1-4- مروری بر پژوهش‌های انجام شده در زمنیه شکل‌دهی قطعات مخروطی….32
1-5- تعریف مساله و اهداف پایان نامه…………………….. 48
1-6- مراحل انجام رساله……………………………………. 50
فصل 2- فصل2 ………………………………………………. 52
مراحل آزمایشگاهی…………………………………………. 52
2-1- مقدمه………………………………………………….. 53
2-2- انتخاب نوع روش هیدروفرمینگ برای شکل‌دهی قطعات مخروطی……53
2-3- معرفی دستگاه و تجهیزات……………………………. 54
2-3-1- ماشین شکل‌دهی………………………………….. 54
2-3-2- مجموعه قالب………………………………………… 55
2-3-3- قطعات مجموعه قالب………………………………… 57
2-3-4- سیستم تولید فشار………………………………….. 58
2-4- دستگاه‌های اندازه‌گیری………………………………….. 61
2-4-1- دستگاه ضخامت سنج………………………………… 61
2-4-2- دستگاه پروفیل پروژکتور……………………………….. 61
2-5- آزمایش کشش…………………………………………… 62
فصل3 …………………………………………………………….65
فصل 3- شبیه‌سازی اجزای محدود ………………………….. 65
3-1- مقدمه……………………………………………………… 66
3-2- معرفی نرم افزار شبیه‌سازی…………………………….. 66
3-3- مراحل شبیه‌سازی………………………………………… 66
3-3-1- ایجاد مدل هندسی…………………………………….. 67
3-3-2- خصوصیات ماده (ورق)………………………………….. 68
3-3-3- مونتاژ قطعات……………………………………………. 68
3-3-4- مراحل شکل‌دهی………………………………………. 69
3-3-5- تعیین تماس بین سطوح……………………………….. 70
3-3-6- شرایط مرزی و بارگذاری………………………………… 70
3-3-7- شبکه بندی………………………………………………. 73
3-3-8- تحلیل فرآیند……………………………………………… 75
3-4- ناهمسانگردی در ورق…………………………………….. 76
فصل 4- نتایج و بحث…………………………………………….. 78
4-1- مقدمه………………………………………………………. 79
4-2- انتخاب نوع فرآیند هیدروفرمینگ…………………………. 79
4-3- تایید شبیه‌سازی………………………………………….. 81
4-4- بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر شکل‌دهی قطعه مخروطی……82
4-4-1- مقدمه………………………………………………….. 82
4-4-2- بررسی تاثیر مسیر فشار……………………………. 84
4-4-3- بررسی تاثیر سرعت سنبه. …………………………100
4-4-4- بررسی اثر پیش‌بشکه‌ای…………………………… 106
4-4-5- تاثیر پارامتر‌های مجموعه قالب……………………… 108
4-4-5-1- تاثیر زاویه مخروط سنبه…………………………… 108
4-4-5-2- تاثیر ضخامت ورق…………………………………. 114
4-4-5-3- تاثیر شعاع سر سنبه…………………………….. 115
4-4-5-4- اثر شعاع ناحیه بین مخروط – استوانه………….. 118
4-4-5-5- اثر ضریب اصطکاک بین سنبه و ورق………………120
4-4-5-6- اثر ضریب اصطکاک بین ورق و ورق‌گیر…………… 124
4-5- ارائه روش جدید برای شکل‌دهی قطعه مخروطی نوک‌تیز…..126
4-5-1- شکل‌دهی مرحله پیش‌فرم………………………… 127
4-5-2- روش جدید کشش عمیق مجدد برای شکل‌دهی مرحله نهایی……130
4-5-3- ارائه روش جدیدی برای شکل سنبه پیش‌فرم…….136
4-5-4- روند کلی شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک‌تیز با روش جدید…..149
4-6- مقایسه روش شکل‌دهی مخروط در کشش مجدد سنتی و روش ارائه شده..153
فصل 5- نتیجه‌گیری………………………………………….. 155
فصل 6- ……………………………………………………….. 155
فصل 7- پیشنهادات……………………………………………155
7-1- مقدمه……………………………………………………. 156
7-2- نتیجه گیری……………………………………………….. 156
