شماره تماس مدرس جهت مشاوره و پشتیبانی آموزشی 09378825252-09155519509

چکیده

شکل‌دهی ورق‌های فلزی یکی از مهمترین روش‌های تولیدی بوده که امروزه در صنایع مختلف از جمله تولید قطعات صنعتی، لوازم اداری و خانگی، بدنه اتومبیل، قطعات هواپیما و ، کاربرد بسیاری پیدا کرده است بسیاری از لوازم و محصولات فلزی که در زندگی روزمره از آنها استفاده می‌کنیم به وسیله فرایندهای شکل‌دهی ورق تولید شده‌انددر فرایندهای شکل‌دهی ورق‌های فلزی، یکی از عوامل بسیار موثر بر کیفیت و دقت قطعات تولیدی، پدیده برگشت فنری است اثر برگشت فنری به عنوان پدیده‌ای فیزیکی در نظر گرفته می‌شود که ناشی از بازیابی کرنش الاستیک ماده پس از باربرداری از ماده است بنابراین مقدار آن به طور قابل توجهی وابسته به تنش در آخرین مرحله شکل‌دهی و قبل از جدا شدن قالب‌ها است این پدیده بیانگر تغییر شکل ورق، پس از باربرداری و رها شدن ورق از نیروی پرس، است پدیده برگشت فنری، دستیابی به دقت ابعادی بالا را ناممکن می‌سازد و باعث ایجاد مشکلات زیادی در مرحله مونتاژ قطعات تولیدی می‌شود بنابراین در فرایندهای شکل‌دهی ورق‌های فلزی پیش‌بینی میزان برگشت فنری برای تولید قطعات با دقت بالا امری ضروری استدر این تحقیق از شبیه‌سازی فرآیند شکل‌دهی به کمک نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس (ABAQUS) استفاده شده است تا این تنش‌ها در راستای ضخامت ورق تعیین شوند سپس با توجه به الاستیک بودن مرحله باربرداری سهم تغییرشکل ناشی از خمش و کشش به صورت جداگانه در فرآیند برگشت فنری محاسبه شده و در نهایت شکل نهایی قطعه پس از فرآیند شکل‌دهی پیش‌بینی می‌شود ارزیابی نتایج این روش در مقایسه با مشاهدات آزمایشگاهی، عملکرد موفق آن را نه تنها در موارد با برگشت فنری‌های کوچک ثابت می‌کند بلکه برگشت فنری‌های بزرگ هم با استفاده از این الگوریتم قابل پیش‌بینی است


عنوان صفحه 
فصل اول: مقدمه و تاریخچه 
مقدمه 2 
1-1- پدیده برگشت فنری در فرایند شکل‌دهی ورق‌های فلزی 2 
1-2- تاریخچه 4 
1-3- انواع روش‌های شکل‌دهی ورق 9 
1-3-1- فرآیند کشش عمیق و عوامل موثر بر آن 9 
1-3-1-1- قابلیت شکل پذیری 12 
1-3-1-2- ناهمسانگردی ورق فلزی 13 
1-3-2- خمکاری ورق و تئوری‌های حاکم بر آن 15 
1- 3- 2- 1- برگشت فنری 17 
1-3 -2-2- جبران برگشت فنری: 18 
1-4 عیوب هندسی در شکل‌دهی ورق فلزی و راه‌های جلوگیری از آن 19 
فصل دوم: روش‌های انجام تحقیق 
2- 1- الگوریتم پیشنهادی جهت پیش‌بینی برگشت فنری 24 
2- 2- کاربرد عملی روش پیشنهادی: 27 
2-3- آزمایش کشش عمیق پروفیل طویل با مقطع U شکل 27 
2-4 آزمایش‌ خمش سه نقطه‌ای 28 
2-4-1- تعیین ترکیب شیمیایی 29 
2-4-2- آزمایش کشش تک محوری 29 
2-4-3- تعیین رابطه‌ای برای کارسختی 31 
2-4-4- تست خمش سه نقطه‌ای 33 
2-4-5- ارزیابی زاویه برگشت فنری 35 
2-5- شبیه‌سازی فرآیند شکل‌دهی 36 
2-5-1- تعیین نوع آنالیز ]112[ 40 
2-5-2- روابط تنش کرنش پلاستیکی یا قانون جریان 40 
2-5-3- نظریه مومسانی ناهمسانگرد هیل 41 
2-5-4- تعریف رفتار ناهمسانگردی ورق 43 
2-5-5- توصیه‌هایی برای مدل‌سازی صحیح برگشت فنری ]60[ 45 
2-5-6- شبیه‌سازی فرایند کشش عمیق ورق به صورت U شکل 46 
2-5-6-1- شبکه‌بندی ورق 47 
2-5-6-2- تعریف خواص فولاد برای ورق 48 
2-5-6-3- ایجاد خواص سطوح تماسی بین ماتریس و ورق 48 
2-5-6-4- اعمال بارگذاری و شرایط مرزی 48 
2-5-7- توزیع تنش در امتداد ضخامت ورق در فرایند کشش عمیق 49 
2-5-8- تئوری‌های به کار گرفته شده جهت پیش‌بینی برگشت فنری ]67[ 54 
2-5-8-1- تغییرات تنش‌ها در نواحی 2 و 4 قطعه 54 
2-5-8-2- تغییرات تنش‌ها در ناحیه 3 قطعه 54 
2-5-8-3- تعیین پارامترهای برگشت فنری 56 
2-5-9- شبیه‌سازی فرایند خمش سه نقطه‌ای 59 
2-5-10- توزیع تنش در امتداد ضخامت ورق در فرایند خمش سه نقطه‌ای 63 
فصل سوم: بحث و نتیجه‌گیری 
3- بررسی عملکرد مدل پیشنهادی 66 
3-1- بررسی عملکرد مدل پیشنهادی برای برگشت فنری‌های کوچک 66 
3-2- بررسی عملکرد مدل پیشنهادی در برگشت فنری‌های بزرگ 68 
3-3- نتیجه‌گیری 69 
منابع ومأخذ 71 

