new5

بررسي تجربي و عددي حد شکل‌دهي در فرايند هيدروفرمينگ لوله‌هاي فلزي

49.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشگاه شاهرود
دانشکده مهندسي مکانيک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسي ارشد در رشته
مهندسی مکانیک، گرایش ساخت و توليد

عنوان
بررسي تجربي و عددي حد شکل‌دهي در فرايند هيدروفرمينگ لوله‌هاي فلزي

نگارش
…………………………

اساتيد راهنما
دکتر مهدی گردویی
دکتر محمد بخشی جویباری

استاد مشاور
دکتر عبدالحمید گرجی

بهمن 1392

تقدیم به

پدر و مادر عزيزم كه نه تنها در تمامي مراحل تحصيل كه در يكايك گام‌هاي زندگيم همراهيم نمودند….

تشکر و قدردانی
با تحميد ذات مقدس حضرت حق (جل جلاله) كه توان انجام اين پژوهش را عطايم نمود و سلام و صلوات بر وجود پاك نبي اكرم (ص) و اهل بيت مطهرش (س) و يگانه منجي عالم بشريت، قائم آل محمد (عج) و درود و سلام بر رهپويان ولايت و تمامي كساني كه در راه حق گام بر مي دارند. بر خود واجب مي‌دانم تا از اساتيد گرانقدرم جناب آقاي دكتر مهدی گردویی و جناب آقاي دكتر محمد بخشی كه در راستاي انجام اين پژوهش راهنمايم بودند، كمال تشكر و قدرداني را به عمل آورم. همچنين از جناب آقاي دکتر عبدالحمید گرجي كه به عنوان استاد مشاور از حضورشان بهره جستم سپاسگزارم. لازم است تا از تمامي اساتيد دانشكده مهندسي مكانيك و ساير اعضاي هيئت علمي و مسئولين دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل كه در دوران تحصيل در مقاطع كارشناسي و كارشناسي ارشد از حضورشان بهره علمي و معنوي بردم تشكر نمايم.
در پايان بر خود لازم مي‌دانم تا از جناب آقاي دكتر اصغر شمسی سربندی كه در طي انجام اين پژوهش صميمانه همراهيم نمودند و به جد از هيچ كوششي دريغ نفرمودند كمال سپاسگزاري را داشته باشم.

چکیده

تولید محصولات پیچیده صنعتی از لوله های فلزی با هدف افزایش نسبت استحکام به وزن سازه ها و خصوصاً کاهش مصرف سوخت وسایل نقلیه در سال های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. در این راستا یکی از فرایندهای جدید مورد استفاده، روش های شکل دهی با سیال (هیدروفرمینگ) می باشد. پارگی در فرایندهای شکل دهی ورق ها و لوله ها به عنوان یکی از اصلی ترین عوامل محدود کننده، با استفاده از منحنی های حد شکل دهی (FLD) مورد ارزشیابی قرار می گیرد. استفاده از منحني حد شکل‌دهي برآمده از روش‌هاي شکل‌دهي سنتي در فرايند هيدروفرمينگ معتبر نيست. بکارگيري منحني حد شکل‌دهي برآمده از روش‌هاي شکل‌دهي ورق نيز در فرايندهاي هيدروفرمينگ لوله خطاساز است.
در اين پژوهش با هدف پيش‌بيني تجربي حد شکل‌دهي لوله ‌فولادي زنگ نزن 304، نخست در فرایند هیدروبالجینگ متقارن محوری به بررسي عددي اثر نحوه بارگذاري و هندسه قالب بر مسير کرنش‌گذاري و ناپايداري پلاستيک ايجاد شده در لوله پرداخته ‌شد. به منظور بررسي اثر نحوه بارگذاري، سه نوع بارگذاري آزاد، بارگذاري با تغذيه محوري لوله و بارگذاري با انتهاي ثابت لوله مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه اثر هندسه قالب با تغيير در شعاع گوشه (R) و طول ناحيه تغيير شكل (W) انجام شد. در اين پ‍ژوهش، اثر مقدار تغذيه محوري لوله در حالت بارگذاري با تغذيه محوري بر روی نسبت کرنش (β) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج عددی نشان داد كه مسیر کرنش گذاری لوله در دو حالت بارگذاری آزاد و بارگذاری با انتهای ثابت لوله، به صورت تقریباً مشابه در سمت راست منحنی حد شکل دهی قرار دارد. در این شرایط، با افزایش طول ناحیه تغییر شکل (W)، نسبت کرنش (β) به سمت صفر میل می کند که این نتیجه مستقل از شرایط مرزی است. با افزایش شعاع گوشه قالب (R) در حالت بارگذاری آزاد، با کاهش نسبت کرنش (β) مسیر کرنش گذاری به سمت حالت کرنش صفحه ای نزدیک می شود؛ درحالي كه در بارگذاری با تغذیه محوری لوله، افزایش شعاع قالب تاثیر قابل توجه ای بر مسیر کرنش گذاری قطعه و نسبت کرنش ندارد. در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، با افزایش مقدار تغذیه لوله، نسبت کرنش (β) کاهش چشم گیری می یابد. در بخش تجربی از این تحقیق، از بین آزمون های مختلف شبیه سازی شده تعداد 10 آزمون با پراکندگی مناسب مسیر بارگذاری بر روی صفحه کرنش انتخاب گردید. پس از طراحی و ساخت قالب، لوله های مدرج شده تا رسیدن به پارگی تحت شرایط کنترل شده تحت بارگذاری قرار گرفت و با اندازه گیری کرنش در نواحی مجاور پارگی منحنی حد شکل دهی لوله فولادی ترسیم گردید. منحنی FLD بدست آمده برای لوله فولادی زنگ نزن 304 با منحنی FLD همین جنس از ورق از مطالعات دیگر محققین مورد مقایسه قرار گرفت.
در مرحله نهائی به منظور بررسی کارائی و دقت معیار شکل پذیری استخراج شده، از آن برای پیش بینی پارگی در فرایند ساخت بادامک از لوله مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحلیل عددی و تجربی در این بخش نشان داد که منحنی FLD بدست آمده با دقت قابل قبولی توان پیش بینی شکل پذیری را در فرایند هیدروفرمینگ بادامک داراست. علاوه بر اين، بررسي شكل پذيري قطعه صنعتي تاييد كرد كه منحني حد شكل دهي بدست آمده در اين پژوهش براي پيش بيني شکل پذیری قطعه هاي صنعتي قابل استفاده است.

