مقاله در مورد هیدروفرمینگ

بخشی از مقاله

هیدروفرمینگ

چکیده
تكنولوژی هیدروفرمینگ(Hydro forming ) ورق از قبل از جنگ جهانی دوم آغاز شدند این روش در تولید قطعات خودرو و بدنة هواپیما در سال 1980 مورد استفاده قرار گرفت و در سالهای 1980 تا 1990 این روش پیشرفت های زیادی یافت.

واژه های کلیدی

هیدروفرمینگ- بالجینگ- فرم دهی انعطاف پذیر
1- مقدمه
با مقیاسة رو ش هیدروفرمینگ با کشش عمیق مزایای زیادتکنولوژی هیدروفرمینگ ورق آشکار می شود که عبارت است از:
1- نسبت کشش بیشتر
2- بهبود کیفیت سطح
3- کمتر شدن برگشت فنری
4- افزایش توانایی در شکل دادن اشکال پیچیده
امروزه تقاضای زیادی برای استفاده از این روش در مورد شکل دهی ورق آلیاژ منیزیم و ورقهای کامپوزیت وجود دارد. از میان تحقیقات وسیع شرکت سوئدی(R&D ) و دانشگاه دورتموند آلمان و انستیتو هاربین نتایج مؤثری حاصل شد ولی این روش هنوز به کندی پیش می رود و علل آن عبارتند از:
1- نیاز به پرس با تناژ بسیار بالا
2- بزرگ بودن میز کار پرس و ابزارهای مورد نیاز
3- کم بودن سرعت تعویض ابزار در خلال عملیات هیدروفرمینگ
4- سرمایه گذاری بسیار بالا در مورد پرس ابزار

2- پیشرفت های گوناگون اخیر در زمینة تکنولوِژی هیدروفرمنگ ورق
مسائلیکه هماکنون بحث بر روی آنها وز مینه تکنولوژی هیدروفرمینگ ورق بیشتر است عبارتند از:
1- چگونگی افزایش عدم محدودیت ها درفرم دادن ورق
2- چگونگی بهبود ظرفیت تغییر شکل دهی ورق
3- چگونگی افزایش سرعت تعویض قالب ها و محصول
4- چگونگی کاهش هزینه پرس
5- چگونگی اتوماتیک کردن تجهیزات
روشهای اخیر هیدروفرمینگ ورق عبارتند از:
1- هیدروفرمینگ با یک دیافراگم لاستیکی
2- فرآیند کشش عمیق هیدرومکانیکی و فرآیند کشش عمیق هیدروریم
3- تغییر شکل ترکیبی از کشش و بالجینگ (Bulging )

2-1) فرآیند هیدروفرمینگ با دیافراگم لاستیکی

در ین فرآیند از یک غشاء لاستیکی بعنوان یک دیافراگم دربدن محفظه هیدرولیک و پانج استفاده می شود و باعث تغییر فرم ورق می گردد.
از این روش برای تولیدات دسته ای جهت قطعات بدنه اتومبیل و هواپیما ب

ه کار می رود.( شکل 1)
مزایا:
1- کیفیت سطح بهتر
2- شکل دادن قطعات پیچیده تر

معایب:
1- این روش برای تولیدات دسته ای استفاده می شود.
2- بازده پرس و تجهیزات آن کم باشد.
3- ممکن است غشاء لاستیکی پاره شود و کنترل چروک ها مشکل شود.

2-2)فرآیند کشش عمیق هیدرومکانیکی و فرآیند کشش عمیق هیدروریم
این فرایند با توجه بهف رآیند هیدروفرمینگ با غشاء لاستیکی بوجود آمد. در این روش فشار لازم جهت شکل دهییمتواند توسط سطح پائین آمدن هیدرولیکی مجزا تأمین شود از این روش برای شکل دهی اشکال پیچیده استفاده می شود ونسبت کشش نیز از 8/1 به 7/2 افزایش می یابد ( شکل –a 2)
از طرف دیگر فرایند کشش عمیق هیدرومکانیکی شعاعی( هیدروریم) می تواند باعث بوجود آمدن مقداری نتیروی شعاعی در هنگام کشش شود که این نیرو باعث جلوگیری از افزایش محدودیت های شکل دهی در ورق فلزی می شود با توجه به نتیجه تحقیقات نسبت کشش با این روش از 6/2 به 2/3 افزایش م یابد( شکل –b 2)
2-3) هيدروفرینگ جفتی ورق فلزی
این روش یک روش شکل دهی خاص می باشد که توسط کلینر(Kleiner ) در دانشگاه دورتموند آلمان در سال 1990 ابداع شد. در این روش در ابتدا دو ورق توسط لیزر به یکدیگر جوش می شوند و سپس مایع هیدرولیک می تواند بین دو بلانک را پر کند و فشار لازم توسط سیستم هیدرولیک تأمین شود. در این حالت تغییر فرم پلاستیک تحت فشار پرس در ورقها شروع می شود و سپس بلانک ها شکل قالب را به خود می گیرند. از مزایای این روش میتوان به محدود شدن فشار و تجهیزات کمی که برای این روش احتیاج می باشد نام برد. با استفاده از این روشیک ورق فولادی با یک پرس000/100 کیلونیوتن فرم دهی شده است( شکل 3).

2-4) تغییر شکل ترکیبی از کشش و بالجینگ
هیدروفرمینگ ورق توسط ترکیب کششش بالجینگ برای سالهای زیادی است که مورد بررسی قرار گرفته است( شکم دادن و کروی شدن ورق را بالجینگ می گویند) از سال 1980 این تئوری توسط شانگ در دانشگاه ملی سنگاپور مورد بررسی قرار گرفته است ما هنوز در مرحله تحقیقات به سر می برد و عملی نشده است.

3- تکنولوژی جدید هیدروفرمینگ ورق( هیدروفرمینگ با یک قالب متحرک)
تکنولوژی جدید هیدروفرمینگ ورق با یک قالب ماده متحرک در سال 2001 توسط زانگ(Zhang ) پیشنهاد شد. در این روش از یک قالب متحرک با قطعات ثابت و متحرک

استفاده شده است که قطعه ای از بلانک در خلال فرآید کشیده می شود و ممکن است یک تغییر شکل مرکب از کشش و بالجینگ برروی آن انجام گیرد. در این روش در مرحلة اول قالب متحرک در تماس با بلانک قرار می گیرد و تغییر فرم پلاستیک در سطح تماس قالب

در بلانک رخ می دهد. قالب متحرک در تماس با بلانک تحت نیروی اصطکاک باقی می ماند که این امر باعث گسترش سطح تغییر شکل یافته می شود که این امر باعث جلوگیر ی از لاغرشدن ورق درفرآیند هیدروفرمینگ می شود( شکل4).

مزایای هیدروفرمینگ با قالب متحر ک
1- این روش برای شکل دهیی اشکال پیچیده که دارای پلاستیسیته کمی هستند
( ور قهای لیتیم و آلومینیم و منیزیم) مؤثر می باشد.
2- با این روش محدودیت شکل دهی ورق فلزی کاهش می یابد.
3- در این روش عمر ابزا ر بهبود می یابد و نیازی به تعویض پانچ نمی باشد و در مورد یک محصول جدید فقط تعویض قالب کافی است.
4- در این روش تماس خوب قطعه با قالب باعث بوجود آمدن شکل نهایی بهتر می شود.
5- در این روش دقت ابعادی بالاتر می رود.
6- در این روش برگشت فنری کمتر می شود.
7- هزینه های ابزار و زمان تولید کاهش می یابد.
8- این روش خصوصاً مناسب محصولاتی با اندازه های بزرگ و پیچیدگی های زیاد می باشد.
نمونه های هیدروفرم شده از ورق های فولاد ضدزنگ و منیزیم در شکل(5) نشان داده شده است.
در شکل(6) نسبت لاغرشدن ورق در هیدروفرمینگ با قالب متحرک و قالب ثابت مقایسه شده است.

