بخشی از مقاله
چکیده
نوردکاری فرایندی است که در میان روش¬های تولید در زمره شکل¬دهی فلزات محسوب می¬شود. برای اینکه ساختار میکروسکوپی ورق¬های فلزی دستخوش تغییر نشود، فرایند نورد گرم و سرد پیش بینی شده است. آنچه مسلم است
مهمترین مزیت نوردکاری قطعات، تناژ تولید بسیار بالای آن نسبت به دیگر فرایندهای شکل¬دهی می¬باشد. اما این فرایند همراه با پیچیدگی¬های منحصر به فرد خود مانند تنش کششی و برشی، نیرو و توان نوردکاری، گشتاور بوجود آمده در غلتک¬ها، محاسبه کرنش¬های محوری، صفحه¬ ای ودر مواقع نورد گرم کرنش ابعادی ایجاد شده، تحلیل مناسب منطقه مومسان، تنش شارش - سیلان - ، پیش تنش و پس تنش، نرخ کرنش موثر، محاسبه ضریب اصطکاک غلتک¬ها و قطعه کار و شعاع تخت شدگی غلتک¬ها می¬باشد.
در این مقاله با توجه به مشخصه¬های موثر در فرایند نورد گرم و سرد، به تحلیل و بررسی و مقایسه دو معیار پارکینز و اکولوند - از صاحب نظران مهندسی نورد - ، پرداخته شده است. نتایج بررسی نشان دهنده موثر بودن راندمان تغییر شکل و تنش تسلیم در شرایط کارگرم در نورد گرم و همچنین ضریب اصطکاک در محاسبات نورد کاری می¬باشد.
.1 مقدمه
اولین کارگرمی که روی بیش تر قطعات فولادی صورت می گیرد، نورد گرم است. دستگاههایی که نورد گرم را انجام می دهند، از دو غلتک دو جهته به قطر بین 60 تا 140 سانتی متر تشکیل شده اند. مهم ترین نکته ای که فرایند نورد گرم را از نورد سرد متمایز می سازد، دمای آن است.در حقیقت نورد کردن قطعهای در دمای بالاتر از دمای تبلور مجددش نورد گرم میباشد
تا کنون تحقیقات زیادی در رابطه با فرایند نورد گرم و سرد از سوی پژوهشگران صورت گرفته است.
ونگ و فرایمان[2] در تحقیقی تحت عنوان "شبکههای عصبی فازی بهصورت پویا کاربرد آن در کنترل ارتعاش پیچشی در غلتک های نورد سرد پیوسته" بر اساس مدل هیگینز و گودمن، یک شبکه فازی را با استفاده از شبکه عصبی جهت کنترل فرایند نورد طراحی نمودند. نتایج حاصل از تحقیقات آنها نشان دهنده کاهش انحراف سرعت دوران غلتکها و افزایش دقت کنترل و توان و همچنین کاهش ارتعاش پیچشی حاصل از عمل غلتکها، میباشد.
ناندانا و همکاران [3] در پژوهشی با عنوان " تنظیم کوژی و تختی در نورد گرم: مطالعه بهینهسازی چند منظوره با استفاده از الگوریتم ژنتیک" با تعریف دو تابع هدف، نتایج بهینهسازی شده را با الگوی پارتو مقاسه نمودند و اظهار داشتند که با نتایج واقعی مطابقت دارد.
سون و همکاران [4] با استفاده از الگوریتم ژنتیک در مقالهای پیرامون "بررسی الگوریتم ژنتیک برای انتخاب معماری یک شبکه عصبی بهینه در فرآیند نورد گرم" نشان دادند که میتوان به کمک این الگوریتم بهینهسازی فرایند نورد گرم را انجام داد و با بهره-گیری از شبکه های عصبی یادگیری، نیروی نورد را پیشبینی کرد.
کورال و دیگران [5] در تحقیق دیگری تحت عنوان "شبیه سازی کامپیوتری رفتار حرارتی غلتکها در طول نورد گرم نوارهای فلزی"، یک مدل ریاضی را برای نوردکاری گرم در نظر گرفتهاند.