کلید واژه ها: تحلیل تجربی کرنش، شبیه‌سازی اجزای محدود، نمودار حد شکل دهی، هیدروفرمینگ لوله
فهرست مطالب
تقدیم به ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… إ
تشکر و قدردانی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ب
چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ت
فهرست مطالب ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ج
فهرست شکل ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. د
فهرست جدول ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ر

فصل اول: کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- معرفي فرايندهاي شکل دهی فلزات 2
1-3- معرفي فرايند هیدروفرمینگ 4
1-3-1- تاريخچه فرايند هيدروفرمينگ 4
1-3-2- انواع فرايند‌هاي هيدروفرمينگ 5
1-3-2-1- هيدروفرمينگ ورق 5
1-3-2-2- هيدروفرمينگ لوله 5
1-4- نمودار حد شکل دهي 9
1-4-1- كاربردهاي نمودار حد شكل دهي 10
1-4-1-1- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در طراحي قطعه و تحليل اجزاء محدود 10
1-4-1-2- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در بهينه سازي طراحي قالب 12
1-4-2- برآورد منحنی حد شکل دهی 13
1-4-3- شبکه بندي نمونه ها 14
1-4-3-1- انتخاب دایره ها 15
1-4-3-2- روش های اندازه گیری 15
1-5- مروری بر پژوهش های مرتبط با بررسی شکل پذیری لوله در فرایند هیدروفرمینگ 18
1-6- اهداف پايان نامه 20

فصل دوم: شرح آزمون هاي تجربي 22
2-1- مقدمه 23
2-2- معرفی تجهیزات آزمايشگاهي 23
2-2-1- دستگاه پرس 23
2-2-2- مجموعه قالب 24
2-2-3- سيستم تامین فشار 25
2-2-4- سيال هيدروليکي 27
2-2-5- وسایل اندازه گیری 27
2-3- آماده سازی نمونه های آزمایش 28
2-4- نحوه عملکرد قالب 28
2-5- تعيين خواص مکانیکی لوله 30

فصل سوم: شبیه سازی اجزای محدود فرایند هیدروفرمینگ لوله 32
3-1- مقدمه 33
3-2- معرفي نرم افزار شبيه سازي 33
3-3- مراحل شبيه سازی 35
3-3-1- ايجاد مدل هندسي 35
3-3-2- تعیین خصوصيات لوله 36
3-3-3- مونتاژ لوله و اجزاي قالب 37
3-3-4- تعيين تعداد مراحل و نوع حل مسئله 38
3-3-5- تعیین نوع تماس سطوح اجزا با هم 39
3-3-6- شرايط مرزي و بارگذاري 39
3-3-7- شبكه بندي 41
3-3-8- تحليل فرايند 42

فصل چهارم: نتایج و بحث 43
4-1- مقدمه 44
4-2- صحت سنجی نتایج شبیه سازی 44
4-3- بررسی اثر نحوه بارگذاری و پارامترهای هندسی قالب بر مسیر کرنش 45
4-3-1- بارگذاری آزاد 45
4-3-1-1- بررسی اثر شعاع گوشه قالب (R) 46
4-3-1-2- بررسی اثر طول ناحیه تغییر شکل (W) 47
4-3-2- بارگذاری با تغذیه محوری 48
4-3-2-1- بررسی اثر شعاع گوشه قالب (R) 48
4-3-2-2- بررسی اثر طول ناحیه تغییر شکل (W) 51
4-3-2-3- بررسی اثر مقدار تغذیه محوری لوله (L) 53
4-4- ترسیم منحنی حد شکل دهی لوله فولادی زنگ نزن 304 53
4-5- پیش بینی پارگی لوله در فرایند هیدروفرمینگ بادامک با استفاده از منحنی حد شکل دهی بدست آمده از این پژوهش …………………………………………………………………………………………………………………………..57

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها 60
5-2- نتیجه گیری 61
5-3- پیشنهادها 62

فهرست مراجع 63

پیوست 67
نقشه اجزای تشکیل دهنده قالب هیدروفرمینگ لوله 68
1- نقشه مونتاژی قالب 68
2- نقشه اجزای قالب 68

فهرست شکل ها
شکل (‏1 1) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ ورق، (الف) روش سنبه- سیال (ب) روش ماتریس- سیال [6] 5
شکل (‏1 2) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ لوله (1) قرارگیری قطعه اولیه در قالب (2) بسته شدن قالب (3) پر شدن داخل لوله با سیال (4) آب بندی دو طرف لوله توسط سنبه ها (5) شکل دهی قطعه کار با اعمال همزمان فشار و نیروی محوری (6) باز شدن قالب و خروج قطعه کار نهایی [7] 6
شکل (‏1 3) شکل‌های هندسی قابل تولید با فرايند هیدروفرمینگ لوله (الف) بشكه اي شكل (ب) برجستگي Y شكل (يا T شكل) (ج) انبساط موضعي [10] 7
شکل (‏1 4) نمونه هایی از قطعات تولید شده با استفاده از فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) قطعات اگزوز (ب) ريل آلومينيومي پاييني ماشين ولوو (ج) قاب نگهدارنده موتور [5] 8
شکل (‏1 5) نواحی تقسیم بندی شده منحنی حد شکل دهی بر اساس عیوب [12] 9
شکل (‏1 6) مناطق مختلف نمودار حد شکل دهی [15] 12