نتایج
در این مقاله پیشرفت های اخیر در زمینه هیدروفرمینگ ورق مورد بحث قرار گرفته است. با استفاده از این روشها می توان محدودیت شکل دهی در ورق را کاهش داد و رنج وسیعی از قطعات را با این روش تولید نمود و همچنین روشهایی که شامل چندین بار تغییر شکل دهی در ورق را کاهش داد و رنج وسعی از قطعات را با این روش تولید نمود و همچنین روشهایی را که شامل چندین بار تغییر شکل در روق می باشند به یک یا دوبار شکل دادن تقلیل می یابند. که باعث افزایش بازدهی و کم شدن هزینه ها می گردد.
ولی نکتة لازم جهت عملی شدن این فرآیندها تناژ زیاد پرس و اتوماتیک بودن آن می باشد.

چکیده
تکنولوژی جدید برمبنای سیستم سیلندر(FM ) باعث بهبود سیستم کنترل ورق گیر، صرفه جویی و کاهش وبه حداقل رساندن خرابی قالب و افزایش کیفیت قطعه در عملیات کش عمیق در شرکت فورد شد ه است.

واژه های کلیدی:
فرم دهی- پرسکاری- پرس- پارگی- شکاف- ورق گیر – سیستم FM – س

يلندرهاي نيتروژنی
در بسیاری از عملیات پرسکاری، بهبود یا معیار یک پنی(Penny) يا يك دهم پنی د هر قطعه سنجیده می شود. حدود و وسعت پیشرفت خیلی مشکل به دست می آید و کنترل آن خیلی مشکل تر است یکی از این روشها روش کنترل با نیروی ورق گیر است.

این تکنولوژی جدید بوسیلة شرکت فورد، شرکت Metal forming Control و شركت ماشين سازی Smedberg ايجاد گردیده و محدودیت های سیلندرهای معمول نیتروژنی برشمرده شده و سیستم کنترل نیروی ورق گیر بهتری در طی تولید قطعات به روش کشش عمیق در شرکت فورد، تدارک و تهیه شده است.

فنرهای نیتروژنی جهت نگهداری قطعه کار
حدود سی سال قبل، جایگزینی سیلندرهای نیتروژنی بجای فنرها بعنوان تکنولوژی نگهداری قطعه کار شروع گردید که در بسیاری از عملیات کشش عیمق بکار می رود.
این سیلندرها نسبت به فنرها مزایای قابل توجهی داشتند:
آنها قابلیت اعتماد بیشتری داشته، در حین عملکرد دارای رفتار یکنواخت تر و پیوسته تر و قسمت نسبتاً ارزان و همچنین تا حدودی نیز قابل تنظیم بوده بطوریکه اپراتور می تواند فشار سیلندر را جهت اصلاح نیرو نگهداری کار کم یا زیاد نماید بدون اینکه قالب را باز نماید.
این سیلندرها گام مؤثری در بهبود و پیشرفت بودند زیرا باعث افزایش بهره وری، کارآیی و پیشرفت پروسه و کیفیت قطعه گردیدند.
در حال حاضر دهها هز ار مصرف کننده د رسرتاسر آمریکای شمالی در صنعت پرسکاری از سیلندرهای نیتروژنی استفاده می کنند.
ولیکن قابل توجه است که نیروی واگشت و پس زنی این سیلندر مهم می باشد. از ایرادات معایب این سیلندر خرابی سیلها و درزگیرها پس از کارکرد طولانی و مدوم در سرعت های بالا با استفاده در پرسهای با بار جانبی
( ساید- لود) می باشد که نتیجه خرابی قطعات و توقف کاری خواهد بود. بعلاوه، منبع و مخزن گاز در سیلندر نیتروژنی و یا گروه سیلندرهای لوله ای، همچنانکه حرکت لغزشی عمیق تری در کورس ایجاد شود متراکم گردیده و باعث افزایش تناژ حتی تا میزان 40% می گردد.
این افزایش تناژ باعث کاهش جریان فلز و در نتیجه پارگی و یا شکاف حین عملیات فرم می گردد. بعنوان مثال این اتفاق در فرم دهی بدنة خودرو افتاده است.
اپراتورها می توانند فشار سیلندر را جهت جلوگیری از پارگی در آخر و نزدیکی پایان کورس پرس کاهش دهند و لیکن این کاهش فشار می تواند باعث افزایش احتمال چروکیدگی قطعه هنگامی که می خواهد شکل بگیرد، بشود.
درموقع شروع کورس پرس، سیلندرهای نیتروژنی استاندارد کاملاً منبسط بوده و باعث می شود که حلقه نگهدارندة ورق را کاملاً به طرف لغزنده های پرس به حلقة ورقگیر برخورد می کنند هر کدام از سیلند رهای نیتروژنی چندین تن مقاومت را در لحظة تماس بوجود می آورند. و با شروع حرکت این حلقه که بوسیلة تعدادی از این سیلندرهای نیتروژنی حمایت می شود می تواند باعث یک ضرفه و برخورد و یک شوک قابل توجه گردد که در طول زمان به پرس آسیب می رساند.
هنگامی که وسایل و قسمتهای لغزنده به ته کار می رسد و شروع به بر

گشت می کند، سیلندرهای نیتروِژنی به این حلقه(Binder Ring ) فشار وارد نموده تا سریعتر از قسمت های لغزنده به طرف بالا حرکت نماید که این عمل باعث ایجاد یک ش

وک برگشتی و یا واگشتی می شود که به همان اندازه می تواند در طول انتقال به قطعه آسیب وارد کند. یک استراتژی و پاس متداول برای انتقال قطعه این است که پرس آهسته تر عمل نماید تا زمان بیشتری برای انتقال و انتشار لرزش و ارتعاشات فراهم گردد.

محاسن و مزایای حلقة نگهدارندة کنترل ورق
باکنترل بهتر حلقة نگهدارنده ورق، شوک تکانه برخورد کاهش یافته، کنترل جریان مواد در طی فرم دهی بهبود یافته و کیفیت قطعه نیز بهبود پیدا می کند.
یکب رگشت نرم و آهسته حلقة نگهدارنده باعث کاهش و یا حذف واگشت(پس زنی شدید) گردیده، لذا از اعمال صدمه به قطعه و انتقال نامناسب قطعه جلوگیری می گردد. و نتیجتاً باعث: آسیب دیدگی کمتر پرس، کاهش زمان توقف کاری، تولید قطعات بهتر، عملیات و پروسه نرم تر انجام می شود.
همچنین محاسن کنترل بهتر ممکن است بطور قابل ملاحظه ای برای صنایعی که سعی در تغییر و آماده سازی مواد اولیه وارد به کارخانه که جهت انجام عملیات پرسکاری می باشند، بهتر باشد. صنعت خودرو یک مثال خوب در این ارتباط می تواند باشد.
استانداردهای CAFÉ و تغيير در نیازمندیهای ایمنی صنعتی را به سمت ساختن بدنه های سبک تر و قطعات و اجزاء سازه اتی و پیکربندی قوی تر از جنس فولادهای با استحکام بالا و با آلومینیوم، سوق می دهد.
برای فرم دهی، فولادهای با استحکام بالا(High-Strength Steet) ممکن است تناژ ورق گیر (Binder Ring) بیشتری مورد نیاز باشد و انجام آن که توسط سیلندرهای نیتروژنی انجام می گیرد بدین معناست که برخورد بیشتر و شوک برگشتی با تمام مسائل آن نیز همراه خواهد بود.
برای فرم دهی آلومینیوم کنترل بیشتر تناژ در طول کورس تولید باعث کیفیت پیوسته بالا و حجم خروجی و تولیدی بالا می گردد.
در اینجا، دیگر شوک نمی تواند یک مسئله بزرگ جلوه کند، ولی کیفیت قطعه می تواند از دست برود. به طور خلاصه، کنترل ناکافی حلقه ورق گیر(Binder Ring) استفاده گسترده از مواد سبک تر را در عملیات پرسکاری بلوکه می کند.
تحقیقات سازندگان اتومبیل و USCAR کارمندان فولاد بر روی روشهای متمرکز شده که توانایی فرم دهی فولاد و آلومینیوم، افزایش یابد.

