بخشی از مقاله
بررسی پارامترهاي موثر در شکل دهی غلتکی سرد مقطع کانال
چکیده
فرآیند شکلدهی غلتکی سرد، فرآیندي همراه با یک تغییر شکل تدریجی ورق در حین عبور از چند ایستگاه با سرعت ثابت میباشد. هر سري از غلتک ها داراي یک زاویه متفاوت هستند که به تدریج تغییر شکل ورق را افزایش می دهند تا هندسه مورد نظر در ورق ایجاد شود. از آنجائیکه ورق همزمان از بین چند سري غلتک باید عبور کند، فرآیند تغییر شکل بسیار پیچیده و غیر خطی است. این پیچیدگی فرآیند و انتخاب نادرست پارامترهاي موجود در فرآیند شکلدهی غلتکی سرد سبب بوجود آمدن عیوبی در محصول نهایی خواهد شد. کنترل کردن پارامترهاي موجود در این فرآیند می تواند سبب تولید محصول بدون عیب شود در این تحقیق پارامترهاي موثر در فرآیند شکلدهی مقطع کانال مورد بررسی قرار میگیرد. براي بررسی تمام این پارامترها معیار بررسی کرنش طولی لبه حاصل از انجام شبیه سازیها می باشد.
واژههاي کلیدي: شکل دهی غلتکی سرد، کرنش طولی لبه، شبیه سازي اجزاي محدود
-1 مقدمه
فرآیند شکلدهی غلتکی سرد یک فرآیند سنتی بوده، که هنوز هم به عنوان یک هنر اسرارآمیز شناخته میشود. در این فرآیند ورق صاف با عبور از بین چند ایستگاه غلتکی در نهایت به مقطع مورد نظر تبدیل می شود در این فرآیند تغییر محسوسی در ضخامت ورق ایجاد نمی شود(شکل .(1
شکل - 1 تولید پروفیل با فرآیند شکلدهی غلتکی سرد
یکسري از پارامترها در حین فرآیند بر اساس نوع و پیچیدگی محصول انتخاب می شوند و در کیفیت محصول تاثیر بسزایی دارند. این پارامترها شامل: زاویه شکل دهی، ضخامت ورق، سرعت شکل دهی، فاصله ایستگاهها می باشند. محققان زیادي در زمینه بررسی پارامترهاي موثر در این فرآیند تحقیق کرده اند از این جمله "سلمانی تهرانی" [1] با استفاده از شبیهسازي با نرم افزار ABAQUS به بررسی عیب کمانش محلی لبه پروفیل کانال متقارن پرداخت و یک حد شکلدهی براي شکل دهی این مقطع پیدا کرد.
فیوترال" [2] به بررسی شرایط موثر در فرآیند شکلدهی غلتکی سرد پرداخت و با انجام 50 آزمایش به بررسی اثر کرنش طولی بر کیفیت مقاطع ناودانی پرداخت. "پنتون و همکارانش" [3] براي تولید مقاطع کانال نامتقارن نشان دادند کرنش طولی حداکثر در جایی اتفاق میافتد که غلتکها در تماس با نوار هستند و نتیجه گرفتند که با افزایش قطر غلتکها، کرنش طولی حداکثر کم میشود. در تحقیقی دیگر "باتاچاریا"[4] و[5] با نصب کردن کرنشسنج در فاصله 1/5 میلیمتري از لبه و 400
میلیمتر از ابتداي ورق کرنش طولی را اندازهگیري کرد و نشان داد با افزایش زاویه خمش میزان کرنش طولی افزایش مییابد و همچنین بیشترین مقدار آن قبل از ایستگاه اتفاق میافتد. مککلر [6] نیز با انجام شبیهسازي اجزاي محدود تنها اثر افزایش زاویه خمش بر روي کرنش طولی لبه را مورد بررسی قرار داد و نتایج شبیه سازي را با نتایج کارهاي تجربی باتاچاریا مقایسه کرد.