فهرست جداول 

عنوان صفحه 

جدول 2-1- ترکیب شیمیایی فولاد به کار رفته29 
جدول 2-2- خواص مکانیکی ورق31 
جدول 2-3- مشخصات مکانیکی ماده ]67[47 

 

فهرست شکل‌ها 

عنوان صفحه 
شکل1-1 فرایند کشش عمیق 10 
شکل 1-2 مراحل فرایند کشش عمیق 11 
شکل 1-3 محصولات تولیدی به روش کشش عمیق 12 
شکل 1-4 نمایش چند نوع بافت در ورق‌ها، الف) تقریبا ناهمسانگرد، ب) بافت1 ، ج) بافت2 ، ]54[ 13 
شکل 1-5 تعیین مقدار ناهمسانگردی ورق با استفاده از نمونه‌ی کشش ]54[ 14 
شکل 1-6 ناهمسانگردی قائم در جهات مختلف ورق نسبت به جهت نورد ]54[ 15 
شکل1-7 خم‌کاری 15 
شکل 1-8 اثر خمکاری روی ترک ]55[ 16 
شکل 1-9 اصطلاحات خمکاری ]55[ 17 
شکل 1- 10 برگشت فنری در خمکاری ]55[ 17 
شکل 1- 11 روش کاهش یا حذف برگشت فنری در عملیات خمکاری ]55[ 18 
شکل 1-12 مثال‌هایی از عملیات مختلف خمکاری ]55[ 19 
شکل 1-13 تصویری از تجهیزات به کارگرفته شده جهت فرایند کشش عمیق قطعات اتومبیل] 58[ 20 
شکل 1-14 تصویری از قطعات به کار رفته در زیر بدنه اتومبیل انحراف شکل به دلیل برگشت فنری ]58[ 20 
شکل 2-1 دیاگرام نیروها و گشتاورهای وارد بر یک المان 24 
شکل 2-2 المان تحت بار خمشی 25 
شکل 2-3 المان تحت بار محوری 27 
شکل 2-4 پارامترهای برگشت فنری در فرایند کشش عمیق [67] 28 
شکل 2-5 ابعاد نمونه طبق استاندارد ASTM E8 29 
شکل 2-6 نمونه‌ی به کار گرفته شده در تست کشش 30 
شکل 2-7 منحنی تنش- کرنش مهندسی 30 
شکل 2-8 منحنی تنش- کرنش حقیقی 31 
شکل2-9 منحنی تنش- کرنش لگاریتمی 32 
شکل 2-10 شکل شماتیک تست خمش سه نقطه‌ای 33 
شکل 2-11 تجهیزات به کار رفته برای آزمایش خمش سه نقطه‌ای 34 
شکل 2-12 a) شکل ورق در حین تست خمش سه نقطه‌ای، b) شکل نهایی ورق پس از تست خمش سه نقطه‌ای 34 
شکل 2-13 منحنی نیرو در برابر جابه‌جایی 35 
شکل2-14 ورق هنگام شکل‌دهی 35 
شکل2-15 ورق پس از شکل‌دهی 36 
شکل2-16 ورق حین و پس از خمش سه نقطه‌ای 36 
شکل2-17 شکل شماتیک از فرایند طراحی محصول 39 
شکل 2-18 هندسه ورق و ابزار 47 
شکل 2-19 توزیع تنش در طول ضخامت ورق 49 
شکل 2-20 توزیع تنش در ورق در محیط نرم افزار آباکوس در فرآیند کشش عمیق 49 
شکل 2-21 قطعه خمیده شده و نواحی در نظر گرفته شده [67] 50 
شکل 2-22 توزیع تنش‌ها در نمونه‌ای از المان ناحیه‌های 2، 3 و4 50 
شکل 2-23 تجزیه تنش‌ها در المان‌های ناحیه‌های 2،3 و4 ورق 51 
شکل 2-24 شکل شماتیک بارگذاری برای ناحیه‌های a) ناحیه 2 b) ناحیه 3 c) ناحیه 4 52 
شکل2-25 توزیع تنش در راستای ضخامت ورق]67[ 53 
شکل2-26 انتقال سیکل‌های بارگذاری از ناحیه 2 به 3 a ) ناحیه 2 b) انتقال از ناحیه 2 به ناحیه 3 و c) منحنی تنش- کرنش معادل] 67[ 55 
شکل 2-27 یک المان از ورق که تحت بارگذاری کششی وخمشی است ]67[ 56 
شکل 2- 28 توزیع ممان در ورق تغییر شکل یافته ]68[ 59 
شکل 2- 29 فرایند کشش- خمش 60 
شکل 2-30 مقایسه منحنی‌های نیروی به دست آمده از شبیه‌سازی و آزمایش 62 
شکل 2-31 توزیع تنش در ورق a)در حین فرم‌دهی b)پس از فرم‌دهی 63 
شکل 2-32 توزیع تنش در 8 المان در طول ورق تحت خمش سه نقطه‌ای 64 
شکل 2-33 توزیع تنش در طول ورق تحت خمش سه نقطه‌ای 64 
شکل 3-1 پیش‌بینی پارامتر برگشت فنری Rb 66 
شکل 3-2 پیش‌بینی پارامتر برگشت فنری Rf 67 
شکل 3-3 پیش‌بینی پارامتر برگشت فنری ρw 67 
شکل 3-4 پیش‌بینی پارامتر برگشت فنری 1θ 67 
شکل 3-5 پیش‌بینی پارامتر برگشت فنری 2θ 68 
شکل 3-6 مقایسه پیش‌بینی‌های برگشت فنری با آزمایش 68


