بخشی از مقاله
طراحي و بهينه سازي فرآيند فورج توپي جديد چرخ عقب خودروي سمند
چکيده
در راستاي داخلي سازي توپي بلبرينگ چرخ عقب خودروي سمند، طرح جديد آن طراحي و ارائه شده است . با توجه به تغيير کلي توپي و اين که مرحله اول توليد آن فورج ميباشد، فرآيند فورج آن بايستي طراحي و بهينه سازي شود. براي اين منظور با استفاده از مدل قطعه نهايي طرح جديد، قطعه فورج و سپس با استفاده از آن قالب فورج توپي جديد طراحي گرديد. در مرحله بعد، فرآيند پر شدن قالب با استفاده از لقمه هاي با ابعاد متفاوت ، نيروي مورد نياز براي پرشدن ، دماي خروج قطعه از قالب ، احتمال تاخوردگي ، کرنش موثر و موقعيت دهي لقمه در قالب بررسي و ابعاد بهينه انتخاب شد.
با توجه به نتايج بدست آمده ، توليد قطعه فورج توپي جديد چرخ عقب سمند در يک مرحله امکان پذير ميباشد. هم چنين ابعاد بهينه لقمه اوليه نيز تعيين گرديده است .
واژه هاي کليدي : توپي چرخ عقب - فرآيند فورج - طراحي قالب .
١- مقدمه
در راستاي داخلي سازي توپي بلبرينگ چرخ عقب خودروي سمند، طرح جديد آن طراحي و ارائه شده است [١]. با توجه به تغيير کلي توپي و اين که مرحله اول توليد آن فورج ميباشد، فرآيند فورج آن بايستي طراحي و بهينه سازي شود. اولين مرحله براي اين کار طراحي قالب فورج توپي جديد است . براي طراحي قالب فورج بايستي با توجه به قطعه نهايي ماشينکاري شده توپي ، قطعه آهنگري آن طراحي و با مشخص کردن خط جدايش ، دو نيمه قالب مشخص شوند. مقطع قطعه نهايي ماشينکاري شده توپي در شکل ١ نشان داده شده است .
شکل ١- مقطع نهايي قطعه ماشينکاري شده توپي
٢- روش تحقيق
٢-١- طراحي قالب فورج
براي اين کار از استاندارد ٧٥٢٣ DIN استفاده ميشود [٢]. ابتدا بايد گوشت اضافه ماشينکاري در نظر گرفته شود. در جدول مربوط به گوشت اضافه ماشينکاري براي تمامي مواردي که ضخامت آنها کمتر از mm٤٠ است مقدار حداقلي ١ و بهينه mm١٥ پيشنهاد شده است . با توجه به اين مطلب براي تمامي سطوح ماشينکاري مقدار mm١ گوشت اضافه در نظر گرفته ميشود. شکل و ابعاد نهايي قطعه فورج براي سطوحي که ماشينکاري نخواهند شد تغيير نمي کند. انتخاب مقدار حداقلي براي کاهش هزينه است چون ٥٠% هزينه قطعه فورج مربوط به ماده اوليه است [٣].
براي مواردي که در آنها از پران براي خروج قطعه از قالب استفاده نمي شود زاويه حداقلي ٣ و بهينه ٦ درجه براي سطوح داخلي و حداقلي ٢ و بهينه ٤.٥ درجه براي سطوح خارجي پيشنهاد شده است . علت بيشتر بودن اين مقدار براي سطوح داخلي اين است که پس از سرد شدن قطعه و انقباض آن، احتمال چسبيدن يا گير کردن قطعه به قالب در سطوح داخلي بيشتر است [٤]. با توجه به موارد بيان شده براي سطوح داخلي شيب ٣ درجه و براي سطوح خارجي شيب ٢.٥ درجه در نظر گرفته ميشود.
با توجه به جدول مربوط به شعاع گوشه هاي داخلي قالب که بر حسب ارتفاع ديواره هاي جانبي ميباشد، براي ارتفاع تا mm١٦ شعاع حداقلي mm٢ و بهينه mm٣ و براي mm١٦ تا mm٤٠ شعاع حداقلي mm٣ و بهينه mm٤ پيشنهاد شده است .
هم چنين طبق جدول مربوط به شعاع گوشه هاي خارجي قالب ، براي ارتفاع تا mm١٦ شعاع حداقلي mm٢ و بهينه mm٤ و براي mm١٦ تا mm٤٠ شعاع حداقلي mm٣ و بهينه mm٦ پيشنهاد گرديده و مقادير استفاده شده نيز در محدوده استاندارد قرار دارد. البته در بعضي موارد محدوديت هاي هندسي باعث تغييرهايي اندک در اين اندازه ها شد.
