بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه برشکاری فلزات یکی از اساسی ترین عملیات در صنعت می باشد. یکی از دستگاه های مورد استفاده در صنعت، دستگاه گردبر ورق فولادی می باشد که ورق مربعی یا مستطیلی را به شکل دایره به روش برش مکانیکی، برش می دهد. موضوع این مقاله تحلیل المان محدود تیغه های دستگاه گردبر ورق فولادی می باشد. در این مقاله ابتدا میزان نیروی مورد نیاز برای برش با استفاده از معادلات به دست آمده سپس بر اساس این نیرو میزان تنش ایجاد شده در تیغه به روش المان محدود بررسی می گردد تا به واسطه حداکثر تنش به دست آمده بهترین جنس تیغه و میزان عملیات حرارتی انجام گرفته روی آن بررسی گردد.
مقدمه
برش فلزات شامل برشکاری مکانیکی، برش حرارتی، برش واترجت و سایر روش های می باشد. در برش مکانیکی عملیات برش به وسیله تیغه صورت می گیرد. نیروی مورد نیاز برش می تواند نیروی دست باشد مانند قیچی های آهن بر که برای برش ورق با ضخامت کم استفاده می شود یا به وسیله نیروی موتور و گیربکس، هیدرولیک و یا نیوماتیک تامین شود.
عملیات برش مکانیکی در 3 مرحله انجام می گردد:
-1 تغییر شکل پلاستیک: زمانی که تیغه در قطعه فرو رفته، تغییر شکل پلاستیک در سطح به وجود می آید، در این هنگام تنش از تنش تسلیم قطعه پایین تر است.
-2مرحله نفوذ: در این مرحله تیغه در قطعه کار نفوذ کرده و تنش بیشتر از تنش تسلیم اما کمتر از حد تنش نهایی قطعه می باشد.
- 3 شکست: در این مرحله تیغه به صورت کامل در قطعه نفوذ کرده و شکست رخ می دهد. در این مرحله میزان تنش برابر با تنش برشی قطعه می باشد.
یکی از دستگاه های مورد استفاده در صنعت، دستگاه های گردبر ورق فولادی می باشند که ورق مربعی یا مستطیلی را به شکل دایره به روش برش مکانیکی، برش می دهند. دلیل استفاده از این دستگاه این می باشد که هنگام برش ورق نیازی به نیروی اپراتور نبوده، سطح مقطع برش یک دست بوده و محصول نهایی گرد کامل می باشد. در شکل 1 نمونه این دستگاه نشان داده شده است. در این مقاله با به دست آوردن نیروی حاصل از برش ورق، میزان تنش روی تیغه ها به وسیله نرم افزار تحلیل آباکوس به دست آورده و بر اساس میزان تنش به دست آمده میزان سختی مورد نیاز برای تیغه به دست آید.
.2 محاسبه نیروی برش
در این مقاله میزان نیروی برش برای ورق ضخامت 3 میلیمتر مورد بررسی قرار می گیرد. اریک ابرگ و همکاران در هندبوک ماشینکاری [1]، محاسبات نیروی برشی برای تیغه های موازی هم راستا، تیغه های شیب دار هم راستا و تیغه های دوار را انجام داده اند. نیروی برش به وسیله تیغه های دوار به صورت تقریبی از رابطه زیر به دست می آید:
که در این رابطه n بین 0/75تا 0/85 برای اکثر مواد، k بین 0/7 تا 0/8 تغییر می کند، T ضخامت ورق می باشد، UTS تنش کششی نهایی، زاویه برش و از جدول 1 بدست می آید: با قرار دادن UTS=370 نیوتن بر میلیمتر مربع و ضخامت 3 میلیمتر، 0/55 ، زاویه برش مانند شکل - 2 - به دست می آید. تیغه دستگاه مورد مطالعه دارای قطر 150 میلیمتر می باشد که براساس این قطر زاویه برش برابر با 14/84 درجه می باشد.
شکل -2 زاویه برش
نیروی واقعی برش نیز از رابطه زیر به دست می آید:
در نتیجه نیروی واقعی برش برابر می شود با:
.3 تحلیل المان محدود تیغه
حال بر اساس نیروی به دست آمده تحلیل المان محدود انجام می شود. ابتدا تیغه دستگاه را در نرم افزار مدل کرده که در شکل 3 دیده می شود. تیغه های دستگاه های گردبر، مخروط ناقص می باشد که در این مدل سازی قطر بزرگ برابر با 150 میلیمتر می باشد و شیب تیغه 8 درجه در نظر گرفته می شود.
