيين تعداد مراحل و نوع حل مسئله………………… 38

3-3-5- تعیین نوع تماس سطوح اجزا با هم…………………… 39

3-3-6-  شرايط مرزي و بارگذاري………………………………. 39

3-3-7- شبكه ­بندي……………………………………………… 41

3-3-8- تحليل فرايند…………………………………………….. 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 منحني حد شکل‌دهي برآمده از روش‌هاي شکل‌دهي سنتي در فرايند هيدروفرمينگ معتبر نيست. بکارگيري منحني حد شکل‌دهي برآمده از روش‌هاي شکل‌دهي ورق نيز در فرايندهاي هيدروفرمينگ لوله خطاساز است.

در اين پژوهش با هدف پيش‌بيني تجربي حد شکل‌دهي لوله ‌فولادي زنگ­نزن 304، نخست در فرایند هیدروبالجینگ متقارن محوری به بررسي عددي اثر نحوه بارگذاري و هندسه قالب بر مسير کرنش‌گذاري و ناپايداري پلاستيک ايجاد شده در لوله پرداخته ‌شد. به­منظور بررسي اثر نحوه بارگذاري، سه نوع بارگذاري آزاد، بارگذاري با تغذيه محوري لوله و بارگذاري با انتهاي ثابت لوله مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه اثر هندسه قالب با تغيير در شعاع گوشه (R) و طول­ ناحيه تغيير شكل (W) انجام شد. در اين پ‍ژوهش، اثر مقدار تغذيه محوري لوله در حالت بارگذاري با تغذيه محوري بر روی نسبت کرنش (β) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج 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؛ درحالي­كه 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 اين، بررسي شكل­پذيري قطعه صنعتي تاييد كرد كه منحني حد شكل­دهي بدست آمده در اين پژوهش براي پيش­بيني شکل­پذیری قطعه­ هاي صنعتي قابل استفاده است.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

با پيشرفت روز­افزون فن­آوری و رقابت بازار تجارت، اكثر صنایع مانند صنايع نظامي، فضايي، خودروسازی، پتروشيمي و تاسيساتي به سمت كاهش هزينه و زمان توليد، عرضه محصولاتي سبك‌تر و با كيفيت ‌بالاتر و همچنين سيستم توليد انعطاف‌پذير روي آورده‌اند. به همين دليل استفاده از مواد جديد و توسعه فرایند‌هاي پيشرفته توليد، امري لازم و ضروري است. از این رو، محققان و صنعتگران به سمت فرايند‌هاي توليد پیشرفته با انعطاف­پذیری بالا روي‌ آورده­اند. يكي از اين فرایند‌ها كه امروزه توجه توليدكنندگان را به خود جلب كرده است، هيدروفرمينگ[1] مي­باشد. هیدروفرمینگ فرایندي است كه به  دليل نياز به تكنولوژي نسبتاً بالا، كاربرد آن تا مدت‌ها محدود به موارد خاص بوده است. با پيشرفت تكنولوژي، ماشين‌آلات توليدي، سيستم‌هاي آب‌بندي و فرایند‌هاي كنترل كامپيوتري در دهة اخير، شكل‌دهي با فشار سيال، به عنوان يك روش قابل استفاده در صنعت معرفي 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 فرايند هیدروفرمینگ و انواع آن، توضيح مختصري پيرامون منحني­های­ حد شكل­دهي، كاربردهاي آن و روش­ بدست آوردن آن ارائه خواهد شد. سپس مروري بر پژوهش­هاي انجام شده توسط محققان دیگر، در ارتباط با اين پايان­نامه ارائه می­گردد. در نهايت اهداف و ویژگی‌های پایان­نامه حاضر شرح داده می­ شود.