فصل اول: مباحث نظری و تئوری

مقدمه ‌

1-1-‌پدیده‌برگشت‌فنری‌در‌فرایند‌شکل‌دهی‌ورق‌های‌فلزی ‌

شکل دهی ورق های فلزی یکی از مهمترین روش های تولیدی بوده که امروزه در صنایع مختلف از جمله تولید لوازم اداری و خانگی، بدنه اتومبیل، قطعات هواپیما و بسیاری دیگر از قطعات صنعتی دیگر کاربرد بسیاری پیدا کرده است. بسیاری از لوازم و محصولات فلزی که در زندگی روزمره از آنها استفاده می کنیم به وسیله فرایندهای شکل دهی ورق تولید شده اند.

در فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی، یکی از عوامل بسیار مؤثر بر کیفیت و دقت قطعات تولیدی، پدیده برگشت فنری است. اثر برگشت فنری به عنوان پدیده ای فیزیکی در نظر گرفته می شود که ناشی از بازیابی کرنش الاستیک ماده پس از باربرداری از ماده است .بنابراین میزان آن به طور قابل ملاحظه ای وابسته به تنش در آخرین مرحله شکل دهی و قبل از جدا شدن قالب ها است.. این پدیده بیانگر تغییر شکل ورق، پس از باربرداری و رها شدن ورق از نیروی پرس، است. پدیده برگشت فنری، دستیابی به دقت ابعادی بالا را ناممکن می سازد و باعث ایجاد مشکلات زیادی در مرحله مونتاژ قطعات تولیدی می شود. بنابراین در فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی پیش بینی میزان برگشت فنری برای تولید قطعات با دقت بالا امری ضروری است. بسته به هندسه محصول و رژیم تغییر شکل، انواع مختلفی از برگشت فنری در شکل دهی ورق فلزی وجود دارد که از آن جمله می توان به : برگشت فنری خمشی، غشایی ،پیچشی و ترکیب غشایی و خمشی اشاره کرد [3].برگشت فنری خمشی خالص پس از خمش ماده در شرایط کرنش صفحه ای مشاهده می شود. برگشت فنری غشایی طی باربرداری از ماده در حالت کشش صفحه ای یا فشار رخ می دهد. برگشت فنری از نوع پیچشی هنگام شکل دهی قطعاتی که دارای تفاوت های بزرگ در ابعاد مقطعش است، مانند پنل های توخالی، رخ می دهد[2]. این نوع برگشت فنری ناشی از بازیابی الاستیک نامتقارن ماده در جهت های مختلفاست. برگشت فنری ترکیبی خمشی- غشایی رایج ترین نوع برگشت فنری است که در صنعت مشاهده می شود. هندسه محصول در این حالت دارای پیچیدگی است، به این صورت که ماده خارج از صفحه خمیده می شود و همزمان در داخل صفحه نیز کشیده و یا فشرده می شود، فرایند کشش عمیق دارای این نوع از برگشت فنری است.

