بخشی از مقاله
چکیده
فنر مارپیچ فشاري سیستم تعلیق خودرو به دو روش شکلدهی سرد و گرم تولید میشود. در این مقاله شبیهسازي عددي فرایند شکلدهی سرد فنر به کمک نرمافزار المان محدود Abaqus/Explicit، به صورت سه بعدي انجام شد. این شبیه سازي بر اساس یک نمونه صنعتی صورت گرفته است. براي اطمینان از درستی تحلیل عددي، هندسهي فنر شکلدهی شدهي به دست آمده از تحلیل المان محدود با نمونه واقعی مقایسه شد که تطابق خوبی را نشان میدهد. توزیع تنش و کرنش پلاستیک در فنر به دست آمد.
تأثیر ضریب اصطکاك بر روي تنش و کرنش پلاستیک و نیز اثر سرعت تغذیه مفتول بر کرنش پلاستیک و نرخ کرنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که کرنش پلاستیک با افزایش ضریب اصطکاك و سرعت تغذیه مفتول بیشتر میشود که با کنترل این پارامترها میتوان از ایجاد ترك و یا شکست فنر در حین فرایند جلوگیري کرد. هچنین تنش متناسب با ضریب اصطکاك افزایش مییابد.
-1 مقدمه
فنرهاي مارپیچ فشاري سیستم تعلیق خودرو هم در دماي محیط و هم در دماي بالا شکلدهی میشوند
در شکلدهی داغ فنر، مفتول فولادي تا بالاي دماي آستنیتی حرارت داده و به درون ماندرل1 تغذیه میشود که فنر به سرعت شکل داده شود. پس از آن فنر کوئنچ2 و سپس زیر دماي آستنیتی تمپر3 میشود. فنرها با تنش پسماند پیچشی با فشردن تا ارتفاع صلب، پیش تنظیم4 شده و سپس ساچمهزنی5 میشوند.
اولین عیب فرایند شکل دهی داغ فنر، خطر دکربوره و اکسید شدن سطح مفتول میباشد. اکسید شدن، به دلیل اینکه مکان ایجاد ترك روي سطح میشود براي عملکرد خستگی فنر زیانبار است. در شکلدهی سرد فنر، مفتول در دماي محیط از یک قرقره به درون ماندرل تغذیه میشود. فنرهاي شکل داده شده بریده میشوند و در کوره تنشزدایی میشوند و سپس تا ارتفاع صلب فشرده شده و در نهایت ساچمهزنی میشوند. در فنرهاي پیچیده شدهي سرد، اکسید شدن سطح وجود ندارد، بنابراین کیفیت سطح بهتري نسبت به حالت داغ دارند
برتی و مونتی فرایند - Berti and Monti, 2010 - شکلدهی سرد فنر مارپیچ فشاري سیستم تعلیق خودرو با قطر و گام ثابت را به روش عددي به روش المان محدود با هدف بررسی اثر ضریب اصطکاك و برخی تنظیمات دستگاه شکلدهی فنر بر روي توزیع تنش و کرنش، خرابی و شکست فنر شبیهسازي کردند. آنها همچنین در پژوهشی دیگر - Berti and Monti, 2011 - ، مطالعهي خود را به صورت تجربی و عددي بر روي فنر با قطر و گام متغیر انجام دادند و علاوه بر بررسی عوامل مذکور، تأثیر لایهي اکسیدي را بر شرایط روانکاري مطالعه کردند.
در این مقاله شبیهسازي عددي فرایند شکلدهی سرد فنر به کمک نرمافزار المان محدود آباکوس و به روش صریح، به صورت سه بعدي انجام شد. شبیهسازي بر اساس یک نمونه صنعتی انجام شده است و مقایسه فنر شکلدهی شده توسط تحلیل عددي با نمونه واقعی، تطابق خوبی را نشان میدهد. در این مطالعه توزیع تنش و کرنش و نیز اثر برخی از پارامترهاي فرایند بررسی شد.
-2 مدلسازي و تحلیل
فنر مورد مطالعه در این مقاله، فنر مارپیج سیستم تعلیق عقب خودرو پراید می باشد که در کارخانه فنر لول ایران تولید میشود. فنر مورد نظر به صورت سرد شکلدهی میشود. شکل-1الف نمایی از دستگاه شکلدهی فنر و شکل -1ب مدل المان محدود ایجاد شده را نشان میدهد. کلاف مفتول از یک قرقره باز شده و از مسیري که در شکل با شماره 1 مشخص شده با اعمال نیروي مناسب تغذیه میگردد. اولین بخش شکلدهی توسط قطعه 2 انجام میشود و پس از آن غلتک هرزگرد مرحله بعدي شکلدهی را انجام میدهد. قطعهي 4 که در جهت عمود بر صفحه میتواند حرکت رفت و برگشتی داشته باشد گام فنر را تعیین می کند.
کنترل قطر داخلی فنر نیز با قطعهي 5 صورت میگیرد. قطر مفتول فنر مذکور 10/4 mm ، قطر خارجی فنر mm 100/2 و گام آن 44/5 mm - به جز حلقههاي اول و آخر - می باشد. از مفتول فنر، نمونه استاندارد تهیه شد و تست کشش توسط یک دستگاه سرو هیدرولیک اینسترون 8802 - شکل -2الف - انجام شد. شکل -2ب، نمودار تنش-کرنش حقیقی به دست آمده از تست کشش را نشان میدهد.
در این مقاله شبیهسازي عددي فرایند شکلدهی سرد فنر به کمک نرمافزار المان محدود Abaqus/Explicit انجام شده است. مدلسازي به صورت سهبعدي انجام شده است. مفتول، تغییر شکلپذیر و بقیه اجزا به صورت صلب مدل شدهاند. براي مشبندي مفتول از المانهاي C3D8R و براي قطعات 4 و 5 نیز ازالمانهاي صلب R3D4 استفاده شد. سایر اجزا به صورت صلب تحلیلی6 مدل شده و نیاز به مشبندي ندارند.
آنالیز مش براي دستیابی به اندازه بهینهي المان صورت گرفت - شکل . - 3 ضریب اصطکاك بین سطوح 0/1 و نوع تماس، سطح به سطح در نظر گرفته شده است. سرعت تغذیه مفتول 0/75 m/s میباشد. براي کاهش زمان حل از بزرگنمایی جرم7 با ضریب 250 استفاده شد که سرعت تحلیل را بیش از 12 برابر افزایش داد. در حل شبهاستاتیکی، انرژي جنبشی تغییر شکل ماده نباید از کسر کوچکی - معمولا 5 تا 10 درصد - از انرژي داخلی سیستم درکل فرایند تجاوز کند. این مورد باید براي ارزیابی این که استفاده از بزرگنمایی جرم با ضریب مذکور قابل قبول میباشد، کنترل شود که این بررسی انجام شد.
شکل - 1 - الف- فنر در حال شکلدهی درون دستگاه ، ب- مدل المان محدود مورد استفاده