شکل (‏1 7) مناطق مختلف نمودار حد شکل دهی [15] 13
شکل (‏1 8) نوار مایلر برای اندازه گیری کرنش های حدی [16] 17
شکل (‏1 9) سیستم تحلیل گر شبکه دایره ای به کمک روش پردازش دیجیتال [16] 17
شکل (‏2 1) دستگاه آزمايش اونيورسال (DMG) 24
شکل (‏2 2) شماتیک قالب استفاده شده در این پژوهش 24
شکل (‏2 3) اجزای مختلف قالب هیدروفرمینگ لوله استفاده شده در این پژوهش 25
شکل (‏2 4) واحد هیدرولیکی تامین فشار اولیه 26
شکل (‏2 5) مدار هیدرولیکی استفاده شده در انجام آزمایش ها 26
شکل (‏2 6) تجهیزات سیستم هیدرولیکی کنترل فشار 27
شکل (‏2 7) تجهيزات اندازه‌گيري (الف) ضخامت سنج مکانیکی (ب) کوليس ديجيتالی 28
شکل (‏2 8) لوله شبکه بندی شده مورد استفاده در آزمایش های تجربی 28
شکل (‏2 9) مشخصات ابعادی نمونه آزمون کشش لوله مطابق استاندارد 370ASTM-A، ابعاد به میلیمتر 30
شکل (‏2 10) منحنی تنش- کرنش حقیقی بدست آمده از تست کشش لوله فولادي 31
شکل (‏3 1) هندسه اجزای قالب و لوله در نرم افزار شبیه سازی، سمت راست: قطعه بادامك، سمت چپ: انبساط دهي آزاد 36
شکل (‏3 2) منحنی حد شکل دهی ورق فولادی زنگ نزن 304 [29] 37
شکل (‏3 3) مونتاژ اجزاي قالب و لوله در شبيه سازي، سمت راست: قطعه بادامك، سمت چپ: انبساط دهي آزاد 38
شکل (‏3 4) منحنی جابجایی- زمان سنبه در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R) 40
شکل (‏3 5) شرايط مرزي اعمال شده به ورق و قالب در شبيه سازي، سمت راست: قطعه بادامك، سمت چپ: انبساط دهي آزاد 40
شکل (‏3 6) منحنی فشار- زمان در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R) 41
شکل (‏4 1) مقایسه بین نتایج شبیه سازی و تجربی، در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm 40=W، mm 10=R)، (الف) در جهت محیطی، (ب) در جهت طولی …………………………………………………………………………………………………… 45
شکل (‏4 2) مسیرهای کرنش مربوط به شعاع های گوشه مختلف قالب در حالت بارگذاری آزاد (mm 40=W)، بدست آمده از شبیه سازی 47
شکل (‏4 3) مسیرهای کرنش مربوط به طول های مختلف ناحیه تغییر شکل در حالت بارگذاری آزاد (mm 10=R)، بدست آمده از شبیه سازی 48
شکل (‏4 4) مسیرهای کرنش مربوط به شعاع های گوشه مختلف قالب در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm40=W) ، بدست آمده از شبیه سازی 49
شکل (‏4 5) توزیع مولفه های کرنش پلاستیک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری برای شعاع های گوشه مختلف قالب، (mm 40=L، mm 40=W)، (الف) mm 5R=، (ب) mm 10 R=، (ج) mm 15R= 50
شکل (‏4 6) مسیرهای کرنش مربوط به طول های مختلف ناحیه تغییر شکل در حالت بارگذاری با تغذیه محوری لوله، (mm40=L، mm 10=R)، بدست آمده از شبیه سازی 51
شکل (‏4 7) توزیع مولفه های کرنش پلاستیک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری برای طول های مختلف ناحیه تغییرشکل، (mm40=L، mm 10=R)، (الف) mm 20W=، (ب) mm 40 W=، (ج) mm 60W= 52
شکل (‏4 8) مسیرهای کرنش مربوط به مقادیر مختلف تغذیه لوله، بدست آمده از شبیه سازی (mm 40=W، mm 10=R) 53
شکل (‏4 9) مسیرهای کرنش آزمایش های طراحی شده بر روی منحنی FLD ورق فولادی زنگ نزن 304، بدست آمده از شبیه سازی 55
شکل (‏4 10) تعدادی از لوله های شکل داده شده در آزمایشگاه 55
شکل (‏4 11) منحنی حد شکل دهی لوله فولادی زنگ نزن 304، حاصل از آزمایش های تجربی (اعداد روی نمودار بیان کننده نسبت کرنش β می باشد) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………56
شکل (‏4 12) منحنی های حد شکل دهی لوله و ورق فولادی زنگ نزن 304 56
شکل (‏4 13) (الف) قطعه صنعتی مورد بررسی، (ب) ابعاد مقطع بادامک (بر حسب میلیمتر) 57
شکل (‏4 14) مسیر کرنش نقطه A از قطعه، (الف) بارگذاری آزاد، (ب) بارگذاری با تغذیه محوری لوله به اندازه mm 30، (ج) بارگذاری با تغذیه محوری لوله به اندازه mm 40، حاصل از شبیه سازی 58
شکل (‏4 15) لوله های بادامک شکل داده شده در آزمایشگاه، (الف) بارگذاری آزاد، (ب) تولید قطعه سالم با تغذیه محوری mm 40 58
شکل (‏4 16) منحنی توزیع کرنش و ضخامت لوله بادامک در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، (mm 40=L، mm 40=W، mm10=R)، (الف) در جهت محیطی، (ب) در جهت طولی 59

