مطالعه فرآیند هیدروفرمینگ لوله و بررسی پارامترهای موثر بر آن

کد محصول: me16

فرمت فایل word

تعداد صفحات : ۱۶۰ صفحه

قیمت : ۳۵۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

چکیده

هیدروفرمینگ ، یک فرایند شکل دهی است که در آن یک سیال باعث شکل دهی ورق یا یک قطعه لوله ای شکل میگردد . با ظهور این فرایند شکل دهی ، صنعت خودروسازی با تحول چشمگیری مواجه شده و هم اکنون بسیاری از قطعات خودرو ، توسط این فرایند ، تولید میشوند.

با استفاده از این تکنولوژی میتوان قطعات سبک با استحکام بالا و قیمت مناسب تولید نمود . همچنین تولید قطعات دقیق و پیچیده نظیر قطعات هواپیما با استفاده از این روش امکان پذیر است. هیدروفرمینگ لوله مزایای زیادی را از قبیل یکپارچه سازی قطعات ، هزینه های ابزار پردازی کمتر بدلیل قطعات کمتر ، عملیات ثانویه کمتر ، تلورانس ابعادی بسته تر ، واجهش (برگشت فنری) کمتر و کاهش تعداد قطعات ، دارا میباشد . نیاز به قطعات سبک و با استحکام بالا در ساختمان خودرو ، این فرایند ساخت را نسبت به دیگر روشهای ساخت ، پیش انداخته است .

علاوه بر صنایع خودروسازی ، این تکنولوژی در صنایع هوایی ، شرکت های فولاد سازی و ساخت وسایل بهداشتی نیز کاربرد دارد و روز به روز دایره کاربرد های آن گسترده تر میشود .

در این فرایند ، پارامترهای متعددی دخیل هستند که هر کدام در پیشبرد فرایند و کیفیت نهایی محصول موثر میباشند . بایستی با درک درست و دقیقی از شرایط و پارامترهای فرایند و همچنین خصوصیات مواد لوله ، طراحی مناسبی برای فرایند ، ابزار و قطعه داشته باشیم .