مبنای فرایند شکل دهی در مورد شکل دهی ورق های فلزی انجام یک تغییر شکل پلاستیکی عمدی و خواسته شده بر روی ورق مسطح، جهت تولید یک قطعه مهندسی با شکل خاص می باشد. این تغییر شکل پلاستیکی به وسیله یک نیروی خارجی بر روی ورق فلزی ایجاد می شود. این نیروی خارجی باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا ماده را کاملاً وارد ناحیه پلاستیک کرده و این اطمینان حاصل شود که بعد از برداشتن نیروی خارجی از روی ورق ،قطعه دچار تغییر شکل و برگشت فنری نشود. روش های مختلفی چون خمکاری، کشش عمیق، اتساع، شکل دهی چرخشی، شکل دهی هیدرولیکی، شکل دهی انفجاری و … برای این هدف وجود دارند که روش های بارگذاری مختلف، درجه حرارت و شرایط مرزی متفاوت وجه تمایز روش های فوق می باشد. فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی با اغلب فرایندهای شکل دهی حجمی تفاوت دارد. در فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی کشش حاکم است و این فرایندها دارای طبیعت کششی می باشند در حالیکه فرایندهای شکل دادن حجمی به صورت فشاری اند و غالباً یک سطح یا هر دو سطح نوعی تغییر شکل آزاد است و ابزار آنها را نمی گیرد .

روش های مختلفی برای پیش بینی برگشت فنری رخ داده پس از فرایندهای شکل دهی در دسترس هستند. راه حل های تحلیلی که تغییر هندسه محصول را پس از فرآیند شکل دهی توصیف می کنند یکی از این روش ها است .تحلیل برگشت فنری محصولات پیچیده صنعتی معمولاً با استفاده از روش المان محدود انجام می گیرد. هنگام استفاده از مدل های المان محدود باید به خاطر سپرد که پیش بینی برگشت فنری به وسیله پارامترهایی که کیفیت شبیه سازی را تعیین می کند تعیین می شود. در دهه گذشته فرضیات مختلفی جهت اثر بخش تر کردن شبیه سازی فرآیند شکل دهی پیشنهاد شد هاند و در برخی موارد این فرضیات ممکن است باواقعیت دارای تناقض باشد. در روشی که در این تحقیق استفاده می شود جهت بالا بردن دقتپیش بینی برگشت فنری از نتایج به دست آمده به روش شبیه سازی در روش تحلیلی پیشنهادیاستفاده می شود.

1-2-‌تاریخچه

همان طور که گفته شد در فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی، یکی از عوامل بسیار مؤثر بر کیفیت و دقت قطعات تولیدی، پدیده برگشت فنری است. اثر برگشت فنری به عنوان پدیده ای فیزیکی در نظر گرفته می شود که ناشی از بازیابی کرنش الاستیک ماده پس از باربرداری از ماده است. بنابراین مقدار آن به طور قابل توجهی وابسته به تنش پسماند در قطعه کار پس از آنکه ابزار شکل دهی برداشته می شود است. این پدیده بیانگر تغییر شکل ورق، پس از باربرداری و رها شدن ورق از نیروی پرس، است. پدیده برگشت فنری، دستیابی به دقت ابعادی بالا را ناممکن می سازد و باعث ایجاد مشکلات زیادی در مرحله مونتاژ قطعات تولیدی می شود. بنابراین در فرایندهای شکل دهی ورقهای فلزی پیش بینی میزان برگشت فنری برای تولید قطعات با دقت بالا امری ضروری است. محققان بسیاری پدیده برگشت فنری را مورد مطالعه قرار داده اند. به طور کلی این محققان برای بررسی پدیده برگشت فنری از روشهای تحلیلی، روشهای تجربی یا آزمایشگاهی و روشهای عددی استفاده کرده اند. در روشهای تحلیلی به دلیل پیچیدگی های زیاد، به ناچار از فرضیات ساده کننده بسیاری از قبیل وجود رابطه ساده بین تنش و کرنش، عدم وجود اصطکاک، نادیده گرفتن کم شدن ضخامت ماده، چشم پوشی از اثر بوشینگر و بزرگ بودن شعاع خمش در مقایسه با ضخامت استفاده می شود ]1-1[.