فهرست جدول ها
جدول (‏2 1) شرایط آزمایش های تجربی انجام شده 29
جدول (‏2 2) خصوصیات فیزیکی و مکانیکی لوله فولادی مورد استفاده در آزمایش ها 31
جدول (‏2 3) ترکیب شیمیایی لوله فولادی زنگ نزن 304 31
جدول (‏4 1) مشخصات حالت های انتخاب شده جهت انجام آزمایش های تجربی و نسبت کرنش گلویی پیش بینی شده توسط شبیه سازی (*β) و بدست آمده از آزمایش تجربی (β) 54

فصل اول
1- کلیات

1-1- مقدمه
با پيشرفت روز افزون فن آوری و رقابت بازار تجارت، اكثر صنایع مانند صنايع نظامي، فضايي، خودروسازی، پتروشيمي و تاسيساتي به سمت كاهش هزينه و زمان توليد، عرضه محصولاتي سبك‌تر و با كيفيت ‌بالاتر و همچنين سيستم توليد انعطاف‌پذير روي آورده‌اند. به همين دليل استفاده از مواد جديد و توسعه فرایند‌هاي پيشرفته توليد، امري لازم و ضروري است. از این رو، محققان و صنعتگران به سمت فرايند‌هاي توليد پیشرفته با انعطاف پذیری بالا روي‌ آورده اند. يكي از اين فرایند‌ها كه امروزه توجه توليدكنندگان را به خود جلب كرده است، هيدروفرمينگ مي باشد. هیدروفرمینگ فرایندي است كه به دليل نياز به تكنولوژي نسبتاً بالا، كاربرد آن تا مدت‌ها محدود به موارد خاص بوده است. با پيشرفت تكنولوژي، ماشين‌آلات توليدي، سيستم‌هاي آب‌بندي و فرایند‌هاي كنترل كامپيوتري در دهة اخير، شكل‌دهي با فشار سيال، به عنوان يك روش قابل استفاده در صنعت معرفي شده است [1].
در این فصل، ابتدا فرایندهای شکل دهی فلزات معرفی و دسته بندی شده و به جایگاه هیدروفرمینگ در بین آنها اشاره می‌شود. پس از معرفی فرايند هیدروفرمینگ و انواع آن، توضيح مختصري پيرامون منحني-های حد شكل دهي، كاربردهاي آن و روش بدست آوردن آن ارائه خواهد شد. سپس مروري بر پژوهش هاي انجام شده توسط محققان دیگر، در ارتباط با اين پايان نامه ارائه می گردد. در نهايت اهداف و ویژگی‌های پایان نامه حاضر شرح داده می شود.
1-2- معرفي فرايندهاي شکل دهی فلزات
به طور كلي فرايندهاي شكل دهي فلزات را مي‌توان به دو گروه عمده دسته بندی كرد [1]:
الف- شكل دهي حجمي
ب- شكل دهي ورق
شكل دهي حجمي داراي دو مشخصه متمايز زیر است [1]:
1- شكل يا سطح مقطع قطعه كار، تغيير شكل مومسان دائمي و زياد پيدا مي‌كند.
2- مقدار تغيير شكل مومسان در اين فرايند نسبت به تغيير شكل كشسان معمولاً به قدري زياد است كه از برگشت فنري قطعه بعد از تغيير شكل صرف نظر مي‌شود.
فرايندهاي حديده كاري ، آهنگري ، نوردكاري و كشش مثال هايي از فرايندهاي شكل‌دهي حجمي فلزات مي‌باشند.
مشخصه های فرايندهاي شكل‌دهي ورق چنين است [1]:
1- شكل اوليه قطعه كار به صورت ورق است.
2- این فرايند شكل‌دهي معمولاً تغيير قابل توجهی در هندسه قطعه به وجود مي‌آورد، اما مساحت سطح مقطع جسم، چندان تغيير نمي كند.
3- گاهي تغيير شكل های مومسان و كشسان از یک مرتبه‌اند. بنابراين نمي‌توان از برگشت فنري چشم‌پوشي كرد.
فرايندهاي کشش عمیق ، خمکاری و شکل دهی چرخشی نمونه هایی از فرايندهاي شكل‌دهي ورق هستند.
1-3- معرفي فرايند هیدروفرمینگ
هيدروفرمينگ يكي از فرايند‌هاي شكل‌دهي فلزات است كه در آن از يك سيال تحت فشار به منظور ايجاد تغيير شكل پلاستيك در قطعه اولیه كه به شكل ورق يا لوله است، استفاده مي‌شود. در هر يك از فرايندهای هیدروفرمینگ، همواره به يک پرس، قالب و يک سيستم تقويت کننده فشار نياز است [2, 3]. به طور کلی، در فرایند هیدروفرمینگ، به علت توزیع فشار یکنواخت سیال بر سطح قطعه، محصولی با خواص مکانیکی مطلوب به دست می‌آید. از دیگر مزایای هیدروفرمینگ می‌توان به قابلیت تولید قطعات پیچیده، دقت ابعادی بهتر و بهبود شکل دهی موادی که قابلیت شکل دهی کمی دارند، اشاره کرد. از طرف دیگر، اين فرايند داراي معايبي است كه از آن جمله مي‌توان به چرخه آرام توليد و تجهيزات گران قيمت اشاره كرد [2]. هيدروفرمينگ علاوه بر كاربردهاي متعددي كه در صنايع هوافضا دارد، از دهه 1990 به طور گسترده در صنايع خودروسازي مورد استفاده قرار گرفته است. از كاربردهاي عمده اين فرايند در صنعت خودروسازي مي‌توان به ساخت قطعات سيستم اگزوز خودرو، قطعات شاسي، اجزاي موتور و قطعات بدنه خودرو اشاره كرد.
1-3-1- تاريخچه فرايند هيدروفرمينگ
تاريخچه استفاده از سيال به منظور شكل‌دهي فلزات به بيش از 100 سال قبل باز مي‌گردد. كاربردهاي اوليه اين فرايند در ساخت ديگ‌هاي بخار و ادوات موسيقي بوده است. با اين وجود مباني هيدروفرمينگ در دهه 1940 بنيان گذاري شده است. اولين كاربرد ثبت شده فرايند هيدروفرمينگ توسط ميلتون گاروين از شركت شايبل آمريكا در دهه 1950 ميلادي بوده است كه در ساخت ظروف آشپزخانه از اين فرايند بهره جسته است. ساخت اتصالات T- شكل مسي در صنعت لوله‌كشي تا دهه 1990 ميلادي رايج‌‌ترين كاربرد این فرايند بوده است. از دهه 1990، با توجه به پيشرفت‌هاي صنعتي در كنترل كامپيوتري، سيستم‌هاي هيدروليكي و راهبردهاي نوين فرايندهاي طراحي و ساخت، اين فرايند كاربرد ويژه‌اي در صنعت پيدا كرده و جايگزين بسياري از فرايندهاي آهنگري و مهرزني به ويژه‌ در قطعات وسايل نقليه شده است [4].
1-3-2- انواع فرايند‌هاي هيدروفرمينگ
فرايند هيدروفرمينگ را در حالت كلي مي‌توان به دو دسته عمده هيدروفرمينگ ورق و هيدروفرمينگ لوله تقسيم كرد. در برخي منابع، از دسته سومي تحت عنوان هيدروفرمينگ پوسته نيز ياد شده است [5]. در ادامه به معرفي هر يك از اين فرايندها پرداخته مي‌شود.
1-3-2-1- هيدروفرمينگ ورق
در روش هیدروفرمینگ ورق، ماده خام یک ورق است که در درون قالب قرار داده می شود و به کمک فشار داخلی، شکل مورد نظر را به خود می گیرد. به کمک این فرایند می توان قطعات پیچیده را با کیفیت بالاتر و با هزینه کمتر نسبت به روش های سنتی در یک مرحله شکل داد. شماتیک این فرايند در شکل (‏1 1) نشان داده شده است.

