هیدروفرمینگ کلمات تراکتور 1-1 مقدمه

Transcript

1 امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه 400 تا 387 صفحات 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه DOI: /mej هیدروفرمینگ روش به یکپارچه صورت به تراکتور کاپوت تولید امکان بررسی * گرجی حمید بخشی محمد شیرخوارکالیی مرزبان احسان ایران بابل بابل نوشیروانی صنعتی دانشگاه مکانیک مهندسی دانشکده ورق با یکپارچه طور به و هیدروفرمینگ روش به تراکتور( )کاپوت صنعتی قطعه یک تولید امکان پژوهش این در چکیده: گرفت. قرار بررسی مورد نبود امکانپذیر سنتی عمیق کشش روش به آن تولید امکان که S14 ناهمسانگرد و کمکربن فوالدی آزمایشگاهی ابعاد در قطعه تولید و قالب ساخت و طراحی با شبیهسازی در نظر مورد نتایج به دستیابی از پس بررسی این در هدف با گرفتند. قرار سنجی اعتبار و مقایسه مورد آزمایشگاه در شده شکلدهی نمونههای با شبیهسازی از آمده دست به نتایج عالوه گردید بهینهسازی حساسیت روش به مرحله چهار با ورق اولیه ابعاد تولیدی قطعه کیفیت افزایش و تولید هزینه کاهش قطعه کیفیت روی بر بار 200 و فشارهای بیشینه و بار 20 برابر پیشبالج فشارهای با فشار مسیر چهار تاثیر آن بر شکلدهی جهت نهایت در شد. گرفته نظر در مناسب فشار عنوان به بار 150 فشار بیشینه و گرفت قرار بررسی مورد تولیدی و فشار سه بین از فشار مناسبترین عنوان به بار 800 کالیبره فشار قطعه( روی برآمدگی )شکلدهی قطعه کامل گردید. تعیین بار 800 داوری: تاریخچه 1394 مهر 7 دریافت: 1394 دی 30 بازنگری: 1394 بهمن 4 پذیرش: 1395 آبان 19 آنالین: ارائه کليدي: کلمات تراکتور کاپوت هیدروفرمینگ ورق اولیه ابعاد بهینهسازی ناهمسانگردی 1-1 مقدمه شده سبب مختلف صنایع در فلزی ورقهای وسیع کاربرد امروزه فرآیند و یافته توسعه روزافزون طور به ورق شکلدهی فرآیندهای تا است رضایتبخش و توانمند جدید فناوری یک عنوان به نیز 1 ورق هیدروفرمینگ برای خصوص به ورقها شکلدهی جهت صنعتی نیازهای رفع برای که مزایایی دلیل به اخیر دهه دو طی در که میباشد عمیق کشش فرآیند صنعتگران و محققان توجه مورد دارد سنتی عمیق کشش فرآیند به نسبت انتقال واسط عنوان به سیال فشار از مذکور فرآیند است. قرارگرفته زیادی زا و میگیرد بهره ماتریس یا سنبه جای به ورقها شکلدهی جهت قدرت بهتر سطح کیفیت بیشتر کشش نسبت به میتوان روش این مزیتهای کاهش محصول ضخامت تغییرات رساندن حداقل به فنری برگشت کاهش کرد اشاره غیره و نامتقارن تجهیزات برای خصوص به تجهیزات هزینه در کمتری مشکالت با را پیچیده قطعات ساخت و قالبگیری امکان که و عددی روشهای با همچنین میکند. فراهم سخت و سفت ابزار با مقایسه ابزار هزینه و برد باال را موجود دانش کمی و کیفی سطح میتوان بهینهسازی بر که بسیاری تحقیقات بر عالوه رو این از داد. کاهش نیز را اجرا زمان و قطعاتی تولید جهت فرآیند این پارامترهای تاثیر و شکلپذیری قابلیت روی پلهای مخروطی مکعب استوانهای قطعات مانند استاندارد و ساده اشکال با hamidgorji@ni.ac.ir مکاتبات: عهدهدار نویسنده همچون کاربردی و پیچیده قطعات روی بر نیز تحقیقاتی گردیده انجام... و تحقیقاتی واحدهای در غیره و موتور اجزاء خودرو شاسی و بدنه قطعات ]1[. است گرفته صورت پژوهشی مراکز و صنایع تجربی صورت به را اتومبیل از قطعه یک شکلدهی همکاران و پارسا جنسهای برای استاندارد هیدروفرمینگ و انبساطدهی روش دو با عددی و و بررسی مورد میلیمتر 0/8 ضخامت با 2024 آلومینیوم و S14 IF seel با مذکور قطعه که یافتند دست نتیجه این به محققین دادند. قرار مقایسه که حالی در نمیباشد تولید قابل مرحله یک در انبساطدهی روش از استفاده مرحله یک در میتوان را قطعه استاندارد هیدروفرمینگ روش از استفاده با ]2[. گردید تعیین 20 MPa شکلدهی جهت الزم فشار همچنین و داد شکل )کارتل پلهدار مستطیلی قطعه یک مرحلهای چند شکلدهی همکاران و کیم مورد تجربی و شبیهسازی صورت به هیدروفرمینگ فرآیند با را خودرو( موتور نبود تولید قابل مرحله یک با که را مذکور قطعه توانستند و داده قرار بررسی هيدروفرمينگ فرآيند بر تاثیرگذار پارامترهاي از ]3[. نمایند تولید مرحله سه با ورق جنس سنبه هندسه سیال نوع فشار مسير بالج پیش فشار به میتوان ]4[. کرد اشاره ورق با قالب اجزای مابین اصطکاک ضريب و ورق اولیه ابعاد نظر از خصوص به صنعتی تولیدات در ورق اولیه ابعاد پارامترها این بین از بسیاری تحقیقات رو این از میباشد. برخوردار خاصی اهمیت از مالی مسائل جهت نیز مختلفی روشهای و گرفته صورت ورق اولیه ابعاد با ارتباط در شکل به اشاره بهینه ورق است. شده ارائه محققین توسط آن سازی بهینه اولیه ورق میرسد. نظر مورد شکل به شکلدهی از پس که دارد ورق اولیه 1 Shee hydroforming 387

