چهارشنبه 06 آذر 1392 ساعت 11:45

بررسی شكل دهی فلانج كششی

نوشته شده توسط  لیزر رایانه
امتیاز این گزینه
(0 آرا)

فرایند فلانج كششی عملیات رایجی در شكل دهی فلزات می باشد. جایی كه شكل سنبه و ماتریس به طور مستقیم بر روی فلز، تغییر شكل را ایجاد می نماید با جریان كم یا بدون جریان مواد همراه است و بطور نرمال جهت افزایش صلبیت واستحكام درسطوح داخلی و جهت شكل دهی فلانج كششی در كلید های فشار قوی و سایر صنایع مانند خودرو كاربرد دارد. در این تحقیق فرایند فلانج كششی با استفاده از پرس مكانیكی روی فولاد زنگ نزن304 با ضخامت 3 میلی متر دارای سوراخهای ششگانه بر روی دیواره فلانج كششی مورد مصرف در بدنه محصول سكسیونر فشار متوسط PGL بیان شده است. تغییر شكل تغییر یكنواخت سوراخ داخلی و اعوجاج در اطراف سوراخهای ششگانه دو عیب مهم در این نمونه می باشد. بازطراحی بر مبنای مهندسی معكوس بكمك نرم افزار ال اس دایانا (LS-DYNA) با استفاده از روش المان محدود صریح غیرخطی شبیه سازی شده است و نتایج حاصل از شبیه سازی و تجربی با همدیگر مقایسه گردیده است.
1- مقدمه
مهندسی معكوس جهت ساخت داخل برخی از قطعات در صنعت برق بكار گیری می شود .بگونه ای كه تجزیه تحلیل و پیشگویی تغییرات در قطعه یكی از مهمترین عوامل در كاهش هزینه های ناشی از ساخت عملی متوالی قطعه و محصول بدون استفاده از نرم افزار های تحلیلی می باشد. شبیه سازی شكل دهی فلزات به كاهش قیمت و زمان تولید كمك        می نماید. پارامتر های اصلی تاثیرگذار بر فرایند شكل دهی مانند هندسه قطعه، طراحی قالب، انتخاب مواد، نوع فرایند و كنترل كیفیت پایانی با این نرم افزار ها قابل بررسی خواهد بود. بطور كلی مهندسین با بكارگیری نرم افزارها می خواهند به سوالات ذیل جوابگو باشند: آیا قطعه قابل تولید است ؟ كدام نواحی قطعه خراب می شود ؟ در كدام  قسمت از قطعه چروك خوردگی اتفاق می افتد ؟ منحنی حد شكل دهی چگونه است؟
با توجه به شكل 1 عموما سه نوع فلانج کاری وجود دارد و عمدتا در صنعت كاربرد دارد. فلانج مستقیم نوع رایج این فلانجها است. فلانج مستقیم هیچ انحنایی ندارد. مسایل و مشكلات مرتبط با فلانج مستقیم برگشت فنری می باشد. تلرانسهای بسته بجز برای بالا بردن عملكرد قطعه، تعیین نشده است. تغییر در بهبود خواص الاستیكی (ارتجاعی) یا برگشت فنری مساله مهمی می باشد. این نتایج از تغییرات خواص مواد حاصل می شود.
تفاوت اصلی فلانجها در انحنا فلانج می باشد. فلانجهای مقعر تحت عنوان فلانج كششی نامیده می شوند زیرا مواد بحالت كششی شكل می گیرند. در فلانج كششی، كرنش از صفر در محور خنثی تا اندازه ماكزیمم در لبه فلانج تغییر می نماید به همین خاطر هرگونه پارگی درصورت عدم كنترل و نیز بسته به استحكام مواد از لبه های فلانج شروع خواهد شد.