شکل (‏1 1) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ ورق، (الف) روش سنبه- سیال (ب) روش ماتریس- سیال [6]

1-3-2-2- هيدروفرمينگ لوله
فرایند هیدروفرمینگ لوله نخستين بار در سال 1940 میلادی توسط گری و همکاران به منظور شکل-دهي لوله T شکلی از جنس مس ابداع شد. در ابتدا کاربرد آن محدود به بدنة دوچرخه بود، اما امروزه به-گونه‌ای در بین صنعتگران گسترش یافته است که مطابق آمار،50% شاسی خودرو تولید شده در سال 2004 ميلادي در آمریکای شمالی با فرايند هیدروفرمینگ لوله بوده است [5]. شماتیک این فرایند در شکل (‏1 2) نشان داده شده است. همانگونه که در شکل مشاهده می شود، در این فرایند ابتدا قطعه اولیه که معمولا یک لوله استوانه ای است، داخل قالب قرار می گیرد. بعد از بسته شدن قالب، دو سنبه در دو انتهاي لوله به گونه اي قرار می گیرند که قالب به طور کامل آب بندي نشود. در مرحله بعد درون لوله با سیال پر شده و در همین حین هوای داخل قالب از طریق سوراخ سنبه ها خارج می شود. پس از آن دو انتهای لوله توسط سنبه ها به طور کامل آب بندی می شود. در مرحله پنجم، با اعمال همزمان فشار داخلی سیال و پیشروی محوری سنبه ها، قطعه اولیه شکل قالب را به خود می گیرد. در این مرحله وقتي قطعه کار شكل گرفت، فشار داخلي افزايش يافته و مرحلة كاليبراسيون انجام مي‌شود. اين افزایش فشار به منظور پر كردن شعاع‌هاي كوچك می باشد. در پایان، با تخلیه کردن سیال داخل لوله، قطعه کار نهایی از قالب خارج می-شود.

شکل (‏1 2) شماتیک فرایند هیدروفرمینگ لوله (1) قرارگیری قطعه اولیه در قالب (2) بسته شدن قالب (3) پر شدن داخل لوله با سیال (4) آب بندی دو طرف لوله توسط سنبه ها (5) شکل دهی قطعه کار با اعمال همزمان فشار و نیروی محوری (6) باز شدن قالب و خروج قطعه کار نهایی [7]

موادي كه در اين فرايند مورد استفاده قرار می گیرند دارای دامنه وسیعی می باشند که از آن نمونه می-توان به انواع فولادها، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای منیزیم، کامپوزیت ها و بطور کلی همه موادی که در شکل دهی سرد مورد استفاده قرار می گیرند اشاره کرد [5]. از جمله مزاياي هيدروفرمينگ لوله مي توان به موارد زیر اشاره نمود [5, 8 و 9]:
1- کاهش وزن قطعه
2- بهبود خواص مكانيكي و يكنواختي آن در كل قطعه، به علت تغییر یکنواخت ضخامت در سراسر قطعه
3- افزايش دقت ابعادي
4- کاهش تعداد مراحل توليد، به علت نیاز به عملیات ثانویه کمتر
5- قابليت توليد قطعات توخالي با هندسة پيچيده
6- قیمت کم ابزار نسبت به روش های سنتی
از جمله محدودیت های فرایند هیدروفرمینگ لوله می توان به موارد زیر اشاره کرد [9]:
1- زمان سيكل توليد بالا
2- هزينه ‌تجهيزات پرس بالا‌
3- اطلاعات كم در زمينة تكنولوژي فرايند
بطور کلی، شکل هندسی محصولاتی که با فرايند هیدروفرمینگ لوله قابل تولیدند شامل سه گروه کلی برجستگی بشکه‌ای شکل، برجستگی Y شکل (یا Tشکل) و انبساط موضعی می‌باشد. تصوير این قطعات در شکل (‏1 3) نشان داد شده است [10].