2 400 تا 387 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه بلکه میبخشد بهبود را محصول کیفیت و شکلپذیری قابلیت تنها نه بهینه میشود. توسعه طرح و تولید مراحل تعداد مصرفی ورق هزینه کاهش باعث را مناسبی زمینه محصوالت کوتاه چرخه و رقابتی بسیار بازار در نتیجه در ورق بهینه شکل تعیین حال این با میکند. فراهم محصول فروش برای و استمپینگ فرآیندهای در خصوص به و مواد رفتار پیچیدگی دلیل به اولیه بسیار میباشد دخیل پیچیده شکل تغییر مکانیک آن در که عمیق کشش توسط شده ارائه مختلف روشهای به توجه با حاضر حال در است. مشکل 1 رترو-مارچینگ طرح دسته دو به میتوان را بهینهسازی روشهای محققین نگاشت روش لغزش] 6 [ خطوط میدان روش ]5[. کرد تقسیم تکرارشونده و معکوس محدود المان روش ]8[ مساحت تفریق و جمع روش ]7[ هندسی و ]11[ عقب روبه محدود المان ردیابی ]10[ ایدهآل شکلدهی تئوری ]9[ حال این با میباشند. رترو-مارچینگ طرح به متعلق روشهای جمله از غیره شکل بین اختالف یعنی شکل خطای جبران امکان طرح این در آنجاییکه از محدود المان تحلیل و تجزیه با تغییرشکلیافته شکل و نهایی نظر مورد مذکور روشهای ندارد وجود پیشبینیشده( اولیه شکل از آمده دست )به تکرارشونده طرحهای در مقابل در میدهند. ارائه را محدودی دقتهای شکل که زمانی تا خطا مقدار نظرگرفتن در با شده زده حدس اولیه شکل میشود. اصالح مکررا شود منطبق نظر مورد نهایی شکل روی بر تغییریافته میباشند. دسته این به متعلق ]5[ شعاع بردار روش و ]12[ حساسیت روش میدهند ارائه را مناسبی همگرایی و عالی دقت طرحها این آنجاییکه از فرآیندهایی در پیچیده اشکال بهینه اولیه ورق پیشبینی برای را آنها میتوان شکلدهی امکان مقاله این در برد. کار به عمیق کشش و استمپینگ جمله از فشار با هیدرودینامیکی روش به را الف( 1 )شکل تراکتور بدنه از قطعه یک از مناسب ضخامت توزیع بهتر سطح کیفیت به دستیابی جهت شعاعی مورد آن یکپارچه تولید همچنین و دیوارهها روی بر چروکیدگیها بردن بین صورت به سنتی روشهای به حاضر حال در قطعه این گرفت. قرار بررسی ب( 1 )شکل کاپوت باالیی قسمت و جداره قسمت یعنی جوشی دوتکه استمپینگ فرآیند با باالیی قسمت و خم چند با جداره قسمت میشود. تولید دیوارههای روی بر چروکیدگی پایین سطح کیفیت میباشد. تولید قابل تولید زمان و هزینه همچنین و نامطلوب ضخامت توزیع باالیی قسمت از جوشکاری( فرآیند نیز و مجزا شکلدهی فرآیند دو به نیاز به توجه )با باال میباشند. روش این به تولیدی قطعه مشکالت مدل 2-2 توصیف و سفت ابزار یک به نیاز فقط هیدروفرمینگ فرآیند در کلی طور به شکل مشابه که ماتریس یا سنبه یعنی قالب اجزای از یک هر برای سخت را قالب دیگر نیمه کار فشار محفظه در سیال فشار و میباشد هستند نهایی از ماتریس و نهایی قطعه شکل به سنبه یک از قالب این در میدهد. انجام آزمایشگاهی آزمون و شبیهسازی جهت شعاعی فشار با هیدرودینامیکی نوع به منجر که قطعه طولی تقارن عدم مشکل به توجه با است. شده استفاده همانطور میشود زودرس پارگی و چروکیدگی و خام ماده نامتقارن کشش جهت در طوریکه )به دوبل صورت به قطعه میشود مشاهده 2 شکل که در وسط از تولیدی قطعه سپس و شد نظرگرفته در باشد( متقارن هم طولی پارامترهای همراه به قطعه از نما دو 3 شکل میگردد. نصف عرضی راستای زا قطعه این دیوارههای در میشود مشاهده میدهد. نشان را مدل ابعادی طول )در دیگر طرف دو از و عمودی صورت به قطعه( عرض )در طرف دو آن باالیی سطح روی بر میباشند. انحناء کمی با مخروطی صورت به قطعه( دارد. وجود طولی برآمدگی یک نیز Fig. 2. The required par (before cuing and rimming) پنجحفره 3-3 کاوشگر 0/6 mm ضخامت به S14 کمکربن فوالدی ورق از پژوهش این در است. شده استفاده آزمایشگاهی آزمونهای و شبیهسازی جهت خاصیت به توجه با تنش-کرنش نمودار و مکانیکی خواص تعیین جهت ASTM استاندارد از استفاده با کشش نمونه سه ورق این ناهمسانگردی آزمون دستگاه با و شده بریده درجه 90 و 45 0 راستای سه در A370 در ورق این فیزیکی و مکانیکی خواص شدهاند. کشیده پارگی حد تا کشش Fig. 1. (a) Tracor's hood, (b) he upper par and he wall of he hood کاپوت باالیی و جداره قسمت دو ب( تراکتور کاپوت الف( 1: شکل دوربری( و برشکاری از )قبل تولید جهت نظر مورد طرح 2: شکل Fig. 3. Fron view and side view of he punch (dimensions in millimeer) میلیمتر( به )ابعاد سنبه جانبی و روبرو نمای 3: شکل 1 Rero-marching 388

