دانشگاه آزاد اسلامي
واحد خميني شهر
دانشكده مكانيك
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد M.Sc
گرايش مهندسي مكانيك – طراحي كاربردي
مدلسازي با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسي تجربي نيروها در فرآيند فلوفرم سه غلطكه معكوس آليا‍ژ آلومينيم 7075
استاد راهنما:
دكتر حسن خادمي‌زاده
نگارش:
حسين بازرگاني
زمستان 1393
دانشگاه آزاد اسلامي
واحد خميني شهر
دانشكده مكانيكپايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد M.Sc
گرايش مهندسي مكانيك – طراحي كاربردي
مدلسازي با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسي تجربي نيروها در فرآيند فلوفرم سه غلطكه معكوس آليا‍ژ آلومينيم 7075
نگارش:
حسين بازرگاني
زمستان 1393
در تاريخ 20/11/93 توسط كميته تخصصي زير مورد بررسي و تصويب قرار گرفت.
استاد راهنما دكتر حسن خادمي زاده
استاد مشاور دكتر پيمان بهجتي
استاد داور دكتر علي حيدري
استاد داور دكتر حميد منتظرالقائم
مدير تحصيلات تكميلي گروه مکانیک دكتر سيد علي افتخاري
(تعهد نامه اصالت پايان نامه)
اينجاب حسين بازرگاني دانش آموخته مقطع كارشناسي ارشد ناپيوسته در رشته مكانيك طراحي كاربردي كه در تاريخ 20/11/93 از پايان نامه خود تحت عنوان :
مدلسازي با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسي تجربي نيروها در فرآيند فلوفرم سه غلطكه معكوس آليا‍ژ آلومينيم 7075
با كسب نمره و درجه دفاع نموده ام بدينوسيله متعهد مي‌شوم:
اين پايان نامه حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده و در مواردي كه از دستاوردهاي علمي و پژوهشي ديگران (اعم از پايان نامه،كتاب، مقاله و …) استفاده نموده‌ام، مطابق ضوابط و رويه موجود، نام منبع مورد استفاده و ساير مشخصات آن را در فهرست مربوط ذكر و درج كرده‌ام.
اين پايان نامه قبلاً براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي (هم سطح، پايين‌تر يا بالاتر) در ساير دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالي ارائه نشده است.
چنانچه بعد از فراغت از تحصيل، قصد استفاده از هر گونه بهره‌برداري اعم از چاپ كتاب، ثبت اختراع و … از اين پايان نامه داشته باشم از حوزه معاونت پژوهشي واحد مجوزهاي مربوطه را اخذ نمايم.
چنانچه در هر مقطع زماني خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشي از آن را مي‌پذيرم و واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرك تحصيلي‌ام هيچ گونه ادعايي نخواهم داشت./
نام و نام خانوادگي:
تاريخ و امضاء:
خداوند متعال را حمد و سپاس به جاي آورده كه توفيق تحصيل علم به اينجانب مرحمت فرمود، و بر خود لازم مي‌دانم كه از زحمات خانواده دلسوزم كه در اين سال‌هاي عمر، همواره در راستاي پيشرفت و تعالي، حامي و مشوقم بوده‌اند و همسر عزيز كه پيشتيبان و همراه من در امر ادامه تحصيل بوده است، قدر داني نمايم.
همچنين از تمامي كساني كه به نوعي در تهيه اين اثر نقش داشته‌اند سپاسگذاري كرده و خصوصاً از اساتيد راهنما و مشاور پايان نامه، آقايان دكتر خادمي زاده و دكتر بهجتي كه مرا در اين پژوهش همراهي و مساعدت نمودند كمال تشكر را دارم.
كليه حقوق مادي مرتبط بر نتايج مطالعات، ابتكارات و نوآوري‌هاي ناشي از تحقيق موضوع اين پايان نامه متعلق به دانشگاه‌‌‌‌ آزاد ‌اسلامي‌ واحد خميني شهر است.
تقديم به
پدر، مادر و همسر عزيزم كه همواره در جهت پيشرفت و تعالي، مشوق و پشتيبان من بوده‌اند.
فهرست
چكيده1
مقدمه2
فصل اول3
كليات3
1-1-مقدمه3
1-2- هدف از انجام اين پژوهش3
1-3-‌‌ مرور بر مطالعات پيشين4
1-4- مرور بر فصل‌هاي پايان نامه7
فصل دوم8
آشنايي با فرآيند شكل دهي چرخشي8
2-1- تاريخچه8
2-2- معرفي فرآيند اسپينينگ و فلوفرم8
2-3- تئوري فرآيند اسپينينگ9
2-3-1- اسپينينگ9
2-3-2- شرايط تماس10
2-4- دسته بندي انواع روش هاي اسپينينگ12
2-4-1- اسپينينگ دستي13
2-4-2- اسپينينگ ماشيني (قدرتي)14
2-4-3- اسپينينگ داغ15
2-4-4- اسپينينگ مخروطي16
2-4-5- اسپينينگ لوله از سطح داخل17
2-4-6- اسپينينگ نا‌متقارن18
2-4-7- خان‌كشي به روش اسپينينگ20
2-5- فلوفرمينگ21
2-5-1- زمينه هاي كاربرد فرآيند فلوفرمينگ22
2-5-2- دسته‌‌بندي فرآيند فلوفرمينگ24
2-5-3- فلوفرمينگ مستقيم24
2-5-4- فلوفرمينگ معكوس24
2-6- تفاوت هاي اسپينينگ و فلوفرمينگ25
2-7- اجزا اصلي ماشين فلوفرم26
2-7-1- بستر26
2-7-2- محرك26
2-7-3- مندرل26
2-7-4- جك ها27
2-7-5- غلطك27
2-7-6- پريفرم28
2-8- مزايا و معايب فرآيند فلوفرم29
2-8-1- مزايا29
2-8-2- معايب فرآيند فلوفرم32
2-9- معرفي پارامتر ها و عوامل موثر بر فرآيند فلوفرم33
2-9-1- زاويه حمله غلطك33
2-9-2- شعاع سر غلطك34
2-9-3- نرخ پيشروي34
2-9-4- بار دهي34
2-9-5- ويژگي هاي ماده35
2-9-6- دما36
2-9-7- روانساز36
فصل سوم37
نيروها در فرآيند فلوفرم37
3-1- معرفي مولفه هاي نيرو و جابجايي(تنش و كرنش) در فرآيند فلوفرم37
3-2- معرفي معادلات نيرو در فلوفرمينگ قطعات استوانه اي38
3-2-1- تحليل به روش كوباياشي – تامسون39
3-2-2- روش تعيين نيروهاي تغيير شكل هاياما41
فصل چهارم42
مطالعه و انتخاب آلياژ مورد آزمون 42
4-1- مقدمه42
4-2- آلیاژهای آلومینیم42
4-3- نام گذاري آلياژ هاي كارپذير43
4-4- آلياژهاي گروه 7000 آلومينيم44
4-5- آلياژ 707545
4-5-1- تركيب شيميايي آلياژ 707545
4-5-2- خواص مكانيكي آلياژ 707547
4-6- آماده سازي نمونه براي انجام آزمون كشش48
4-7- آزمون كشش ساده تك محوري49
فصل پنجم51
روش تحقيق51
5-1- تشريح روش تحقيق51
5-2- تحليل عددي نيروها در فرآيند فلوفرمينگ51
5-3- روش مدل‌سازي و حل عددي با استفاده از نرم افزار Abaqus52
5-4- ايجاد مدل المان محدود53
5-5- نحوه مدلسازي فرآيند54
5-5-1- مدول Sketchوpart54
5-5-2- مدول property55
5-5-3- مدول Assembly56
5-5-4- مدول Step57
5-5-5- مدول Interaction58
5-5-6- مدول Load59
5-5-7- مدول Mesh60
5-5-8- مدول Job61
5-5-9- مدول visualization62
5-6- روش انجام آزمايش تجربي63
5-6-1- آماده سازي نمونه پريفرم63