شکل (‏1 3) شکل‌های هندسی قابل تولید با فرايند هیدروفرمینگ لوله (الف) بشكه اي شكل (ب) برجستگي Y شكل (يا T شكل) (ج) انبساط موضعي [10]

امروزه فرايند هيدرفرمينگ لوله در صنايع مختلفي مانند خودروسازی، هوافضا، هواپيمايي، نظامی و تاسيسات مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شکل (‏1 4) تعدادی از محصولات توليد شده با اين روش نشان داده شده است.

شکل (‏1 4) نمونه هایی از قطعات تولید شده با استفاده از فرایند هیدروفرمینگ لوله (الف) قطعات اگزوز (ب) ريل آلومينيومي پاييني ماشين ولوو (ج) قاب نگهدارنده موتور [5]

فرايند هيدروفرمينگ لوله را مي توان از نظر سيستم اعمال فشار در سه دسته طبقه‌بندي كرد [11]‌‌‌‌‌:
1- هيدروفرمينگ فشار پايين (MPa 83 P <) 2- هيدروفرمينگ فشار متوسط (MPa 414 ≥ P ≥ MPa 83) 3- هيدروفرمينگ فشار بالا (MPa 414 P >)
تاكنون بيشتر تحقيقات به منظور بهبود شكل‌پذيري و كيفيت قطعات، بر روي هيدروفرمينگ فشار بالا متمركز بوده است. با توجه به اينكه كاربرد فن آوري هيدروفرمينگ لوله در توليد انبوه، در مقايسه با ديگر فرايندهاي شكل‌دهي فلزات نظير مهرزني و آهنگري نسبتاً نوين است، پايه علمي، قوانين طراحي و اطلاعات آزمايشگاهي پيرامون آن نيز محدود است. اين امر سبب افزايش هزينه توليد شده كه نتيجه آن كاهش توان رقابتي فرايند هيدروفرمينگ لوله در برابر ساير فرايندهاي توليد است. بنابراين كاربرد اين فن-آوري براي ساخت قطعات جديد، مستلزم پيشرفت گسترده ی اين فرايند و انجام كوشش‌هاي فراوان است. عليرغم مزاياي زياد فرايند هيدروفرمينگ، همچنان موضوعاتي براي تحقيق و بررسي پيرامون اين فرايند، به منظور بهبود آن، وجود دارد.
1-4- نمودار حد شکل دهي
شکل پذیری یک ورق یا لوله فلزی، توانایی آن به تغییر شکل پلاستیک، بدون بروز هرگونه عیبی می-باشد. گلویی شدن، پارگی و چروکیدگی را می توان به عنوان معیارهایی به منظور توصیف شکل پذیری ماده بیان کرد. بر همین اساس، مارسینیاک به منظور بیان شکل پذیری ماده، دیاگرام حد شکل دهی بر اساس کرنش های اصلی بزرگتر و کوچکتر را با نواحی مشخصی از کرنش ها بر پایه نوع عیوب تقسیم بندی کرده است که در شکل (‏1 5) قابل مشاهده می باشد [12]. همانطور که در شكل مشاهده می شود نمودار به نواحی عاری از گلویی (ناحیه ی داخل نمودار ACGHO) ، عاری از پارگی (ناحیه ی داخل نمودار ACDFO) و عاری از چروکیدگی (ناحیه ی بالای نمودار AB) تقسیم بندی شده است.

شکل (‏1 5) نواحی تقسیم بندی شده منحنی حد شکل دهی بر اساس عیوب [12]

منحنی هاي حد شکل دهی در حقیقت محدوده کرنش هایی است که یک ورق يا لوله می تواند تحمل کند و نشان دهنده ارتباط بین کرنش هاي اصلی بزرگتر 1ε و کوچکتر 2ε می باشد. نمودارهای حد شکل دهی در تشخیص مسائل بالفعل و بالقوه شكل دهي بسیار سودمند واقع شده اند. ورق ها و لوله هایی را که با شبکه هاي دایره ای نشانه گذاري شده اند، می توان با استفاده از قالب هاي آزمایشی، یا قالب هاي اصلی که در تولید به کار می روند، شکل داد. کرنش هاي موضعی نزدیک به نقطه پارگی، یا نقاط مشکوك را می توان سنجید و با نمودار حد شکل دهی مقایسه کرد. بدین ترتیب دستیابی به دو هدف ممکن می شود: نخست آنکه می توان نقاط دردسرساز را شناسایی کرده و شدت مسئله را، حتی در هنگامی که پارگی رخ نمی دهد سنجید. اگر کرنش هاي اندازه گیري شده نزدیک به منحنی پارگی باشند، احتمالا پارگی بعضی از محصولات از سایش قالب، تغییرات روز به روز دما، نحوه روانکاري، تنظیم قالب ها، ضخامت و خواص قطعه ناشی می شود. هدف دوم مقایسه کرنش هاي اندازه گیري شده با نمودار حد شکل دهی، شناسایی ماهیت مسئله است. در نمودار حد شکل دهی، کمترین مقدار نمودار در راستاي عمودي در حالت کرنش صفحه اي دیده می شود، بنابراین اگر تغییر شکل در ناحیه بحرانی نزدیک به حالت کرنش صفحه اي باشد، تغییرات روانکاري یا قالب ها، که سبب کشیده شدن بیشتر می شود، سودمند خواهد بود [13]. در هنگام بررسی شکل پذیري ورق يا لوله، اگر ترکیب کرنش هاي تمام نقاط در زیر منحنی حد شکل دهی واقع شود قطعه بدون پارگی شکل خواهد گرفت ولی اگر ترکیب کرنش ها در نقاط بحرانی قطعه، بالاي این منحنی قرار گیرد، محصول قطعاً پاره خواهد شد و در حقیقت براي موفقیت آمیز بودن عملیات، باید ترکیب کرنش هاي تمام نقاط، زیر منحنی حد شکل دهی واقع شود و قرار گرفتن ترکیب کرنش هاي حتی یک نقطه از قطعه در بالاي منحنی، به معناي پارگی آن قطعه از همان نقطه خواهد بود [14].
1-4-1- كاربردهاي نمودار حد شكل دهي
1-4-1-1- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در طراحي قطعه و تحليل اجزاء محدود
معيارهاي زيادي در طراحي قطعه ی ‌فلزي تأثيرگذار هستند كه يكي از آنها، حداكثر میزان شکل دهی است كه فراتر از آن در فلز پارگي و يا چروكيدگي رخ مي دهد. اگر قبل از ساخت قالب و توليد قطعه، اين مسئله براي طراح قالب روشن باشد، باعث كمتر شدن هزينه و ضايعات مي‌گردد. براي نيل به اين مقصود، ابتدا از يك ابزار المان محدود كه كار تجزيه و تحليل قطعات را به عهده دارد استفاده مي گردد. از نتيجه‌ اين تجزيه و تحليل‌ها، مي‌توان كرنش هاي اصلي را در نمونه ها بدست آورد. نتيجه بدست‌ آمده براي هر المان خاص موجود در قطعه را مي‌توان توسط نمودار حد شكل‌دهي تجزيه و ‌تحليل نمود و حالت آن المان خاص را بعد از عمليات شکل دهی بدست آورد. به طور مثال اگر المان داراي كرنش هايي باشد كه در نمودار حد شكل‌دهي در ناحيه پارگي نشان داده شده است، آن قسمت از قطعه در حين توليد داراي نقص مي‌گردد. لذا يا مي‌توان با تغيير در معيارهاي مؤثر بر شكل دهي، تغييراتي در شكل و سطح نمودار حد شكل‌دهي ایجاد کرد، يا اينكه روش شکل دهی را تغيير داده و قطعه را در چند مرحله مورد عمليات قرار داد تا شكل ‌نهايي را به خود بگيرد. نمودار حد شكل‌دهي، در پيش‌بيني ايجاد نقص در قطعه‌كار قبل از توليد كاربرد فراواني دارد و نه تنها باعث كاهش هزينه توليد مي گردد، ‌بلكه سبب بالا‌ رفتن كيفيت ساخت قطعه و قالب مربوطه نيز مي‌گردد [13]. بنابراین یکی از روش های واقع بینانه و موثر به منظور بررسی امکان پذیر بودن تولید یک قطعه و طراحی موفق در فرایندهای شکل دهی، استفاده از نمودارهای حد شکل-دهی (FLD) می باشد. این ابزار ما را قادر به پیش بینی رفتار ماده در حین فرایند شکل دهی می سازد. به عنوان مثال می توان:
1- مقادیر کرنش های ممکن و مناسب برای یک فرایند،
2- نواحی بحرانی و حساس در قطعه که مستعد گلویی و پارگی هستند؛
3- مقادیر کرنش ممکن در مسیرهای مختلف بارگذاری،
4- شرایط مناسب برای فرایند، همانند روانکاری،
را پیش بینی نمود [12]. در عمل این روش به این صورت به کار برده می شود: در حین طراحی قالب، طراح با توجه به محدوده کرنش موردنظر و شکل قطعه (که در واقع بر مسیر بارگذاری موثر خواهد بود)، جنس مناسب را مشخص می نماید. مسیرهای مختلف بارگذاری و تغییر شکل حاصل از این مسیرها در شکل (‏1 6) نشان داده شده است.

شکل (‏1 6) مناطق مختلف نمودار حد شکل دهی [15]

1-4-1-2- كاربرد نمودار حد شكل‌دهي در بهينه سازي طراحي قالب
طراح بايد موارد غير از پارگی را نیز در نظر بگيرد که شامل نازک شدگي بيش از حد، تمايل به چروکيدگي، چروکيدگي و کشش غير کافي است که با مطالعه سطوح کرنش بدست مي آيد. در این حالت با پيش بيني كرنش هاي ‌لازم در مورد قطعات طراحي شده و درك وضعيت كرنش‌ در آن حالت خاص، مي‌توان از نمودار حد شكل‌دهي‌ استفاده كرد. به طور نمونه، فضاي يك نمودار حد شكل‌دهي در شکل (‏1 7) نشان داده شده است و خاصيت هر منطقه نيز ذكر شده است. با در دست داشتن نمودار حد شكل‌دهي و با علم به اينكه هر قسمت از نمودار مذكور داراي خواص ويژ‌ه‌اي است، براي رسيدن به يك حالت خاص مي‌توان كرنش هاي مربوط به آن حالت را كه در شكل مشخص است، در قطعه پديد آورد [15].

شکل (‏1 7) مناطق مختلف نمودار حد شکل دهی [15]

1-4-2- برآورد منحنی حد شکل دهی
نمودارهاي حد شکل دهي، محدوده کرنشي را که ورق ها و لوله های فلزي مي توانند تحمل کنند به صورت نسبت کرنش بزرگ تر به کرنش کوچک تر نشان مي دهند. براي رسم یک منحنی حد شکل دهی نیاز به نقاط مختلفی می باشد که هر کدام از آن ها از یک مسیر بارگذاري خاص بدست می آیند. در یک منحنی حد شکل دهی سه ناحیه وجود دارد که عبارتند از:
1- سمت چپ منحنی که در آن کرنش اصلی بزرگ تر مثبت و کرنش اصلی کوچک تر منفی می باشد.
2- مرکز منحنی که در آن کرنش اصلی بزرگ تر مثبت و کرنش اصلی کوچک تر تقریباً صفر می باشد که به این حالت کرنش صفحه اي گفته می شود و معمولاً در نمودارهاي حد شکل دهی آن را با FLD0 نشان می-دهند.
3- سمت راست نمودار که در آن کرنش اصلی بزرگ تر و کرنش اصلی کوچک تر هر دو مثبت می باشد.
بنابراین براي رسم یک نمودار حد شکل دهی باید شرایط مختلف بارگذاري که با استفاده از آن نقاط مختلفی از منحنی بدست می آید، ایجاد شود. روش های مختلفی براي ایجاد مسیرهاي بارگذاري مختلف وجود دارد. مثلا مسیرهاي کرنش لازم را می توان با کمک روانکارهاي متفاوت که شرایط اصطکاکی را تغییر می دهد و یا با استفاده از نمونه هایی با هندسه متفاوت ایجاد کرد. نکته ي دیگري که باید به آن توجه شود این است که باید به تعداد کافی آزمایش انجام بگیرد تا نمودار حد شکل دهی دقیقی رسم شود. مدل هاي تئوري مختلفي براي محاسبه منحني حد شکل دهي موجود است. برخي از مهم ترين مدل هاي تئوري ارائه شده در زير آورده شده است:
– مدل باريک شوندگي (گلويي) پخشي سوئيفت در سال 1952
– مدل باريک شوندگي موضعي هيل در سال 1952
– مدل نقص در قطعه اوليه مارسينياک و کوزينسکي در سال 1967
– تئوري گوشه استورن و رايس در سال 1975
– تحليل آشفتگي دوزينسکي و موليناري در سال 1981
در تعیین نمودار حد شکل دهی، عمدتاً از روش کشش خارج از صفحه استفاده می شود که شامل کشیدن ورق یا لوله روی سنبه و یا کشیدن ورق و انبساط لوله به کمک فشار سیال هیدرولیک است. در این حالت یک تغییر شکل خارج از صفحه ایجاد می شود و اثر اصطکاک نیز تاثیرگذار است. بعد از انجام تست و ايجاد تغيير شکل، کرنش ها در محل گلويي و اطراف آن اندازه گيري مي شوند. منحني حد کرنش در بالاي کرنش هاي خارج از منطقه گلويي و زير کرنش هاي مربوط به منطقه گلويي و پارگی، رسم مي شود. در سمت چپ منحني، کرنش هاي اصلي بزرگ، مثبت و کرنش هاي اصلي کوچک، منفي هستند. بنابراين مسيرهاي کرنش زيادي را از حالت کشش تک محوري تا کرنش صفحه اي ايجاد مي کند و سمت راست نيز مسير کرنش هاي مختلف، از حالت کرنش صفحه اي تا کشش دو محوري را پوشش مي دهد. در بعضي موارد منحني ديگري به اندازه 10% پائين تر از منحني اصلي رسم مي شود که به آن منحني حد شکل دهي امن گفته مي شود. اين امر به اين دليل است که گلويي شدن به عوامل مختلفی بستگي دارد که از جمله مي-توان به دقت تجهيزات و توانايي اپراتور اشاره کرد.
1-4-3- شبکه بندي نمونه ها
تحليل شبکه هاي دايره اي روش مناسبي براي اطمينان از مطلوب بودن قالب توليد شده و تشخيص پارگي و يا گلويي شدن می باشد. مجموعه اي از دايره هاي کوچک بر روي مناطق بحراني ورق یا لوله به کمک روش هاي چاپ يا اچ کردن ايجاد مي شود. پس از تغيير شکل قطعه در نقاط بحراني، قطر بزرگ و کوچک دايره ها اندازه گيري مي شود. مناطق بحراني قطعه از روي پارگي و يا گلويي شدن شناسايي مي-شوند. کرنش هاي موضعي از روي اندازه هاي بدست آمده محاسبه شده و در نمودار رسم مي شوند. اگر بيشترين کرنش محاسبه شده، نزديک و يا بالاي نمودار حد شکل دهي باشد، در اين صورت مشکلي در قالب بندي، روغن کاري، اندازه قطعه و يا پارامترهاي پرس وجود دارد، حتي اگر گلويي و يا پارگي نيز ايجاد نشده باشد [1].
به منظور اندازه گیري کرنش ها پس از شکل دهی، لازم است که نمونه ها قبل از شکل دهی شبکه بندي شوند. حالت هاي مختلفي از شبکه بندي را مي توان بکار برد. در حالت شبکه بندي مربعي و حالتی که تعدادی دايره به هم چسبيده و يا با هم تداخل دارند دقت خوبي ايجاد مي شود ولي اندازه گيري شبکه ها مشکل است. بنابراين عموماً در شبکه ها از دايره هايي که با فاصله کمي از هم قرار دارند، استفاده مي شود که با اين طرح مي توان به دقت خوبي رسيد و ايجاد طرح و اندازه گيري آن نيز ساده تر می باشد. براي اين طرح مي توان از دايره هايي با قطر 5/2 ميليمتر (in 1/0) استفاده کرد [4].
1-4-3-1- انتخاب دایره ها
نمودارهاي حد شکل دهی که در آزمایشگاه هاي مختلف بدست آمده اند، تا حدودي با یکدیگر تفاوت دارند. یکی از مهمترین دلایل این تفاوت آن است که تعیین نخستین باریک شدگی محسوس تا حدودي جنبه ذهنی دارد. در انتخاب دایره ها براي رسم نمودار حد شکل دهی، دایره هایی باید انتخاب شوند که دچار پارگی نشده و قبل از وقوع گلویی موضعی باشد. فنونی که بدین منظور بکار می روند شامل انواع سیستم-هاي بازرسی چشمی و لمسی با دست هستند. توصیه شده است که اندازه گیری ها در فاصله اي حداقل 5/1 برابر قطر دایره، از مرکز باریک شدگی انجام گردد [13].
1-4-3-2- روش های اندازه گیری
در صورتی که قطر دایره چاپ شده روي قطعه اولیه، قبل از تغییر شکل D0باشد و پس از تغییر شکل به یک بیضی با قطرهای D1 و D2 تبدیل شود و با فرض اینکه تغییر شکل متناسب باشد، جهات اصلی کرنش منطبق بر قطرهای بیضی بوده و در نتیجه کرنش هاي اصلی متناسب با قطرهای این بیضی می-باشند. در این صورت کرنش هاي مهندسی برابر خواهند بود با:

(1-1)
(1-2)

کرنش هاي حقیقی نیز از روابط زیر بدست می آیند:

(1-3)
(1-4)

به منظور اندازه گیري قطرهاي دایره هاي تغییر شکل یافته، روش هاي مختلفی ارائه شده اند که در زیر به آنها اشاره می شود:
 کولیس دیجیتال
اولین و ساده ترین وسیله اي که می توان با آن قطر دایره هاي تغییر شکل یافته را اندازه گیري نمود کولیس دیجیتال است. مزیت آن سرعت بالا و عیب بزرگ آن دقت پایین است که دقت نمودار حد شکل دهی را کاهش می دهد.
 نوارمایلر
این وسیله یک نوار شفاف درجه بندي شده است که براي اندازه گیري مستقیم کرنش ها به صورت درصد کرنش، مورد استفاده قرار می گیرد. براي اندازه گیري، نوار مایلر را بر روي بیضی قرار داده طوري که خطوط مشبک آن در راستاي قطر موردنظر باشد. سپس نوار مایلر را بر روي بیضی آنقدر جابجا کرده که یکی از خطوط با قطر موردنظر برابر شود. در این هنگام اندازه موجود بر روي خط، برابر درصد کرنش قطر بیضی می باشد. نکته اي که باید به آن توجه شود این است که کرنش هایی که از طریق نوار مایلر اندازه گیري می-شوند،کرنش مهندسی هستند. در شکل (‏1 8) نمونه ای از نوار مایلر نشان داده شده است [16].

شکل (‏1 8) نوار مایلر برای اندازه گیری کرنش های حدی [16]

 سیستم هاي اندازه گیری با روش پردازش تصاویر دیجیتال
سیستم هاي خودکار به نام تحلیل گرهاي شبکه دایره اي به کمک روش پردازش تصاویر دیجیتال (DIC)، برای اندازه گیري ابعاد دایره ها و نمایش کرنش نیز به کار می روند که داراي دقت خوبی هستند. این سیستم در شکل (‏1 9) نشان داده شده است [16].

شکل (‏1 9) سیستم تحلیل گر شبکه دایره ای به کمک روش پردازش دیجیتال [16]

1-5- مروری بر پژوهش های مرتبط با بررسی شکل پذیری لوله در فرایند هیدروفرمینگ

فهرست مراجع
[1] S. Kalpakjian, S. R. Schmid, Manufacturing engineering and technology, Prentice Hall, Vol. 5, 2006.
[2] H. Singh, Fundamentals of Hydroforming, Society of Manufacturing Engineers, 2003.
[3] P. Groche, A. Peter, Performance of lubricants in internal high pressure forming of tubes, in the 7th ICTP Conference, 2002.
[4] M. Koç, O. N. Cora, Introduction and state of the art of hydroforming, Hydroforming for advanced manufacturing, pp. 93-94, 2008.
[5] L. H. Lang, Z. R. Wang, D. C. Kang, S. J. Yuan, S. H. Zhang, J. Danckert, K. B. Nielsen, Hydroforming highlights: sheet hydroforming and tube hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 151, pp. 165-177, 2004.
[6] www.Thefabricator.com.
[7] G. wilmes, Hydroforming of a steel tube, University of Massachusetts, 2003.
[8] S. H. Zhang, Developments in hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 91, pp. 236-244, 1999.
[9] J. Lundgvist, Numerical simulation of tube hyroforming, 2004.
[10] P. Ray, B. J. M. Donald, Experimental study and finite element analysis of simple X and T branch tube hydroforming processes, International Journal of Mechanical sciences, Vol. 47, No. 10, pp. 1498-1518, 2005.
[11] C. Nikhare, M. Weiss, P. D. Hodgson, FEA comparison of high and low pressure tube hydroforming of TRIP steel, Computational Materials Science, Vol. 47, pp. 146-152, 2009.
[12] D. Banabic, Formability of metallic materials: plastic anisotropy, formability testing, forming limits, Springer, 2000.
[13] ویلیام هاسفورد، رابرت کدل، شکل دادن فلزات (متالوژی و مکانیک)، مترجم: محمدرضا افضلی، دانشگاه صنعتی شریف (موسسه انتشارات علمی), 1377.
[14] حامد دیلمی عضدي, تجزیه و تحلیل تئوری و تجربی شکل پذیری ورق های فلزی با استفاده از معیار تسلیم غیر درجه دوم هیل, پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک (ساخت وتولید)، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1381.
[15] سید غلامرضا قاسمی, شبیه سازی و مقایسه دیاگرام های حد شکل دهی کرنش و تنش به کمک روش اجزای محدود, پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی)، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، 1385.
[16] V. M. Nandedkar, K. Narasimhan, Measurement of strain history during the stretching of forming-grade steel sheets, Journal of Materials Processing Technology, pp. 24-29, 1999.
[17] N. Asnafi, Analytical modeling of tube hydroforming, Thin-Walled Structures, Vol. 34, pp. 295-330, 1999.
[18] N. Asnafi, A. Skogsga, Theoretical and experimental analysis of stroke-controlled tube hydroforming, Materials Science and Engineering A279, pp. 95-110, 2000.
[19] G. Nefussi, A. Combescure, Coupled buckling and plastic instability for tube hydroforming, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 44, pp. 899-914, 2002.
[20] J. Kim, S. W. Kim , W. J. Song , B. S. Kang , Analytical approach to bursting in tube hydroforming using diffuse plastic instability, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 46, pp. 1535-1547, 2004.
[21] S. Boumaiza, J. P. Cordebois, M. Brunet, G. Nefussi, Analytical and numerical study on plastic instabilities for axisymmetric tube bulging, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 48, pp. 674-682, 2006.
[22] D. Sornin, S. Fayolle, P. O. Bouchard, E. Massoni, Plastic instabilities analysis during T-shaped tubes hydroforming process, International Journal of Material Forming, Vol. 2, No. 2, pp. 131-144, 2009.
[23] C. Butcher, Z. Chen, A. Bardelcik, M. Worswick, Damage-based finite element modeling of tube hydroforming, International journal of fracture, Vol. 155, No. 1, pp. 55-65, 2009.
[24] J. Craps, Internal state variable plasticity-damage modeling of the copper T-shaped tube hydroforming process, International Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, pp. 1726-1737, 2010.
[25] H. Y. Li, X. S. Wang, S. J. Yuan, Q. B. Miao, Z. R. Wang, Typical stress states of tube hydroforming and their distribution on the yield ellipse, Journal of materials Processing Technology, Vol. 151, pp. 345-349, 2004.
[26] شهرام امیر عبدالهیان، مهدی گردویی، بررسی عددی ناپایداری پلاستیک در فرایند هیدروفرمینگ لوله، پنجمین کنفرانس شکل دهی فلزات و مواد ایران، دانشگاه صنعتی شریف، 1390.
[27] شهرام امیر عبدالهیان، مهدی گردویی، بررسی اثر خواص لوله ناهمسانگرد بر ترکیدگی حاصل از فشار فرایند هیدروفرمینگ، پنجمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعه علمی ریخته گری ایران، 1390.
[28] بهروز باقری, محمود عباسی, مصطفی کتابچی, مرجع کاربردی نرم افزار ABAQUS, انتشارات کیان رایانه سبز, صفحات 23-24، 1391.
[29] R. Makkouk, N. Bourgeois, J. Serri, B. Bolle, M. Martiny, M. Teaca, G. Ferron, Experimental and theoretical analysis of the limits to ductility of type 304 stainless steel sheet, European Journal of Mechanics A/Solids 27, pp. 181-194, 2008.
[30] Abaqus version 6.11 documentation, Abaqus Analysis User’s Manual.
[31] G. Ngaile, S. Jaeger, T. Altan, Lubrication in tube hydroforming (THF) Part I. Lubrication mechanisms and development of model tests to evaluate lubricants and die coatings in the transition and expansion zones, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 146, pp. 108-115, 2004.

پیوست
نقشه اجزای تشکیل دهنده قالب هیدروفرمینگ لوله:
1- نقشه مونتاژی قالب

2- نقشه اجزای قالب

Abstract
Recently, production of complex industrial products from metallic tubes with purpose of high strength to weight ratio specially in reduction of fuel consumption of transportation devices have been focused by researchers. In this case, tube hydroforming is a novel applicable method. Tearing in forming of sheet and tube metals is considered as a restricting phenomenon that is evaluated by forming limit diagram (FLD). Using FLD of conventional forming process is not appropriate for hydroforming process. Also, FLD of sheet forming process is not proper for tube hydroforming process.
In the current work, with the aim of empirical prediction of FLD of 304 stainless steel, firstly numerical investigation of hydro bulging process with various load path and die geometry has been performed on strain path and plastic instability. In order to investigate effects of load path, three types of loading condition, namely free loading, loading with axial feeding and loading with fixed tube ends have been studied. Study on geometry of dies has been performed by varying die corner radius (R) and bulging length (W). Here, effect of axial feeding on strain ratio (β) has been studied. Numerical results indicated that strain path in conditions of free loading and loading with clamps end are similar and located in the right hand side of FLD. In this condition, by increasing of W, the β tends to value of zero that this situation is independent to boundary condition. By increasing of R in free loading condition, by reduction of β the strain path is approached to plane strain state; while in loading with axial feeding condition, increasing of R has neglect able effect on strain path. In loading with axial feeding condition, increase in axial feeding the β is reduced drastically. In empirical study, from the simulated tests, number of 10 tests with distributed loading path condition was selected on strain diagram. After designing and manufacturing of the dies, meshed tubes are loaded controllably until tearing and the FLDs have been drawn using strains which were obtained near tearing locations. Also, the FLD of 304 SS tubes in current work, has been compared with FLD of SS sheets in other works.
At the end, in order to investigate efficiency and accuracy of developed method, it was used for forming of a tube cam type profile. Numerical and empirical results showed that obtained FLD can predict the forming of tube cam. Moreover, formability of this industrial part verified that obtained FLD of this work is appropriate for forming of other industrial parts.
Keywords: Tube hydroforming, FLD, FEM simulation, Empirical analysis of strain

Shahrood University
Department of Mechanical Engineering

Dissertation Submitted in Partial
Fulfillment of The Requirements For The
Degree of Master of Science in
Mechanical Engineering, Manufacturing and Production

Title
Experimental and numerical study of formability in metallic tubes hydroforming process

Written by

Mehdi Falahati Naghibi

Supervisors
Dr. Mahdi Gerdooei
Dr. Mohammad Bakhshi-Jooybari

Advisor
Dr. Abdolhamid Gorji

February 2014

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسي تجربي و عددي حد شکل‌دهي در فرايند هيدروفرمينگ لوله‌هاي فلزي”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

82 + = 84