3 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 جدول 1 و نمودار تنش- کرنش حقیقی آن در شکل 4 ارائه گردیده است. 4-4 ناهمسانگردی ورق خواص پالستیکی ورقهایی که با فرآیند نورد تولید میشوند در جهت ضخامت و با جهتگیری در سطح ورق متفاوت میباشد که به ترتیب ناهمسانگردی عمودی و صفحهای نامیده میشوند. در یک زاویه مشخص نسبت به جهت نورد )θ( ناهمسانگردی ورق )r( با نسبت کرنشهای پالستیک مطابق با رابطه زیر تعیین میشود ]13[: r θ εw ε ε به ترتیب کرنش عرضی و ضخامتی از نمونه کشش ε w و که در آن بریده شده در راستای θ نسبت به راستای نورد میباشند. در ورقهای نازک با توجه به مشکل بودن اندازهگیری کرنش ضخامت میتوان با فرض ثابت ε( w رابطه باال را به رابطه زیر تبدیل نمود + ε l + ε بودن حجم ماده )0 :]13[ ε l از روابط زیر بدست میآیند ]13[: ε w و که در آن r θ εw ε + ε ε l ln l 0 l l w w ε w ln w 0 از اینرو داریم: w ln w 0 rθ w 0l0 ln wl جهت اعمال ناهمسانگردی ورق در شبیهسازی با کد المان محدود به نسبت تنشهای تسلیم )R( نیاز میباشد که مقادیر آن از روابط زیر قابل محاسبه میباشند ]13[: σ11 σ R11, R22, R σ σ 33, R12 σ σ σ σ σ 33 به ترتیب تنشهای تسلیم در راستای صفر σ 22 و σ 12 σ 11 که در آن درجه و ضخامت میباشند و همچنین در این روابط با در نظر گرفتن _ راستای تولید )یا نورد( ورق به عنوان راستای مبنا )σ( برابر تنش تسلیم در σ( 11 است. از طریق روابط زیر میتوان نسبتهای کرنش راستای صفر درجه ( پالستیک را به نسبتهای تنش پالستیک تبدیل نمود ]13[: R 11 1 R R R r r ( r + 1) ( r + 1) r r ( r + 1) r 0 90 ( r + ) 3r ( r + 1)( r + r ) جدول 1: خواص فیزیکی و مکانیکی ورق ST14 Table 1. Physical and mechanical properies of S14 shee پارامتر واحد مقدار در نهایت با مقادیر نسبتهای کرنش پالستیک به دست آمده از نمونههای کشش و با کمک روابط باال مقادیر نسبتهای تنش پالستیک محاسبه شده و نتایج آن در جدول 2 ارائه گردیده است. 5-5 شبیهسازی فرایند هیدرو فرمینگ ورق در این پژوهش جهت شبیهسازی فرایند هیدروفرمینگ ورق به کمک روش المان محدود پویا از نرمافزار تجاری ABAQUS-Explici استفاده شده است. در این شبیهسازی با توجه به تقارن طولی و عرضی قطعه فقط یک چهارم آن جهت شبیهسازی مورد استفاده قرار گرفته است. برای σ (MPa) 191 MPa )σ y تنش تسلیم ( 341 MPa )σ u تنش گسیختگی ( 622/2 - )*( ضریب استحکام )K( 0/246 - نمای کرنش سختی )n( 210 GPa مدول االستیسیته )E( 0/3 - ضريب پواسون )v( 7800 Kg/m 3 (3) چگالی (ρ) % 38/5 - شکلپذیری )El.( )*( معادله مشخصه: σ Kε n ε Fig. 4. True sress- srain curve of S14 shee شکل 4: نمودار تنش-کرنش حقیقی برای ورق ST14 389