در جدول مربوط به ضخامت راهگاه و پليسه براي قطعات با تقارن محوري ، با توجه به قطر راهگاه ، ضخامت راهگاه و پليسه پيشنهاد شده است که براي محدوده mm٥٠ تا mm٨٠ مقدار حداقلي ٣ و بهينه mm٥ ميباشد. با توجه به قطر حداکثر mm٦٨ براي راهگاه توپي و اين که ضخامت راهگاه بايد بيشتر از پليسه باشد [٥]، مقدار mm٤ براي ضخامت راهگاه و mm٣ براي ضخامت پلسيه انتخاب گرديد.
مقطع بوجود آمده براي قطعه فورج پس از اعمال موارد فوق در شکل ٢ ديده ميشود. همان طوري که مشاهده ميشود قسمت رينگ ABS که پس از ماشينکاري ضخامت کمي دارد، در اين جا ضخيم تر است که علت آن مونتاژ پرسي بلبرينگ داخل توپي
ميباشد. ماشينکاري اين قسمت در مرحله آخر انجام ميگيرد.
شکل ٢- مقطع توپي در حالت فورج شده
با در دست داشتن قطعه نهايي آهنگري و کم کردن آن از يک استوانه توپر، شکل کلي قالب بدست ميآيد. در شکل ٣ دو نيمه
قالب ديده ميشود که نسبت به شکل ٢ وارونه شده است تا لقمه اوليه به راحتي داخل قالب قرار داده شود.
شکل ٣- دو نيمه قالب فورج توپي
٢-٢- آناليز فرآيند
در اين مرحله فرآيند آهنگري از نظر اين که در چند مرحله انجام ميشود و آيا قالب با نيروي معقول به خوبي پر ميشود مورد مطالعه قرار ميگيرد و قطر لقمه اوليه بدست ميآيد. براي اين کار از نرم افزار المان محدود D٣-Deform استفاده شده است .
در نرم افزار SolidWorks دو نيمه قالب و لقمه اوليه با هم مونتاژ ميشوند و سپس اين مجموعه با فرمت stl ذخيره ميگردد تا هنگام وارد کردن به محيط Deform به طور مناسب نسبت به هم ديگر قرار بگيرند. براي اين منظور چند مقدار پيشنهادي به عنوان قطر لقمه اوليه در نظر گرفته و با توجه به حجم قطعه فورج نهايي ، طول لقمه ها بدست ميآيد. اطلاعات مربوط به ابعاد لقمه ها در جدول ١ آمده است . حجم قطعه فورج ٢٩٥ سانتي متر مکعب ميباشد. قطر ١٠٠ ميلي متر به اين علت آورده نشده است که هنگام قرار دادن داخل قالب ، لقمه بر روي قسمت منحني قرار مي گيرد که استفاده از آن امکان پذير نيست .
براي کاهش تنش سيلان از حد بالاي محدوده دمايي استفاده ميشود [٦] و مقدار ١١٥٠ درجه سانتيگراد به عنوان دماي لقمه انتخاب و خود لقمه وارد ميگردد. با مشخص کردن تعداد مش ها، نرم افزار لقمه وارد شده را مش بندي ميکند. مشخصات مربوط به جنس قطعه در نرم افزار موجود است و با انتخاب فولاد ((C١٢٠٠-٩٠٠)F٢٢٠٠-١٦٥٠)٥٢١٠٠ AISI بارگذاري ميگردد. کافي است مدل هندسي نيمه هاي قالب در موقعيت مناسب نسبت به هم ديگر و نسبت به لقمه وارد شوند. دماي اوليه قالب ٣٠٠ درجه سانتيگراد تعيين ميشود.
با اجرا کردن برنامه ، محاسبات شروع شده و در مواقع لازم مش زني مجدد (Remeshing) انجام ميشود. در نهايت با رسيدن دو نيمه قالب به هم ديگر، آناليز پايان مييابد. اين کار براي ابعاد مختلف لقمه تکرار ميشود. بايستي توجه کرد که تمامي متغيرها به جز ابعاد لقمه ، براي تمام موارد، يکسان باشد.
٣- نتايج
٣-١- نيروي لازم براي پر شدن قالب
بيشترين نيروي لازم براي پر شدن قالب براي قطرهاي اوليه مختلف در نمودار شکل ٤ نشان داده شده است . همان طور که ملاحظه ميشود بيشترين نيروي مورد نياز به قطر اوليه بستگي ندارد و نمودار تقريبا به صورت خطي و در محدوده ٥٠٠٠- ٤٥٠٠ تن ميباشد. پس از نظر انتخاب پرس هيچ تفاوتي بين قطرهاي مختلف وجود ندارد.