استفاده از روش های آزمایشگاهی در بررسی و ارزیابی پدیده برگشت فنری بسیار پرهزینه،دشوار و زمان بر است ]3[.درنتیجه استفاده از روشهای عددی برای بررسی پدیده برگشت فنری نسبت به روشهای تحلیلی و تجربی مناسب تر است.

با بررسی تحقیقات انجام گرفته پیرامون برگشت فنری به خوبی می توان دریافت که در میان روشهای عددی، روشهای اجزاء محدود نقش عمده ای در مطالعه مسائل مربوط به برگشت فنری داشته است. در دهه های اخیر، پیشرفت های قابل ملاحظه ای در زمینه شبیه سازیاجزای محدود انواع فرایندهای شکل دهی ورقهای فلزی انجام شده است. از آن جمله، می توانبه تحقیقات زو و همکارانش ]1[ با موضوع کاهش زمان محاسبات وابداع روشی به نام EBG اشاره کرد. در این روش از المان غشایی برای محاسبه مقدار برگشت فنری استفاده شده است.

پس از آن سیریام و همکارانش ]1[ روش فوق را در بررسی مسائل شکل دهی در حالت سه بعدی توسعه دادند. با این حال، کاربرد این روش در تعیین مقاومت خمشی صفحات و محاسبه میزان برگشت فنری برای مسائل سه بعدی مناسب تشخیص داده نشد. در ادامه فعالیت های یاد شده، پوربقراط و همکارانش ]3[ از روش هیبریدی با المانهای غشایی و پوسته ای برای محاسبه برگشت فنری در فرایندهای شکل دهی ورق های فلزی تحت بار متقارن محوری استفاده کردند.

یکی از قطعاتی که در صنعت شکل دهی و از جمله اتومبیل سازی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند، قطعات U شکل هستند. در قطعات U شکل علاوه بر پدیده برگشت فنری، پدیده انحنای )انحراف( دیواره جانبی نیز مشاهده می شود. انحنای دیواره جانبی پدیده ای است که نتیجه تغییر شکل پیچیده کشش، خمش و رهاسازی آنها است و در دیواره قطعات تغییر شکل یافته رخ می دهد. مطالعات بسیاری در مورد چگونگی مدل سازی این نوع فرایند شکل دهی و علل دو پدیده مذکور و عوامل مؤثر بر آنها انجام شده است. ابتدا پوربقراط و همکارانش ]34،33[ با استفاده از روش هیبریدی سعی کردند این فرایند را شبیه سازی کنند.

چند سال بعد لی و همکارانش ]32[ روشی را برای محاسبه برگشت فنری بر اساس مدل اجزای محدود با استفاده از حل کننده دینامیکی ارائه دادند. در فعالیت های نزدیک به موضوع تحقیق جاری، ساموئل اثر شعاع سنبه، شعاع ماتریس و مقدار ناهمسانگردی را بر میزان برگشت فنری و انحنای دیواره جانبی بررسی نموده است ]31[. لیو و همکارانش نیز برای جبران کاهش انحنای دیواره جانبی و برگشت فنری در خمش کششی قطعات U شکل،

استفاده از نیروی نگهدارنده متغیر را پیشنهاد نموده اند ]34،31[. راگایی و همکارانش اثر مقدار ناهمسانگردی را در میزان برگشت فنری ورقه های فولاد ضد زنگ 434، به صورت آزمایشگاهی و شبیه سازی به روش اجزای محدود مورد بررسی قرار داده اند

در صنایع مختلف به ویژه در صنایع اتومبیل سازی تولید قطعات با کمترین وزن ممکن،بسیار مهم است. کاهش وزن اتومبیل ها مزایای بسیاری از جمله کاهش مصرف سوخت را درپی دارد. برای تولید این گونه قطعات نیاز است تا از مواد با استحکام بالا و سبک وزن و یانوارهای کامپوزیتی استفاده شود. در زمینه تحقیقات انجام شده پیرامون برگشت فنری درنوارهای کامپوزیتی می توان به تحقیق محمدی و همکارانش ]31[ اشاره نمود. آنها در فرایند خمکاری نوارهای چند لایه، اثر ضخامت لایه های مختلف را بر مقادیر برگشت فنری بررسی نموده اند. پیرامون برگشت فنری در مواد با استحکام بالا می توان به تحقیق یانگ وهمکارانش ]31[ اشاره نمود. آنها با استفاده از روش آزمایشگاهی و روش اجزای محدود به بررسی برگشت فنری در فرایند شکل دهی داغ فولادهای با استحکام بالا پرداخته اند.