4 400 تا 387 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه ST14 ورق برای )R( تسلیم تنشهای و )r( پالستیک کرنشهای نسبت 2: جدول R 33 R 22 R 12 R 11 r 90 r 45 r 0 )mm( ضخامت 1/24 1/04 1/45 1 2/25 1/4 1/73 0/6 ناهمسانگردی فاکتورهای و فیزیکی مکانیکی خواص از نیز خام ماده تعریف ناهمسانگردی خاصیت به توجه با گردید. استفاده قبلی بخش در شده اشاره جهت نیز هیل معیار از و شبیهسازی جهت سهبعدی مدلهای از S14 ورق المانهای با و شکلپذیر صورت به خام ماده است. شده استفاده ورق تسلیم گرفته نظر در گره 5 ضخامت راستای در و گردیده مدل )C3D8R( گرهای 8 گرهای چهار المانهای با و صلب پوستهای صورت به قالب مجموعه شد. گردیدند. مدل )R3D4( خود جای در کامال مشخص فاصلهای با مونتاژ از بعد ورقگیر و قالب یکنواخت سرعت با قالب حفره راستای در میتوانست تنها سنبه و شده مقید و قالب مجموعه 5 شکل کند. حرکت معین جابجایی با و 200( mm/min( و زیر قسمت به فشار میدهد. نشان را شبیهسازی جهت مشبندیشده ورق دو صورت به شبیهسازی بررسی این در گردید. اعمال ورق بیرونی لبههای سطح به بالج پیش فشار با اول مرحله در آن در که شده انجام ای مرحله با متناسب و کرده حرکت به شروع سنبه سپس و گردید اعمال ورق زیرین بر تنظیمی )فشار معین حد تا فشار محفظه داخل فشار سنبه نفوذی حجم خود کورس انتهای به سنبه رسیدن تا یافت افزایش فشار( کنترل شیر روی مرحله کورس انتهای به سنبه رسیدن از پس میماند. باقی ثابت فشار این درون فشار خود محل در سنبه بودن ثابت با آن در که میشود شروع دوم کلی فشار مسیر 6 شکل مییابد. افزایش شدهای معین حد تا فشار محفظه OA آن در که میدهد. نشان را تجربی آزمون و شبیهسازی در شده استفاده فشار مسیر CD و فشار بیشینه به رسیدن تا فشار مسیر AB بالج پیش فشار سنبه شکل سنبه سرعت با AB خط شیب میدهد. نشان را دوم مرحله در فرآیند در است ذکر به الزم البته ]13[. میباشد ارتباط در ورق ضخامت و ناحیه در ازا رینگ استفاده عدم به توجه با شعاعی فشار با هیدرودینامیکی ماتریس همچنین و ورقگیر و ورق بین ما از سیال نشتی به بسته و فلنجی محفظه با ورق بیرونی لبه و فلنجی ناحیه در فشار توزیع و مقدار ورقگیر و و ورقگیر بین کم فاصله به توجه با پژوهش این در اما میباشد. متفاوت فشار جهت گردید مشاهده عمل در که ناحیه این از کم بسیار نشتی به نظر و قالب و فلنجی ناحیه در فشار وتوزیع میزان شبیهسازی برای مسئله سازی ساده ]14[. است شده گرفته نظر در یکسان فشار محفظه با ورق بیرونی لبه مابین و 0/14 ورق و سنبه بین اصطکاک ضریب شبیهسازیها کلیه در كولمب اصطكاكي مدل از و گرفته نظر در 0/04 قالب و ورقگیر با ورق پنالتی سطح به سطح تماس نوع از نیز تماسی سطوح است. شده استفاده ]15[. است شده تعریف به نازکشدگی مقدار حداکثر ورق پارگی بررسی برای پژوهش این در کمک به نازکشدگی حداکثر است. شده گرفته نظر در پارگی معیار عنوان ]16[: شد محاسبه زیر رابطه 0 f % hinning Fig. 5. Meshed die and shee for simulaion f Table 2. Plasic srain raio (r) and yield sress (r) for S14 shee شبیهسازی جهت شده مشبندی ورق و قالب مجموعه 5: شکل Fig. 6. The overall pressure pah used in his sudy بررسی این در استفاده مورد کلی فشار مسیر 6: شکل میباشد. ورق نهایی ضخامت ( f ( و اولیه ضخامت ( 0 ( آن در که )ε ( ضخامتی کرنش مقدار از استفاده با ( f ( ورق نهایی ضخامت مقدار زیر صورت به )FLD( شکلدهی حد نمودار از صفحهای کرنش شرایط در 390