-2 مشخصات مدل اجزاي محدود استفاده شده براي انجام شبیه سازي
براي مدلسازي فرآیند از حلگر صریح نرم افزار ABAQUS نسخه 6/7 استفادهشد. مراحل آمادهسازي مدل در محیط ABAQUS/CAE انجام شد. اجزاي مدل طراحی شده در نرمافزار شامل ورق و غلتک میباشد. از آنجائیکه تغییر شکل غلتکها ناچیز است بصورت صلب مدلسازي شدند. ورق در فرآیند شکلدهی غلتکی سرد دستخوش تغییر شکل میشود، بنابراین ورق در نرمافزار بصورت جسم تغییر شکلپذیر تعریف میشود. از طرفی چون ضخامت ورق نسبت به سایر ابعاد آن کوچکتر است از مدل پوسته در نرمافزار براي تعریف ورق استفاده شد. از المان S4R که المان پوسته مرتبه اول چهار گرهاي با انتگرالگیري کاهش یافته است براي مشبندي ورق استفاده شد در مدل طراحی شده براي شبیهسازي تنها ایستگاه اول شکلدهی مقطع کانال شبیهسازي شدهاست. به منظور ساده سازي
تحلیل و همچنین وجود تقارن، تنها نصف ورق و غلتکها مدل شده است(شکل .((2) این مدل متشکل از دو ایستگاه میباشد، ایستگاه صفر عمل شکلدهی انجام نمیدهد و فقط براي جلوگیري از ارتعاشات ورق استفاده شده است بنابراین غلتکهاي این ایستگاه استوانهایی هستند.
شکل - 2 آرایش اولیه مدل مورد استفاده براي شبیهسازي
-3 مقایسه نتایج شبیهسازيهاي حاضر با نتایج تجربی مراجع
براي اطمینان از نتایج حاصل از شبیه سازیها در این تحقیق یک مدل براي اعتبارسنجی نتایج طراحی شد. با استفاده از این مدل چهار شبیهسازي تک ایستگاهی براي زوایاي مختلف مقطع کانال انجام شد و نتایج آن با نتایج تجربی مراجع موجود در این زمینه مقایسه شد . شرایط کاري تحلیل حاضر بصورت مختصر در جدول (1) آمده است.
جدول -1 شرایط کاري تحلیل انجام شده براي اعتبار سنجی نتایجABAQUS با نتایج تجربی
نتایج این مدلها با کارهاي تجربی باتاچاریا و اسمیت [5] و همچنین با نتایج شبیهسازي مرجع [6] مقایسه شد. شرایط کار تجربی باتاچاریا و اسمیت دربخش مقدمه به اختصار شرح داده شد. از آنجاییکه در کار تجربی مرجع [5] کرنشها در فاصله 1/5 mm از لبه اندازهگیري شده است در شبیه سازیهاي حاضر نیز کرنشها از گرهی که در فاصله 1/5 mm از لبه قرار دارد، گرفته شدند. در مرجع [6] از حلگر ضمنی ABAQUS استفاده شده است و بقیه شرایط مشابه کار تجربی مرجع [5]
میباشد. مقایسه نتایج شبیهسازي با نتایج تجربی براي زوایه 20 درجه در شکل (4) ارائه شدهاست. همانطور که از این نمودار پیداست کرنش طولی لبه از مقادیر حداقل در فواصل زیاد قبل از ایستگاه شکلدهی شروع میشود دقیقاًو قبل از ایستگاه به مقدار حداکثر خود میرسد و سپسمجدداً کاهش مییابد تا اینکه به یک مقدار کرنش پسماندتقریباً ثابت برسد این روند در تمام شبیهسازيها براي زوایاي مختلف تکرار میشود.
شکل - 4 مقایسه کرنش طولی در فاصله 1/5 mm از لبه حاصل از شبیهسازي ABAQUS، با نتایج تجربی مراجع [5] و[6] براي زاویه
20 درجه
درصد خطاهاي کرنشهاي بیشینه و پسماند حاصل از شبیهسازيهاي حاضر با نتایج مراجع براي سایر زوایا در جدول (2)
گردآوري شدهاند.