مقدمه…۱

فصل اول : آشنایی با فرایند هیدروفرمینگ لوله

۱-۱ مقدمه…۳

۱-۲ شرح فرایند…۴

۱-۳ کاربردهای رایج.۶

۱-۴ مزایا و معایب۷

۱-۵ برخی فاکتورهای موثر در فرایند هیدروفرمینگ لوله.۹

۱-۶ مواد لوله و قابلیت شکل پذیری…۱۰

۱-۷ اصطکاک۱۳

    ۱-۷-۱ مدل اصطکاک کولام۱۴

    ۱-۷-۲ مدل تنش برشی…۱۵

    ۱-۷-۳ نواحی اصطکاکی و روغن ها….۱۵

۱-۸ خمکاری و پیشفرم دهی لوله…۱۷

۱-۹ هیدروفرمینگ بعنوان یکی از روشهای استفاده از سیال در کشش عمیق.۲۱

۱-۱۰ تجهیزات…۲۲

۱-۱۱ جوشکاری لیزر بعنوان فرایند تکمیلی برای هیدروفرمینگ.۲۴

فصل دوم : تست انبساط هیدرولیکی

۲-۱ مقدمه۲۶

۲-۲ اصطکاک و روغنکاری و تست های مربوطه….۲۷

۲-۳ تعیین قابلیت شکل پذیری و تنش های جاری توسط تست انبساط هیدرولیکی.۳۱

    ۲-۳-۱ تست کشش۳۱

    ۲-۳-۲ تعیین تنش جاری.۳۵

      ۲-۳-۲-۱ تعیین تنش جاری با استفاده از روش تحلیلی…۳۸

      ۲-۳-۲-۲ معادلات روش تحلیلی برای تعیین تنش جاری۳۸

۲-۴ کنترل کیفیت لوله ها۳۹

۲-۵ خلاصه۴۳

فصل سوم : مدلهای تحلیلی و شبیه سازی در هیدروفرمینگ

۳-۱ مقدمه۴۵

۳-۲ کاربرد آنالیز المان محدود در بهینه سازی فرایند هیدروفرمینگ…۴۸

۳-۳ مثالی از تولیدات سری…۵۰

۳-۴ معیارهای انتخاب مواد…۵۱

۳-۵ تکنولوژی پرس۵۱

۳-۶ مقدمه ای بر شبیه سازی هیدروفرمینگ….۵۶

۳-۷ مراحل فرایند هیدروفرمینگ…۵۸

۳-۸ شبیه سازی شکل دهی لوله۶۰

۳-۹ شبیه سازی خمکاری لوله…۶۲

۳-۱۰ شبیه سازی پیشفرم دهی..۶۵

۳-۱۱ شبیه سازی هیدروفرمینگ….۶۵

    ۳-۱۱-۱ تجزیه و تحلیل دوبعدی بر اساس انالیز المان محدود….۶۵

    ۳-۱۱-۲ تجزیه و تحلیل سه بعدی بر اساس انالیز المان محدود.۶۶

۳-۱۲ ارزیابی مقاومت قالب و پرس هیدروفرمینگ….۶۷

فصل چهارم : پیشگویی محدودیت های شکل دهی در فرایند هیدروفرمینگ لوله

۴-۱ محدودیت های شکل دهی.۶۹

۴-۲ کمانش و چروکیدگی۷۱

۴-۳ ترکیدگی ( کاهش سطح مقطع (ایجاد گلویی) – شکست )…۷۸

فصل پنجم : بررسی و تحلیل پارامترهای فرایند هیدروفرمینگ لوله

۵-۱ پیشگویی پارامترهای فرایند هیدروفرمینگ لوله..۸۴

۵-۲ فشار داخلی.۸۶

    ۵-۲-۱ فشار داخلی و فشار خارجی۸۶

    ۵-۲-۲ محاسبه فشار داخلی.۸۸

۵-۳ نیروی محوری .۹۸

    ۵-۳-۱ نقش نیروی محوری در فرایند هیدروفرمینگ۹۸

    ۵-۳-۲ محاسبه نیروی محوری۱۰۰

۵-۴ نیروی متقابل.۱۰۱

    ۵-۴-۱ نقش نیروی متقابل در فرایند هیدروفرمینگ….۱۰۱

    ۵-۴-۲ محاسبه نیروی متقابل..۱۰۳

۵-۵ پیشگویی ضخامت نهایی دیواره (میزان نازک شدگی)…۱۰۵

۵-۶ مقایسه نتایج تجربی با نتایج حاصل از پیشگویی…۱۰۹

فصل ششم : مدلسازی تحلیلی فرایند هیدروفرمینگ

۶-۱ مقدمه…۱۱۲

۶-۲ ضرورت طراحی و مدلسازی فرایند هیدروفرمینگ….۱۱۳

۶-۳ مدلسازی تحلیلی….۱۲۱

    ۶-۳-۱ اصول کلی۱۲۱

    ۶-۳-۲ محدوده تسلیم…۱۲۵

    ۶-۳-۳ تغییر شکل پلاستیک – ∞=ρ۲….۱۳۱

    ۶-۳-۴ تغییر شکل پلاستیک – r۲<∞۱۳۵

    ۶-۳-۵ پیشگویی احتمال شکست۱۳۶

۶-۴ مواد لوله…۱۳۹

۶-۵ نتایج۱۴۱

    ۶-۵-۱ محدوده تسلیم…۱۴۱

    ۶-۵-۲ تغییر شکل پلاستیک – m = 0..143

      ۶-۵-۲-۱ ρ۲=∞..۱۴۳

      ۶-۵-۲-۲ ρ۲<∞..۱۴۷

    ۶-۵-۳ ویژگی های ورق در مقابل ویژگی های لوله۱۵۰

    ۶-۵-۴ اصطکاک..۱۵۱

    ۶-۵-۵ شکست۱۵۵

۶-۶ بحث۱۵۶

۶-۷ نتیجه گیری…۱۶۰

فهرست منابع ندارد

۱-۱  مقدمه :

با استفاده از ماشین های پیشرفته  جهت طراحی و کنترل ، هیدروفرمینگ۱ (شکل دهی بوسیله سیال) لوله به جریانی اقتصادی ، در راستای فرایند های مختلف ماتریس کاری ، تبدیل شده است .این تکنولوژی ، فرایندی نسبتاً  جدید است ، بنابراین دانش و مطالعات وسیعی در مورد این فرایند وجود ندارد . هیدروفرمینگ  لوله ،یک تکنولوژی شناخته شده است . با پیشرفتهایی که در کنترل فرایند و نیرو بوسیله کامپیوتر ، در سیستم هایی با فشار بالا صورت گرفته (بویژه با استفاده از فشار داخلی تا حد ۶۰۰۰ bar )، این فرایند به روشی مناسب و قابل قبول در تولید انبوه تبدیل گشته است .ماشین های مدرن برای پارامترهای اصلی فرایند ( یعنی فشار داخلی۲ ، نیروی متقابل۳ و تغذیه محوری۴) ، کنترل مستقلی دارند (شکل۱-۱) . نکته قابل تاکید دیگر در مورد طراحی قطعات سبک وزن وسایل نقلیه است که استفاده از این تکنولوژی را برای تولید انبوه این قطعات افزایش میدهد . در این فصل ، تکنولوژی هیدروفرمینگ بصورت بنیادین مرور میشود و اینکه چگونه پارامترهای مختلفی از قبیل خواص مواد لوله ای شکل، هندسه پیشفرم دهی ، روغنکاری و فرایند های کنترل بر روی طراحی و

۱. Tube Hydroforming                          ۲. Internal Pressure

۳. Counter Force                                  ۴. Axial Feeding

کیفیت محصول تأثیر میگذارند، مورد بررسی واقع میشود . در ادامه روابط بین فرایند های متغیر و هندسه قطعه مطرح شده است و در پایان فصل ، وضعیت فعلی این تکنولوژی و پیامد های بحرانی آن برای پیشرفت های آتی مورد بررسی قرار گرفته است