در بخش حمل و نقل، بهینه سازی مصرف انرژی امری ضروری است از این رو استفاده از ورق فولاد استحکام بالا1 و فولاد استحکام بالای پیشرفته2 به دلیل وزن کم و استحکام بالا و نیز قیمت کمتر در مقایسه با دیگر مواد که خواص مشابهی دارند در گریدهای مختلف و در بخش های مختلف نسل های جدید وسائل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرند .

در صنایع اتومبیل سازی همچنین به جای استفاده از آلیاژهای با استحکام بالا و سبک وزن آلومینیوم و منیزیم، از فولادهای دو فازی که دارای نسبت استحکام به چگالی بالاتری هستند و نسبت به آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم ارزان ترند استفاده می شود. فولادهای دو فازی به علت وجود فاز مارتنزیت سخت در یک میدان نرم از فریت دارای ترکیبی از استحکام بالا، قابلیت شکل دهی خوب و وزن پایین هستند ]33[. تحقیقات انجام شده در مورد استفاده از فولادهای دوفازی در بدنه اتومبیل ها نشان می دهند که استفاده از فولادهای دو فازی در بدنه اتومبیل ها، وزن اتومبیل ها را تا 13 درصد کاهش می دهد ]24[. استفاده از این نوع فولادها، مشکلاتی را نیز به همراه دارد که یکی از مهمترین این مشکلات، بزرگ بودن مقدار برگشت فنری و انحنای زیاد دیواره جانبی در شکل دهی این نوع فولادها است.

برای تولید کنندگان، دستیابی به شکل مورد نظر از محصول شکل دهی شده که از ایننوع فولادها ساخته شده امری چالش بر انگیز است. آنها برای اصلاح کردن ابزارها و قالب هاجهت جبران برگشت فنری رخ داده نیاز به صرف هزینه و زمان زیادی هستند. اخیراًشبیه سازی المان محدود برای توصیف رفتار ماده در شکل دهی ورق فلزی از جمله برگشتفنری به طور قابل قبول به کار گرفته شده است ]33،23[. صحت پیشبینی به طور اصولی وابسته به مدل های اساسی در نظر گرفته شده جهت شبیه سازی ماده وابسته است ]22،21[.

باور کلی بر این است که باید مدل های ماده با در نظر گرفتن رفتار ناهمسانگردی1 در مورد موادی نظیر ورق فلزی استفاده گردد ]24-2[. برخی محققان مدل سختی ایزوتروپیک- کینماتیک ترکیبی را برای ارزیابی اثر برگشت فنری در ورق فولادی به کارگرفتند ]21،21[.

نشان داده شده که مدل پلاستیک ماده که می تواند اثر باشینگر، رفتار گذرا و دائم را به خوبی توصیف کند برای دستیابی به محاسبه دقیق تر برگشت فنری ضروری است. بنابراین توصیف موفقیت آمیز برگشت فنری با استفاده از شبیه سازی المان محدود اصولاً به معیار تسلیم، مدل سختی و پارامترهای ماده وابسته است ]23[. از آنجایی که استحکام تسلیم و کششی فولادهای استحکام بالا همچون فولاد دو فازی بسیار بالا است درنتیجه بازیابی الاستیک در ماده قابل توجه است .

برگشت فنری ،انحنای دیواره جانبی و پیچش این فولادها پس از شکل دهی بسیار زیاد است. در نتیجه دقت نتایج شبیه سازی کیفیت خود را از دست می دهد. در مورد فولادهای استحکام بالا مدل سختی کینماتیک برای محاسبه برگشت فنری اجتناب ناپذیر است ]14،13[.