تلاش و کوشش تیمی جهت بهبود و اصلاح کنترل حلقه نگهدارنده

با اجتماع و همکاری محققان در شرکت فورد، مهندسین در شرکت Metalforming Control شرکت Smedberg Machine شیکاگو یک سیستم جدید به نام (Force Modulator)FM تعدیل کننده فشار به وجود آوردند. مانند سیستم های نیتروژنی، پایه و اساس سیلندر این س شده اند.
یک کنترل انحصاری در هر کدام از این سیلندرها به استفاده کننده اجازه می دهد تا تناژ را در هر نقطه از کورس یا در هر نقطه ای در ته کار یا هر جایی از کورس نگه داشته و کنترل نماید. سپس این حلقه خیلی به آرامی و آهستگی با اختیار خود کاربر به جای خودش برمی گردد. تعدیل کننده فشار(FM) از حجم مقدار کمی روغن استفاده می کند، چند گالن برای یک قالب خیلی بزرگ و فشار سیستم کمی نیز موردنیاز می باشد. به علاوه در اغلب موارد عملکرد دستگاه در دمای محیط و یا نزدیک به آن می باشد.
با یک وسیله و ابزار کنترلی، کاربر می تواند در هر کدام از سیلندرهای FM تناژ را تغییر دهد. به عنوان مثال می تواند یک سیلندر 5 تنی را طوری تنظیم کند که حدود 8 تن یا بیشتر فشار را تحمل کند و در زیر این حلقه نگهدارنده (Binder Ring) قرار گیرد.
برای فولاد استحکام بالا(HSS)، حلقه نگهدارنده ورق با تناژ بالا ممکن است موردنیاز باشد ولی تناژ کمتر اجازه می دهد که متریال راحت تر و آسان تر شکل قطعه را به خود بگیرد. در اینجا یک سیلندرFM( تعدیل کننده فشار) هم می تواند با یک سیلندر پایی و کوچکتر از یک سیلندر گازی 8 تن استاندارد راه اندازی شود. تنظیم قالب FM با استفاده از دستورالعمل قالب استاندارد نیتروژنی و این سیستم دیگر یا نیاز کمی به اپراتور دارد و یا اصلاً احتیاج به کنترل اپراتور در حین تولید ندارد.
FM( سیستم تعدیل کننده فشار) دارای توانایی و قدرت راه اندازی خیلی خوبی حتی در موارد با حجم بالا در کاربردهای مختلف می باشد.

افتخار و مباهات در خصوص اصلاح و پیشرفت سیستم هیدرولیک
خصوصیت اثرگذاری سیستم سیلندرهای FM(تعدیل کننده فشار) بر روی قالب شبیه سیستم های نیتروژنی می باشد. و هر یک از سیلندرها نیاز به یک پایه و مقر چندراهه و / یا تیوپ هایی جهت ورود و خروج سیال هیدرولیکی به سیلندرها بعد از هر کورس پرس می باشد.
شکل(1) به عنوان یک مدار هیدرولیکی استاندارد شامل یک پمپ کوچک، یک آکومولاتور، یک و یا دو لوله خنک کننده و یک منبع ذخیره روغن هیدرولیک می باشد.
با توجه به تاریخچه سیستم های هیدرولیکی در تولید و پرسکاری بدنه اتومبیل و پانل ها، پس چرا امروزه در عملیات پرسکاری از این روش( هیدرولیک) استفاده می شود؟
پیشرفت ها و بهینه سازی های انجام شده در زمینه فن آوری سیل ها(درزگیرها) ی هیدرولیکی پاسخ گوی این سؤال می باشد.
این پیشرفت ها شامل درزگیرها و سیل های بهینه شده و سیالات هیدرولیکی که قادر است در شرایط سخت کاری به طور مؤثر و کارا عمل نماید.

موفقیت در زمینه دانش و تحقیقات علمی
بعد از تست نمونه اول در شرکت شیکاگو کارخانه پرسکاری فورد شروع به استقرار و جایگزینی خصوصیات ویژه سیستم FM و تولید آن در سال 2001 کرد. سنجش اولیه بیشتر بر روی کاهش ضربه و شوک برگشتی تمرکز داشت.
به دنبال آن آزمایش های بعدی بیشتر بر روی تغییرات گسترده تر در زمینه کارآیی بهتر پروسه تکیه داشت. آزمایش های موفقیت آمیز در خیلی از کاربردهای مختلف ثابت کرد که کارایی این روش فوق العاده می باشد.

اعضای حمایت کننده
آزمایشات اولیه تولید سیستم تعدیل کننده فشار(FM) بیشتر بر روی قالب های کششی و ضربه ای متمرکز می باشد.
قطعات با سایز متوسط با تیراژ سالیانه حدود سیصد هزار قطعه احتیاج به 4 اینچ کشش دارد. به دلیل اهمیت مسائل و مشکلات در ارتباط با شوک و ضربات پرس های م

کانیکی ضربه ای و مسائل پیش آمده که شامل خرابی دستگاه ها در حدود شش ماه قبل از استقرار سیستم FM بود، استقرار این سامانه اهمیت خاصی پیدا کرده بود. لوله سیلندرها به داخل یک حلقه و مدار هیدرولیک با تمام متعلقات و قطعات سیستم در نواامل یک منبع ذخیره 3 گالنی روغن، 16 سیلندر FM، یک آکومولاتور نیتروژنی کوچک و دو لوله آلومینیومی خنک کننده و یک پمپ هوا بر روی روغن می باشد.
بعد از آزمودن این سیستم، ابزاری که دوباره تعمیر شده بود به سیستم تولید در سال 2001 وارد شد و به طور مداوم راه اندازی و کارکرد داشته است. سرعت در حدود 12 کورس در دقیقه می باشد.
سیستم تعدیل کننده فشار، فشار داخلی را تا psi 800 حفظ می کند و دمای کارکرد سیال هیدرولیک نزدیک و یا معادل دمای محیط می باشد.
این سیستم احتیاج به تعمیر و نگهداری سالیانه دارد ولیکن در طول سه سال اخیر هیچیک از قطعات اصلی جایگزین و یا تعویض نشده اند.
کنترل و تنظیم کردن اولیه ابزار نشان می دهد که تکنولوژی جدید بطور چشمگیری ضربات شوک را کاهش داده و همچنین از شوک برگشتی رهایی و نجات پیدا کرده است( شکل 2).
کاهش شوک های اندازه گیری شده که متجاوز از 60درصد می باشد و نقطه به نقطه کورس به کورس در یک شوک متغیر می باشد بطور قابل توجهی کاسته شده است.
چندین متخصص عملیات کشش در شرکت فورد میزان تغییرات بوجود آمده در کیفیت پانل در سیستم های نیتروژنی وسیستمFM( تعدیل کننده فشار) را مورد بررسی قرار داده اند. آنها با مشاهدة کیفیت پانل ها به پیشرفت های مهم و قابل توجهی رسیدند.
سیستم نیتروژنی باعث شده بود که در عمق یک کورس تناژ افزایش یابد. همچنانکه عمق کشش افزایش پیدا کند، عبور جریان متریال کاهش می یابد. در هر صورت سیستم FM تناژ را ثابت نگهداشته و اجازه می دهد که عبور جریان متریال در آخرین مراحل فرمدهی بیشتر شود.
بدلیل اینکه این سیستم می تواند تولید یک طراحی تناژ متغیر در تمام نقاط یک کورس باشد، این تکنولوژی می تواند کیفیت قطعه را اصلاح کرده و در موارد کششی پیشرفت نماید.