2-1- معرفي فرايندهاي شکل­دهی فلزات

به طور كلي فرايندهاي شكل­دهي فلزات را مي‌توان به دو گروه عمده دسته­بندی كرد [1]:

الف- شكل­دهي حجمي[1]

ب- شكل­دهي ورق[2]

شكل­دهي حجمي داراي دو مشخصه متمايز زیر است [1]:

1- شكل يا سطح مقطع قطعه­كار، تغيير شكل مومسان دائمي و زياد پيدا مي‌كند.

2- مقدار تغيير شكل مومسان[3] در اين فرايند نسبت به تغيير شكل كشسان[4] معمولاً به قدري زياد است كه از برگشت فنري[5] قطعه بعد از تغيير شكل صرف­نظر مي‌شود.

فرايندهاي حديده­كاري[6]، آهنگري[7]، نوردكاري[8] و كشش[9] مثال­هايي از فرايندهاي شكل‌دهي حجمي فلزات مي‌باشند.

مشخصه­های فرايندهاي شكل‌دهي ورق چنين است [1]:

1- شكل اوليه قطعه­كار به صورت ورق است.

2- این فرايند شكل‌دهي معمولاً تغيير قابل توجهی در هندسه قطعه به وجود مي‌آورد، اما مساحت سطح مقطع جسم، چندان تغيير نمي­كند.

3- گاهي تغيير شكل­های مومسان و كشسان از یک مرتبه‌اند. بنابراين نمي‌توان از برگشت فنري چشم‌پوشي كرد.

فرايندهاي کشش عمیق[10]، خمکاری[11] و شکل­دهی چرخشی[12] نمونه­هایی از فرايندهاي شكل‌دهي ورق هستند.

3-1- معرفي فرايند هیدروفرمینگ

هيدروفرمينگ يكي از فرايند‌هاي شكل‌دهي فلزات است كه در آن از يك سيال تحت فشار به منظور ايجاد تغيير شكل پلاستيك در قطعه اولیه كه به شكل ورق يا لوله است، استفاده مي‌شود. در هر يك از فرايندهای هیدروفرمینگ، همواره به يک پرس، قالب و يک سيستم تقويت­کننده فشار نياز 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، اين فرايند داراي معايبي است كه از آن جمله مي‌توان به چرخه آرام توليد و تجهيزات گران قيمت اشاره كرد [2]. هيدروفرمينگ علاوه بر كاربردهاي متعددي كه در صنايع هوافضا دارد، از دهه 1990 به طور گسترده در صنايع خودروسازي مورد استفاده قرار گرفته است. از كاربردهاي عمده اين فرايند در صنعت خودروسازي مي‌توان به ساخت قطعات سيستم اگزوز خودرو، قطعات شاسي، اجزاي موتور و قطعات بدنه خودرو اشاره كرد.

1-3-1- تاريخچه فرايند هيدروفرمينگ

تاريخچه استفاده از سيال به­منظور شكل‌دهي فلزات به بيش از 100 سال قبل باز مي‌گردد. كاربردهاي اوليه اين فرايند در ساخت ديگ‌هاي بخار و ادوات موسيقي بوده است. با اين وجود مباني هيدروفرمينگ در دهه 1940 بنيان­گذاري شده است. اولين كاربرد ثبت شده فرايند هيدروفرمينگ توسط ميلتون گاروين از شركت شايبل آمريكا در دهه 1950 ميلادي بوده است كه در ساخت ظروف آشپزخانه از اين فرايند بهره جسته است. ساخت اتصالات T- شكل مسي در صنعت لوله‌كشي تا دهه 1990 ميلادي رايج‌‌ترين كاربرد این فرايند بوده است. از دهه 1990، با توجه به پيشرفت‌هاي صنعتي در كنترل كامپيوتري، سيستم‌هاي هيدروليكي و راهبردهاي نوين فرايندهاي طراحي و ساخت، اين فرايند كاربرد ويژه‌اي در صنعت پيدا كرده و جايگزين بسياري از فرايندهاي آهنگري و مهرزني به ويژه‌ در قطعات وسايل نقليه 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 : 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