دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور مقاله بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی با نسبت ضخامت به قطر پایین
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
مقاله بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی با نسبت ضخامت به قطر پایین دارای ۱۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی با نسبت ضخامت به قطر پایین کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی با نسبت ضخامت به قطر پایین،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی با نسبت ضخامت به قطر پایین :
مقدمه
در فرآیند شکلدهی غلتکی سرد لولـه، نـوار فلـزی بـا
اعمال مقدار شکلدهـی مشـخص در هـر ایسـتگاه بـه صورت پیوسته و ملایم، شکل مقطع مـورد نظـر را بـه
خود می گیرد. هر ایستگاه با توجـه بـه تغییـری کـه در
پروفیل ورق ایجاد می کند از تعداد مشخصی غلتـک بـا پروفیل خاص تشکیل شده است. چندین دهه است که
فرآیند شکل دهی غلتکی سرد خود را به عنوان یکـی از
فرآیند های پرکاربرد شـکل دهـی فلـزات معرفـی کـرده است؛ از جمله کاربرد های آن می توان به تولید لوله های
فلزی و پروفیلهایی با مقاطع بسته و باز اشاره کرد.
در حال حاضر دو فرآیند شکل دهی غلتکی سرد به صـورت گسـترده بـرای تولیـد لولـههـای جوشـکاری مقـاومتی (Electric Resistance Welded Pipe) مـورد استفاده قرار می گیرد که عبارتنـد از شـکل دهـی سـنتی
(Conventional roll-forming) و شکلدهـی قفسـهای
.(Cage roll-forming) در شکلدهی سنتی (شـکل (۱،
ورق فلزی بهوسیله پروفیل غلتک های افقی و عمـودی که در ایستگاه های مختلف نصب شـده انـد، بـهتـدریج شکل لوله را به خود می گیرد. از آنجایی که تغییرشـکل به وسیله پروفیـل غلتـک هـای افقـی و عمـودی انجـام می گیرد، با تغییر قطر لوله، نیاز است که کلیه غلتکهای خط تولید تعویض شوند. این امر مستلزم صرف هزینـه بالا برای ساخت غلتک های مختلف و وقت زیاد بـرای تعویض غلتک ها می باشد. به علت ماهیـت تغییرشـکل در فرآیند شکل دهی سنتی لوله، ورق تغییرشکل یافته در
این فرآیند بسیار مستعد بروز عیـوبی ماننـد کمـانش و
چین خوردگی در ناحیه لبه و هم چنـین برگشـت فنـری می باشد .[۱,۲] بنابراین، با توجه به مشکلات ذکر شده،
شـیوهای جدیـد از شـکلدهـی غلتکـی سـرد بـا نـام
شکل دهی قفسه ای برای تولیـد لولـه هـای جوشـکاری
مقاومتی توسعه پیدا کرد.
در شـکلدهــی قفســهای لولــههــای جوشــکاری مقـاومتی، ورق فلـزی بـهصـورت پیوسـته، بـهوسـیله
غلتکهای کوچکی بهنام غلتـکهـای قفسـهای کـه در تماس با سطح خارجی ناحیـه لبـه ورق مـیباشـد، بـه
مقطع دایرهای تبدیل مـیشـود. چیـدمان غلتـکهـا در
فرآیند شکلدهی قفسـهای بـهگونـهای اسـت کـه ورق تحت یک تغییرشکل سراشـیبی (Downhill forming)
تا قبل از مرحله پرهای قرار میگیرد. فرآیند شکل دهـی
قفسهای، همانگونه که در شکل (۲) مشاهده میشـود، از پنج مرحله اصلی تشکیل شده اسـت کـه عبارتنـد از
مرحلــه غلتــک کشــنده (Pinch roll unit)، مرحلــه شکلدهی لبه (Edge bending)، مرحله پیش شکلدهی
(Pre-forming)، مرحلـه شـکلدهـی خطـی ( Linear (forming و مرحله شکلدهی پرهای .(Fin-pass)
شکل ۱ شکلدهی سنتی لوله
شکل۲ شکلدهی قفسهای لوله
۲
محمدمهدی کسائی- حسن مسلمی نائینی- مهدی سلمانی ; سال بیست و سوم، شماره یک،۱۳۹۰
پژوهشگران زیـادی در زمینـه شـکلدهـی سـنتی لولههای جوشکاری مقاومتی بـه تحقیـق پرداختـهانـد.