قسمت خارجی کاپوت کامیون، ساخته شده از آلومینیوم
تولیدکنندگان برای یک مرتبه عملیات پایه و قابلیت اعتماد FM را مستندسازی کردند، آنها قالب دیگری را برای نصب انتخاب کردند و به دنبال قانونمند کردن و قابلیت اعتماد و اندازه گیری و مسائل مالی این تکنولوژی FM براي تولید یک قطعه بودند. قالبی را که شرکت فورد برای فرمدهی کاپوت آلومینیومی کامیونهای سبک استفاده می کرد به اندازة خیلی زیادی در حدود700000 تا 800000 قطعه در سال تولید می کرد قالب وابزار موردنظر حدود 4 اینچ کشش راانجام می

دهد. سرعت حدود 9 کورس در دقیقه با استفاده از 24 سیلندر نیتروژنی 5 تن بود. با سرویس دهی در اواخر سال 2002 بعد از یک آزمایش مختصر و مفید و تنظیم دوره ای عملیات، کاهش چشمگیری در میزان شوک و ضربات بوجود آمد و خلاصی و رهایی از واگشت به واسطة الحاق و جایگزینی سیستم FM تأثیر به سزایی در کیفیت پانل ها ایجاد نمود.

در طول هفته های اول خط تولید، تغییرا سرعت پرس را براحتی تا 20 کورس در دقیقه افزایش دهند.
افزایش کورس تا 20 ضربه دردقیقه بستگی به کیفیت پانل و کاهش و کنترل شوک و لرزه دارد. پس از نصب سیستم FM درصد خرابی پانلهای تولیدی تا 70 % کاهش یافته است. بخاطر کاهش زمانهای توقف کاری مشخص گردید که سالیانه حدود 600 ساعت صرفه جویی زمانی شده است.

موفقیت های شرکت فورد
شرکت فورد بیش از یک میلیون دلار برای نصب سیستم های اضافیFM ( تعدیل کنندة فشار) در کارخانة فورد هزینه کرده که به دنبال آن موفقیتهای قبل توجهی در زمینه کنترل حلقة نگهدارنده ورق برای تولید قطعات کششی ونصب سیستم های در کارخانه های پرسکاری فورد در آمریکای شمالی، بدست آمد. بعلاوه شرکت فورد آزمایش فرم دهی فولادهای با استحکام بالا را با این تکنولوژی انجام می دهد.

گزارش شرکت فورد در خصوص سیستمهای FM
- توانايي عملكرد و تکنولوژی قوی و نیرومند بطور صحیح در یک محیط تولیدی
- در صورت آموزش صحیح در قیاس به سیلندر های نیتروژنی نیازمندی کارگاه به تعمیر و نگهداری تفاوتی نمی کند.
- کاهش چشمگیر شوکهای برگشتی و ضربات پرس:
- کاهش صدمات وارده به پرس
- با کنترل تناژ در تمام سطوح در یک کورس این امکان فراهم می گردد تا عبور جریان مواد آسانتر و در نتیجه کیفیت قطعه افزایش یابد.

چکیده
در این مقاله هب بررسی ارتباط بین کرنش های اصلی، فرعی و ضخامتی در حین فرمدهی ورقهای فلزی پرداخته شده و جهت انجام محاسبات سریعتر و خطاهای پایین تر نمودارهایی در این ارتباط تهیه و معرفی شده اند.

واژه های کلیدی:
کرنش- فرم دهی – شیت متاب- پارگی – نازک شدگی – نوموگراف
در مقالات قلبی استوارت کیلر علت اینکه تغییرات د رحالت گرادیان در میانگین طولی موجب کاهش می گردد توضیح داده شد.همچنین مشخص گردید که حداکثر کرنش اصلی مجاز در گرادیان بستگی به کرنش فرعی
( جزئی) ایجاد شده بوسلة نوع فرآیند دارد. در انی مقاله توضیح داده خواهد شد ه چگونه ترکیب سطح کرنشی( اصلی و فرعی) موجب ثبات مقدار نازک شدگی ورق فلزی می گردد.
شکل دهی ورق فلزی بوسیلة یکسری از قوانین محدود می گرد که بیشتر بوسیله قوانین فیزیکی مشخص می شود. یک قانون جالب ثبات حجم می باشد. قبل از فرم دهی، ورق فلزی دارای مقدار ثابتی حجم( حجم ثابتی) می باشد، مگر اینکه در حین فرم دهی مقداری از ماده فلز برداشته شود که معمولاً در اثر خط افتادن روی سطح فلز اتفاق میافتد. برای ایجاد شکل مو

ردنظر(قطعه) برروی ورق، طح ورق افزایش یافته و لذا ضخامت ورق نیز کاسته خواهد شد. این قضیه برای کل ورق و هر جزء کوچک آن نیر صدق می مند.

قانون ثبات حجم را می توان به صورت یک معادله تعمیم داد که در آن کرنش ها( اصلی و فرعی ) و مقدار ضخامت که به روش اولتراسونیک گرفته شده، وارد شده اند.
(1+ کرنش فرعی) (1+ کرنش اصلی) 1=(1+ کرنش ضخامتی)
جایی که کرنش ها بصورت اعشار بجای درصدهای معمول ثبت شده اند مثال زیر نمونه هایی از یک محاسه وت خمین می باشد.
یا در این مثال کرنشهای اصلی و فرعی اندازه گرفته شده توسط روش( تحلیل شبکه دایره ای) و ضخامت اندازه گرفته شده توسط اولتراسونیک جهت دستیابی به میزان دقت اندازه گیری های انجام شده، چک می شوند.
ما بیشتر موافق معادلات نیستیم زیرا ممکن است بعلت اینکه فعالیتهای داخلی متعدد به سختی قابل دید می باشند، اشتباهات محاسبه ای اتفاق بیافتد. بنابراین از یک نمودار محاسباتی( شکل 1) برای محاسبة سریع و دقیق استفاده می گردد.
در این نمودار کرنش اصلی همیشه مثبت و به شکل و در راستای عمودی طراحی می شود و کرنش فرعی می تواند مثبت، صفر منفی بوده و به شکل افقی طراحی شود.خطوط از قسمت بالا سمت چپ شروع شده و به قسمت پائین سمت راست ختم می گردند و نمایانگر ثبات نازک شدگی بوده که مقادیر آن در سمت چپ بالا و قسمت بالای نمودار نشانداده شده است.
نکته: برای استفاده می توانید با رفتن به سایت www.metalformingmagazine.com و كليك برروي اسم مقاله، مربوط به دانش شکل دادن و کلیک برروی نوموگراف یک صفحه کامل، نوموگراف را بعنوان یک فایل pdf ذخیره معمول ترین استفاده از نوموگراف محاسباتی، محاسبة کرنش سوم می باشد زمانی که فقط دو تا از سه تا کرنش شناخته شده باشند.
کرنش اصلی(45%) و کرنش فرعی(15%) از مثال بالا به صورت شماره 1 برروی نوموگراف طراحی شده است. این نقطه برروی خط کرنش ضخامتی 40-% قرار گرفته و با نتیجه محاسباتی بالا تطابق دارد.
زمانی که هر دو کرنش اصلی و فرعی مثبت باشند یک کرنش ضخامتی بزرگی جهت حفظ ثبات قانون حجم لازم می باشد. این حالت را می توان بوسیله نقطه شماره 2 نشان داد.
در اینجا، هر دو کرنش اصلی و فرعی برابر با 30+% می باشد و در نتیجه یک کرنش نازک شدگی 40-% داریم.
حفظ یک کرنش اصلی 30+% جهت دستیابی به طرح محصول مورد نیاز، مستلزم تغییر پروسه جهت کاهش کرنش فرعی تا میزان 0 درصد می باشد.( نقطه شمارة 3).نازک شدگی تا میزان 23-% کاسته شده است.
تثبیت آرام یک کرنش اصلی 30+% یک تغییر پروسه اضافی و تولید یک کرنش فرعی30-% مینماید.( نقطة 4) این فشار باعث اعمال در جهت فرعی به ماده فلز نیرو وارد نموده

و باعث ازدیاد طول در جهت اصلی با کاهش نازک شدگی می گردد. در اصل نوموگراف نش

ان میدهد که نقطة 4 دارای یک کرنش ضخامتی با میزان 10+% می باشد.
ضخامت ورق فلزی در پاسخ به کرنش فرعی 30-% افزایش ضخامت می یابد. بجای باریک شدگی و مسئله پارگی، متریال در نقطه 4 به احتمال زیاد اگر توسط یک نگهدارنده – بلانک حمایت و نگهداری نشود، خم شده و دچار ناهمواری می گردد.
ترسیم یک سری از اندازه ها برای دنبال کردن تغییرات پروسه نشاندهنده یکی دیگراز 
یک تغییر حالت از نقطه 1 به 2 در شکل(1) نشاندهنده کاهش کرنش اصلی است و این در حالی است که مقدار نازک شدگی ثابت می باشد. احتمالاً سایش و یا حفاظ برروی ابزار یک تغییر ناخواسته و نامحسوس ایجاد کرده است.