5 400 تا 387 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه ]16[: گردید محاسبه 0 از صفحهای کرنش شرايط در نیز e( θ ( اصلی مهندسی کرنش طرفی از آمریکا شمال عمیق کشش پژوهشی گروه توسط که زیر تجربی معادله طریق شد: زده تخمين گردیده ارائه 360 n e FLD 0 ( θ 0)( ) و سختی کرنش نمای n اصلی مهندسی کرنش FLD 0 آن در که رابطه کمک به صفحهای کرنش شرايط در میباشد. ورق اولیه ضخامت )ε θ ( حقیقی اصلی کرنش به نیز را e( θ ( مهندسی اصلی کرنش میتوان زیر نمود: تبدیل ( 1 e ) ε ln + θ θ داریم: حجم بودن ثابت فرض با ε + ε + ε 0 θ z راستای در کرنش ε( ( و طولی راستای در حقیقی کرنش ε( z ( آن در که ε z 0 صفحهای کرنش شرایط در اینکه به توجه با میباشد. ضخامت محاسبه را ضخامت راستای در حقیقی کرنش میتوان زیر رابطه از میباشد نمود: ε ε θ و آمده دست به ε( ( مقدار )16( و )14( )13( معادالت از استفاده با ضخامت و نازکشدگی درصد )12( و )11( معادالت در آن جایگذاری با مقدار S14 ورق برای روابط این از استفاده با میگردد. محاسبه ورق نهایی شد. محاسبه %30 نازکشدگی درصد و 0/42 mm نهایی ضخامت ورق اولیه ابعاد 6-6 بهینهسازی همواره مقدمه در شده اشاره ویژگیهای به توجه با ورق اولیه شکل تعیین ورقها شکلدهی برای عمیق کشش روش در توجه مورد موضوعات از نظر مورد صنعتی قطعه تولید اینکه به توجه با نیز پژوهش این در میباشد. نازکشدگی و طولی دیواره دو در چروکیدگی دلیل به مستطیلی ورق یک با و سالم قطعه به دستیابی هدف با نبود پذیر امکان عرضی دیواره دو در زیاد بررسی این در گردید. انجام ورق اولیه ابعاد بهینهسازی دوربری فرآیند حذف که است شده استفاده ورق اولیه ابعاد بهینهسازی جهت حساسیت روش از ورق منحنی فلنجی ناحیه برای هدف منحنی تعیین ار پس روش این در نشاندهنده کنید) X ( فرض آن تئوری اثبات جهت میشود. زده حدس اولیه قبل اولیه ورق گره خارجیترین در واقع مادی نقطه یک موقعیت بردار از پس مادی نقطه همان موقعیت بردار نشاندهنده )x( و شکل تغییر از موقعیت بردار توسط شده تعریف اولیه ورق با میباشد. نهایی شکل تغییر است. شده تحلیل و تجزیه محدود المان روش به شکل تغییر فرآیند )X( آن جزئیات و شکل تغییر طی در گره یک جابجایی ج( - )الف 7 شکلهای مفهوم به نیز )د( 7 شکل در شده داده نشان فرآیند نمودار میدهند. نشان را بر )x( موقعیت بردار وتحلیل تجزیه از پس اگر میپردازد. خطا تصحیح روش تغییر از قبل مادی نقطه آن موقعیت نشود منطبق X( T ( هدف منحنی روی هدف منحنی با منطبق شکلیافته منحنی ایجاد منظور به بایستی )X( شکل مفهوم معرفی با اولیه ورق شکل تغییر یعنی )X( انتقال یابد. انتقال X( T ( نظر در با عددی صورت به شکل حساسیت میگیرد. صورت شکل حساسیت بردار میآید. بدست یافته آفست ورق و اصلی ورق یعنی ورق دو گرفتن و تجزیه اطالعات از یافته آفست ورق منحنی روی بر مادی نقاط موقعیت تعیین زیر صورت به )X( توسط شده تعریف اولیه ورق با شکل تغییر تحلیل ]12[: میشود X X + δ N δ خارجی در واقع مادی نقطه یک موقعیت بردار نشاندهنده X( δ ( آن در که تغییر جهت در واحد بردار )N( شکل تغییر از قبل یافته آفست ورق گره ترین شده تعریف یافته آفست ورق با است. آفست مقدار )δ( و اول مرحله در شکل )x δ ( آوردن دست به برای شکل تغییر فرایند تحلیل و تجزیه X( δ ( توسط میگیرد. صورت مجددا X( δ ( با یافته شکل تغییر مادی نقاط موقعیت بردار ]12[: میشود تعریف زیر صورت به گره هر در شکل تغییر به حساسیت S X x δ δ X x گره هر اولیه موقعیت شود منطبق هدف منحنی روی بر )x( زمانیکه تا ]12[: مییابد انتقال زیر رابطه طبق بر i i 1 X X + εsn و )X T ( بین فاصله با و بوده هدف منحنی از انحراف خطای )ε( آن در که است اولیه حالت در شکل تغییر جهت در واحد بردار )N( میشود. تعریف )x( میباشد. تکرارها تعداد معنی به نیز i باالنویس و رسیدن تا شکل تغییر فرایند تحلیل و تجزیه ورق شکل اصالح از پس گره هر در شده تعیین مقدار به )ε( هدف منحنی از انحراف خطای مقدار )د( 7 شکل در شده داده نشان فلوچارت میشود. تکرار مجددا خارجی میدهد. نشان را بهینهسازی مراحل آزمایشگاهی مراحل و 7-7 ابزار آزمایشگاهی ابزارهای و تجربی صورت به مدنظر صنعتی قطعه تولید امکان بررسی جهت یک کامپیوتری شبیهسازیهای نمودن تایید و دادن مطابقت همچنین با شعاعی فشار با هیدرودینامیکی روش به ورق شکلدهی قالب مجموعه سنبه شامل قالب مجموعه این شد. ساخته و طراحی آزمایشگاهی ابعاد محفظه درون سیال فشار آنجاییکه از و میباشد فشار محفظه و ورقگیر یک فشار این کنترل جهت میکند ایفا فرآیند این در را مهمی نقش فشار به نصب قابلیت که بار 0/1 دقت با مانومتر یک همراه به فشار کنترل شیر f 0 ( ) exp ε f ε ln[ ] یا و 391

6 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 کامپیوتر و ثبت مسیر فشار را نیز دارد مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به اهمیت فشار پیشبالج از یک واحد هیدرولیک نیز جهت تامین این فشار استفاده گردید. سیال استفاده شده در این آزمایش نیز از نوع روغن SAE10 بوده است. شکل 8 شماتیک و عکس مجموعه قالب هیدروفرمینگ ساخته شده را نشان میدهد. تمامی آزمونهای آزمایشگاهی با استفاده از یک دستگاه پرس اونیورسال DMG 1 با ظرفیت 600 کیلونیوتن در آزمایشگاه شکلدهی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شده است. همچنین کلیه حرکات و نیروهای وارد بر دستگاه نیز توسط واحد کامپیوتری متصل به آن کنترل و ثبت میگردید. 8-8 نتایج و بحث در این پژوهش در ابتدا مقایسه بین دو فرآیند کشش عمیق ساده و هیدروفرمینگ با فشار پیشبالج 20 بار و بیشینه فشار 50 بار )کمترین بیشینه فشار الزم جهت دستیابی به قطعه سالم( به کمک شبیهسازی عددی صورت گرفت. قطعات شکلیافته و نتایج توزیع ضخامت آنها در شکل 9 ارائه گردیده )د( Fig. 7. (a) Movemen pah of an exernal node during he process, (b) The iniial posiion of node, (c) The final posiion of node, (d) The char of opimizaion process of he primary dimensions of he shee شکل 7: الف( مسیر جابجایی یک گره خارجی در طول فرایند ب( موقعیت اولیه گره ج( موقعیت نهایی گره د( نمودار فرآیند بهینهسازی ابعاد اولیه ورق ]12[ )ج( است. همانطور که از نمودار توزیع ضخامت به دست آمده در راستای طولی سنبه مشاهده میشود نازکشدگی در قطعه شکلیافته به روش کشش عمیق بیشتر از معیار نازکشدگی محاسبه شده میباشد و قطعه در ناحیه لبهها دچار پارگی میشود. در حالیکه در روش هیدروفرمینگ قطعه بدون پارگی شکل میگیرد. مشاهده میشود که تولید قطعه صنعتی مذکور به روش هیدروفرمینگ امکانپذیر میباشد. همانطور که در شکل 9 مشاهده میشود بیشترین نازکشدگی در ناحیه دیواره و بالفاصله بعد از شعاع سنبه اتفاق میافتد. الزم به ذکر است که در شبیهسازی به روش هیدروفرمینگ هرچند قطعه سالم تولید گردیده اما در ناحیه نازکشدگی اختالف ضخامت با حد پارگی بسیار کم میباشد. از این رو جهت بهبود توزیع ضخامت و باال بردن ضریب اطمینان تولید )با توجه به تغییرات زیاد شرایط مرزی در تولید انبوه( پس از شکلدهی قطعه صنعتی مذکور بهینهسازی ابعاد اولیه ورق با شبیهسازی فرآیند هیدروفرمینگ به کمک نرمافزار اجزای محدود ABAQUS و کدنویسی در نرمافزار ا کسل بر اساس مراحل تشریح شده در بخش بهینهسازی ابعاد اولیه ورق به روش حساسیت انجام شد. شکلهای 10 )الف - ه( به ترتیب مراحل بهینه سازی را با اشاره به منحنیهای ورق اولیه ورق شکل یافته و نهایی یا هدف نشان میدهند. 1 Denison Mayes Group 392