در سال 2010 پیتنر و سمّین[6] در تحقیق خود تحت عنوان "کنترل فرایند نورد سرد پشت سر هم - پیوسته - " یک روش جدید معرفی کردند که با استفاده از روش معادله ریکاتی فرایند نورد را کنترل مینمود.
صفری و مقومی [7] در سال 2015 در پژوهشی با عنوان " بهینه سازی نیرو و توان غلتک های نورد سرد پیوسته با تغییرات ضریب اصطکاک غلتک و ضخامت ورق توسط الگوریتم ژنتیک چند تابعه" ضمن بررسی روابط حاکم بر مهندسی نورد، با استفاده از نرم افزار متلب بهینهسازی فرایند نورد را انجام دادند. نتایج حاصله بیانگر آناست که برنامه نویسی انجام شده با واقعیت منطبق میباشد.
مقومی و صفری در تحقیق دیگری [8] با عنوان "مقایسه تاثیر ضخامت ورق و ضریب اصطکاک در بهینهسازی مصرف انرژی غلتک-های نورد سرد پیوسته به کمک شبکههای عصبی" توان و نیروی غلتکهای نورد سرد مجتمع فولاد مبارکه را با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه سازی نمودند. نتایج نشان دهنده آناست که با این پژوهش توانستهاند توان مصرفی غلتکهای نورد سرد را 35/4 درصد کاهش دهند.
روش تحقیق در این مقاله، تحلیل ریاضی روابط مهندسی نورد میباشد. شکل - 1 - یک نمونه از نوردکاری را به صورت شماتیک نشان می دهد.
شکل - 1 - شماتیک غلتکهای نورد گرم
شرایط کرنش
در فرایند نورد گرم، چند پارامتر مهم باید از روش ریاضی مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد . به همین منظور، برای محاسبه درصد کاهش ضخامت ورق در هر قفسه ابتدا از رابطه - 1 - ، r درصد کاهش ضخامت را یافته آنگاه از معادله - 2 - میانگین تنش تسلیم کششی 2̅̅̅̅، را استخراج می کنیم.
در روابط ذکر شده، درصد کاهش ضخامت ورق در هر قفسه، ̅ تنش تسلیم کششی میانگین ، hin ضخامت ورودی و h1 ضخامت خروجی ورق در هر قفسه میباشند. معمولا" برای محاسبه نیرو و یا انرژی تغییر شکل در فرایند های شکل دادن فلزات، به جای تنش تسلیم متغیر فلز از یک تنش تسلیم میانگین استفاده میشود. k وn به ترتیب ضرایب مقاومت و کار سختی فولاد بر اساس معادله لودویک میباشند که از نمودارهای تنش - کرنش رفتار فولادها قابل دستیابی هستند. 0کرنش اولیه و اندیس t در برای کرنش صفحه ای تعداد مراحل نورد میباشد.
برای محاسبه تنش تسلیم میانگین از رابطه3 استفاده میشود. در این رابطه2̅̅̅̅، تنش تسلیم میانگین بوده که در صفحهای نسبت آن با ̅ تنش کششی میانگین همانند رابطه 3 میباشد
بر اساس رابطه - 4 - میتوان فشار میانگین Pm غلتکها را محاسبه کرد. در این رابطه ℎ میانگین ضخامت ورودی و خروجی هر قفسه و ضریب اصطکاک ورق تحت نورد و غلتک، طول ناحیهی مومسان و میانگین تنش میباشد.
با استفاده از معادله لودویک تنش ایجاد شده را که معرف رفتار ورق میباشد را میتوان بهدست آورد. در این رابطه رنش صفحهای و ضرایب و نیز از نمودار تنش - کرنش حقیقی آزمایش تنش استخراج میشوند
در صورتی که فرایند نورد گرم، دارای تنشهای پیشکشش و پسکشش باشد برای محاسبهی تنش میانگین از رابطه 6 استفاده خواهد شد.در این رابطه، تنش پیشکشش و تنش پسکشش میباشند. شکل - 2 - ناحیه مومسان نورد کاری تخت را نشان میدهد.