بیشترین قسمت های چاپ شده امروزه شامل 20% نازک شدگی می باشد. این قضیه در شکل(2) نشان داده شده است، قسمتی که ترکیبات تغییر شکل در بخش هاشور زده می باشد و مجاز به امتداد نمی باشد. این محدودیت نازک شدگی حداکثر به میزان 20% باعث محدودکردن حداکثر کرنش فرعی تا مقدار 12+% می گردد.
بیشترین عمق برجستگی ها و بزرگی در دو جهت موجب افزایش طول خط می شود و بیشتر از این مجاز نیست. درحالیکه چنین محدودیت هایی ممکن است مربوط به شرایط ساختاری باشد. طراحان ابزار باید از چنین مسائلی در مورد مراحل شکل دادن با چنین محدودیت هایی آگاه باشند.
با رعایت این شرایط و محدودیت ها میتوان حتی قبل از آنکه قالب ساخته شود یا اصطلاحاً برش بخورد، شبیه سازی کامپیوتری شکل دادن را انجام داد.
هیدروفرمینگ( شکل دهی بوسیله فشار آب)
Hydroforming
هیدروفرمینگ عملی است جهت انبساط، شکل دهی و خمکاری یک قطعه خام یا لوله با استفاده از فشار سیال. در طی این فرآیند تغییرات زیادی در مقاطع مختلف در طول قطعه ایجاد می گردد در اغلب موارد به دلیل یک چنین ویژگی منحصر به فرد، یک قطعه هیدرو فرم شده قادر است جایگزین چندین عمل پرسکاری گردد. بعلاوه، عملیات سوراخکاری و شیارزنی را می توان با حداقل دفرمگی در سطح قطعه بوسیله هیدروفرمینگ انجام داد. یعنی دو عمل متفاوت که هر کدام دستگاه خاص خود را در فرآیند ساخت نیاز دارد، در فرآیند هیدروفرمینگ با یک دستگاه قابل انجام می باش

د. اینها همه صرفه جویی در هزینه های ساخت محسوب می گردد.

هیدروفرمینگ چگونه کار می کند؟
هیدروفرمینگ لوله:
در فرآیند هیدروفرمینگ لوله، یک قطعه خام لوله ای شکل قبل از اینکه قالب هیدروفرم بسته شود، از سیال کم فشار پر می گردد(1). سیال کم فشار به مثابه مندرل مایع عمل کرده و مانع دفرمگی یا پارگی در سطح لوله می گردد. این سیال همچنین در مرحله اولیه بستن قالب جهت خمکاری لوله به فرم قالب به کار می رود. در مرحله بعد قسمت فوقانی پرس پایین آمده و در جای خود قرار می گیرد(2). در این زمان فشار سیال توسط دستگاه تشدید کننده فشار افزایش یافته و در نتیجه لوله به طرف بیرون منبسط گشته و شکل قالب را به خود می گیرد.
گاهی اوقات، برای اینکه شکل دهی لوله بهتر انجام گیرد، فشار محوری نیز اعمال می گردد. یعنی در هنگام هیدروفرمینگ انتهای لوله به طرف قالب فشار داده می شود. این عمل به دلایل زیر انجام می گیرد:
1- انبساط بیشتر نزدیک دو سر قطعه
2- کشش مقاطعی نظیر T وY(سه راهی)
3- به حداقل رساندن نازک شدن دیواره قطعه
هیدروفرمینگ ورق:
فرآیند هیدروفرمینگ ورق مشابه فرآیند هیدروفرمینگ لوله است. قطعه خام در قالب هیدروفرم قرار می گیرد. قسمت فوقانی پرس پایین آمده، فشار سیال افزایش یافته و در نتیجه قطعه خام شکل قالب را به خود می گیرد. با افزایش فشار، طرح های دقیق را می توان شکل داد. در نتیجه خطوط و شعاع ها به وضوح و دقیق شکل می گیرند.
1- سیال داخل لوله

2- فشار کم
3- فشار زیاد
شبیه سازی هیدروفرمینگ مقرون به صرفه شده است
Hyderoforming Simulation:Becoming Cost Effective

ه هیدروفرمینگ با استفاده از کامپیوتر در مقایسه با تست عملی، ارزان تر تمام می شود؟ چگونه شبیه سازی هیدروفرمینگ تغییرات پرهزینه طراحی را که به دلیل مشکلات ناشی از فرآیند فرمینگ( شکل دادن) به وجود می آید، حذف می نماید.
شبیه سازی کامپیوتری برای پیش بینی عملکرد قطعات، مجموعه ها و خودروی کامل در صنعت خودروسازی به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. مدل های جامع المان های محدود(Finite Elements) تهیه و برای پیش بینی رفتار و عملکرد سازه ها در آزمایشات مخرب جهت تعیین میزان صدمات، ارتعاشات و پایداری سازه به کار رفته است. کاربرد تحلیل به روش المان های محدود(Finite Element Analysis) و سایر تکنیک های طراحی به کمک کامپیوتر جهت طراحی محصول در مراحل اولیه سیکل طراحی، زمان تولید یک خودرو را از مرحله ایده تا تولید نهایی بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.
چنین نتایجی در رابطه با هیدروفرمینگ قطعات لوله ای شکل، با استفاده از تکنیک های شبیه سازی کامپیوتریFEA قابل دستیابی می باشد. نتایج حاصل از آنالیز مدل را می توان جهت بهینه سازی محصول، طراحی ابزارهیدروفرمینگ و پارامترهای مؤثر در فرآیند هیدروفرمینگ مورد استفاده قرار داد. هدف، ساخت قطعاتی است با هزینه کم و طرح بهینه شده که با روش هیدروفرمینگ تهیه می شوند. این نوشته مراحل مختلف فرآیند هیدروفرمینگ را که می توان با برنامه LSDYNA3D یا برنامه های مشابه، شبیه سازی نمود، مورد بحث قرار می دهد. مزیت های اصلی روش هیدروفرمینگ قطعات لوله ای شکل نسبت به روشهای متداول ساخت عبارتنداز: کاهش وزن و کاهش هزینه های ساخت قطعات و مونتاژکاری.
بمنظور دستیابی به مزایای فوق، طرح قطعه، انتخاب متریال و روش هیدروفرمینگ بایستی در مراحل اولیه فرآیند طراحی و مشخص گردد این کار بایستی قبل از طراحی ا بزار و نمونه سازی انجام گیرد درغیراینصورت، ساخت نمونه به روش سعی و خطا و تغییرات دقایق آخر ناشی از آن باعث از دست رفتن برخی از مزایای مورد اشاره خواهد شد. معمولاً بهبود طرح قطعه در مرحلة نمونه سازی خیلی دیر است زیرا که متریال با ارزش روغنکاری پیش نرم دادن و مراحل عملیات حرارتی گرانقیمت باید به فرآیند افزوده شود. اگر محدودیت های فرآیند هیدروفرمینگ در مراحل اولیه طراحی پیش بینی گردد تصمیمات پرهزینه ودیرهنگام حذف خواهد شد. یکی از روشهای دستیابی به این مهم انجام شبیه سازی کامپیوتری می باشد. نتایج شبیه سای فرآنید هیدروفرمینگ یعنی« تنشها و جابجای ها» را میتوان در مرحلة بعدی یعنی تحیلیل به روش المان محدود(FEA ) جهت پیش بینی عملکرد محصول به کار برد. یکپارچگی و جامعیت ساختمان ابزار هیدروفرمینگ نیز قبل از ساختن توسط روش FEA قابل پیش بینی می باشد.
مراحل فرآیند هیدروفرمینگ
قبل از انجام شبیه سازی به روش FEA آگاهی از مراحل مختلف عملیات که باید درمدل شبیه سازی نشان داده شود، حائز اهمیت می باشد. برای تهیه مدل هیدرو فرمینگ برنامه شبیه سازی باید قادر به نمایش پنج مورد زیر باشد:
• شکل هندسی ابزار
• خصوصیات متریال لوله در محدوده شکل پذیری
• تأثیرات متقابل سطوح بین قطعه و ابزار
• فشار داخلی سیال  
برنامه های کامپیوتری تجاری مورد نظر LSDYNA3D و PAMSTAMP معمولاً برای شبیه سازی عملیات شکل دادن( Forming ) بكار می روند. از این برنامه ها جهت فهم و درک مطلوب فرآیندهای هیدروفرمینگ می توان استفاده نمود.
برای درک جامع هیدروفرمینگ بایستی بدانیم که درحین انجام فرآیند های زیر چه اتفاقی بر سرمتریال می افتد.
• نورد لوله
• خمکاری لوله
• پیش شکل دادن
• هیدروفرمینگ
• هیدروسوراخکاری
در عملیات فوق، سخت شدن کرنشی متریال به تدریج افزایش پیدا می کند و با افزایش سختی متریال به نقطه شکست نزدیکتری می شود، مقادیر کرنش متریال برای هر یک از عملیات فوق به شرح زیر می باشد:
• نورد لوله: 5 تا 15 درصد
• خمکاری لوله: 20 تا 30 درصد
• هیدروفرمینگ: 5 تا 15 درصد
اگر برای فولاد، حد پائین مقدار کرنش در حین عملیات نورد لوله( 5 درصد) و خمکاری لوله( 20 درصد) حاصل شود، میزان ازدیاد طول کافی برای هیدروفرمینگ در متریال باقی می ماند، اما اگر حد بالای کرنش به دست آید
( 15 درصد برای نورد لوله و 30درصد برای خمکاری) هیدروفرمینگ در صورتی امکان پذ یر است که قطعة خم شده آنیل گردد( Annealing ) براي حدود میانی کرنش بواسطة نورد و خمکاری لوله، هیدروفرمنیگ نیاز به روانسازی خواهد داشت.(Lubrication ) بدلیل محدود بودن ازدیاد طول پلاستیکی آلیاژ های آلومینیوم، قطعات هیدروفرم شده که نیاز به خمکاری دارند معمولاً قبل از هیدروفرمینگ باید عملیات حرارتی شوند. فولادهای با استحکاک بالا که دارای چکش خواری پائین هستند نیازی ندارند که جهت افزایش قابلیت شکلپذیری آنیل گردند.
شبیه سازی کامپیوتری را می توان جهت پیش بینی، آگاهی و در نتیجه بهینه سازی هر یک از موارد فوق بمنظور کاهش سخت شدن و درنتیجه حذف عملیات حرارتی و روانسازی بکار برد.