5-6-2- آماده سازي و نحوه كار با دستگاه65
5-6-3- روش انجام آزمايش و قرائت داده ها67
فصل ششم69
نتايج69
6-1- نتايج آزمايش هاي تجربي69
6-2- نتايج حل عددي70
6-2-1- تحليل مؤلفه‌هاي تنش و كرنش :71
6-3- تفسير نتايج77
فصل هفتم79
جمع بندي و پيشنهادات79
7-1- جمع بندي79
7-2- نتايج كليدي80
7-3- پيشنهادات81
منابع82
فهرست اشكال
شكل(2-1) كانتورهاي قابل توليد با روش اسپينينگ10
شكل(2-2) نمايي از اجزاء و روند فرآيند اسپينينگ11
شكل(2-3) دسته بندي انواع روش اسپينينگ12
شكل(2-4) تصوير و نماي شماتيك از اسپينينگ دستي13
شكل(2-5) نمونه‌هايي از اشكال ساخته شده به روش اسپينينگ دستي14
شكل(2-6) نمونه‌اي از دستگاه اسپينينگ قدرتي مجهز به كنترل عددي14
شكل(2-7) اسپينينگ داغ با استفاده از مشعل15
شكل(2-8) اسپينينگ داغ با استفاده از حرارت موضعي اشعه ليزر16
شكل(2-9) نمايي از اسپينينگ مخروطي16
شكل(2-10) مراحل انجام اسپينينگ لوله از سطح داخل17
شكل (2-11) توليد لوله‌هاي تقويت شده به روش فلوفرمينگ داخلي17
شكل (2-12) اسپينينگ قطعات نامتقارن18
شكل (2-13) اسپينينگ قطعات نامتقارن20
شكل (2-14) شماتيك مراحل خان كش به روش اسپينينگ20
شكل (2-15) ماشين فلوفرم سه غلطكه22
شكل (2-16) ساخت قطعات پيچيده به روش فلوفرمينگ با استفاده از مندرل‌هاي با فرم خاص23
شكل (2-17) ساخت قطعات با شكل ويژه از پريفرم لوله‌اي23
شكل (2-18) شماتيك فلوفرم مستقيم24
شكل (2-19) شماتيك فلوفرم معكوس25
شكل (2-20) دسته بندي انواع مندرل27
شكل (2-21) نمايش انواع پريفرم و قطعه نهايي28
شكل (2-22) مقايسه طول قطعه قبل و پس از فلوفرمينگ29
شكل (2-23) فلوفرمينگ سطوح جوش خورده30
شكل (2-24) نمونه‌اي از سطح پرداختي بعد از فلوفرمينگ30
شكل (2-25) تلرانس ابعادي دقيق با كنترل ضخامت ديواره31
شكل (2-26) بهبود خواص مكانيكي براي چند ماده با توجه به درصد كاهش ضخامت32
شكل (2-27) اعوجاج در قطعه كار‌33
شكل(3-1) نواحي تماس بين ابزار و قطعه كار در فرآيند فلوفرم مستقيم38
شكل (3-2) موقعيت ابزار و مختصات كارتزين در فلوفرمينگ39
شكل (4-1) نمودار تعادلي آلومينيم-روي45
شكل (4-2) تصاویر ترکیبات بین فلزی در آلیاژ آلومینیم 7075 در مقادیر مختلف آهن و سیلیسیم46
شكل (4-3) نقشه دمبل طبق استاندارد E0848
شكل(4-4) دمبل هاي ساخته شده از ماده پريفرم از جنس آلومينيوم 7075 جهت انجام آزمون كشش ساده تك محوره.48
شكل (4-5) نمودار تنش كرنش مهندسي حاصل از انجام آزمون كشش آلومينيوم 707549
شكل ( 5-1) شماتيك فلوفرم سه غلطكه معكوس54
شكل (5-2) مرحله sketch – نحوه ترسيم غلطك54
شكل (5-3) مرحله معرفي خصوصيات ماده55
شكل (5-4) معرفي جدول تنش و كرنش به نرم افزار56
شكل (5-5) مرحله مونتاژ جهت جانمايي دقيق اجزاء57
شكل (5-6) معرفي مراحل مختلف فرآيند58
شكل (5-7) مرحله معرفي قيود و شرايط تماسي59
شكل (5-8) مرحله معرفي شرايط تكيه گاهي و درجات آزادي60
شكل (5-9) مرحله انتخاب نوع المان و مش بندي61
شكل (5-10) مرحله حل مسأله61
شكل (5-11) نحوه استخراج نتايج از پايگاه داده‌ها62
شكل (5-12) نمونه فورج شده63
شكل (5-13) سيكل عمليات حرارتي آنيل اوليه64
شكل (5-14) نمونه پريفرم اوليه64
شكل (5-15) نمونه دستگاه فلوفرم استفاده شده65
شكل (5-16) قطعه فلوفرم شده در آزمايشات تجربي66
شكل (5-17) تصوير الف و ب به ترتيب مراحل نصب نيرو سنج بر روي جك هاي هيدروليك جهت قرائت نيروي اعمالي به غلطك ها به صورت مستقيم.68
شكل (6-1) نقشه جك طولي كه تأمين كننده نيروي محوري است69
شكل (6-2) نمايش نحوه پراكندگي تنش در پريفرم حين انجام فرآيند فلوفرمينگ.72
شكل (6-3) نمايش نحوه توزيع كرنش در پريفرم حين انجام فرآيند فلوفرمينگ.72
شكل (6-4) نمودار هاي حاصل از نتايج مدلسازي با تغييرات سرعت پيشروي073
شكل (6-5) نمودار هاي حاصل از نتايج مدلسازي با تغييرات درصد كاهش ضخامت74
شكل (6-6) نمودار هاي حاصل از نتايج مدلسازي با تغييرات زاويه حمله.75
شكل (6-7) نمودار هاي حاصل از نتايج مدلسازي با تغييرات شعاع سر غلطك 076
فهرست جداول
جدول(2-1) مقادير توصيه شده براي حداكثر كاهش ضخامت در فلزات مختلف35
جدول( 4-1) سيستم نامگذاري AA براي آلياژهاي كار پذير44
جدول( 4-2) تركيب شيميايي آلياژ 707545
جدول( 3-6) خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم در تمپرهاي مختلف حرارتي47
جدول( 4-4) خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم تهيه شده به روشهاتي مختلف توليد47
جدول( 4-5) ابعاد جهت ساخت دمبل طبق استاندارد E0848
جدول( 6-1) پارامترهاي مورد استفاده در آزمايش عملي71
جدول (6-2) مقايسه نتايج آزمايشات تجربي با نتايج مدلسازي71
چكيده
در اين پايان نامه در ابتدا به كليات و تئوري فرآيند اسپينينگ، معرفي، دسته بندي و كاربرد انواع آن پرداخته مي‌شود و سپس به صورت جامع‌تر فرآيند فلوفرم مورد بررسي قرار مي گيرد. در ادامه مؤلفه‌هاي نيرو، نواحي متاثر از نيرو و معادلات مربوطه معرفي مي‌شود. با شناسايي آلياژ مورد آزمون، به مطالعه خواص و رفتار آن پرداخته و بعد از نمونه‌سازي، براي حصول خواص مكانيكي چند آزمون كشش ساده تك محوره انجام مي‌شود. همچنين روش تحقيق در دو بخش تحليل عددي با استفاده از نرم افزار تجاری Abaqus و آزمايشات تجربي ارائه شده و با انجام چندين آزمايش تجربي نتايج حاصل با نتايج حل عددي مقايسه مي‌شود. پس از حصول اطمينان از همخواني و نزديك بودن نتايج، مابقي پارامترها توسط مدل توسعه يافته مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. در پايان بررسي‌ها مشخص گرديد طي فرآيند فلوفرم سرعت پيشروي و اندازه شعاع سر غلطك با اندازه نيرو‌هاي شعاعي و محوري رابطه مستقيم دارد. زاويه حمله با نيروي محوري رابطه مستقيم و با مقدار نيروي شعاعي رابطه عكس داشت. همچنين ميزان درصد كاهش ضخامت نيز با نيروي محوري و شعاعي رابطه مستقيم دارد. به طور كلي همه پارامترهاي مؤثر در فرآيند فلوفرمينگ داراي حد بهينه‌اي هستند كه نقش هر يك از آن‌ها در توليد يك محصول دقيق و با كيفيت بسيار حائز اهميت است.