7-3- پیشنهادات……………………………………………….. 159
مراجع …………………………………………………………… 160
فصل 8- پیوست………………………………………………….165
8-1- بررسی شکل‌دهی قطعه مخروطی در اندازه‌های بزرگترو کوچکتر از نمونه بررسی شده…166
چکیده:
شکل دهی قطعات مخروطی در صنعت یکی از زمینه‌های پیچیده و دشوار فرآیند‌های شکل دهی فلزات محسوب می‌شود. به علت تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اولیه شکل دهی، تنش زیادی به ورق اعمال شده که ممکن موجب پارگی آن گردد. بعلاوه، از آنجا که بخش عمده ای از سطح ورق در ناحیه بین نوک سنبه و ورق‌گیر آزاد است، در صورت کشیده شدن ورق، در دیواره قطعه مخروطی چروک ایجاد   می‌شود. به همین دلیل این قطعات را در صنعت عموماً با روش اسپینینگ، شکل دهی انفجاری یا با کشش عمیق چند مرحله ای شکل می دهند. هر یک از روشهای موجود در صنعت دارای محدودیت‌هایی می‌باشد. بویژه برای تولید قطعات مخروطی نوک‌تیز این روشها با محدودیت‌های جدی‌تری مواجه هستند.
در زمینه شکل دهی قطعات مخروطی تحقیقات محدودی انجام شده است. در این پایان‌نامه، شکل دهی قطعات مخروطی، بویژه قطعات مخروطی نوک‌تیز با استفاده از یک روش جدید مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش جدید از دو مرحله برای شکل‌دهی قطعه استفاده شده است. در مرحله اول، با استفاده از روش هیدروفرمینگ قطعه مخروطی پیش‌فرم شکل داده می‌شود. در مرحله دوم، با ارائه یک روش جدید کشش عمیق مجدد، شکل‌دهی قطعات مخروطی نوک‌تیز انجام گردیده است.
جهت دستیابی به هندسه پیش‌فرم مطلوب، ضروری بود تا تاثیر پارامترهای قالب و فرآیند تعیین ‌گردد. در این راستا از روش شبیه‌سازی اجزای محدود و مراحل تجربی استفاده گردیده است. با بدست آمدن چگونگی تاثیر این پارامتر‌ها و نوآوری حاصل از رساله، امکان شکل‌دهی قطعه مخروطی با نسبت زیاد میسر گردید. نتایج نشان داده‌است که با روش ارایه شده قطعه مخروطی با نوک‌تیز و با حداکثر کاهش ضخامت 12% شکل داده شد. برای بررسی قابلیت تعمیم روش ارائه شده، دو قطعه مخروطی با مقیاس کوچکتر و بزرگتر مورد آزمایش قرار گرفت و نشان داده شده است که نتایج قابل توسعه می‌باشد.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
قطعات مخروطی در صنعت و بطور خاص در صنایع نظامی، دارای کاربرد گسترده‌ای می‌باشند. یکی از رایج‌ترین فرآیند‌های شکل‌دهی ورق‌های فلزی، فرآیند کشش عمیق است. شکل‌دهی قطعات مخروطی با این فرآیند موضوع دشوار و پیچیده‌ای محسوب می‌گردد ]1و2[. شکل (1-1) شماتیک فرآیند مذکور را برای شکل‌دهی یک قطعه مخروطی نشان می‌دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، به دلیل تماس کم سطح ورق با سنبه در مراحل اولیه شکل‌دهی، تنش‌های زیادی در ناحیه تماس با نوک سنبه، به ورق اعمال می‌شود که موجب پارگی آن می‌گردد. بعلاوه، از آنجا که بخش عمده‌ای از سطح ورق در ناحیه بین نوک سنبه و ورق‌گیر آزاد است، در صورت کشیده شدن ورق، در دیواره قطعه مخروطی چروک ایجاد می‌شود. شکل (1-2) چروکهای بوجود‌آمده در قطعه مخروطی و همچنین پارگی