همچنین عنوان شده است که انتخاب قانون سختی1 برای توصیف پیشرفت کرنش در یک قطعه شکل دهی شده دارای اهمیت قابل توجهی است ]21،21[.‌

علاوه بر این، تحقیقات با در نظر گرفتن وابستگی بین مدول الاستیک و کرنش پلاستیک امکان پیش بینی بهتر برگشت فنری را فراهم می آورد ]12،11[. اگرچه مدل ماده پیچیده تر اعمالی نیازمند پارمترهای ماده دقیقتر و تست های بیشتر ماده است. برای مثال ازتست کشش- فشار سیکلی برای تعیین پارامترهای متداول ترین مدل های کینماتیک مورداستفاده قرار می گیرد .صرف هزینه و زمان زیاد برای انجام آرمایشات جهت دستیابی بهپارامترها و مشخصات ماده برای کاربردهای صنعتی چندان جذاب نیست. از طرف دیگرشبیه سازی المان محدود به طور گسترده ای برای طراحی فرآیندهای شکل دهی در بخش های مختلف فلزی مورد استفاده قرار گرفته است. با این وجود نتایج پیش بینی شده برای ارزیابی برگشت فنری، به ویژه در مورد فولاد استحکام بالا هنوز کافی نیست ]14-13[. ‌

مهمترین آثار برگشت فنری در بخش های شکل دهی شده عبارتند از: تغییر شکل و ابعاد بخش های شکل دهی شده پس از برداشته شدن ابزار و نیز تغییر موقعیت تنش ها و کرنش ها در مواد تغییر شکل یافته [31و11]. مدل های ریاضی برای محاسبه پارامترهای برگشت فنری از طریق شبیه سازی برگشت فنری با فرآیند خمش [11]، با در نظر گرفتن فشار تماس [13]، با فرض اینکه برگشت فنری اثری از نیروی تماس یا اثر توزیع مجدد ناهمگن در راستای ضخامت است ایحاد شدند [44]. این مدل های پیچیده معمولاً برای موارد خاص )به ویژه در مورد خمش های U یا V شکل( ایجاد شدند. و بسط آنها برای موارد دیگر با دشواری هایی همراه است. از طرف دیگر تعیین، حذف و یا جلوگیری از بروز آسیب های ناشی از برگشت فنری نیازمند داشتن اطلاعات و تحلیل ها در مورد علل آن و رابطه آن با عواملی که بر آن اثر می گذارد است. ‌

یکی از عللی که سهم مهمی در ایحاد پدیده برگشت فنری دارد، توزیع و اندازه تنش ایجادی در راستای ضخامت ورق هنگام شکل دهی سرد است [43،42،11] . اما، تعیین تجربی تنش های ایحاد شده در قطعاتی که با استفاده از شکل دهی سرد ورق های فلزی ایجاد می شوند به علت پیچیدگی فرآیند، ابزارها و هندسه قطعات دشوار است. تعیین تنش ها با به کار بردن روش های تجربی تنها در بخش هایی از قطعه مانند: دیواره سیلندری قطعه کشیده شده با استفاده از روش پراش نوترون یا سنکروتون3 [41،41]. و یا در بخشهای پایینی قطعه با استفاده از روش سوراخکاری1 [41] است. یک راه حل مسئله می تواند تعیین تنش ها بر اساسشبیه سازی و با استفاده از روش المان محدود 1 در تمام نواحی قطعه باشد .ایجاد ارتباط بینبرگشت فنری و تنش ها در مورد قطعات کشیده شده بسیار دشوار است، به ویژه به دلیلدشواری تعیین تجربی توزیع تنش قبل از اینکه ابزار برداشته شود و نیز به دلیل پیچیدگی قطعهو فرآیند کشش عمیق. یک مدل ریاضی از رابطه بین تنش های ایحاد شده و برگشت فنری در مورد خمش U شکل توسط مورستین و بویون3 وبا استفاده از معادلات پلاستیک پرانتل- روس34 و با به کارگیری مدل سختی کینماتیک لامایتر- چابچه33 که در آن تغییر مدول یانگ نسبت به کرنش پلاستیک در نظر گرفته شده، انجام گرفت [43]. پیش بینی برگشت فنری همچنین با استفاده از مدل هایی که بر رابطه ممان- انحنا مبتنی هستند [41]، کرنش باقی مانده دیفرانسیلی32 [41]، تغییر تنش تسلیم تحت کشش و بارهای فشاری [43] برای بخش های با خمش U شکل [42،14] یا خمش دوبل با بخش های متقارن ساده [13]، نیز انجام گرفت.

مدل های اشاره شده در بالا ناهمسانگردی ماده را در نظر نگرفتند. مدل های دیگر تحلیلی با در نظر گرفتن اثر تاریخچه تغییر شکل و ناهمسانگردی ماده به طور پیچیدهتری ایجاد شدند[24،12].

