بخشی از مقاله
چکیده
بهینه سازی پارامترهای شکل دهی یکی از وظایف مهم برای کاهش هزینه تولید می باشد، برای این منظور دانستن میزان نفوذ هر کدام از پارامترها بر روی هندسه قطعه ضروری می باشد. اهمیت پارامتر شعاع قالب در فرآیند کشش عمیق با استفاده از شبیه سازی متقارن در نرم افزار ABAQUS نمایان شد، اثر تغییرات شعاع قالب بر روی تنش های ایجاد شده در ورق فولادی AISI304 در منطقه کشش مشاهده شد، که در این بررسی شعاع های قالب متفاوت 14mm - ،18 mm، - 22mm در نظر گرفته شد، که با مقایسه ای که انجام شد میزان تنش های وون مایزز برای هر کدام بدست آمد. که مقدار شعاع قالب 22mm، کمترین مقدارتنش ها را نسبت به سایر حالت ها داشت. و با افزایش مقدار شعاع قالب بهترین منطقه کشش را خواهیم داشت.
مقدمه
ورق های فلزی در بدنه اتومبیل نقش به سزایی دارند، در شکل دهی ورق، از یک ابزار برای تغییر شکل پلاستیک استفاده می شود. و هندسه هر ابزاری برای یک نوع تغییر شکل می باشد، در طی فرآیند کشش عمیق زمانیکه پارامترها به درستی انتخاب نشود قطعه کار دچار نقص خواهد شد. و به همین علت بهینه سازی پارامترهای فرآیند، نقش اساسی خواهد داشت. این پارامترها در این فرآیند مانند شعاع قالب، نیروی نگهدارنده ورق، ضریب اصطحکاک و غیره می باشد.
این پارامترها براساس درجه اهمیت خود مورد بررسی قرار می گیرند، که هر کدام از این پارامترها بر روی ضخامت تاثیر متفاوتی دارند. در بررسی های انجام شده، براساس تاگوچی برای تعیین اهمیت هر کدام از پارامترها مورد مطالعه قرار گرفته است، در این روش که براساس کارهای تجربی انجام گرفته است، با بهره گیری از فاکتوریل کسری آرایه ها میزان اهمیت هرکدام صحت سنجی شده است.
از روش تاگوچی به منظور کم کردن تعداد دفعات شبیه سازی استفاده شده، توسط - MARK COLGAN,2003 - بر روی کشش عمیق انجام دادند، آنها بررسی کردند اثر هفت پارامتر را در هشت آزمایش، پارامترهایی که در مطالعه خود استفاده کردند، ائم از، شعاع سنبه، شعاع قالب، نیروی نگهدارنده، نوع روان کننده ها، موقعیت روانکاری، سرعت پانچ و در نهایت عمق کشش را مورد بررسی قرار دادند. برای بهبود کیفیت در این فرآیند از میزان واژه کم و زیاد بهره گرفتند، نتایج نشان داد که پانچ/شعاع قالب بیشترین تاثیر را بر روی ضخامت در ورق فولادی دارند. پارامترهای مورد بررسی به صورت غیر خطی بررسی شد، بسیاری از عوامل وجود دارند که مواد را در فرآیند کشش عمیق متاثر می کنند، در بررسی دیگر - Padmanabhan,2007 - ، از کشش عمیق LPG استفاده کردند و ورق مورد استفاده AISI304 که دارای مقاومت خوردگی بالا می باشد، بهره گرفته شده است.
در میان پارامترهای فرآیند کشش عمیق از سه پارامتر اصلی اعم از نیروی نگهدارنده، شعاع قالب و ضریب اصطحکاک برای بهبود کیفیت قطعه کار نهایی استفاده شده است. این بررسی در سه سطح انجام شده است، این سطوح در حد های کم، متوسط و زیاد ارزش گذاری شده اند، و دیگر پارامترها مانند شعاع پانچ، عمق کشش و غیره به صورت ثابت در نظر گرفته شده است.
پس از انجام آزمایش های تجربی برای سطوحی که انتخاب کردند، فرآیند شبیه سازی را به منظور پیش بینی رفتار ورق استفاده کردند، نتایج بدست آمده با استفاده از روش شبیه سازی صحت سنجی شد، و با استفاده از روش آماری ANOVA تاثیر هر کدام از پارامترهای فرآیند کشش عمیق بر روی توزیع ضخامت روشن شد، و تاثیر عملکرد هر کدام از پارامترها با بیان درصد مورد بررسی قرار گرفت، که درصدها به این صورت می باشد که تاثیر شعاع قالب 89,2 درصد، ضریب اصطحکاک 6,3 درصد، و در نهایت نیروی نگهدارنده 4,5 درصدبدست آمد.