فلانج محدب تحت عنوان فلانج فشاری نامیده می شود. در این فرایند مواد فشرده یا منقبض می گردند. مواد در فلانج فشاری تحت كاهش طول می باشند. در حالت فلانج فشاری کرنش فشاری زیادی ایجاد می شود.
برخی از محققین در گذشته بر روی فلانج ها مطالعه نموده اند.فرایند شكل دهی فلانج كششی و فشاری بر روی قطعات آلومنیوم با استفاده از سیال را مطالعه نموده است. همچنین ارتباط بین حد شكست در فلانج كششی وخواص مواد را تحت بررسی قرار داده است. احمداقلو و همكارانش ]2[ بررسی عیوبی مانند چروك خوردگی و پارگی درشكل دهی ورقهای فلزی اعم از فلانج كششی و كشش عمیق را بررسی نمودند. در این حالت امكان ایجاد چروك خوردگی در نواحی فلانج و نواحی دیگر كشیده شده در اثر ایجاد تنش های فشاری می باشد .شكست در اثر فشار حاصل از نگهدارنده ورق حاصل  می گردد كه با تغییر انواع طرح های آویزه می تواند بهبود یابد. آقای وانگ ] 3و4 [ روش تحلیلی كلی برای دو فرایند فلانج كششی و فشاری را بیان نمود. هر دو مدل بطور موثر تغییر شكل فرایند فلانج را بیان می نمایند. هر چند فرایند حاصل از فرمولهای تحلیلی برای مهندسان جهت تعریف و تعیین شكل هندسه ورق اولیه دشوار می باشد. این دو مدل تاثیر ناهمسانگردی ورق اولیه در فرایند فلانج كاری را نمی تواند بیان نماید.
هدف تحقیق معرفی ابزار های موثر برای شبیه سازی عددی فرایند فلانج كششی می باشد. بگونه ای كه ورق اولیه با سوراخ داخلی با حركت عمودی سنبه سبب تغییر شكل سوراخ داخلی می شود. شش سوراخ بر روی دیواره فلانج تعبیه شده است. كرنشها در اطراف سوراخهای ششگانه بزرگتر از سایر قسمت های نمونه می باشند. تغییر شكل غیر یكنواخت در سوراخ داخلی و قطر بیرونی نمونه حاصل می شود.  
محل مصرف فلانج های كششی با سوراخ ششگانه كه موقعیت قرار گیری 6 عدد پیچ M6 جهت اتصال و نگهداری بوشینگها بر روی بدنه دستگاه PGL می باشند مطابق با شكل 2 نمایش داده شده است.
2-مدل عددی
مدل عددی نمونه با استفاده از روش المان محدود صریح غیرخطی توسط نرم افزار ال اس دایانا انجام پذیرفته است. در این مقاله، قطر سنبه 100 میلی متر، قطر سوراخ داخلی ماتریس 106 میلی متر و شعاع سنبه 3 میلی متر در نظر گرفته شده است. ضخامت ورق 3 میلی متر، قطر خارجی و داخلی ورق اولیه بترتیب 141.5 و73 میلی متر دارای سوراخ های ششگانه بر دیواره ورق اولیه می باشند. بدلیل تغییر موقعیت سوراخهای ششگانه از نگهدارنده ورق استفاده نشده است. جدول 1 موقعیت های اندازه گیری شده بر اساس شكل 3 را نمایش  می دهد. پارامترهای a وb نمایانگر شعاع بیرونی و شعاع سوراخ داخلی می باشند.
شكل 3- ابعاد پارامتریك نمونه قبل از فلانج كششی
جدول 1: موقعیت های اندازه گیری شده ورق اولیه قبل از فلانج كششی
موقعیت های اندازه گیری شده (میلی متر)    
g    f    e    d    c    b    a    
2    5.2    9    51    59.49    36.5    70.75    نمونه