كلمات كليدي: اسپينينگ، فلوفرم، آلومينيوم 7075، مدلسازي المان محدود
مقدمه
یکی از شاخه‌های پراهميت در فرآیندهای شكل‌دهي فلزات، شكل‌دهي در ابعاد بزرگ، بدون براده برداري، ارزان و بدون دور ريز مانند فورج، خم كاري، نورد، اكسترود، و … مي‌باشد. در كليه اين روش‌ها ميزان سطح تماس بين ابزار و قطعه كار زیاد است و براي تأمين نيرو و توان كافي نياز به صرف انرژي زيادي است كه اين ميزان انرژي در هر فرآيند، بخصوص در فرآيند‌هاي شكل‌دهي از اهميت بسزايي برخوردار است. يكي از روش‌هاي كاهش نيرو، توان مصرفي و افزايش ميزان تغيير شكل، روش موضعی است.
فلوفرم يكي از روش‌هاي مهم تغییر شكل موضعی است. از اين روش براي توليد قطعات متقارن و داراي محور چرخشي استفاده مي‌شود. اين روش در صنايع استراتژیک و مهمی نظیر هوا فضا، نفت، گاز، نظامي، هسته‌اي و … کاربرد دارد. استفاده از اين تجهيز در چنين صنايع خاصي منجر به دشوار شدن تأمين برون مرزي و بالا رفتن قيمت دستگاه مي شود. همچنين پيچيدگي‌هاي طراحي آن مانع از فراگير شدن ساخت بومي آن شده است. بنابراین پرداختن به جنبه‌هاي مجهول طراحي چنين دستگاه‌هايي مي‌تواند گام بزرگي در پيشبرد صنايع استراتژیک كشور باشد. جهت ساخت اين تجهيز، بررسي و تخمين نيروهاي مورد نياز فرآيند فلوفرم، از گام‌هاي ابتدايي و اساسي در طراحي آن است. در این تحقیق سعی برآن است که با مطالعه و بررسی ماهیت فرآیند فلوفرم، شناسایی پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیشروی، شعاع سر غلطک و كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آن‌ها، به درک مناسبی از نيرو‌هاي وارد بر غلطك ها رسيد. از دير باز محققان بسياري سعي در يافتن روابط تحليلي براي محاسبه نيروهاي وارد بر غلطك‌ها و تأثير پارامترهاي گوناگون داشته اند، اما تعداد زياد پارامترهاي دخيل در فرآيند و نقش تركيبي انواع نيرو هاي كششي، فشاري و پيچشي سبب شده است كه با وجود استفاده از تعداد زيادي فرضيات ساده كننده باز هم محاسبه نيروها بسيار دشوار و با آنچه در واقعيت اتفاق مي‌افتد فاصله بگيرد. از اين رو دانشمندان جهت رسيدن به نتايج منطقي، روش‌هاي بسياري از جمله مدلسازي به روش حل عددي را مورد استفاده قرار داده‌اند. لذا از اهداف کاربردی این پژوهش، دستیابی به یک مدل سازی دقیق و منطقی است، تا بتوان با توجه به تغییر ابعاد و تلرانس های از پیش تعیین شده براي غلطك ها، قابلیت کنترل و تأمين نيرو هاي لازم در فرآیند فلوفرم را فراهم نمود. جهت صحه‌گذاري مدل توسعه يافته، نتايج آزمايشات تجربي و حل عددي مقايسه مي گردد.
فصل اول
كليات
1-1-مقدمه
در اين فصل در مورد اهداف اين پ‍ژوهش، پيشينه تحقيق و روش كار توضيحاتي ارائه مي‌شود تا روند مورد نظر جهت انجام پروژه مشخص شود و با توجه به اهداف و نتايج مورد نظر با استفاده از روش مناسب جهت رسيدن به آن‌ها گام برداشته شود.
1-2- هدف از انجام اين پژوهش
در این تحقیق سعی برآن است که با مطالعه و بررسی ماهیت فرآیند فلوفرم1، شناسایی پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیش روی، شعاع سر غلطک، كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آنها، به درک مناسبی از نيرو هاي وارد بر غلطك ها رسيد. از اهداف کاربردی این پژوهش، دستیابی به یک مدل دقیق و منطقی است، تا بتوان با توجه به تغییر ابعاد و تلرانس های از پیش تعیین شده براي غلطك ها، قابلیت کنترل و تأمين نيروهاي لازم در فرآیند فلوفرم را فراهم نمود. به طور کلی فرآیند فلوفرم بیشتر در صنایع استراتژیک و خاص برای تغییر شکل مواد گران قیمت مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آنجا که ساخت چنين تجهيزاتي بسیار پر هزینه و زمانبر بوده و همچنین پیچیدگی های طراحی آن مانع از فراگیر شدن ساخت بومی آن شده است، لذا مدل سازی فرآیند، تخمين نيرو هاي مورد نياز و طراحي بهينه مي تواند در جهت کاهش هزینه و زمان سهم بسزايي داشته باشد که این امر ضرورت انجام این پژوهش را توجیه مي نماید.