  1. 3-‌انواع‌روش‌های‌شکل‌دهی‌ورق ‌

در بین روشهای شکلدهی ورق، خمکاری و کشش عمیق بیشترین کاربرد را نسبت به سایر روش ها در صنعت دارند که نمای شماتیک این فرایندها در شکل های ) 3-3( و ) 3-2( نشان داده شده است و در ذیل توضیح داده می شوند .

1-3-1-‌فرآیند‌کشش‌عمیق‌و‌عوامل‌مؤثر‌بر‌آن‌ ‌

در عملیات کشش عمیق تغییر شکل ورق بدین صورت میباشد که ابتدا ناحیه ی پیرامونی ورق توسط یک ورقگیر گرفته می شود. سپس ورق توسط یک سنبه ی صلب به داخل محفظه ی قالب )ماتریس( کشیده شده و شکل سنبه را به خود می گیرد. در این عملیاتورقگیر ورق را طوری می گیرد که امکان حرکت و لغزش به درون حفره ماتریس را داشتهباشد. از این روش برای تولید قطعات مختلف صنعتی همچون مخزن های فولادی تحت فشار ،قوطی های کنسرو آلومنیومی و فولادی، ظروف آشپزخانه و… استفاده می شود. در شکل) 3-3(، فرآیند کشش عمیق به طور شماتیک نشان داده شده است. تنش قائم متوسط 3 /( 3m (1 2  در حین فرآیند کشش عمیق، کششی می باشد. این موضوع با توجه به حداکثر کرنش های امکان پذیر، یک خاصیت غیر مفید است. در مقایسه با فرآیندهای تغییر شکل حجمی ) نظیر: اکستروژن و.. . ( که تنش های نرمال متوسط، فشاری بوده و کرنش های بسیار زیاد نیز امکان پذیر است، کرنش های دست یافتنی در هر مرحله از کشش عمیق، به وسیله تنش های کششی محدود بوده و نباید از مقاومت کششی ماده تجاوز کند. بنابراین کنترل جریان فلز ار اهمیت ویژه ای برخوردار است و کیفیت محصول نهایی بستگی زیادی به آن دارد.



شکل3-3. فرایند کشش عمیق

کشش عمیق از مهمترین فرآیندهای شکل دادن ورق است که به طور وسیعی در شکل دهی ورق های فلزی و تبدیل آن به قطعات توخالی به کار می رود. در این فرآیند تغییر ضخامت ورق بسیار اندک است، به طوری که معمولاً سطح قطعه کشیده شده تقریباً با سطح ورق اولیه مطابقت دارد .اساساً فرآیندهای شکل دادن که برای تغییر ورق ها به کار می رود با فرآیندهای شکل دادن حجیم31 متفاوت است. در فرآیندهای شکل دادن ورق معمولاً حالت کشش غالب است. در صورتی که در فرآیندهای شکل دادن حجیم عمدتاً حالت فشاری غالبمی باشد .

فرآیند کشش عمیق در صنعت با استفاده از دستگاهی که شامل یک سنبه ی فشار34، یک قالب مدور و یک نگهدارنده ورق است، انجام می گیرد. نیروی لازم برای این تغییر شکل از طریق مکانیکی یا هیدرولیکی تأمین می شود. با توجه به اینکه در این فرآیند تغییر شکل، سطح ورق )اغلب ورق های نازک تا حداکثر حدود mm 1 ضخامت( تحت تأثیر تنش کششی و در امتداد عمود بر آن تنش فشاری قرار می گیرد، لذا این روش شکل دادن جزء روش های کشش- فشار محسوب می شود. بیشتر قطعاتی که از ورق فلز تولید می شوند، استوانه ای یا جعبه ای شکل اند. برای مثال قابلمه ها و ماهی تابه ها، دبه های غذا، قوطی های نوشابه، لگن های آشپزخانه و مخزن سوخت اتومبیل ها )شکل 3-1(، با این روش تولید می شوند. کشش عمیق معمولاً در صنعت برای تولید قطعاتی از قبیل انواع ظروف فلزی، مخزن های تحت فشار یا خلاء، بعضی از قطعات یدکی اتومبیل و هواپیما، پوسته فشنگ و گلوله، قوطی ها کنسرو و نوشابه، به کار می رود .



شکل 3-2. مراحل فرایند کشش عمیق

در فرایند کشش عمیق دو عامل تأثیر زیادی بر کیفیت محصول تولیدی دارند که باید در نظر گرفته شوند: نخست قابلیت شکل پذیری ورق و سپس در نظر گرفتن ناهمسانگردی.



شکل 3-1. محصولات تولیدی به روش کشش عمیق

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی آباکوس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی آباکوس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–