پایان نامه مقاله تحقیق پروژه دانشگاهی

مطالعه تجربی و شبیه سازی فرآیند خم­کاری لوله جدار نازک به روش هیدروفرمینگ و تولید لوله جدار نازک

 جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک- ساخت وتولید

 استادان راهنما:

دکتر عبدالحمید گرجی

دکتر محمد بخشی

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
متن پایان نامه :
(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)
چکیده
لوله­های خم­کاری شده جدار نازک کاربرد بسیار وسیعی در صنایع فضایی، هواپیماسازی، خودروسازی و دیگر صنایع دارد. مساله کاهش وزن و کاهش فضای اشغال شده توسط لوله­ها سبب شده است تا این قطعات با شعاع خم کوچک شکل­دهی شوند. خم­کاری لوله با شعاع خم کوچک نیازمند به کارگیری روش­های نوین خم­کاری می­باشد، زیرا با کاهش شعاع خم­کاری امکان ایجاد عیوب چین خوردگی در شعاع داخلی خم، نازک شدگی بیش از حد جداره بیرونی لوله، تغییر شکل سطح مقطع و مانند آنها افزایش می­یابد.
یکی از روش­هایی که برای خم­کاری لوله­های جدار نازک با شعاع­های خم کوچک مورد استفاده قرار می­گیرد، خم­کاری به روش هیدروفرمینگ است. این روش در مقایسه با سایر روش­های خم­کاری لوله دارای مزایای بسیار زیادی مانند بهبود کیفیت سطحی، کاهش تغییرات ضخامت، افزایش استحکام و کاهش هزینه، به خصوص در مورد قطعات پیچیده، می باشد. در این پژوهش ابتدا لوله­های انتها بسته بدون درز به وسیله فرآیندهای کشش عمیق و اتوکاری تولید گردیده است.سپس، فرآیند خم­کاری این لوله با نسبت­ شعاع خم به قطر (R/D) برابر ۱ توسط فرآیند جدید خم هیدروفرمینگ به صورت تجربی و شبیه­سازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. پس از بررسی مسیر فشار، مسیر فشاری که در آن لوله بدون چروکیدگی به طور کامل شکل قالب را به خود می­گیرد، بدست آمد. بعلاوه، اثر تغییرات فشار بر توزیع ضخامت لوله در شعاع داخلی و شعاع خارجی ناحیه خم لوله مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش، نحوه شکل­ گیری لوله در نسبت­های (R/D) ثابت با تغییر همزمان شعاع خم و قطر لوله و نحوه شکل­ گیری لوله در نسبت­های (R/D) متغیر کمتر از یک در قطر لوله ثابت با یکدیگر مقایسه شد. همچنین اثر ضریب اصطکاک میان قالب و دیواره لوله نیز مورد بررسی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: خم­کاری لوله، هیدروفرمینگ لوله، فشار داخلی، شبیه‌سازی اجزای محدود
فهرست مطالب
۱    کلیات    ۱
۱-۱-   مقدمه            ۲
۱-۲-   تعریف ها و پارامترهای خم­کاری. ۴
۱-۳-   روش­های خمکاری لوله. ۵
۱-۳-۱-    خم­کاری هیدروفرمینگ   ۵
۱-۳-۲-    خم­کاری فشاری            ۶
۱-۳-۳-    خم­کاری کششی دورانی. ۸
۱-۳-۴-    خم­کاری تحت فشار    ۱۰
۱-۳-۵-    خم­کاری کوبهای          ۱۱
۱-۳-۶-    خم­کاری غلتکی            ۱۲
۱-۴-   عیوب خم­کاری لوله. ۱۴
۱-۴-۱-    برگشت فنری        . ۱۴
۱-۴-۲-    چین­خوردگی         ۱۵
۱-۴-۳-    عدم گردی (بیضوی شدن) سطح مقطع ۱۶
۱-۴-۴-    تغییرات ضخامت            ۱۷
۱-۴-۵-    پارگی                           ۱۸
۱-۵-   مراحل انجام پژوهش ۱۸
فصل دوم   ۱۹
۲    مروری بر پژوهش­های انجام شده  ۱۹
۲-۱-   مقدمه            ۲۰
۲-۲-   پژوهش­های انجام شده پیرامون خم­کاری لوله. ۲۰
۲-۳-   اهداف پژوهش ۴۳
۳    مراحل آزمایشگاهی    ۴۶
۳-۱-   مقدمه            ۴۷
۳-۲-   معرفی تجهیزات استفاده شده در آزمایش­ها ۴۷
۳-۲-۱-    دستگاه آزمایش              ۴۷
۳-۲-۲-    قالبهای استفاده شده ۴۸
۱-۱-۱-۱-      قالب کشش عمیق                                  ۴۸
۱-۱-۱-۲-      قالب اتوکشی                                                ۵۰
۱-۱-۱-۳-      قالب خم­کاری                                              ۵۲
۳-۲-۳-    سیستم تامین فشار    ۵۳
۳-۲-۴-    سیال هیدرولیکی          ۵۵
۳-۲-۵-    وسایل اندازه ­گیری        ۵۶
۳-۳-   تعیین خواص مکانیکی ورق. ۵۶
۴    شبیهسازی اجزای محدود  ۵۹
۴-۱-   مقدمه. ۶۰
۴-۲-   مراحل شبیه­سازی. ۶۰
۴-۲-۱-    ایجاد مدل هندسی (Part) 60
۴-۲-۲-    تعیین خصوصیات ورق  ۶۱
۴-۲-۳-    مونتاژ قطعات        ۶۲
۴-۲-۴-    مراحل شکل­دهی          ۶۲
۴-۲-۵-    تعیین تماس بین سطوح ۶۳
۴-۲-۶-    شرایط مرزی و بارگذاری. ۶۴