1-3-‌‌ مرور بر مطالعات پيشين (پيشينه تحقيق)
بنا بر اسناد و مدارك تاريخي، بسياري از تاريخدانان منشاء فلوفرم را از كوزه‌گري زمان مصر باستان مي‌دانند. اما صنعت فلوفرم فلزات در ابتداي قرن دهم ميلادي توسط چيني‌ها پايه‌گذاري شد و بعد از گذشت ساليان طولاني، در زمان ادوارد2 سوم وارد انگلستان شد و با دو روش مستقيم3 و معكوس4 به جهان غرب معرفي گرديد و بعد از حدود پانصد سال توسط فردي به نام جردن5 وارد آمريكا شد]1و2 .[
اولين تحقيقات فلوفرم توسط تاماست(1940) و درج(1954) صورت پذيرفت. تحقيقات ديگري در زمينه نيرو‌هاي اعمالي در فرآيند فلوفرم توسط كوباياشي و تامسون (1961)در دانشگاه كاليفرنيا صورت پذيرفت. آن‌ها با اعمال فرضيات ساده كننده سعي بر محاسبه نيرو‌هاي عملكردي اين فرآيند داشتند]2[.
موهان و ميسرا (1972) روابط تحليلي حاکم بر تئوري جريان پلاستيك در حين فرآيند فلوفرم لوله‌ها را توسعه دادند و توانستند نيروهاي وارد به غلطك‌ها، در حين فرآيند فلوفرم و نيز مقدار كرنش معادل را با استفاده از كار پلاستيك محاسبه كنند]‌ [3.
هاياما و كادو (1979) تخمين نيروي كار و اندازه دقيق‌تر قطري را توسط روش انرژي تعميم دادند.[4]
ناگاراجا (1981) به توصيف كلي روش اسپينينگ6 و انوا ع آن از قبيل اسپينيگ با مندرل مخروطي، لوله‌اي، فلوفرم مستقيم و معكوس، معرفي مراحل و فاز‌هاي فرآيند و پارامتر‌هاي اصلي و مؤثر در فلوفرم پرداخت]1[.
گور و تيروش (1982) فلوفرم را تركيبي همزمان از از اكسترود و نورد قطعه كار بیان نمودند. با این وجود، توصيف اين دو نفر در چگونگي و ميزان تغيير فرم پلاستيك بر روي ماده در حين فرآيند فلوفرم هنوز به طور كامل مورد مطالعه قرار نگرفته است]5[.
ونگ (1989) روش كرنش صفحه‌اي و روش خط لغزشي7 را براي محاسبه نيروي وارده در فلوفرم سه بعدي تعميم داد[6].
كمين (1997) و زو (2001) به تحليل المان محدود8مكانيزم تغيير شكل رايج در حين انجام فلوفرم اقدام كردند و با انجام آزمايشات عملي پي به نزديكي و صحت نتايج بردند]7[.
هانگ و همکارانش (1998) مطالعات خود را بر روي فرآيند گلويي9 شدن در المان‌هاي استوانه اي جدار نازك و كوچك فلوفرم شده، مورد بررسي قرار دادند. هدف آ ن‌ها جستجوي ارتباطي ميان پارامترهاي فرآيند و پيدا كردن يك حالت بهينه براي توليد محصول دقيق بود كه براي اين منظور تعدادي از عوامل بحراني فرآيند گلويي شدن را توسط روش‌هاي عملي و با استفاده از كد‌هاي تجاري نرم افزار Abaqus حل عددي را انجام دادند ودر نهايت براي بهينه سازي فرآيند به كار بردند]8[.
لي و لو (2001) فلوفرم قطعات استوانه‌اي شكل را با استفاده از مكانيزم نورد مورد مطالعه قرار دادند.آنها دستگاهي را با شش غلطك در نظر گرفتند و نيرو هاي غلطك و نيروي كششي را مورد بررسي قرار دادند. آن‌ها نسبت جريان تغيير شکل و ميزان نيروي لازمه را قوياً به انداره غلطك ها نسبت دادند.
تابراگ (1962) فشار مؤثر غلطك‌ها و نيروي كلي لازم براي كشيدن را بررسي كرد و متوجه شد كه فشار بر روي غلطك‌ها يكسان نيست]9[.
وانگ (2004) با مطالعه بر روي فلوفرم مواد، نيروهاي محوري، شعاعي و ساير پارامترهاي مؤثر در فلوفرم را مدل سازي و مقايسه نمود. وي مقايسه حل دقيق و حل ضمني را با استفاده از فلوفرم سرب مورد بررسي قرار داد]10[.
زيا و همكارانش(2006) اسپينينگ سه بعدي نا متقارن را مورد بررسي قرار دادند. اين روش را از روش هاي جديد تكنولوژي اسينينگ مي‌دانند كه محدوديت‌هاي اسپينينگ هاي تجاري را براي توليد لوله هاي تو خالي نا‌متقارن كنار مي‌گذارد. آن‌ها بر روي نيرو‌هاي اسپينينگ در راستاي طراحي دستگاه و پروسه انتخاب پارامتر‌ها مطالعه كرده‌اند]11 [.
روي (2009) بر روي توزيع يكسان كرنش پلاستيك در جهت ضخامت در فرآيند فلوفرم مستقيم لوله، براي تعدادي قطعات از جنس AISI1020 ‌كه تحت شرايط متفاوت با استفاده از يك دستگاه فلوفرم تك غلطكه تغییر شکل یافته بود، بررسي انجام داد. او ميزان تغيير شكل ماده را با استفاده از موضع اثر سختي سنج ميكروني10 مورد مطالعه قرار داد. به بيان تجربي ميزان سهم غلطك و مندرل را براي كرنش پلاستيك معادل در قطعات فلوفرم شده بررسي كرد و همچنين عوامل موثر بر روند كاهش ضخامت را مورد بحث قرار داد]7[.
پازوكي و همکارانش (2009) فرآيند فلوفرم و فلوفرم پذيري مواد در حين فرآيند فلوفرم مستقيم را بررسي كردند.آن‌ها تغيييرات نسبت طول تماس شعاعي به طول تماس محوري، نرخ پيشروي و زواياي حمله را مدلسازي كرده و نتايج را با معادلات پايه هندسي مقايسه كردند. آن‌ها نتايج اين مدل‌سازي را با نتايج تجربي موجود مورد قياس قراردادند تا با صحه‌گذاري نتايج، ميزان تأثير زاويه حمله و نرخ پيشروي بر فلوفرم پذيري را نشان دهند]12 [.
پلوينسكي و درنگر (2009) با معرفي فرآيند اسپينينگ و فلوفرمينگ به عنوان فرآيند‌هاي كهن و راه يافته به تكنولوژي‌‌هاي شكل دهي امروزي، فلوفرمينگ آلومينيوم 7075، اينكونل625 11واسپينينگ نوعي فولاد زنگ‌نزن12 را به صورت تجربي مورد بحث و بررسي قرار داده اند]13[.
موهبي و اكبرزاده (2010) به مدلسازي فرآيند فلوفرم مستقيم آلومينيوم 6063 و صحه گذاري و مقايسه آن با آزمايشات تجربي پراختند. آن‌ها نيز سعي در محاسبه نيروهاي وارد به غلطك و ميزان تنش و كرنش‌هاي اعمالي به قطعه كار حين انجام فرآيند فلوفرم داشتند14.