7 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 Fig. 8. (a) Schemaic and (b) Phoos of hydroforming die se شکل 8: الف( شماتیک و ب( عکس از مجموعه قالب هیدروفرمینگ ساخته شده )ج( Fig. 9. (a) Formed par by radiional deep-drawing mehod, (b) Formed par by hydroforming mehod, (c) Thickness disribuion curves in he longiudinal direcion, (A: boom area of punch, B: Radius of he punch, C: Wall of he punch, D: Radius of he die) شکل 9: الف( قطعه شکلیافته به روش کشش عمیق ساده ب( قطعه شکلیافته به روش هیدروفرمینگ ج( مقایسه توزیع ضخامت بین دو روش کشش عمیق ساده و هیدروفرمینگ در راستای طولی )A: ناحیه کف سنبه B: ناحیه شعاع سنبه C: ناحیه دیواره سنبه D: ناحیه شعاع ماتریس( الزم به ذکر است که شکل ورق اولیه جهت بهینهسازی به شکل مستطیل بوده است و همانطور که از شکلهای نشان داده شده در شکل 10 مشاهده میگردد بعد از هر مرحله بهینهسازی انحراف منحنی ورق شکل یافته از ورق اولیه بهینه شده تا منحنی هدف کمتر میشود. 393

8 400 تا 387 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه چهار از پس است شده داده نشان )ه( 10 شکل در که همانطور ورق منحنی میلیمتر 1 انحراف خطای گرفتن نظر در با بهینهسازی مرحله گردیدهاند. منطبق هم روی بر هدف منحنی و شکلیافته به نسبت شکلیافته ورق منحنی مختلف نقاط همگرایی مقایسه از واقع نقاط که میگردد مشاهده ه( - )الف 10 شکلهای در هدف منحنی همگرا هدف منحنی به دیگر نقاط از دیرتر آن به نزدیک و سنبه گوشه در سنبه گوشه ناحیه در پیچیده شکل تغییر مکانیک آن دلیل که میشوند تقریبی بودن مستقیم به توجه با طولی و عرضی سطوح در درحالیکه میباشد میافتد. اتفاق ساده کشش و خمش تنها سطوح پس قطعه طولی راستای در ضخامت توزیع تغییرات نیز 11 شکل به توجه با است ذکر به الزم میدهد. نشان را بهینهسازی مرحله هر از توزیع اینرو از میدهد رخ قطعه عرضی دیواره در شکل تغییر بیشترین اینکه ارائه از و است گرفته قرار بررسی مورد طولی برش راستای در ضخامت قطعه طولی دیواره روی بر و عرضی برش راستای در ضخامت توزیع نمودار ناچیز بسیار ضخامت تغییرات و میافتد اتفاق ورق در ساده خمش تنها که میشود مشاهده نمودار این در که همانطور است. شده نظر صرف میباشد ناحیه در که نهایی قطعه در نازکشدگی میزان بهینهسازی مرحله هر از پس نمودار در که همانطور مییابد. کاهش میافتد اتفاق سنبه کف شعاع از بعد افزایش 0/47 mm به 0/43 mm از ورق ضخامت کمترین میگردد مشاهده ابعاد شدن بهینه دلیل به که است آن ضخامت بهبود این علت و است یافته ماده جریان سنبه گوشه ناحیه در بخصوص فلنجی ناحیه شدن کمتر و اولیه قالب حفره داخل به کمتری تنش تحت ماده و یافته بهبود فلنجی ناحیه در مییابد. جریان چهارم و سوم مرحله دو بین اولیه منحنی در جزیی تغییرات دلیل به شدهاند. منطبق هم روی بر تقریبا مرحله دو این ضخامت توزیع منحنی بیشینه و بار 20 پیشبالج فشار با شبیهسازیها بهینهسازی مراحل درکلیه اولیه ابعاد با قطعه شکلدهی برای نیاز مورد فشار حداقل که بار 50 فشار شدهاند. انجام بودهاند مستطیلی ورق بهینه اولیه ورق با تجربی آزمون شبیهسازیها تایید و بررسی جهت و )الف 12 شکلهای گرفت. صورت شبیهسازی با یکسان شرایط با و شده پیش فشار با تجربی آزمون و شبیهسازی روش به یافته شکل قطعات ب( منحنیهای مقایسه نتیجه میدهند. نشان را بار 50 فشار بیشینه و بار 20 بالج که عرضی و طولی راستای دو در روش دو از آمده دست به ضخامت توزیع کمتر خطای )با قبولی قابل تطابق شده ارائه ب( و )الف 13 شکلهای در را تجربی آزمون و شبیهسازی روش دو از آمده دست به نتایج از %5( از میدهند. نشان شده داده نشان 11 شکل در که بار 50 فشار بیشینه با شکلیافته قطعه شبیهسازی نتایج هم اما میباشد سالم قطعهای ضخامت توزیع نظر از چند هر در چروکیدگی گردیده ارائه 14 شکل در که تجربی آزمون نتایج هم و اینرو از میدهند. نشان را عمودی گوشه شعاع همچنین و دیواره قسمت )ج( 394