                                   شکل ۱-۱: نیروهای موثر در هیدروفرمینگ

۱-۲        شرح فرایند

ترتیب فرایند برای یک نوع فرایند هیدروفرمینگ در شکل (۱-۲) نشان داده شده است . فشار داخلی سیال ،پس از بسته شدن قالب ها ، برای وارد کردن نیرو و فشار بر روی ماده ، در ناحیه تغییر شکل افزایش میابد . در طی این فرایند تغذیه محوری و فشار داخلی هم زمان با هم کنترل میشوند تا قالب شکل دهی ماده بهبود یابد (شکل ۱-۳ ) . با این وجود ممکن است برای فرم دادن یک گوشه کوچک ، نیاز به فشار بزرگی باشد . در پایان فرایند کالیبراسیون ، با کشیدن ماده در گوشه با افزایش فشار داخلی ، انجام میشود . در این مرحله هنگامیکه فشار داخلی خیلی زیاد است ، امکان وارد ساختن فشار بر ماده اضافی ، برای تغذیه به طرف منطقه تغییر شکل ، به دلیل بزرگ بودن نیروهای اصطکاکی وجود ندارد .

در دیگر نسخه های فرایند هیدروفرمینگ (شکل ۱-۴) یک فشار کم سیال ، ممکن است در طی مدتی که قالب بسته است ، کافی باشد . بنابراین به قطعه لوله ای شکل ، توسط سیالی رقیقتر و فشار داخلی کمتر ، به طرف گوشه های قالب نیرو وارد میشود و فرم دهی میگردد .

شکل ۱-۴ : مراحل فشار در نسخه ای از فرایند هیدروفرمینگ

۱-۳        کاربردهای رایج

از مهمترین کاربرد های هیدروفرمینگ لوله میتوان به کاربرد آن در صنایع مربوط به خودروسازی و صنایع هواپیما اشاره کرد . در ساخت وسایل بهداشتی نیز این فرایند کاربرد دارد . شکل ۱-۵ برخی از کاربردهای هیدروفرمینگ را  در یک خودرو نشان میدهد .

کاربردهای مهم در صنایع خودروسازی عبارتند از :

سیستم اگزوز – محور بادامک –  قابهای رادیاتور – اکسل ( محور )  عقب و جلو – چارچوب موتور۱– میل لنگ ها – بدنه صندلی و بخش های دیگری از بدنه .

برخی از کاربردهای مشهور هیدروفرمینگ عبارتند از :

 اکسل عقب BMW در ۵۰۰ سری – اگزوز چند راهه مرسدس بنز – ریل داخلی سقف و چارچوب موتور بوییک پارک اونیو۲

                          شکل ۱-۵ : قطعاتی که بوسیله هیدروفرمینگ شکل دهی شده اند .

۱-۴       مزایا و معایب :

هیدروفرمینگ لوله در مقایسه با روشهای سنتی ساخت که توسط قالب گیری و جوشکاری انجام میشوند ، چندین مزیت دارد . این مزایا عبارتند از :

  1. استحکام قطعه
  2. کاهش وزن
  3. کاهش هزینه تجهیزات و هزینه های ابزار پردازی بدلیل قطعات کمتر
  4. نیاز به عملیات ثانویه کمتر
  5. بسته بودن تلورانس ابعادی
  6. کاهش میزان دور ریز
  7. کاهش تعداد قطعات
  8. بهبود قدرت ساختاری و سفتی۱ و چقرمگی
  9. پایین بودن میزان واجهش۲

۱۰. عدم احتیاج به ابزاری جهت حفاظت از قطعه در حین فرایند

۱۱. راندمان و بهره وری بالای فرایند

هیدروفرمینگ لوله معایبی را نیز در بر دارد که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

۱-    آهسته بودن سیکل کاری

۲-    گران بودن تجهیزات

۳-    فقدان دانشی پایه ای و وسیع درباره فرایند و طراحی ابزار

۴-    برای مونتاژ کردن قطعاتی که تحت این روش شکل دهی میشوند ، نیاز به تکنیک های جدید جوشکاری است .

زمان ساخت یک قطعه در هیدروفرمینگ ممکن است تا ۴۰ ثانیه وقت بگیرد که البته این زمان بستگی به پیچیدگی قطعه دارد و تقریبا این زمان سه برابر زمانی است که در فرایند قالب زنی (استمپینگ) صرف میشود . عملیات ثانویه تکمیلی مانند هیدرو- سوراخکاری میتواند در کاهش زمان سیکل عملیاتی این فرایند بکار رود ، بنابراین بایستی برای کاهش زمان سیکل ، عملیات ثانویه (مانند سوراخکاری و خمکاری و… ) با هیدروفرمینگ ترکیب گردد .  لذا برای امکان پذیر بودن فرایند هیدروفرمینگ برای هر قطعه روشهای سنتی قالب گیری و جوشکاری ، بایستی به صورت جداگانه در نظر گرفته شوند ( هم از نظر صرفه اقتصادی و هم از نظر مکانیکی ) . شبیه سازی های کامپیوتری میتواند جهت بهینه سازی فرایند بصورت گسترده ای مورد استفاده قرار گیرد .