سيواناندي (2012) مروري جامع بر كليات فرآيند فلوفرم را به انجام رساند. وي بعد از معرفي فرآيند فلوفرم، جزئيات آن از قبيل ميزان كاهش ضخامت، طول نهايي قطعه كار، مواد مورد استفاده، انواع روش فلوفرمينگ و پارامترهاي درگير در فرآيند به بررسي پژوهش هاي گذشتگان پرداخته است]15[.
رينز و حق ‌شناس (2014) تحقيقاتي بر روي تأثير زاويه انحراف غلطك‌ها در فرآيند فلوفرمينگ بامندرل هاي13 غير استوانه‌اي و شكل دار انجام دادند. آن‌ها يكي از مهمترين عوامل فرسودگي و خراب شدن مندرل هاي شكل دار را نيروي اعمالي از جانب زاويه انحراف غلطك‌ها مي دانند و با به حداقل رساندن نيروي مورد نياز و بهينه سازي زاويه انحراف سعي در كاهش فرسودگي و خرابي مندرل‌ها در اين نوع فلوفرمينگ را دارند ]16[.
به طوركلي با بررسي منابع و مقالات مرتبط مشاهده مي‌شود كه بيشتر فرآيند فلوفرم مستقيم تك غلطكه و همچنين فولاد‌هاي كم كربن و آلياژي مورد مطالعه قرار گرفته‌انده. مشاهده مي‌شود كه در اكثر پژوهش‌ها مدلسازي با استفاده از نرم افزار ‌Ansys انجام پذيرفته وجهت اطمينان از مدلسازي علي الخصوص در مقالات داخلي بيشتر با استفاده از روش‌هاي عددي و يا اعتبار سنجي با مقالات ديگران صحه سنجي انجام شده و كمتر شاهد انجام آزمون‌هاي تجربي توسط دستگاه هاي فلوفرم هستيم.
شايان ذكر است كه در اين پژوهش مدلسازي فرآيند فلوفرم سه غلطكه معكوس آليا‍ژ آلومينيم 7075 با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسي تجربي نيروها را خواهيم داشت.
1-4- مرور بر فصل‌هاي پايان نامه
در فصل دوم، فرآيند شكل دهي چرخشي، دسته بندي و تجزيه و تحليل انواع روش اسپينينگ، فلوفرمينگ و مزايا، معايب و زمينه هاي كاربري آن‌ها معرفي مي‌شود. فصل سوم به معرفي مؤلفه‌هاي نيرويي و تئوري حاكم بر فرآيند اختصاص مي‌يابد. در فصل چهارم آلياژ مورد مطالعه از لحاظ رده ‌بندي، تركيب و خواص مكانيكي مورد بررس قرار مي‌گيرد. روش تحقيق در دو بخش حل عددي و آزمايشات تجربي به طور كامل در فصل پنجم شرح داده مي‌شود. در فصل ششم نتايج آزمايشات تجربي با نتايج حل عددي به روش المان محدود مورد قياس قرار گرفته و مدل توسعه يافته صحه گذاري مي شود. سپس با استفاده از مدل صحه گذاري شده اثر پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیش روی، شعاع سر غلطک، كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آنها بر فرآيند فلوفرم مورد مطالعه قرار مي گيرد. در پايان، فصل هفتم، به جمع‌بندي و ارائه پيشنهادات پرداخته مي‌شود.
فصل دوم
آشنايي با فرآيند شكل دهي چرخشي
2-1- تاريخچه
اسپينينگ يا فلوفرمينگ يكي از قديمي‌ترين فرآيند‌ها براي توليد قطعات متقارن و توخالي14 فلزي مي‌باشد. اسپينينگ فلزات از زمان مصريان باستان شناخته شده و براي ساخت بشقاب هاي نقره‌اي از آن استفاده مي‌شده است. به بيان ديگر محققان بنا نهادن پايه‌هاي اصلي فرآيند اسپينينگ فلزات در ابتداي قرن دهم ميلادي توسط چيني‌ها انجام گرديده است. پس از آن اين صنعت براي اولين بار توسط انگليس‌ها در زمان سلطنت ادوارد سوم به جهان غرب نيز معرفي گرديد و پس از يك دوره پانصد ساله در حدود سال 1840 ميلادي توسط فردي به نام جردن15 ‌وارد آمريكا شد]17[. اين فرآيند به دليل دارا بودن مزايايي از جمله ارزان و اقتصادي بودن، دقت ابعادي قطعات و تحت كنترل بودن ابعاد آن‌ها به مرور در صنايع مهم و استراتژيك به ويژه در صنايعي چون صنايع هوا فضا، نظامي و هسته اي به صورت چشمگيري مورد توجه و استفاده قرار گرفت.
2-2- معرفي فرآيند اسپينينگ و فلوفرم
يكي از شاخه‌هاي پر‌اهميت در شكل دهي فلزات، شكل دهي بزرگ بدون براده ‌برداري، اقتصادي و بدون دورريز مانند فورج، خم كاري، نورد و اكسترود كردن مي‌باشد كه سطح تماس بين قطعه‌كار و ابزار در تمامي اين روش‌ها بزرگ است. ميزان توان ونيروي مورد نياز در هر تجهيز مورد استفاده در فرآيندهاي فرآوري فلزات يكي از موضوعات پراهميت مي باشد. يكي از روش هاي مورد توجه كاهش نيرو و توان مورد نياز در فرآيند و افزايش ميزان تغيير شكل به صورت نقطه اي يا محلي16 مي‌باشد. اسپينينگ يا فلوفرمينگ يكي از بهترين روش هاي اين نوع شكل دهي‌است. شايد فرآيند اسپينينگ يكي از گسترده‌ترين روش‌هاي شكل‌دهي باشد كه با استفاده از ماشين‌هاي دوار و تركيب نيرو و چرخش، اشكالي تو خالي با محور تقارن و گاهي صفحه تقارن و بدون درز، قابل توليد مي باشد.[18]
2-3- تئوري فرآيند اسپينينگ
2-3-1- اسپينينگ
اسپينينگ يكي از روش‌هاي شكل دهي فلزات است كه در آن با استفاده از تركيب نيرو و چرخش، اشكال توخالي با محور/ صفحه تقارن و بدون درز قابل توليد مي‌باشد. در اين روش مواد اوليه كه عمدتاً به شكل ورق يا همان بلنك‌ها17 و يا قطعه از پيش شكل دهي شده18 (از اين به بعد براي سادگي از واژه پريفرم استفاده مي‌شود) مي‌باشد، كه بين مندرل و ابزار شكل دهي تحت فشار قرار گرفته و شكل مي‌گيرد. تغيير شكل بلنك در حين فرآيند اسپينينگ شامل جابجايي هاي محلي در زير ناحيه تماس موضعي غلطك‌ها مي‌باشد. با چرخش ممتد و يكنواخت بلنك و حركت محوري غلطك‌ها، تغيير شكل ممتد رخ مي‌دهد كه در نتيجه كاهش ضخامت و افزايش طول (قانون حجم ثابت حين تغيير شكل پلاستيك) بوجود مي‌آيد. در اين فرآيند به دليل تغيير شكل محلي و جابجايي هاي چرخشي تحليل تغيير شكل قطعه كار بسيار دشوار مي‌باشد ]19[. با اين روش قطعاتي كه با اشكال مخروط، نيم كره، لوله، استوانه يا گاهاً بيضوي و يا تركيبي از اين‌ها كه توخالي هم مي‌باشند، در تنوع گسترده‌اي از اندازه و كانتور ساخته و حتي در ساليان اخير بر روي توليد قطعات نا‌متقارن نيز فعاليت‌هاي زيادي انجام داده‌اند (شكل 2-1).