9 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 Fig. 11. Thickness disribuion of iniial shee and four sage opimizaion )د( شکل 11: نمودار توزیع ضخامت برای ورق اولیه و چهار مرحله بهینهسازی )ه( Fig. 10. (a) Pre-opimizaion sage, (b) The firs sage of opimizaion, (c) The second sage of opimizaion, (d) The hird sage of opimizaion, (e) The forh sage of opimizaion شکل 10: الف( مرحله قبل از بهینهسازی ب( مرحله اول بهینهسازی ج( مرحله دوم بهینهسازی د( مرحله سوم بهینهسازی ه( مرحله چهارم بهینهسازی Fig. 12. (a) Formed par by simulaion mehod, (b) Formed par by experimenal mehod شکل 12: الف( قطعه شکلیافته به روش شبیهسازی ب( قطعه شکلیافته به روش تجربی جهت دستیابی به توزیع ضخامت مناسبتر و رفع مشکل چروکیدگی مسیر فشارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. شکل 15 الف مسیر فشارهای مورد بررسی را بر حسب جابجایی سنبه و با فشار پیش بالج 20 بار و برای فشارهای بیشینه و 200 بار نشان میدهد. شکل 15 )ب ج( نتایج توزیع ضخامت و کمترین ضخامت به دست آمده از شبیهسازی برای مسیرهای فشار ارائه شده در شکل 13 را نشان میدهند. همانطور که در این نمودارها مشاهده میگردد بیشترین نازک 395

10 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 Fig. 14. Wrinkles in he wall and verical corners radius, (a) Simulaion, (b) Experimen شکل 14: چروکیدگی در قسمت دیواره و شعاع گوشه عمودی الف( شبیهسازی ب( تجربی شدگی در ناحیهای نزدیک به شعاع کف سنبه اتفاق میافتد و با افزایش فشار تا حد معینی )150 بار( توزیع ضخامت بهبود می یابد اما بعد از آن تغییرات ضخامت در این ناحیه بسیار کم میشود. علت این امر این میباشد که در فرآیند هیدروفرمینگ فشار سیال ورق را به سمت سنبه شکل داده و به آن میفشارد. این فشار باعث میشود که نیروی اصطکاک مابین سنبه و ورق افزایش یابد و مانع از لغزش ورق بر روی سنبه به خصوص در ناحیه دیواره Fig. 13. (a) Thickness disribuion in ransverse direcion, (b) Thickness disribuion in longiudinal direcion شکل 13: الف( نمودار توزیع ضخامت در راستای عرضی و ب( نمودار توزیع ضخامت در راستای طولی 396

11 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 )ج( Fig. 15. (a) Applied pressure pahs, (b) Thickness disribuion of four pahs, (c) Changes of minimum hickness in erms of maximum pressure شکل 15: الف( مسیرهای فشار مورد بررسی ب( نمودار توزیع ضخامت برای چهار مسیر فشار ج( تغییرات کمترین ضخامت بر حسب بیشینه فشار آن شود. اما از فشار 150 بار افزیش فشار تاثیر چندانی بر میزان نازکشدگی ندارد. همچنین از نتایج آزمون تجربی و شبیهسازی مشاهده گردید که از فشار 150 باربه باال همانطور که در شکل 16 نشان داده شده است مشکل چروکیدگی در ناحیه دیواره و شعاع ضلع عمودی سنبه حل میشود. در این پژوهش جهت بررسی شکلگیری کامل برآمدگی کف سنبه سه فشار نهایی و 800 بار که در انتهای کورس سنبه به سطح زیرین ورق اعمال میگردد و در نمودار کلی مسیر فشار ارائه شده در شکل 6 با خط CD نشان داده شده است به صورت شبیهسازی مورد بررسی قرار گرفت. شکل 17 نتیجه شکلگیری این پروفیل با سه فشار نهایی را نشان میدهد. همانطور که از این شکل مشاهده میگردد با فشار 800 بار پروفیل مذکور به طور کامل شکل مییابد. Fig. 16. Formed par wih a maximum pressure of 150 bar, (a) Simulaion, (b) Experimen شکل 16: قطعه شکل یافته با فشار بیشینه 150 بار الف( شبیهسازی ب( تجربی 397