شبیه سازی شکل دهی لوله
فرآیند هیدروفرمینگ در کارخانه نورد لوله آغاز می گردد. معمولاً برای بدنه و شاسی خودرو از لولة درزدار فولادی کم کربن 1010/1008 نورد شدة سرد یا گرم و برای قطعات اگزوز از لول هی جوشکاری لیزری شدة اسنتلس استیل 410 و 304 استفاده می گردد. در کارخانة نورد لوله، ابتدا کلاف ورق فولادی باندازه های مورد نیاز بریده می شود و سپس ورق با عبور ا زمیان غلتک

های فرم و ایستگاه جوشکاری و در آخر ایستگاه سایز نمودن، نهایتاً به طولهای مورد نیاز برشکاری می شود. متریال در حین نورد و سایز شدن، بواسطه کرنش، در جهت طولی و محیطی سخت می گردد. میزان سخت شدن کرنشی تابعی از ضخامت، قطر لوله، تعداد غلتک ها، شکل غلتک ها، و میزان کاهش مقطع در هر مرحلة سایز شدن است.
میزان سخت شدن کرنشی که در حین نورد لوله اتفاق می افتد بایستی به حداقل برسد تا خصوصیات شکل پذیری جهت عملیات هیدروفرمینگ در مراحل بعدی حفظ گردد. افراد متعددی( برای مثال Sedlmaier و Wang در سال 1998 عمل شبیه سایز کامپیوتری نورد لوله را انجام داده و نتایجی که بدست آورده اند نشان میدهد که مقادیر کرنش طول پیش بینی شده و اندازه

گیری شده در هر ایستگاه غلتک تقریباً یکسان می باشد. یک چنین شبیه سازی را میتوان با اطمینان جهت ارزیابی و تعیین ابزار نورد و ایده های جدید نورد لوله جهت تولید لوله با حداقل سخت شدن بکار برد.

شبیه سازی خمکاری لوله
بیشتر قطعات هیدروفرم شده ابتدا باید خمکاری گردند تا به شکل کلی قطعه درآمد و بتوانند در حفر قالب هیدروفرمینگ قرار گیرند. در حین خمکاری، متریال لوله تحت تأثیر کرنش های کششی و فشاری پیش از اندازه قرار می گیرد. اگر شعاع خم حداقل دو برابر قطر لوله باشد، نازک شدن جداره بیرونی لوله در محل خم به 20 درصد خواهد رسید. اگر شعاع خم مساوی با قطر لوله باشد، نازک شدن متریال به 33 درصد افزایش می یابد. عموماً شدت نازک شدن جدارة لوله و سخت شدن کرنشی درحین خمکاری ،پارامترهای اصلی در فرم دهی متریال محسوب می گردند. برای پیش بینی دقیق پارامترهای فرآیند هیدروفرمینگ، عملیات خمکاری باید در مدل شبیه سازی کامپیوتری نشان داده شود. سابقة نازک شدن متریال و تنش ناشی از عملیات خمکاری باید ثبت و در عملیات هیدروفرمینگ مورد استفاده قرار گیرد. خمکاری کششی گردان(Rotary Draw Bending ) متداولترین و کم هزینه ترین روش خمکاری لوله های با جدارة نازک می باشد. کنترل دستگاههای خمکاری که با این رو ش کار میکنند به صورت دستی با CNC انجام مي گیرد.
آگاهی از پامرترهای اصلی که نوع فرآیند را دیکته می کنند وسپس استفاده از اطلاعات ورودی صحیح و به روزشده، در تمام عملیات شبیه سازی براساس FEA ، از اهمیت زیادی برخوردار است. پارامتر های اصلی که بایستی در شبیه سازی خمکاری به دقت نشان داده شوند به شرح زیر می باشد:
• شکل هندسی ابزار( قالب)
• ترتیب مراحل خمکاری
• خصوصیات متریال لوله، ترجیحاً آزمایش کشش برروی نمونه های بریده شده از لولة مورد استفاده
• ضریب اصطکاک بین سطوح بحرانی قالب و لوله
در شکل(1) مدل FEA و كليه سطوح کنترل ابزار جهت خمکاری نشان داده شده است. خصوصیات متریال لوله(منحنی تنش، کرنش) از نتایج تست کشش برروی یک نمونة بریده شده از لوله بدست آمد. خصوصیات متریال در جهت محیطی و طول یکسان فرض شد. ترتیب مراحل خمکاری از هنگام قراردادن لوله درقالب خمکاری به شرح زیر می باشد:
• گیره بسته می شود تا لوله را محکم بین قالب خم و گیره نگهدارد.
• مندرل به جلو حرکت می کند تا در موقعیت صحیح خود قرار گیرد.
• قالب خم و گیره شروع به چرخش نموده تا لوله برروی محیط قالب خم کشیده شود.
• درحین مرحله سوم، قالب فشاری به طرف جلو حرکت می کند.
• مندرل به عقب برمی گردد.
در مورد برخی نسبت های ضخامت و قطر لوله مندرل مورد نیاز نیست. بن مندرل، لوله به شکل بیضی درمی آید. اگر لولة بیضی شکل در قالب هیدروفرمینگ جا بگیردف لولة خم شدة بدون مندرل را میتوان بکار بردو. نتایج مطالعه انجام شده با و بدون مندرل در جدول(1) نشان دی پیش بینی و اندازه گیری شده به ترتیب در شکل های(2) و (3) نشان داده شده اند.
تغییرات ضخات که به صورت دستی محاسبه گردید حاکی از تغییرات
(20-)درصدی در قسمت خارجی خم (20+) درصد در قسمت داخلی آن می باشد. تغییرات ضخامت که بوسیله روش FEA پیش بینی گردید کاملاً با تغییرات اندازه گیری شدة واقعی همخوانی دارد، مقادیر واقعی با استفاده از اولتراسونیک اندازه گیری شد.

