بخشی از مقاله
چکیده
صنعت نورد، یکی از متداولترین و پر رونقترین روشهای تولید فرآوردههای فلزی، است. بهگونهای که بیش از هشتاد درصد از فرآوردههای فلزی در سطح جهان به این روش تولید میشود. در میان سایر روشهای فرآیند نورد، در حال حاضر واحد نورد گرم با مشکلات فراوانی در ارتباط با پیشبینی دقیق کراون اولیه غلتکهای کاری جهت رسیدن به پروفیل موردنظر ورق روبرو است.
در کار حاضر شبیهسازی اجزای محدود فرآیند نورد گرم یازده مرحلهای با فرض تغییر شکلپذیر بودن غلتک کاری انجامشده است. مقایسه بین نیروی نورد حاصل از شبیهسازی در هر مرحله و مقادیر تجربی اخذشده از واحد نورد گرم صحت شبیهسازی مورد تائید قرار گرفته است. سپس مقدار کراون غلتک با توجه به پروفیل ورق حاصل از شبیهسازی استخراج میگردد انجام این امر مهم در بالا بردن کیفیت محصول و ارتقای میزان تولید و کاهش ضایعات مؤثر خواهد بود.
مقدمه
تحقیقات در حوزهی نورد به دهههای ابتدایی قرن بیستم برمیگردد. به دلیل اهمیت و جایگاه مهم صنعت نورد در طی سالهای گذشته، تحقیقات و پژوهشهای متعددی در این زمینه انجامشده است. در میان سایر روشهای فرآیند نورد، در حال حاضر واحد نورد گرم با مشکلات فراوانی در ارتباط با پیشبینی دقیق کراون اولیه غلتکهای کاری جهت رسیدن به پروفیل موردنظر ورق روبرو است. پیشبینی دقیق پروفیل محصول با توجه به کراون اولیه غلتکهای کاری و همچنین لحاظ نیروهای نورد روی این غلتکها امکانپذیر است.
در سال 1927 اکلوند براساس نظریه تغییر شکل همگن، فرآیند نورد را مدل کرد. وی در مدلسازی فرآیند نورد فرضیات زیر را به کاربرد. -1 صفحات مسطح عمود برجهت نورد، پس از نورد، صاف باقی میمانند. -2 توزیع تنش در راستای عمود برجهت نورد، یکنواخت است. -3 تنش در راستای عمود برجهت نورد ثابت بوده و مستقل از زاویهی تماس است. فرض ون کارمن برای اصطکاک در ناحیه تماس غلتکی به این صورت بود که وی اصطکاک در کل ناحیهی تماس را از نوع اصطکاک خشک فرض کرد
در یک فرآیند نورد ایدهآل در صورتی هماهنگی کامل در شکل ورق موجود است، که پروفیل ورودی بین غلتکها با خروجی از آن متشابه باشد، به عبارت دیگر نسبت ضخامت فلز - ورق - در ورودی به ضخامت خروجی از زیر غلتکها در سراسر عرض ورق یکسان باشد. از جمله کمیتهای مهمی که ارتباط نزدیکی با تخت بودن ورق دارد کراون هست. کراون در هر نقطه از عرض ورق اختلاف ضخامت در مرکز نسبت به آن نقطه میباشد
جان و همکاران با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در نظر گرفتن تمامی عوامل مؤثر بر پروفیل ورق شامل کراون اولیه، کراون حرارتی، کراون سایشی، کراون تغییرشکل الاستیک و انتقال غلتککاری، مقدار بهینه نیروی خمش جکها و انتقال غلتک را جهت کنترل تختشدگی پروفیل ورق به دست آوردند .[4] در کار حاضر پارامتر تأثیرگذار کراون تغییرشکل الاستیک غلتک در نظر گرفته شده است و به دنبال آن امکان پیشبینی کراون اولیه غلتک بهمنظور دستیابی به پروفیل دلخواه ورق فراهم گردیده است.
روش تحقیق
روند شبیهسازی اجزای محدود نورد گرم یازده مرحلهای با فرض تغییر شکلپذیر بودن غلتک و با نرمافزار ABAQUS صورت گرفته است. در شبیهسازی انجامشده در این مقاله فرضیات زیر اعمال گردیده است. 1 فرآیند بهصورت واقعی در نظر گرفته شده و در نتیجه شبیهسازی بهصورت سهبعدی انجامشده است. 2 ورق و غلتککاری بهصورت تغییر شکلپذیر شبیهسازی شده است. 3 با توجه به تقارن صفحهای فرآیند نسبت به صفحه گذرنده از مرکز ورق و موازی با محور غلتکها، تنها نیمه بالایی فرآیند شبیهسازی گردیده است. 4 با توجه به متقارن بودن نیمه بالایی فرآیند، تنها نصف آن شبیهسازی گردیده است. 5 با توجه به فرضیات فوق، هندسه مدل از دو بخش غلتککاری و ورق تشکیلشده است.
غلتککاری به شکل تغییر شکلپذیر در نظر گرفته شده است و به علت تقارن نیمه بالایی فرآیند مدلسازی شده است ؛ همچنین برای مدلسازی فرآیند، طول ورق بهصورت واقعی در نظرگرفته میشود و به علت تقارن صفحهای فرآیند نصف ضخامت ورق، بهصورت سهبعدی تغییر شکلپذیر مدلسازی شده است. شکل - 1 - الف و ب، نمایی از مدل هندسی در نظر گرفته شده برای غلتک کاری و ورق را نشان میدهد.
خواص ماده در نظر گرفته شده
در مسائل شکلدهی گرم دمای قطعه به دلیل انتقال حرارت و کار پلاستیک تغییر خواهد کرد که منجر به تغییر خواص الاستیک و پلاستیک ماده میشود. از طرف دیگر نرخ کرنش نیز در حین فرآیند ثابت نمیباشد بهنحویکه مقدار آن از لحظهی ورود ورق به درون غلتک تا خروج آن تغییر میکند. لذا در شبیهسازی فرآیند نورد گرم جهت دستیابی به نتایج دقیقتر، بهتر است که خواص ماده را تابع دما و نرخ کرنش تعریف شود. ماده ورق استفادهشده در این فرآیند، برنج 70B است. با توجه به اینکه در این مسئله اثرات انتقال حرارت همرفتی و تشعشعی نیز در نظر گرفته شده است لذا پارامترهای مربوط به این انتقال حرارتها در جدول - 1 - آمده است.
خواص الاستیک غلتک کاری که از جنس چدن میباشد؛ در جدول - 2 - آورده شده است.
مونتاژ فرآیند
مونتاژ فرآیند در شکل - 2 - آمده است و با توجه به تقارن فرآیند نیمه بالایی فرآیند نورد گرم مونتاژ شده است.
ابعاد غلتک کاری، ورق ورودی و ورق خروجی استفادهشده در شبیهسازی طبق جدول - 3 - میباشد.
بحث و نتیجهگیری
نیروی نورد تجربی و نیروی هر مرحله از شبیهسازی نورد گرم با فرض غلتک تغییر شکلپذیر در جدول - 4 - آورده شده است. همانطور که مشخص است میزان نیروی نورد حاصل از شبیهسازی در مقایسه با نیروی نورد گزارششده از خط نورد گرم به مقدار قابل قبولی به یکدیگر نزدیک میباشند؛ و این امر صحت شبیهسازی را تائید میکند.