12 400 تا 387 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر مکانیک مهندسی نشریه Fig. 18. Thickness disribuion in he bulge region wih hree maximum pressures of 500, 650 and 800 bar 500 بیشینه فشار سه برای برآمدگی ناحیه در ضخامت توزیع 18: شکل بار 800 و 650 سه اعمال از بعد پروفیل این ناحیه در ضخامت توزیع نتیجه 18 شکل با میگردد مشاهده نمودار این از که همانطور میدهد. نشان را نهایی فشار بودن ثابت آن علت و مییابد افزایش نازکشدگی ناحیه این در فشار افزایش بودن زیاد و ورق پشت سیال فشار به توجه با ( ناحیه این اطراف در ورق این در محبوس ورق کشش تنها و ورق( و سنبه مابین اصطکاک نیروی یا پارگی موجب که نمیباشد حدی به شدگی نازک میزان اما میباشد. ناحیه شود. نهایی قطعه شدن معیوب 9-9 نتیجهگیری مناسبتری فرآیند هیدروفرمینگ فرآیند که داد نشان بررسی این نتایج )کاپوت صنعتی قطعه این تولید جهت ساده عمیق کشش فرآیند به نسبت مشکالت بردن بین از قابلیت با همچنین و یکپارچه طور به تراکتور( و تولید هزینه و زمان کاهش هدف با میباشد. نازکشدگی و چروکیدگی مرحله چهار با حساسیت روش به ورق اولیه ابعاد محصول کیفیت افزایش توزیع آن نتیجه در و گردید بهینهسازی 1 mm انحراف خطای با و تکرار افزایش 0/47 mm به 0/43 mm از ورق ضخامت کمترین و بهبود ضخامت و بار 20 برابر پیشبالج فشارهای با فشار مسیر چهار تاثیر ادامه در یافت. تولیدی قطعه کیفیت روی بر بار 200 و فشارهای بیشینه مقایسه نتیجه که گرفت قرار بررسی مورد چروکیدگی( و ضخامت )توزیع داد نشان را فشار بیشینه افزایش با ضخامت توزیع بهبود ضخامتها توزیع رسیدن با که داد نشان شبیهسازی و تجربی آزمونهای نتیجه طرفی از با نهایت در میشود. حل چروکیدگی مشکل بار 150 فشار به فشار بیشینه بار 800 و فشار سه قطعه روی برآمدگی کامل شکلدهی هدف طورکامل به قطعه شکلدهی بار 800 فشار با که گرفتند قرار بررسی مورد گرفت. صورت منابع [1] A. Kocanda, H. Sadlowska, Auomoive componen developmen by means of hydroforming, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 8(3) (2008) [2] M. Parsa, P. Darbandi, Experimenal and numerical analyses of shee hydroforming process for producion of an auomobile body par, Journal of maerials processing echnology, 198(1) (2008) [3] T. Kim, D. Yang, S. Han, Numerical modeling of he muli-sage shee pair hydroforming process, Journal of maerials processing echnology, 151(1) (2004) [4] S.K. Singh, D.R. Kumar, Effec of process parameers on produc surface finish and hickness variaion in hydro-mechanical deep drawing, journal of maerials processing echnology, 204(1) (2008) [5] H. Shim, Deerminaion of opimal blank shape by he radius vecor of boundary nodes, Proceedings of he Insiuion of Mechanical Engineers, Par B: Journal of Engineering Manufacure, 218(9) (2004) [6] H. Gloeckl, K. Lange, Compuer aided design of blanks for deep drawn irregular shaped componens, in: Proc. 11h NAMRC, )ج( Fig. 17. (a) Formed shee in he bulge region wih hree maximum pressures of 500, 650 and 800 bar, (b) The simulaion resul of pressure 800 bar, (c) The bulge region بیشینه فشار سه با برآمدگی ناحیه در یافته شکل ورق الف( 17: شکل محل ج( بار 800 فشار با شبیهسازی نتیجه ب( بار 800 و قطعه روی بر برآمدگی 398

13 نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 387 تا 400 Technology, 104(3) (2000) [13] A. Gorji, H. Alavi-Hashemi, M. Bakhshi-Jooybari, S. Nourouzi, S.J. Hosseinipour, Invesigaion of hydrodynamic deep drawing for conical-cylindrical cups, The Inernaional Journal of Advanced Manufacuring Technology, 56(9) (2011) [14] L. Lang, J. Dancker, K.B. Nielsen, Invesigaion ino hydrodynamic deep drawing assised by radial pressure: Par I. Experimenal observaions of he forming process of aluminum alloy, Journal of Maerials Processing Technology, 148(1) (2004) [15] L. Xiaojing, X. Yongchao, Y. Shijian, Effecs of loading pahs on hydrodynamic deep drawing wih independen radial hydraulic pressure of aluminum alloy based on numerical simulaion, Journal of Maerials Science & Technology, 24(3) (2008) [16] Y. Aue-U-Lan, G. Ngaile, T. Alan, Opimizing ube hydroforming using process simulaion and experimenal verificaion, Journal of Maerials Processing Technology, 146(1) (2004) [7] G. Bloun, B. Fischer, Compuerised blank shape predicion for shee meal componens having doublycurved surfaces, THE INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION RESEARCH, 33(4) (1995) [8] D. Kim, J. Lee, S. Park, D. Yang, Y. Kim, Blank design sysem for shee forming, J. Korean Sociey for Tech. Plasiciy, 6(5) (1997) [9] R. Azizi, A. Assempour, Applicaions of linear inverse finie elemen mehod in predicion of he opimum blank in shee meal forming, Maerials & Design, 29(10) (2008) [10] F. Barla, K. Chung, O. Richmond, Anisoropic plasic poenials for polycrysals and applicaion o he design of opimum blank shapes in shee forming, Meallurgical and Maerials ransacions A, 25(6) (1994) [11] S. Kim, M. Park, S. Kim, D. Seo, Blank design and formabiliy for non-circular deep drawing processes by he finie-elemen mehod, Journal of Maerials Processing Technology, 75(1) (1998) [12] H. Shim, K. Son, K. Kim, Opimum blank shape design by sensiiviy analysis, Journal of Maerials Processing Please cie his aricle using: براى ارجاع به این مقاله از عبارت زیر استفاده کنید: E. Marzban Shirkharkolaee, M. Bakhshi, A. Gorji, The Possibiliy of Producing a Tracor s Hood in a Single Sage Hydroforming Process Amirkabir J. Mech. Eng., 49(2) (2017) DOI: /mej

14