شکل(2) مراحل خمکاری خم 90درجه
شکل (3) ضخامت اندازه گیری شده توسط اولتراسونیک و پیش بینی شده توسط FEA
شبيه سازی پیش فرم دهی
وقتی که قطعه خام لوله ای شکل(Blank ) در نیمة پایینی قالب هیدروفرمینگ قرار می گیرد. بایستی فضای کافی(Clearance ) بين قطعة خام و نیمة پائینی قالب درنظر گرفته می شود تا هنگامی که نیمه بالایی قالب پائین آمده و در وضعیت بسته قرار می گیرد. قطعه تحت اثر Pinchingآسیب نبیند همانگونه که در شکل(2) ملاحظه می فرمایید فرم قسمتهایی از قطعه ایجاب می کند که لوله ابتدا پیش فرم گردد. در حین پیش فرمدهی حالت فنریت قابل ملاحظه ای وجود دارد. لذا قالب پیش فرم باید بتواند این حالت را بخوبی جبران نموده و فرم قابل تکرار قطعة خام(Blank ) را توليد نماید. برای نمایش شبیه سازی هیدروفرمینگ شکل هندسی و سابقة تنش در مرحله پیش فرم دهی باید پیش بینی و این اطلاعت به مرحله هیدروفرمینگ منتقل گردد. در مدل FEA فيكسچر پیش فرم با سطوح صلب نشان داده می شود. شکل هندسی لوله خم شده ضخامت و سابقه تنش ناشی از شبیه سازی خمکاری در تجزیه و تحللیل پیش فرم دهی بکار برده می شود. سطوح صلب برای فرم دهی مقاطع برده می شود. سطوح صلب برای فرم دهی مقاطع دایره ای شکل به فرم مرد نیاز پیش فرم بکار می روند.

شبیه سازی هیدروفرمینگ
تجزیه و تحلیل دوبعدی براساس روش FEA
در مراحل ابتدائی طراحی، تحلیل دوبعدی مقطع باید در مورد مقاطعی که احتمالاً نیاز به پیش فرم دهی لوله دارند و یا اینکه دارای ویژگی هایی هستند که جریان متریال بداخل مقطع را محدود می نماید، انجام می گیرد. یک چنین مقطعی در شکل(4) و مدل FEA نيز در همین شکل نشان داده شده است. اگر اطلاعاتCAD موجود باشد یک مدل FEA براي تحليل مقطع را مي توان در مدت دو یا سه ساعات تهیه و تحلیل نمود با چنین زمان کوتاهی، چندین طرح را می توان به سرعت ارزیابی و بهترین طرح را انتخاب و تأثیر پارا مترهای مختلف را مطالعه و بررسی نمود. تأثیر انواع

روانسازی(Lubrication ) را میتوان با تغییر ضریب اصطکاک بین سطوح لوله و قالب را تعیین نمود. تأثیر تغییر فشار سیال در لوله وقتی که قالب بسته می شود و کالبیراسیون نهایی را میتوان ارزیابی نمود. نتایج ضخامت پیش بینی شده جهت شبیه سازی دوبعدی را در شکل(4) ملاحظه فرمائید.

تجزیه و تحلیل سه بعدی براساس روش FEA
با ادامة طراحی، شبیه سازی سه بعدی باید قب از اینکه طرح نمونه قالب نهایی گردد انجام گیرد. قبل از تهیة مدل FEA براي اين مرحله ترتيب فرآیند هیدروفرمینگ و ابزارهای مربوطه بایستی تعیین گردند. در حین عملیات هیدروفرمینگ کل یا بخشی از مراحل زیر انجام می گیرد:
• قالب بالایی تا در گیری بلوک های انتهایی پائین می آید.
• مخروط های آب بندی تا موقعیت آببندی پیشروی می نمایند.
• لوله از سیال هیدروفرمینگ پرشده و تا فشار بستن قالب پائین تحت فشار قرا

ر می گیرد.
• قالب بالایی تا موقعیت بسته پایین می آید.
• اگرتغذیه انتهایی باز باشد، مخروط های آببندی پیشروی نموده و متریال را به طول مورد نیاز بداخل حفره های قالب هل می دهند.
• فشار داخل لوله ه حداکثر افزایش می یابد.
• سنبه ها پیشروی نموده تا سوراخها و یا شیارها را ایجاد نمایند.
• فشار داخل لوله تا فشار آتمسفر کاهش می یابد.
• سنبه ها به موقعیت اولیه باز می گردند.
• قالب بالایی بالا می رود.
• قطعة هیدروفرم شدة از قالب پائینی خارج می گردد.
مدل FEA، قالب های بالا و پائین به وسیله سطوح صلب نشان داده می شوند شکل هندسی لولة خم شده، ضخامت و سابقه تنش ناشی از شبیه سازی قبلی خمکاری و پیش فرم دهی، جهت تجزیه و تحلیل بکار برده می شوند. فشار داخل لوله را می توان با استفاده از دبی حجمی و یا مستقیماً با تعیین فشار بعنوان تابعی از زمان شبیه سازی نمود.
ضخامت پیش بینی شده برروی مونیتور نشان داده خواهد شد. سایر نتایج پیش بینی شده از تجزیه و تحلیل شامل تشکیل چین خوردگی و تاریخچة تنش/ کرنش می باشد. کرنش های عمده و ناچیز را میتوان برای ارزیابی شکل پذیری برروی یک (Forming Limit Diagram)FLDچاپ نمود. مهمتر از همه انیمیشن تمام سیکل هیدروفرمینگ را می توان برروی صفحة کامپیوتر ملاحظه نمود. با استفاده از نتایج حاصله از این مشاهدات و با ارزیابی عینی نتایج پیش بینی شده تأثیر هرگونه تغییر پارامترها را می توان ارزیابی نمود و بنابراین پارامترها، ابزارها و طرح محصول را بهینه نمود.

ارزیابی مقاومت قالب و پرس
هیدروفرمینگ
FEA قادر است که یکپارچگی سازة سیستم هیدروفرمینگ را ارزیابی نموده استحکام و مقاومت ابزار، بدنه و میز پرس هیدورفرمینگ را وقتی که تحت تأثیر بارهای ناشی از فشار سیال و تناژ پرس قرار می گیرند، می توان بدقت پیش بینی نمود تغییر شکل و تنش ها حدود و میزان استهلاک ابزار و پرس، و سطوحی را که مستعد شکست(failure ) هستند را نشان میدهد.
نمایش صحیح توزیع بار در مدل های FEA دارای اهمیت زیادی است. در حین هیدروفرمینگ قالب ابتدا تحت تأثیر تناژ پرس و سپس بارهای ناشی از سیال پرفشار قرار می گیرد. خصوصیات تنش در قالب بطور قابل ملاحظه ای تغییر می نماید.
حدیده در ساده ترین شکل و در زمینه کشش سیم شامل سوراخی است در قطعه ای از ماده نسبتاً سختی که از میان آن ماده ای نرمتر به پیش رانده یا کشیده می شود. سطح مقطع آن کاهش می یابد و شکل آن تغییر می کند.
در فرآیند حدیده کاری فلز فشرده و با زور از حدیده ای به شکل مناسب عبور داده می شود تا سطح مقطع آن کاهش یابد.
حدیده ها در تقسیم بندی روشهای تولید طبق 8550 DIN فرآیندهای نمونه واری هتسند ک

ه زیر خانواده شکل دادن توده ای گرم و طق 8584 DIN به يك نوع فرآیند تغییر شکل کششی- فشاری متعلق است. زیرا در منطقه تغییر شکل تنش های کششی و فشاری حاکم است.
اما حدیده ها یا حلقه های کشش از چهار منطقه کاری تشکیل شده اند که مشخصه زاویه ها و اندازه ها طبق 1547 DIN برگه 1 استاندارد شده اند.