ایجاد شده در نوک قطعه را که با روش کشش عمیق سنتی توسط نگارنده کشیده شده است، نشان می‌دهد. از این رو، قطعات مخروطی در صنعت عموماً با کشش عمیق چند مرحله‌ای ]1[، اسپینینگ ]2[ یا با شکل‌دهی انفجاری ] 3و4 [ شکل داده می‌شوند. این روشها علیرغم دارا بودن مزیت امکان شکل‌دهی قطعات مخروطی، دارای محدودیتهایی نیز هستند. در کشش عمیق چند مرحله‌ای، به چندین مجموعه قالب نیاز است. بعلاوه، به ازای هر مجموعه قالب باید نوعا پرس و اپراتور تامین گردد. همچنین، با تغییر در شکل و اندازه قطعه باید قالب جدیدی طراحی و ساخته شود که این موضوع سبب افزایش قابل ملاحظه در قیمت محصول می‌گردد. از طرف دیگر، دستیابی به قطعه مخروطی با نوک‌تیز در این روش بسیار دشوار است]1[. در روش اسپینینگ برای تولید قطعه، نیاز به تامین دستگاههای خاص می‌باشد. دستگاهی که بتوان با آن قطعات پیچیده و دقیق را ایجاد کرد، باید خودکار باشد که در آن صورت دارای قیمت بالایی خواهد بود. بعلاوه، دستگاه اسپینینگ برای تولید قطعات خیلی کوچک یا بزرگ دارای محدودیت می‌باشد. در روش اسپینینگ برای اینکه ورق بر روی مندرل قرار گیرد نیاز به یک ابزار خاص می‌باشد. این ابزار دستیابی به نوک‌تیز را برای قطعه مخروطی با محدودیت مواجه می‌سازد]2[. روش شکل‌دهی انفجاری نیاز به تجهیزات خاصی دارد و بعلاوه، با توجه به حساسیت زیاد موضوع انفجار، این روش در موارد خاص کاربرد دارد و ایمنی در آن نقش مهمی‌ را ایفا می‌کند. در این روش سرعت تولید قطعات پایین است و تنظیم پارامتر‌ها بسیار مهم می‌باشد ] 3و4 [.
در طی سال‌های اخیر فرآیند هیدروفرمینگ به عنوان یک جایگزین مناسب برای شکل‌دهی قطعات پیچیده ورقی از سوی صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است. روش کشش عمیق هیدروفرمینگ یک نوع روش کشش عمیق است که در آن از یک سیال تحت فشار، بطور خاص در درون محفظه فشار، به عنوان محیط تغییر شکل دهنده استفاده می‌شود]5[. قطعاتی که با هیدروفرمینگ تولید می‌شوند در مقایسه با کشش عمیق سنتی، دارای مزایای قابل توجهی می‌باشند که از آن نمونه می‌توان به نسبت کشش بیشتر (نسبت قطر ورق اولیه به قطر سنبه در صورتی که قطعه بصورت کامل و بدون عیب کشیده شود)، عملیات ثانویه کمتر، حذف جوشکاری، بهبود بخشیدن به استحکام و چقرمگی، کاهش هزینه قالب، ‌کیفیت سطح بهتر، کاهش برگشت فنری، دقت ابعادی بالاتر و قابلیت شکل‌دهی اشکال پیچیده اشاره کرد]6[.
پارامترهای موثر بر فرآیند هیدروفرمینگ شامل فشار اولیه داخل محفظه قالب، مسیر فشار، نسبت کشش، هندسه سنبه و ورق، جنس ورق و ضریب اصطکاک می‌باشد]5[.
استفاده از سیال برای شکل‌دهی یا هیدروفرمینگ از زمان جنگ جهانی دوم مرسوم بوده است. اولین قطعات هیدروفرم شده در سال‌های 1940 و 1950 تولید شدند. از سال 1990 هیدروفرمینگ به عنوان یک فرآیند قابل قبول در صنایع خودروسازی مطرح و مورد استفاده قرار گرفته است. پس از آن، فعالیتهای پژوهشی در این زمینه متمرکز شده و مراکز تحقیقاتی مرتبط همکاری خود را با شرکت‌های سازنده خودرو و اتصالات فلزی گسترش داده‌اند ]6[.