در این ابتدا انواع فرآیند‌های اسپینینگ[۱] و به‌طور خاص فرآیند فلوفرمینگ[۲] شرح‌‌ داده‌می‌شود. سپس راجع به فولاد ماریجینگ[۳] که از جمله فولاد‌‌‌‌‌‌‌‌‌های میکرو‌آلیاژی و استحکام بالا می‌باشد، توضیح داده خواهد شد.

در ادامه فلوفرمینگ یک لوله جدار نازک از جنس فولاد ماریجینگ در عمل آزمایش می­شود و نیرو‌های وارد بر غلتک‌ها در شرایط تولید، با نتایج شبیه‌سازی و نتایج تئوری مقایسه می­گردد. پس از یکسان‌سازی نتایج شبیه‌سازی با نتایج عملی و اطمینان از صحت شبیه‌سازی، تاثیر برخی پارامترهای موثر در فرآیند بر روی نیروی وارد بر غلتک‌ها با استفاده از شبیه‌سازی بررسی می‌شود.

برای شبیه‌سازی اجزای محدود از نسخه‌ی ۶. ۹ نرم‌افزار ABAQUS استفاده شده است. به دلیل نرخ کرنش بسیار بالا در این فرآیند و پیچیدگی معادلات حاکم بر این نوع شکل دهی، شبیه سازی های انجام شده با استفاده از رایانه های معمولی خانگی با پردازشگر دو هسته ای ۲. ۸GHz و۲GB RAM حداقل ۲۴۰ تا ۳۶۰ ساعت زمان برای حل نیاز دارد.

مقدمه

فلوفرمینگ یا اسپینینگ سه‌غلتکه یکی از قدیمی­ترین فرآیندهای تولید، برای قطعات متقارن و توخالی فلزی است که بسیار اقتصادی و ارزان می­باشد. بنا بر اسناد و مدارک تاریخی، اسپینینگ فلزات از روزگار مصریان باستان شناخته شده بود و برای ساخت بشقاب­های نقره ای از آن استفاده می­شد. اما گفته می­شود که پایه­های اصلی صنعت اسپینینگ فلزات در ابتدای قرن دهم میلادی توسط چینی­ها بنا نهاده­شد. از آن زمان سال­های زیادی گذشت تا این فرآیند به جهان غرب آورده‌شد. این صنعت برای اولین‌بار در زمان سلطنت ادوارد سوم وارد انگلستان شد. پس از یک دوره­ی پانصد ساله، در حدود سال ۱۸۴۰ میلادی فردی به نام جردن[۱] این صنعت را به آمریکا برد. [۱]

با پیشرفت بسیار زیاد در طراحی موتور توربین گازی هواپیماها، نیاز به فرآیندهای تولیدی همچون اسپینینگ و دیگر فرآیندهای مرتبط با آنها برای تولید قطعات مورد نیاز بیش از پیش احساس­شد و این مسئله عامل موثر در پیشرفت و توسعه­ی این فرآیندها گردید. دقت ابعادی قطعات تولیدی و اقتصادی­بودن این فرآیندها دو عامل بسیار مهم در گسترش گرایش به استفاده از این فرآیندها در صنایع مختلف به ویژه صنایع نظامی، هوا­فضایی بوده است. متقابلاً به علت اهمیت صنایع هوا­فضایی و نیز صنایع تسلیحاتی برای قدرت­های جهانی گسترش و توسعه­ی فرآیندهای اسپینینگ روند رو به رشدی پیدا کرد، به گونه ای که امروزه تولید تسلیحات پیشرفته و کلیدی مانند موتور موشک­ها بدون استفاده از فرآیندهای اسپینینگ و فلوفرمینگ ممکن نمی­باشد.

البته امروزه با حساس­شدن نقش اقتصاد در معادلات قدرت، در جهان، استفاده از این فرآیندها در سایر صنایع نیز رو به افزایش است، به عنوان مثال بسیاری از قطعات خودروها مانند قطعاتی از کلاچ یا چرخ توسط این فرآیندها تولید می­شوند. امروزه بیشتر تجهیزات و ماشین­آلاتی که برای این روش­ها و برای تولید قطعات دقیق­تر صنایع بکار برده­می­شوند به امکانات کنترل­کننده­های عددی، با قابلیت­های برنامه­پذیری پیشرفته مجهز شده­اند. یکی از مهمترین و حساس­ترین نوع از این نوع فرآیندها، فرآیند اسپینینگ لوله یا فلوفرمینگ می­باشد. با توجه به اهمیت این روش در بین انواع روش­های ساخت و مزیت­های مهم آن و نیز کاربردهای حساس آن در صنایع نظامی و غیرنظامی، شناخت و توسعه­ی این فرآیند در کشور ما باید مورد توجه قرار بگیرد. مطالعه در این فرایند باعث خواهد ­شد که توانایی طراحی مناسب در این فرآیند بالا­رود و در نتیجه از هزینه­های اضافی تولید (مثل سعی­و­خطا برای تخمین شکل و ابعاد غلتک­ها یا به­کار­بردن جنس نامناسب برای قطعاتی که فرآیند روی آن­ها انجام می­گیرد و در نتیجه پارگی و شکست قطعات) به طور قابل ملاحظه­ای کاسته­شود.

در همین راستا نرم افزارهایی که قابلیت شبیه سازی فرآیندهای شکل­دهی‌چرخشی را دارا باشند و بتوانند در محیط پلاستیک و از روش­های علمی مانند روش اجزای محدود به حل مسائل بپردازند، امروزه توسه­یافته­اند. از میان این نرم افزارها می توان به این موارد اشاره نمود : ABAQUS , ANSYS LS-DYNA , MARK و … ..، در این از نرم افزارABAQUS6. 9 استفاده شده است. تا بحال تئوری های متعددی در زمــینه تعیین نیروهای مورد نیاز فلوفرمینگ بیان شده است اما درعمل هیچکدام از آنها پاسخگوی کامل نیازهای صنایع نبوده اند که این مسأله بر وجود پارامترهای بیش ازحد در این فرآیند برمی گردد. افرادی همچون کوبایاشی[۲] وتامسن[۳] (۱۹۶۱)و هایاما[۴] (۱۹۶۶)سعی کرده­اند مقدار نیرو‌های فرآیند را با استفاده از روش های حل‌عددی و یا با گسترش تحلیل تنش بدست آورند لیکن بدلیل فرضیاتی که ناچار بودند در حل مساله بکار بگیرند و یا بدلیل زمانبر بودن محاسبات ارائه شده چندان در صنعت مورد استقبال قرار نگرفتند. البته آنچه که می­تواند عیوب احتمالی را در فرآیند به ما نشان دهد تغییرات نیرو در طول فرآیند می­باشد که تنها با شبیه­سازی قابل پیش­بینی می­باشد.

با توسعه روشهای عددی و به ویژه روش اجزاء محدود و نیز افزایــش توان محاسباتی کامپیوترها درسالهای اخیر، می‌توان از روش اجزاء محدود برای بدست آوردن توزیع تنش و کرنش در ناحیه تماس غلتک‌ها با قطعه‌کار و در نتیجه تعیین مکانیزم تغییر شکل در این‌گونه فرآیندها استفاده نمود. بنابراین سعی شده که در این بخش با ارائه شبیه‌ساز ی فلوفرمینگ یک لـــوله از جنس فولاد ماریجینگ و مقایـسه آن با مقالات ارائه شده و آزمایش عملی، فرآیند شبیه‌سازی این نوع شکل‌دهی پایش گردد.