میزان اهمیت شعاع قالب در فرآیند کشش عمیق از مباحث بسیار مهم می باشد، در مقاله حاضر به بررسی تاثیر شعاع قالب بر روی میزان تنش ها در منطقه کشش پراداخته شده است. در بررسی دیگر - , - Lade Jayaharia,2014 از فولاد ضد زنگ آستینیتی ASS304 تحت کشش عمیق در شرایط گرم، و با استفاده از پرس های هیدرولیکی، این کار را انجام دادند،سرعت های پانچ مختلف را مورد بررسی قرار دادند که در نهایت در یافتند که سرعت پانچ پایین در دماهای بالا برای بهبود کیفیت شکل پذیری مناسب می باشد.
در بررسی دیگر که توسط محقق ایرانی انجام گرفته - Iman Aminzahed,2016 - ، این بررسی در مورد پیزوالکتریک که یک رویکرد جدید در ساخت میکرو می باشد، تحقیق اثر فشار بر نیروی پانچ، حالت فنریت، ضخامت بررسی ها انجام شد، و نتایج به این صورت بود که با افزایش نیروی نگهدارنده ورق منجر به کاهش حالت فنریت و نیروی پانچ خواهد شد.
در یک بررسی دیگر توسط - D.K. Karupannasamy 2014 - با استفاده از یک روش المان محدود به پیش بینی شکل پذیری پرداختند با بررسی ضریب اصطحکاک کولمب، با این حال یک مدل طراحی کردند و توپوگرافی سطح مورد نیاز برای بهبود تماس ابزار و قطعه را بررسی کردند. و دریافتند که با روغن کاری می توان در منطقه تماس اثرات اصطحکاک را تغییر داد، و این روانکار ها باعث کاهش میزان ضریب اصطحکاک می باشد. و فرآیند کشش عمیق به صورت غیر خطی نیز بررسی شده است، توسط - A.G. Mamalis, 1996 - ، با استفاده از کد DYNA3D شبیه سازی را انجام دادند، و در این مطالعه پارامترهایی چون، سرعت پانچ، تراکم ورق، ضریب اصطحکاک کولمب بررسی شد، و سه هندسه پانچ را برای دیدن حالت های مختلف بررسی کردند، نتایج حاصل از این بررسی برای فولاد گالوانیزه مفید بود.
شبیه سازی کشش عمیق در فولاد AISI304
شکل پذیری یک ورق بستگی به عواملی چون نیروی نگهدارنده، روانکاری، شعاع پانچ و قالب، میزان لقی قالب و پانچ نسبت به یکدیگر، علاوه بر اینها خواص مکانیکی و ضخامت ورق و هندسه آن بستگی دارد، شکستگی و چین و چروک در این فرآیند وجود دارد، و همین امر باعث ایجاد شکست در ورق خواهد شد. از این رو استفاده از یک نیروی نگهدارنده خوب ضروری می باشد.
و در بررسی هایی که در قبل انجام گرفته است نیروی نگهدارنده را طوری طراحی کرده اند که این مشکلات رفع شود، با این حال در این بررسی میزان نیروی نگهدارنده بصورت ثابت فرض شده است. و علاوه بر آن شعاع قالب و ضریب اصطحکاک نیز ثابت در نظر گرفته شده است که در جدول 1 نشان داده شده است، ضریب اصطحکاک و شعاع قالب مناسب، برای کنترل برگشت فنری در فرآیند کشش عمیق موثر خواهد بود. در این فرآیند به دلیل کاهش و نازک شدن ورق تعیین فشار نیز مهم می باشد، در این مطالعه سه پارامتر مهم فرآیند یعنی، نیروی نگهدارنده، شعاع قالب و ضریب اصطحکاک برای بهبود کیفیت ضخامت در نظر گرفته شده است.
جدول :1 پارامترهای فرآیند کشش عمیق
و برای یافتن تاثیر هر کدام از پارامترها شبیه سازی در چندین سطح انجام گرفت. شبیه سازی کشش عمیق با استفاده از المان محدود ABAQUS انجام شد. که به طور خاص برای شکل دهی کاربرد دارد، در این شبیه سازی در ابتدا مدل به صورت یک چهارم فرض شده است، بدلیل کمتر شدن حجم کار، و همچنین ضریب اصطحکاک کولمب بین نیروی نگهدارنده و ورق، و همینطور برای پانچ و ورق نیز در نظر گرفته شد. از ورق فولادی AISI304 ، که دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند، استفاده شده است.
برای حد پلاستیک آن از مدل پلاستیک خطی استفاده شده است. و خصوصیات الاستیک ماده عبارتند از، مدول یانگ 200 گیگا پاسکال، نسبت پواسون 0/33، و خصوصیات پلاستیک، تنش تسلیم برابر با 205 مگا پاسکال، تنش نهایی 515 مگا پاسکال و کرنش نهایی ./4، شعاع داخلی ورق 320mm و ضخامت آن 3/5 میلی متر در نظر گرفته شده است. در این مدل با المان C3D8R، و میزان اندازه مش ها را برای دقت بیشتر، برای ورق 2 میلی متر در طول و در سه مقطع در ضخامت، که 96 المان برای ورق در نظر گرفتیم. در شکل 1 مدل مشاهده می شود