شكل(2-1) كانتورهاي قابل توليد با روش اسپينينگ]20[با توجه به اينكه در پرسكاري يا كشش عميق، همواره هزينه زياد انبار و قالب نكته مهمي است، اسپينينگ به عنوان فرآيندي اقتصادي، كارا و با قابليت فراوان روشي جايگزين‌ و قابل قبول در توليد تعداد محدود قطعات مطرح است ]1 [.
2-3-2- شرايط تماس
در فرآيند فلوفرم همانطور كه در شكل(2-2) مشاهده مي‌شود يك بلنك (ورقه‌هاي گرده بري شده) با سر يك مندرل چرخان جفت شده است و غلطك ها در راستاي محوري به بلنك نزديك مي‌شوند و فلز را به صورت پلاستيك زير نقطه تماس به جريان مي‌اندازند و به اين روش ضخامت ديواره را كاهش داده و ماده قطعه كار را به سوي افزايش طول محوري سوق مي‌دهد.
شكل(2-2) نمايي از اجزاء و روند فرآيند اسپينينگ]16[
جريان ماده زير غلطك‌ها در حين انجام فرآيند فلوفرمينگ به دو عامل تماس محيطي و محوري بستگي دارد. اگر طول تماس محيطي غلطك ها خيلي بزرگتر از تماس محوري باشد آنگاه جريان پلاستيك محوري بر جريان محيطي غلبه مي‌كند كه در اين حالت كاهش ضخامت شبيه به كرنش هاي صفحه‌اي اكسترود19 مي‌‌باشد. اما كاهش ضخامت بيش از حد موجب بوجود آمدن برآمدگي‌هايي در جلو غلطك‌ها مي‌شود كه به موجب آن شكست و پارگي رخ مي‌دهد. اگر طول تماس محوري غلطك خيلي بيشتر از تماس محيطي آن باشد در اين حال جريان پلاستيك محيطي گسترش يافته و باعث رشد قطري مي‌گردد. بنابر‌اين يكي از مهمترين پارامتر‌هاي مؤثر بر نرخ جريان پلاستيك ماده زير بار غلطك‌ها جهت‌هاي محيطي و محوري و ميزان تماس آن‌هاست. بنابراين مي‌توان نرخ يا نسبت تماس بين غلطك و قطعه كار را براي ماده تخمين زد و از طرفي وقتي كه حجم قطعه كار ثابت است با چشم پوشي مقدار ناچيزي جريان مماسي ميزان نهايي طول از طريق فرمول زير محاسبه مي‌گردد ]6و21.[
(2-1) L_1=L_0 (S_0 (d_i+S_0))/(S_1 (d_i+S_1))
L1 طول نهايي قطعه كارS0 ضخامت اوليه di قطر داخلي
L0 طول اوليه قطعه كارS1 ضخامت نهايي
2-4- دسته بندي انواع روش هاي اسپينينگ
روش اسپينينگ به دو دسته اصلي تقسيم بندي مي شود: دستي و ماشيني. تفاوت اصلي اين دو دسته به ميزان دخالت انسان در انجام فرآيند است، به نحوي كه در فرآيند اسپينينگ دستي نيروي تغييير شكل توسط اپراتور اعمال مي‌شود ولي در نوع ماشيني نيروي تغيير شكل از طريق نيروي مكانيكي و هيدروليكي اعمال مي‌گردد كه به آن اسپينينگ قدرتي مي‌گويند.
فر آيند اسپينينگ از جنبه تغيير ضخامت در طي شكل دهي به دو دسته قابل تقسيم است. روش‌هايي كه در اثر آن تغيير ضخامت بلنك و يا پريفرم غير محسوس باشد و با تجهيزات دستي و ماشيني قابل انجام است، جزئي از روش هاي اسپينينگ معمولي است و روش هايي كه طي آن ضخامت قطعه كار در طي فرآيند به نحو مشخصي تغيير نموده و تنها از طريق اسپينينگ ماشيني و قدرتي امكان پذير است به روش هاي شيير فرمينگ20 و يا فلوفرمينگ معروف هستند كه انواع آنها در شكل (3-2) مشاهده مي شود ]22[.
شكل(2-3) دسته بندي انواع روش اسپينينگ]24[2-4-1- اسپينينگ دستي
اسپينينگ دستي (شكل 2-4) يكي از روش‌هاي فلز كاري و از قديمي‌ترين روش‌هاي شناخته شده اسپينينگ است كه درآن كاهش ضخامت ناچيز مي‌باشد. اين عمليات با استفاده از دستگاه‌هايي مشابه دستگاه خراتي يا تراش قابل انجام است. در اين روش ورق گرده بري شده يا همان بلنك با فشار بر روي مندرل كه مشابه سنبه قالب عمل مي‌كند رانده مي‌شود. اين كار ممكن است طي چند مرحله انجام پذيرد كه به ميزان بسيار زيادي به مهارت اپراتور بستگي دارد. براي اعمال فشار بر روي بلنك از اجزاي مكانيكي گوناگوني استفاده مي‌شودكه سبب افزايش نيرو مي‌گردد. معمولاً فلزاتي كه در ديگر فرآيند‌هاي شكل دهي سرد، شكننده و آسيب پذير هستند، در روش اسپينينگ با موفقيت شكل دهي مي‌شوند]23[. در شكل (2-5) نمونه‌هايي از اشكال ساخته شده به اين روش نشان داده شده است.
شكل(2-4) تصوير و نماي شماتيك از اسپينينگ دستي]24[شكل(2-5) نمونه‌هايي از اشكال ساخته شده به روش اسپينينگ دستي] 22[2-4-2- اسپينينگ ماشيني (قدرتي)21
اسپينينگ ماشيني يا قدرتي (شكل 2-6) از همان اصول اسپينينگ دستي بهره مي‌گيرد كه به دليل نياز به توليد تعداد بالاتر و نيروي بيشتر براي شكل دهي فلزات مستحكم‌تر از ماشين‌هاي قدرتمند مكانيكي و هيدروليكي، با توانايي تكرار و يكنواختي در مهارت توليد استفاده شده است. در اين روش به جاي استفاده از نيروي بازوي اپراتور از ابزار‌هاي مكانيكي و هيدروليكي براي اعمال نيرو استفاده مي‌شود.
شكل(2-6) نمونه‌اي از دستگاه اسپينينگ قدرتي مجهز به كنترل عددي]25[
2-4-3- اسپينينگ داغ22
فرآيند اسپينينگ در حالت معمول بصورت سرد انجام مي‌پذيرد، اما براي قطعات ضخيم و مواد استحكام بالا، برخي مواقع از گرم كردن براي كاهش استحكام قطعه كار و نيرو‌هاي اسپينينگ استفاده مي‌شود (شكل 2-7). اين كار معايبي نيز دارد، از جمله:
دماي قطعه كار را نمي‌توان بطور دقيق تحت كنترل داشت.