معرفی مناطق کاری در حدیده ها:

1- مخروط ورودی با زاویه دهانه که وظیفه ورود مناسب سیم و روان کننده ها را به داخل حدیده، برعهده دارد.« زاویه ها در آن ممکن است تا باشد».
2- منطقه کاهش با زوایه مخروط کششی که در این محل قطر سیم ورودی کاهش می یابد.
3- منطقه اندازه گیری« بردگاه» که وظیفه دارد قطر سیم را به اندازه نهایی دلخوه برساند. .
4- منطقه آزاد خروجی که زاویه خروجی می تواند از تا باشد.
اما اندازه های این چهار منطقه مختلف در مقطع کشیده حدیده عمدتاً بستگی به موادی دارد که باید کشیده شود قاعده کلی این است که سیم با جنس سخت تر در مقایسه با جنس نرمتر به مقطعی با زاویه های کوچکتر در منطقه کاهش و طول بیشتر بردگاه نیاز دارد.
جنس حدیده های متداول در صنعت:
1- تنگستن کارباید
2- الماس طبیعی
3- الماس چندبلوریPolycrystalline Diamond(PCD)
تنگستن کارباید: این ماده اساساً مخلوطی از کاربایدهای فلزات سنگین سمانته شده و با نقاط ذوب بالا مثل تنگستن، تانتال، تیتانیوم و غیره و محتوی مقادیر مختلف کبالت به منزله چسب کمکی بین(3 و 7 درصد ) می باشد.
حدیده تنگستن کارباید ارزانترین نوع حدیده ای است که می توان در تولید به کار برد. ولی نسبت به الماس طبیعی یا چند بلوری(PCD ) باید انتظار عمر کمتری از آن داشت. از این نوع حدیده هنوز هم برای تولید سیم از جنس فلزات غیر آهنی حدیده هنوز هم برای تولید سیم از جنس فلزات غیرآهنی مثل طلا و نقره و مس در اندازه های بالاتر کششی سیم و بویژه در طرف اندازه های بالاتر کششی سیم و بویژه در طرف اندازة بزرگتر مجموعه های مخلوطتنگستن کارباید –الماس مجموعه های مخلوط تنگستن کارباید- الماس چند بلوری استفاده می شود. ولی پیشرفت های اخیر در ساخت حدیده های بزرگ(PCD ) ممكن است سرانجام حتي يك كاربرد را هم از تنگستن کاربید بگیرد و استفاده از آن را منسوخ کندو به همین دلیل و نیز در نتیجه سهولت نسبی ساخت و پرداخت کاری استفاده از تنگستن کارباید در تولید حدیده های با مقاطع غیر گرد غالب شده است.
الماس طبیعی
الماس طبیعیعمر مقومت در مقابل سایش بیشتری نسبت به تنگستن کارباید دارد و امکان پرداختکاری بهتری را حتی نسبت به الماس چند بلوری یا دانه بندی ظریف بوجود می آورد این کیفیت در فراهم آوردن سیم های ظریف و سیم هایی که ردتولید سیم مغناطیسی و سیم هایی که درهنر« طلاسازی بعنوان ملیله سازی بکار میرود بسیار مهم است».
یکی از عیب های مهم سنگ الماس طبیعی برای ساخت حدیده این است که الماس کیفیت مرغوب و کمیت لازم قابل دسترسی نیست.
اما برای استفاده از حدیده های از جنس الماس باید آن را داخل محفظه فلزی قرارداد که این محفظه جابجایی آسان حدیده را مقدوش می سازد. پیش تنشی فشاری را روی قطعه الماس طبیعی یا الماس مصنوعی عملی می کند – درگرم کشیدن رسانش گرما را ممکن می کند.
انتخاب الماس طبیعی برای قالبهای کششی سیم به چهار صورت زیر ممکن می شود.
1- اندازه:مناسب برای تأمین بیشترین قطر سوراخ

2- رنگ: بطور عمده زرد، قهوه ای، و خاکستری
3- شکل: که نمایشگر چگونگی تمرکز تنش های داخلی است.
4- صورت کلی: مناسب بودن وضعیت نهایی سنگ که سازنده حدیده با توجه به آن می تواند از خواص بهینه آن استفاده کند.
الماس چندبلوری که مرکب از تعداد بسیاری از بلورهای الماس با جهت های تصادفی است، از لحاظ ماهبت کاملاً شبیه الماس طبیعی است. اما مزایای بیشتری نسبت به آن دارد. علاوه بر این، می توان آن را در محدوده ای وسیع از شکلها و اندازه ها تولید کرد.

ساخت الماس مصنوعی(PCD )
گرافیت و فلز را در محفظه ای از جنس سیلیکات آلومینیوم به صورت کپسول در می آورند. دو طرف محفظه را با صفحه هایی فولادی آب بندی می کنند وهمة محفظه را در مجموعه ای از قالب ها و سندانها از جنس تنگستن کارباید داخل می کنند که در این محل بر آن فشار وارد می شود.« نقشه 1» علاوه بر این جریانی از کپسول عبور داده می شود که محتویات کپسول را تا تقریباض 1400 در جه سانتیگراد گرم می کند و هنگام نزدیک شدن سندانها به یکدیگر فشار تقریباً در 60000 آتمسفر نگه داشته می شود.چنین وضعی در منطقه پایدار الماس حاصل می شود.« نمودار 1» و الماس های از حلال مذاب که فوق اشباع از کربن است رسوب می کند.
عیب عمده در الماس مصنوعی چندبلوری عمل زمان می باشد که بلورهای بزرگ را از لحاظ اقتصادی مشکل می کند.زیرا تولید یک قیراط بلور الماس به چند روز وقت با شرایط یکنواخت انجام فرآیند، نیاز دارد.

ساخت حدیده ها و ماشین آلات مربوطه
چیز ی که در همه انواع حدیده ها مشترک است نیاز به ایجاد یک بخش مخروطی و یک بخش موازی در هر حدیده است. معمولاً ابتدا مخروط های ورویدو خروجی را می سازند و سپس بخش موازی را پرداخت کاری می کنند. قسمت اخیر نیز با استفاده از ماشین پرداختکاری سیمی به بهترین وجه پرداخت می شود. این ماشین تعدادی از حرکات نسبی را بهم می آمیزد که این حرکات را می توان بطور مستقل و یا در تلفیق با یکدیگر بکار برد.
این حرکات عبارت است از:
1- چرخش حدیده
2- کورس نوسان
3- سرعت کورس
4- وضعیت نوسان در طول حرکت
5- زاویه شیب سیم
حرکات 1 تا 4 برای زینه بندی قطر داخلی و حرکت 5 برای درآمیختن شعاع ها در داخل حدیده بکار می رود. این قسمت به سیستم های تایمر فرآیند و اخطاردهندة تعویض خمیر سمباده مجهز است و از تسهیلات لازم به منظور مجهزشدن به سنگ صیقل دهنده سوزنی مخصوص به خود

برخوردار است. این سنگ صیقل دهنده مقاطعی مخروطی شکل از خود بجای می گذارد یک پین شکل داده شده داخل ورودی حدیده می شود. حدیده را روی میز قرار میدهند و از آب که به آن ماده ساینده اضافه کرده اند پر می کنند. این ماده سانیده هنگام کار با حدیده تنگستن کار باید معمولاً کارباید بر و در مورد کار با حدیده های الماس طبیعی یا(PCD ) پودر الماس است.

اندازة دانه ای مواد ساینده در زمانی که فرآیند سنگ زنی ادامه دارد هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی کاهش می یابد. نسبت بین پینها و حدیده ها هنگام استفاده آزمایشی پرداختکاری فراصوتی در شکل(1) نشان داده شده است.