سطوح ابزار با استفاده از المانهای پوسته ای صلب شبكه بندی می شوند. استفاده خواص مواد نمونه آزمایشی با تنش تسلیم Mpa 329.35Rp0.2= و تنش كششی نهایی Mpa 643.17 Rm= سبب می شود تا قادر به تعریف خواص ورق اولیه باشیم. بعد از تنظیمات ابزار وخواص ماده خام از حل كننده ال اس دایانا استفاده می شود. اما قبل از آن بایستی خواص اصطكاك، ضرایب نا همسانگردی، سطح بهبود، خواص سازگاری تعریف شوند. ضریب اصطكاك برای شبیه سازیها 0.125 =μ، ضریب  نا همسانگردی 1.02r=  ضریب پواسون 0.28=ν در نظر گرفته شده است .از منحنی سینوسی در سنبه استفاده می شود، استفاده از این نوع منحنی سبب می شود تا تاثیرات نیروی لختی محدود گردد. در شكل 4 ابزار های    مش بندی شده جهت انجام فرایند فلانج كششی توسط نرم افزار نمایش داده شده است.
شكل4- نمای انفجاری ابزار های مش بندی شده توسط نرم افزار
3- كارهای تجربی
ابزار های تجربی برای شبیه سازی در كامپیوتر مطابق با شكل 5 نمایش داده شده است. اجزای قالب شامل سنبه، ماتریس در شكل مشاهده می شود. نمونه تحت بررسی ازجنس فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 از سریXX  3 در استاندارد AISI می باشند. این فولاد شرایط مناسب كار سختی، قابلیت شكل پذیری، مقاومت در برابرخوردگی كه بدلیل تركیبات شیمیایی مناسب  می باشد و در صنایع غذایی و صنعتی كاربرد دارد. فولاد زنگ نزن 304 تحت بررسی دارای سختی 185 ویكرز می باشد.
3-1-مشخصه های پرس
برای عملیات فلانج كششی از پرس مكانیكی استفاده شده است، پرس از نوع KN1200 می باشد. جدول 2        مشخصه های پرس مكانیكی را نمایش می دهد. نیرو با توجه به كورس متغیر بوده و حداكثر نیرو درنقطه مرگ و در انتهای كورس بر قطعه وارد می شود. حداكثر كورس دستگاه 180 میلی متر ودر این نقطه دارای كمترین نیرو می باشد.
جدول 2- مشخصه های پرس مكانیكی
SPIERTZ DC12    نوع پرس
1200 كیلو نیوتن    ظرفیت پرس
640  ×900 میلی متر    ابعاد میز كارگیر
20تا180 میلی متر    كورس
نیروی شكل دهی با استفاده از كفشك بالا توسط سنبه اعمال می شود. پرس مكانیكی بر روی نمونه نیروی پرس 1200 كیلو نیوتن و كورس 60 میلی متر را اعمال می نماید. از نگهدارنده ورق به دلیل تغییرات ممكنه بر روی سوراخهای گلابی شكل استفاده نشده است. چهار پران در داخل ماتریس استفاده گردیده است تا پس از اتمام فرایند، قطعه به بیرون رانده شود. همچنین چهار پین بر روی سطح بیرونی ماتریس با ارتفاع 1.5 میلی متر جهت هم مركز نمودن ماده خام بر روی ماتریس استفاده گردیده است. در شروع فرایند شكل دهی، ورق اولیه در موقعیت بین پینهای نگهدارنده قرار می گیرد و سنبه با حركت به سمت قطعه آن را تحت عملیات فلانج كششی قرار می دهد. ورق گیر متصل به سنبه به گونه ای طراحی شده است كه در هنگام جفت شدن بر روی ماتریس سبب گسترش فلانج بر روی بالای ماتریس می شود.
4-مقایسه نتایج تجربی و عددی
پارامتر های h وj وk در شكل 6 در سه جهت با استفاده از دستگاه CMM مطابق با شكل 7 بیان شده است. با توجه به جدول3 حداكثر اندازه گیری های انجام شده حاصل از جهت های بیان شده می باشد. با توجه به عدم كنترل فرایند و وجود سوراخها در ورق اولیه سبب تغییر ابعادی در موقعیت های ذكر شده در سه جهت خواهیم بود.
شكل 6-نمونه بعد از فلانج كششی
جدول 3- مقایسه نتایج حاصل از نمونه  شبیه سازی و تجربی
مقایسه نتایح حاصل از نتایج شبیه سازی و تجربی بر روی نمونه     نتایج
h3    h2    h1    J3    J2    J1    K3    K2    K1    
122.2    121.9    121.6    81.5    91.4    79.7    136.75    136.75    136.65    نتایج شبیه سازی
121.2    121.11    121.3    82.48    82.39    81.30    136.19    136.7    135.95    نتایج تجربی
اشكال 7 و8 به ترتیب نتایج حاصل از تجربی و شبیه سازی را نمایش می دهند. مطابق با شكلها باد شدگیهای ملایم در قسمت بیرونی سوراخهای شش گانه وهمچنین وجود اعوجاج در قطرداخلی مشاهده می گردد.
شكل 7-نمونه ساخته شده به همراه نمایش جهت های اندازه گیری
شكل 8-نمونه شبیه سازی
4-1-توزیع كرنش پیش گویی    
با توجه به شكل 9 كرنش برای  فولاد زنگ نزن با ضخامت 3 نمایش داده شده است. ارتفاع فلانج 16 وقطر داخلی 73   میلی متر می باشد. حداكثر كرنش 27 % بیان شده است. حداكثر كرنش در نواحی سوراخ های گسترده شده شش گانه به سمت سوراخ داخلی فلانج كششی (ناحیه E1)می باشد.
 شكل 9- تغییرات كرنش شبیه سازی در فلانج كششی
5-نتیجه گیری
در این مقاله، فلانج كششی مورد مصرف در سكسیونر PGL با استفاده از روش المان محدود صریح غیرخطی شبیه سازی شده است و نتایج حاصل از شبیه سازی با كارهای تجربی مقایسه شده است. بگونه ای كه توافق مناسبی بین نتایج شبیه سازی و تجربی بیان می گردد. كرنشهای حداكثر در اطراف سوراخهای ششگانه می باشند. تغییر شكل غیریكنواخت واعوجاج در سوراخ داخلی و قطر بیرونی مشاهده می گردد. جهت بهبود این عیوب با تغییر قطر داخلی و تغییر موقعیت سوراخهای ششگانه حین شبیه سازی میتوان به نتایج بهتری دست یافت.
 شبیه سازی بكمك نرم افزار فرایند مناسبی است كه در مهندسی معكوس و طراحی و ساخت قطعات بكارگیری می شود و سبب كاهش خطا های ناشی از سعی وخطا ،    بهینه سازی ساخت قطعه ، كاهش زمان وهزینه تولید می شود.

تاریخ آخرین به روز رسانی يكشنبه 01 دی 1392 ساعت 12:27
کاتالوگ شرکت تامین گر 
 
tc 

 

محصـولات
برخی از مشتریان ما

01243567

89101112131415

 
طراحی و توسعه: شرکت لیزر رایانه پارس
فیسبوک شرک تامین گر
کانال یوتب شرکت تامین گر
linkedin  شرک تامین گر
تویتر شرکت تامین گر
گوگل پلاس شرکت تامین گر
آپارات شرکت تامین گر