پديده كاهش استحكام 23به وجود مي‌آيد و امكان واكنش قطعه كار با اتمسفر هوا و تغيير ساختار قطعه وجود دارد.
ممكن است لازم باشد قطعه كار چندين بار از ماشين باز شود و فرآيند آنيلينگ24 روي آن انجام پذيرد.
شكل(2-7) اسپينينگ داغ با استفاده از مشعل]26[براي رفع عيوب فوق محققان روش گرم كردن موضعي (نظير پرتو ليزر) را پيشنهاد كرده‌اند كه تنها ناحيه اي را كه در زير غلطك قرار دارد گرم مي‌كنند، اين روش براي فلزاتي همچون تيتانيم، فولادهاي زنگ نزن و نيكل قابل استفاده است (شكل 2-8) ]27[.
شكل(2-8) اسپينينگ داغ با استفاده از حرارت موضعي اشعه ليزر]25[
2-4-4- اسپينينگ مخروطي25
تفاوت اصلي اسپينينگ مخروطي (شكل 2-9) با ساير فرآيند هاي اسپينينگ متقارن در نوع مندرل آن‌‌ها مي باشد كه به صورت مخروطي است و ماده توسط غلطك‌ها به روي آن هدايت مي‌شوند و فرم مخروطي به خود مي‌گيرند]18[.
شكل(2-9) نمايي از اسپينينگ مخروطي]5[
2-4-5- اسپينينگ لوله از سطح داخل
اين روش را اكستروژن غلطكي26 نيز مي‌گويند و از لحاظ عملياتي مانند اسپينينگ لوله با استفاده از مندرل مي‌باشد، با اين تفاوت كه قالب تو خالي در سطح خارج لوله قرار گرفته و فرآيند اسپينينگ در سطح داخلي انجام مي‌گيرد ؛ قطر خارجي ثابت باقي مي‌ماند و تنها قطر داخلي با كاهش ضخامت لوله افزايش مي‌يابد (شكل 2-10).
شكل(2-10) مراحل انجام اسپينينگ لوله از سطح داخل]28[در اين روش هنگامي كه غلطك ها به آرامي روي قطعه كشيده مي‌شوند، ماده بين غلطك‌ها و قالب خارجي در خلاف جهت غلطك‌ها جريان پيدا مي‌كند. اسپينينگ داخلي لوله هم به روش عمودي و هم به روش افقي انجام مي‌پذيرد]31[.
شكل (2-11) توليد لوله‌هاي تقويت شده به روش فلوفرمينگ داخلي]28[
2-4-6- اسپينينگ نا‌متقارن27
اسپينينگ لوله‌هاي غير متقارن (شكل 2-12) از روش‌هاي جديد تكنولوژي اسپينينگ است، كه بعضي از محدوديت‌هاي اسپينينگ‌هاي تجاري براي توليد لوله‌اي تو خالي متقارن را كنار مي‌گذارد. نتايج نشان دهنده آن است كه در حالت اسپينينگ لوله‌هاي نا‌متقارن همانند اسپيننگ لوله‌هاي متقارن ميزان نيرو‌هاي اسپينينگ در حالت معكوس بيشتر از حالت مستقيم است]29[.
به طور كلي در اين روش از چهار تكنيك كلي استفاده مي‌شود:
استفاده از غلطك‌هاي كنترل شونده با فنر (شكل الف)
استفاده از مندرل با دوران خارج از مركز(شكل ب)
استفاده از غلطك با امكان جابجايي نسبت به مندرل (شكل ج)
استفاده از سيستم هوشمند كنترلي]30[.
شكل (2-12) اسپينينگ قطعات نامتقارن] 30[
روش ديگر جهت ساخت لوله هاي نا متقارن استفاده از بلنك يا پريفرم با دوران خارج از مركز و در محوري متفاوت از محور مندرل است]1[. شكل (2-12- الف) اسپينينگ متقارن را نمايش مي‌دهد. شكل (2-12- ب) و (2-12- ج) حالت اسپينينگ نا‌متقارن است كه بلنك بر روي مندرل ماشين ثابت شده و زماني كه غلطك‌ها بر روي اسپيندل مي‌نشيند، به دور بلنك و محور خودشان مي‌چرخند و بار اعمال مي‌كنند.
تكنولوژي شكل دهي سه بعدي نامتقارن لوله با استفاده از دوران خارج از مركز بلنك (شكل 2-13) به صورت زير است:
1. پيش از اسپينينگ بلنك به ميزان δ_i در طول محور X جابجا مي‌شود و يا به اندازه زاويه α_i حول محور Y بر روي صفحه XOY به ميزان α_i مي چرخد.
2. پيش از اسپينينگ غلطك ها در راستاي جهت شعاع چرخش به ميزان كاهش نامي ∆ از شعاع بلنك، جابه‌جا مي‌شوند كه:
(2-2) 2/(D_i-D_(i-1))= ∆
در اين رابطه D_(i-1) قطر قسمت تغيير فرم يافته پيش از اسپينينگ است و D_i قطر قسمت تغيير شكل يافته بعد از اسپينينگ است.
3. در حين تغيير شكل بلنك به روي اسپيندل اصلي و در راستاي جهت محور چرخش حركت غلطك‌ها حركت مي‌كند.
4. براي جلوگيري از بيش از حد ضخيم يا نازك شدن جداره قطعه كار روش‌هاي مستقيم و معكوس اسپينينگ، بايد غلطك به صورت رفت و برگشتي (تكرار) حركت كند و با انجام اسپينينگ در چند مرحله به محصول مطلوب دست يافت]29[.
شكل (2-13) اسپينينگ قطعات نامتقارن با استفاده از دوران خارج از مركز بلنك ]29[.2-4-7- خان‌كشي به روش اسپينينگ
در اين نوع فرآيند لوله هايي با ضخامت مشخص را به عنوان پريفرم، توسط غلطك‌ها بر روي مندرل شكل دار كشيده تا سطح داخل لوله با تبعيت از طرح رويه مندرل شكل بگيرد (شكل 2-14).
شكل (2-14) شماتيك مراحل خان كش به روش اسپينينگ

2-5- فلوفرمينگ
اين نوع اسپينينگ يكي از روش‌هاي امروزي و ارتقاء يافته اسپينينگ فلزات مي‌باشد كه آن را مي‌توان از زير مجموعه گروه‌هاي آهنگري چرخشي28 دانست كه با نام‌هاي تجاري گوناگون مانند اسپينينگ قدرتي29، شييراسپينينگ، رول فرمينگ30، هيدرو فرمينگ31، فلوفرمينگ ، فلوترن32 و … ناميده مي‌شود كه در سال 1950 براي اولين بار در صنايع بزرگ و استراتژيكي چون صنايع هوا فضا جهت ساخت دماغه موشك و نازل‌هاي سوختي، بدنه توربين‌هاي گازي و بشقاب‌هاي ماهواره و ماشين‌هاي دوار مورد استفاده قرار گرفت. عملي كه بر روي ماده انجام مي‌گيرد به صورت تغيير شكل موضعي، ممتد و روبه جلو مي‌باشد كه در اين فرآيند با تركيبي از چرخش و اعمال نيرو توسط غلطك، ماده بر روي مندرلي استوانه‌اي شكل به صورت ممتد اكسترود نقطه‌اي و يا نورد شده كه طبق قانون حجم ثابت با كاهش ضخامت ديواره قطعه، به طول آن مي‌افزايد. در اين حالت ماده اوليه مي‌تواند به صورت توخالي و استوانه‌اي شكل باشد كه با انجام يك سري محاسبات اوليه بر اساس قانون حجم ثابت، ضخامت و طول نهايي نسبت به پريفرم اوليه تخمين زده مي‌شود. در بيشتر موارد سطح مقطع اوليه تا بيشتر از 90% ضخامت اوليه ديواره كاهش مي‌يابد و كيفيت سطح قسمت داخلي قطعه نهايي تقريباً با كيفيت سطح قسمت رويه مندرل برابر است,31]5[.