۴-۲-۷-    المان بندی        ۶۵
۴-۲-۸-    تحلیل فرآیند         . ۶۵
۵    نتایج و بحث    ۶۷
۵-۱-   مقدمه. ۶۸
۵-۲-   بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله. ۶۸
۵-۲-۱-    بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله بر شکل­ گیری لوله. ۶۸
۵-۲-۲-    بررسی تاثیر تغییرات فشار داخلی لوله بر توزیع ضخامت دیواره داخلی و خارجی. ۷۴
۵-۳-   بررسی اثر تغییرات ضریب اصطکاک میان قالب و لوله بر تغییرات ضخامت لوله. ۷۹
۵-۴-   بررسی اثر فشار شکل­ گیری لوله در نسبتهای شعاع قالب به قطر لوله (R/D) ثابت و مقایسه تغییرات ضخامت لوله در دیواره داخلی و خارجی  ۸۶
۵-۴-۱-    نسبت­های شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر ۱ ۸۶
۵-۴-۲-    نسبت­های شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر ۸/۰ ۹۰
۵-۴-۳-    نسبت­های شعاع قالب به قطر لوله (R/D) برابر ۶/۰ ۹۴
۵-۵-   بررسی اثر تغییرات نسبت شعاع قالب به قطر لوله (R/D) متغیر در یک قطر لوله ثابت، بر فشار شکل­دهی لوله و تغییرات ضخامت لوله در دیواره داخلی و خارجی. ۹۷
۶    نتیجه گیری و پیشنهادها  ۱۰۶
۶-۱-   مقدمه            ۱۰۷
۶-۲-   نتیجه گیری   ۱۰۷
۶-۳-   پیشنهادها    ۱۰۹
۷    مراجع   ۱۱۱
۱-۱-   مقدمه
امروزه لوله­های خمیده کاربرد بسیار گسترده­ای در صنایعی نظیر هواپیماسازی، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثیه منزل، سازه­های مکانیکی و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره دارد. قطعات لوله­ای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند و به همین دلیل در صنایع به صورت وسیعی به کار گرفته می­شوند. در شکل (‏۱‑۱) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.
شکل ‏۱‑۱، چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله]۱[.
style=”color: #000000;”>در گذشته انجام عملیات خم­کاری لوله یک هنر تلقی می­شد و نوعا توسط افراد ماهر و با تجربه صورت می­گرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گسترده­ای در خم­کاری لوله­ها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیل­های تئوری و شبیه­سازی عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خم­کاری فراهم شده است.
روش­های مختلفی جهت خم­کاری لوله­ها وجود دارد. هر یک از این روش­ها با توجه به نوع و کیفیت خمی که می­توان تولید کرد دارای کاربردها و محدودیت­هایی می­باشند. انواع روش­های خم­کاری لوله شامل خم­کاری برشی، خم­کاری کششی دورانی، خم­کاری تحت فشار، خم­کاری کوبه­ای، خم­کاری فشاری، خم­کاری غلتکی و خم­کاری به روش هیدروفرمینگ می­باشند. انتخاب روش خم­کاری بستگی به کیفیت خم، تعداد تولید، جنس لوله، شعاع نسبی خم (R/D)، قطر نسبی لوله (D/t) و دقت مورد انتظار دارد که در آن ها D قطر خارجی، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم می­باشد]۲[. در موتور هواپیماها، قطعات لوله­ای با شعاع خم کوچک با استحکام بالا به صورت فراوان به کار گرفته می­شوند. شعاع خم این قطعات لوله­ای در برخی موارد در حدود قطر خارجی آن­ها می­باشد که در بسیاری از موارد تولید آن­ها با روش­های رایج خم­کاری لوله­ها مشکل است. در این موارد لازم است روش­های جدیدی جهت تولید خم با کیفیت مطلوب مورد استفاده قرار گیرند. یکی از این روش­ها، خم­کاری به روش هیدروفرمینگ است که در آن خم­کاری تحت فشار داخلی سیال انجام می­گیرد. این روش در مقایسه با سایر روش­های خم­کاری لوله­ها دارای مزایایی مانند دقت بالا، تولید خم با کیفیت خوب و کمترین تغییرات ضخامت دیواره، بهبود مقاومت و سختی، کاهش ضایعات و کاهش هزینه با توجه به کاهش نیروی کار، تجهیزات و مصرف انرژی می­باشد]۳[.
۱-۲-   تعریف ها و پارامترهای خم­کاری
در شکل (‏۱‑۲) پارامترهای خم­کاری لوله نشان داده شده است. هر یک از این پارامترها را می­توان به صورت زیر تعریف نمود ]۴[.
– سطح خمش: سطحی که از شعاع خط مرکزی لوله (شعاع خم) عبور می­ کند و عمود بر جهت چرخش خم می­باشد.
– خط مرکزی لوله (CL): خط ممتدی که هر نقطه واقع در مرکز سطح مقطع لوله را به هم وصل می­ کند.
شکل ‏۱‑۲،  پارامترهای رایج در خم­کاری لوله ]۴[.

• دیواره خارجی خم[۸]: کمان/لبه بیرونی خم می­باشد.