کیوچی [۳] برای نخستین بار از یک روش تحلیلی کـه
در آن از یک تابع شکل سینوسـی اسـتفاده شـده بـود، برای شبیهسازی شکلدهی سنتی استفاده کرد. در ادامه،
کیوچی و کوداباشی [۴] برای بهینهسـازی الگـوی گـل
لوله گرد، دو روش یکنواخت کردن بیشینه کرنش طولی بــین ایســتگاههــا و یکســان کــردن تــوان لازم بــرای
تغییرشکل بین ایستگاهها را پیشنهاد کردنـد. کیـوچی و
همکارانش [۵] بهوسیله انجام یک سری آزمـایش هـای
تجربــی، برنامــه ایســتگاهی مناســبی را بــرای ایجــاد تغییرشکل بهینه در مرحله پرهای ارایـه دادنـد. واکـر و
پیــک [۶,۷] روش مــدلســازی جدیــدی بــرای ورق
تغییرشکلیافته معرفـی کردنـد. در ایـن روش از بـی-
اسپیلاین برای تعریـف هندسـه ورق تغییـرشـکل یافتـه
استفاده شد. افزون بر این آنها توانستند کرنشها را نیـز
محاسبه کنند. مسلمی نـائینی [۸] بـا ادامـه و گسـترش روش کیــوچی برنامــهای بـرای طراحــی غلتــکهـای
شکلدهی سرد لوله تدوین کرد. لیـو و همکـارانش [۹]
و هان و همکارانش [۱۰] روش نوار محـدود را بـرای تحلیـل فرآینـد شـکلدهـی غلتکـی سـرد لولـه هـای
جوشکاری مقاومتی براساس روش لاگرانژین گسـترش
دادند.
در سالهای اخیر روش اجزای محـدود نیـز بـرای
تحلیل فرآیند شکلدهی غلتکیسرد مورد استفاده قـرار
گرفتـه اسـت. کیـوچی و وانـگ [۱۱] کـد دوبعـدی و
سهبعدی المان محدودی با فرض الاسـتیک-پلاسـتیک
براساس روش ضمنی استاتیکی و صریح دینامیکی تهیه کردند و مطالعـه جـامعی بـر روی فرآینـد شـکلدهـی
غلتکی انعطاف پذیر لولههای جوشکاری مقاومتی انجام
دادند. هانگ و همکارانش [۱۲] برنامهای سـهبعـدی بـا نام SHAPE-RF براساس روش اجـزای محـدود تهیـه
کردند که برای تحلیل فرآیند شکلدهـی غلتکـی سـرد
مقاطع کانالی و دایرهای کاربرد دارد. کیم و همکـارانش
[۱۳] فرآینـد شـکلدهـی غلتکـی سـنتی را بـه کمـک نرمافزار SHAPE-RF شبیهسازی و شکل لبه ورق اولیه
را بر اساس رگریسـیون درجـه دو پـیشبینـی نمودنـد.
سلمانی تهرانی و همکارانش [۱۴] به بررسـی کمـانش لبه ورق در ایستگاههای ابتـدایی شـکلدهـی سـنتی بـا
استفاده از نرمافزار اجزای محدود Abaqus پرداختنـد و
حدی را برای زاویـه پروفیـل، بـهمنظـور جلـوگیری از کمانش لبه معرفی کردند. از جمله پژوهشهـای انجـام
گرفته در شکل دهی قفسه ای سرد لوله نیز مـی تـوان بـه
کار تجربی یوکویاما و همکـارانش [۱] اشـاره کـرد. در
این پژوهش، بـرای بـه دسـت آوردن دانشـی جـامع در فرآینـد شـکلدهـی قفسـهای، رفتـار تغییـرشـکل ورق
براساس تاریخچه کرنش، موقعیت لبـه و مرکـز ورق و الگوی گل تغییر شکل مطالعه شد. اگرچـه پژوهشـگران زیادی با استفاده از روش های مختلف شـبیهسـازی بـه بررسی تغییرشکل ورق در فرآیند شـکلدهـی غلتکـی سرد لوله پرداختهاند اما بیشتر ایـن تحقیقـات بـر روی شکلدهی سنتی تمرکـز دارد و تنهـا تعـداد محـدودی پژوهش در زمینه شکلدهی قفسهای آنهم به صـورت تجربی گزارش شده است. شبیهسازی اجـزای محـدود فرآیند شکلدهی قفسهای بـه علـت طـول زیـاد ناحیـه تغییرشکل، تعداد زیاد غلتکهای شـکلدهـی (بـیش از
۱۰۰ غلتک) و تمـاس پیچیـده بـین ورق و غلتـکهـا بهعنوان یکی از پیچیدهترین شبیهسازی اجزای محـدود فرآیندهـای شـکلدهـی شـناخته مـیشـود. جیانـگ و
همکارانش [۲] در سال ۲۰۰۹ برای اولـین بـار فرآینـد
شکلدهی قفسهای را برای تولید لولهای با قطر خارجی
۳۲۵ میلیمتر و ضخامت ۱۰/۳ میلیمتـر (T/D=3.1%) در نرمافـزار اجـزای محـدود LS-DYNA بـهصـورت
سهبعدی شبیهسازی کردند و تغییرشکل ورق را در این
فرآیند مورد بررسی قرار دادند.
از آنجا که با کـاهش نسـبت ضـخامت بـه قطـر،
احتمال ایجاد عیوب شکلدهی بهویـژه کمـانش لبـه و
برگشتفنری ورق به شدت افزایش مـی یابـد، یکـی از
۳
نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک بررسی عددی و تجربی تغییر شکل ورق در فرآیند ;
مشـکلات رایـج در کارخانـههـای لولـهسـازی، تولیـد لولههای جوشکاری مقاومتی با نسبت ضخامت به قطـر
پایین می باشد. در این پژوهش، برای بررسی تغییرشکل
ورق در فرآیند شکلدهی قفسهای لولههایی بـا نسـبت ضخامت به قطر پایین، خطتولید کارخانه نـورد و لولـه
صفا برای شکلدهی لولـهای بـا قطـر خـارجی ۶۰۹/۶
میلـیمتـر و ضـخامت ۷/۹۵ میلـیمتـر (T/D=1.3%)،
بـهصـورت الاسـتیک-پلاسـتیک در نـرمافـزار اجـزای محدود مارک منتات (Marc Mentat) شبیهسازی شـد.
بــا اســتفاده از نتــایج شــبیهســازی، انحنــای ورق تغییرشکلیافته پیشبینی شد و اثر هـر یـک از مراحـل
شکلدهی قفسهای بر روی پروفیل ورق تغییرشکلیافته
مشخص گردید. با توجه به تأثیر مسـتقیم کـرنشهـای
طولی بـر روی پدیـده کمـانش لبـه، کـرنش طـولی در ناحیه های لبه و مرکز ورق مورد بررسی قرار گرفـت و
ایستگاه های مستعد برای ایجاد کمانش لبه ورق معرفی
شدند. هم چنین با استفاده از نتایج شبیه سـازی، هندسـه ورق تغییر شکلیافته در مراحل مختلـف شـکل دهـی و
توان شکل دهی در مرحلـه پـره ای پـیش بینـی شـد کـه
انطباق خوبی با نتایج اندازهگیریهای تجربی نشان داد.
مدلسازی اجزای محدود فرآیند شکلدهی
قفسهای
در این مقاله مدل اجزای محدودی از فرآیند شکل دهی
قفسه ای سرد لولـه در نـرم افـزار مـارک منتـات، بـرای بررسی تغییر شکل ورق در این فرآینـد ایجـاد شـد. بـه علت ویژگی تقارن شکل دهی قفسـه ای، تنهـا نیمـی از عرض ورق و غلتکها مدل و شبیهسازی شدند.
مدل خط تولید. مدل فرآیند شکل دهـی قفسـه ای کـه
مطابق با خط لوله کارخانه نورد و لوله صفا ایجاد شـده
است، دارای هر پنج بخش اصلی شـکل دهـی قفسـه ای
یعنی: مرحله غلتـک کشـنده، مرحلـه شـکل دهـی لبـه، مرحله پیش شکل دهـی، مرحلـه شـکل دهـی خطـی و
مرحله پره ای می باشد. مرحلـه غلتـک کشـنده، نیـروی پیشروی ورق را تأمین مـی کنـد و از دو غلتـک تخـت
بالایی و پایینی تشکیل شده است. این غلتـک هـا هـیچ
تغییــری در پروفیــل ورق ایجــاد نمــیکننــد. مرحلــه شکل دهی لبه که دارای دو غلتک بالایی و پایینی در هر
طرف می باشد، بلافاصله بعد از غلتک های کشنده قـرار
می گیرد و وظیفه تغییرشکل ناحیه لبـه ورق را برعهـده دارد. مرحله پیش شکل دهی، مطابق شکل (۳) از سیزده
غلتک قفسه ای در دو طرف ورق، سه غلتـک بـالایی و
یک غلتک فشاری، که در تماس با ناحیه مرکـزی ورق میباشند، تشکیل شده است.
شکل۳ مرحله غلتک کشنده، شکلدهی لبه و پیش شکلدهی
بخش شکل دهی خطی، خود به سه قسمت تقسیم
شــده اســت. مطــابق شــکل (۴) مراحــل اول و دوم شکل دهی خطی، هر کدام دارای یک مجموعه نه تـایی
از غلتک های قفسه ای در هر طـرف ورق مـی باشـند و
مرحله سوم شکل دهی خطی که تا قبل از مرحله پره ای ادامــه مــییابــد، یــازده غلتــک قفســهای دارد. بــرای شکل دهی لوله هایی با قطر ۶۰۹/۶ میلـی متـر بـه علـت
محدودیت در سـاخت غلتـک و هـمچنـین بـالا بـردن
قابلیت شکل دهی، از چهار مجموعـه غلتـک خوشـهای استفاده مـی شـود. هـر کـدام از مجموعـه غلتـک هـای
خوشه ای دارای سه تا پنج غلتک هستند کـه در تمـاس
با سطح داخلی ناحیه مرکـزی، فلـنج و لبـه ورق قـرار
دارند. همچنین هشت غلتک پـایینی کـه در تمـاس بـا سطح خارجی ناحیه مرکزی ورق قرار میگیرند، بخشی
۴
محمدمهدی کسائی- حسن مسلمی نائینی- مهدی سلمانی ; سال بیست و سوم، شماره یک،۱۳۹۰
از وظیفه شکل دهی ورق در مرحله شکل دهی خطی را بر عهده دارند.
اشتراک‌گذاری:
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