در اين روش بدون شكست مي توان در دماي محيط تغيير فرم زيادي را در يك يا چند مرحله ايجاد كرد. اساس كار بدين صورت است كه در محل تماس غلطك و پريفرم (قطعه كار) منطقه پلاستيك كوچكي ايجاد مي‌شودكه با چرخش قطعه كار به همراه مندرل منطقه پلاستيك گسترش پيدا مي‌كند و با پيشروي غلتك‌ها با سرعت ثابت در جهت جلو، ضخامت قطعه كار كاهش مي‌يابد. فلوفومينگ، روشي جهت ساخت قطعات فلزي تو خالي بدون درز و با تقارن محوري همانند لوله ها يا قطعات مخروطي است. فرآيند فلوفرمينگ مي‌تواند شبيه به فرآيند نورد سرد ورق‌هاي فلزي باشد، البته با اين تفاوت كه در فلوفرمينگ نيروها با تماس نقطه‌اي با استفاده از غلطك‌هاي ديسك مانند و نيروي كمتر جايگزين تماس خطي غلطك‌هاي استوانه‌اي در نورد مي‌شود كه اين موضوع مزايايي را در پي دارد]32[.
امكان به وجود آوردن فشار‌هاي موضعي و زياد.
استفاده از ماشين‌هاي كوچكتر.
در ماشين هاي فلوفرم جديد عمدتاً از ماشين‌هاي داراي سه غلطك استفاده مي‌شود، زيرا از تعادل نيرويي بهتري جهت فلوفرم قطعات برخوردارند. به طور معمول سه غلطك در فاصله 120 درجه در فاصله فضاي محيطي از يكديگر قرار دارند كه بازتاب نيروي هر سه غلطك در نقطه اي در مركز مندرل با هم تلاقي دارند و هر كدام از غلطك ها در موقعيت دقيق، در جهت‌هاي محوري و شعاعي جابجا شده و مي‌چرخند تا قطعه را به ابعاد دقيق و كيفيت سطح نهايي خوبي برسانند]33و34.[
شكل (2-15) ماشين فلوفرم سه غلطكه]38[
2-5-1- زمينه هاي كاربرد فرآيند فلوفرمينگ
يكي از روش هاي كاهش ضخامت ديواره قطعات استوانه اي شكل همراه با افزايش مقاومت و استحكام، روش فلوفرمينگ يا اسپينينگ لوله است. اين روش در صنايع هواپيمايي و هوافضا يكي از پر كاربرد ترين فرآيندهاي شكل دهي محفظه‌هاي تحت فشار و جدار نازك مي‌باشد. امروزه فلوفرمينگ براي توليد بدنه‌هاي جدار نازك موشك و راكت، محفظه‌هاي CNG و طيف گسترده اي ا ز مخازن تحت فشار به كار مي‌رود.
شكل (2-16) ساخت قطعات پيچيده به روش فلوفرمينگ با استفاده از مندرل‌هاي با فرم خاص]25[شكل (2-17) ساخت قطعات با شكل ويژه از پريفرم لوله‌اي ]35[ساخت قطعاتي با شكل ويژه و پيچيده از پريفرم لوله‌اي با اين روش امكان پذير است. براي مثال، توليد لوله هايي كه داراي شيار يا برجستگي داخلي مي‌باشند (شكل 2-16) و يا يك يا چند فلنج در سطوح داخلي يا خارجي خود دارند (شكل 2-17) با اين روش امكان پذير است. اين روش در مقايسه با ديگر فرآيندها از قبيل ماشين كاري از جهت مصرف مواد اوليه و نيروي كار مقرون بصرفه تر مي‌باشد.
از فلوفرمينگ لوله مي‌توان به جاي آهنگري حلقوي33، نيز استفاده نمود. بين اين دو فرآيند ارتباط نزديكي از جهت كاهش ضخامت ديواره وجود دارد؛ با اين تفاوت كه بر خلاف روش فلوفرمينگ در آهنگري حلقوي امكان به دست آوردن طول دلخواه و مورد نظر امكان پذير نيست.
2-5-2- دسته‌‌بندي فرآيند فلوفرمينگ
انواع روشهاي فلوفرمينگ به علت جامعيت استفاده از نيروهاي فشاري، با استانداردهاي DIN8583 دسته بندي مي‌شوند. به طور كلي فرآيند فلوفرمينگ از لحاظ عملكردي و نحوه جريان پلاستيك مواد به دو دسته اصلي، فلوفرمينگ مستقيم و معكوس دسته بندي مي‌شود]26 [.
2-5-3- فلوفرمينگ مستقيم
درفلوفرم مستقيم (شكل 2-18) حركت غلطك به صورت دور شونده از سر ثابت قطعه كار بوده و جهت جريان فلزي در قطعه كار با جهت حركت غلطك هم سو مي باشد. پريفرم در اين حالت به صورت يك سر بسته است يا داراي يك لبه فلنج مانند مي‌باشد تا با قرار‌گيري بر سر مندرل(پيشاني مندرل) توسط غلطك‌ها بر روي مندرل كشيده شده و فرم بگيرد. در فلوفرم مستقيم نظارت و كنترل برطول قطعه كار آسان‌تر و با دقت بيشتري انجام مي‌گردد، اما طول قطعه‌كارمحدود به طول مندرل مي‌باشد. نرخ توليد در فلوفرم مستقيم پايين‌تراز فلوفرم معكوس است، زيرا غلطك‌ها بايد تمام طول قطعه كار را طي نمايند.
شكل (2-18) شماتيك فلوفرم مستقيم ]15[2-5-4- فلوفرمينگ معكوس
در فلوفرم معكوس (شكل 2-19) يك هلدر(نگهدارنده) قطعه كار را در انتهاي مندرل ثابت نگه‌داشته و غلطك به سمت انتهاي مندرل پيشروي مي‌كند تا جهت جريان فلزي خلاف جهت حركت غلطك باشد. در اين روش طول قطعه كارمحدود به طول مندرل نبوده و توانايي توليد لوله هايي با طول بيشتر را داراست. هر چند در اين روش نرخ توليد لوله بالاتر است اما كنترل و دقت ابعادي كمتري نسبت به روش مستقيم را داراست. پريفرم ها در فلوفرم معكوس به دليل عدم نياز به ته بسته و يا لبه فلنج



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید