منابع و ماخذ تحقیق مکان کنترل، هیدرولیک

قالب خم هدایت میشود. چرخش قالب دورانی به اندازهای است که زاویه خم مورد نظر در لوله ایجاد میشود. قالب فشاری میتواند ثابت یا متحرک باشد و در صورت متحرک بودن توسط یک جک به سمت جلو یا به سمت عقب حرکت میکند. سطوح گیره را به صورت آجدار میسازند تا بیشترین اصطکاک را به منظور محکم گرفتن لوله فراهم آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروب کن باید کاملا پرداخت باشند چون موقع خمکاری در تماس با سطح لوله حرکت میکنند. شکل (‏15) شماتیک روش خمکاری کششی را نشان می دهد.

شکل ‏15، شماتیک فرآیند خمکاری کششی دورانی لوله ]9[.

در روش خمکاری کششی دورانی، قالب فشاری با ایجاد فشار به لوله در شعاع بیرونی خم، از نازک شدن بیش از حد لوله جلوگیری میکند. این عمل، در خمکاری با زاویه خم بزرگ و شعاع خم کوچک بسیار مفید خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب کن برای جلوگیری از چین خوردگی و خراب شدن سطح مقطع لوله ممکن استفاده شود ولی استفاده از مندرل در حد امکان باید پرهیز شود زیرا هزینه های تولید را افزایش میدهد.
در این روش امکان کنترل جریان ماده وجود دارد. بنابراین میتوان از آن برای خمکاری لولههای جدار نازک و شعاع خم های کوچک استفاده نمود. برای ضخامتهای کمتر از 4/0 میلیمتر نباید از این روش استفاده نمود زیرا ابزار بندی در این حالت بسیار پیچیده خواهد بود ]4[.
خمکاری تحت فشار
در این روش لوله بدون استفاده از مندرل با ابزار بندی دقیق تولید میشود. خمکاری فشاری مشابه خمکاری کششی دورانی میباشد با این تفاوت که در این روش قالب خم حرکت کششی دورانی ندارد و ثابت میباشد. در روش خمکاری فشاری یک سر لوله توسط گیره و قالب ثابت20محکم گرفته میشود و با چرخش یک بازویی غلتکی21 (قالب جاروب کن)، لوله به دور قالب ثابت فشار داده میشود. شماتیک فرآیند در شکل (‏16) نشان داده شده است.
در مواردی که شعاع خم مورد نظر دارای دقت بالایی نباشد استفاده از این روش ساده بوده و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه میباشد. کاهش ضخامت دیواره لوله و بیضی شدن مقطع در این روش زیاد میباشد و به ویژه در خمکاری لوله با شعاع خم کوچک، چین خوردگی در دیواره درونی، نازک شدگی در دیواره بیرونی و بیضی شدن مقطع بسیار رایج است ولی برای شعاع خمهای بزرگ یک روش مرسوم و سریع میباشد ]4 و10[.

شکل ‏16، شماتیک فرآیند خمکاری تحت فشار الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری ]11[.

خمکاری کوبهای
خمکاری کوبه ای یکی از قدیمیترین روشهای خمکاری مکانیکی لولهها میباشد. در این روش مطابق شکل (‏17)، لوله روی دو تکیه گاه قرار میگیرد و با حرکت قالب کوبهای22 خم می شود. حرکت قالب کوبه ای تا جایی ادامه پیدا میکند که خم با زاویه مورد نظر روی لوله ایجاد شود.
محدودیت این روش این است که از آن برای تولید خم با شعاع کوچک نمیتوان استفاده کرد ولی برای تولید خم با شعاع خم زیاد در حدود D5 یا بیشتر، مناسب است و هزینه کمی خواهد داشت. از این روش به صورت گسترده برای خمکاری لولهها استفاده میشود زیرا دستگاههای آن براحتی قابل حمل بوده و تنظیم آنها نیز ساده میباشد. ماشینهای مورد استفاده برای خمکاری کوبه ای در اندازههای متفاوتی وجود دارند که کوچکترین آنها قادر به خم کردن لوله به قطر 3/8 اینچ بوده و عملگر آن یک جک دستی میباشد و بزرگترین آنها قادر هستند لولههایی به قطر 20 اینچ با ضخامت 5/0 اینچ را خم کنند. در این دستگاهها قالب کوبه ای توسط نیروی هیدرولیک عمل میکند]3 و 9[.

شکل ‏17، شماتیک فرآیند خمکاری کوبهای، الف- قبل از خمکاری، ب- پس از خمکاری]11[.

خمکاری غلتکی
در این روش برای ایجاد خم در لوله از سه غلتک استفاده میشود. غلتکهای کناری ثابت بوده و نقش تکیه گاه را دارند و غلتک میانی در راستای عمود بر خط واصل دو غلتک کناری جابهجا میشود. لوله روی دو غلتک کناری قرار میگیرد و با حرکت غلتک میانی خم مورد نظر ایجاد میشود. شکل (‏18) شماتیک این روش را نشان میدهد.
روش خمکاری غلتکی برای شعاعهای خم بزرگ با زاویه خم بیش از 90 یا 180 درجه کاربرد دارد. از این روش برای ایجاد خمهای مارپیچی نیز میتوان استفاده کرد. برای این منظور باید قسمت جلویی لوله مقداری در جهت عمود بر محور پیچش جابهجا شود تا تغذیه ماده ادامه یابد و در نتیجه یک پیچه با گام برابر با قطر خارجی لوله یا بزرگتر ایجاد میشود. علاوه بر این میتوان خمهایی را روی لوله ایجاد کرد که دارای شعاع انحنای متغیر در طول خم باشند. بدین ترتیب یک خم منحنیوار روی لوله ایجاد خواهد شد. این کار با جابهجایی غلتک میانی در حین خمکاری در راستای عمود بر محور دو غلتک ثابت امکانپذیر است ]9.[

شکل ‏18، شماتیک فرآیند خمکاری غلتکی با سه غلتک]11[.
عیوب خمکاری لوله
در حین خمکاری لولهها عیوب مختلفی ممکن است بوجود بیایند که کیفیت خم تولید شده را تحت تاثیر قرار میدهند. از مهمترین عیوب رایج در خمکاری لولهها میتوان به برگشت فنری23، چین خوردگی24 در شعاع داخلی خم، نازک شدن بیش از حد یا پارگی جدار لوله در شعاع بیرونی خم و بیضی شدن25 سطح مقطع لوله اشاره کرد.
برگشت فنری
هنگامی که لوله به شعاع خط مرکزی (CLR) خم میشود طول تار خنثی ثابت باقی میماند ولی سطوح بیرون تار خنثی تحت کشش قرار میگیرند و طول آنها افزایش مییابد و سطوح داخل تار خنثی تحت فشار قرار گرفته و طول آن کاهش مییابد و منجر به ایجاد یک ناحیه الاستیک در سطح مقطع لوله میشود. هنگامی که باربرداری صورت میگیرد، تنشها
ی الاستیک آزاد میشوند که باعث باز شدن خم میگردند. به این پدیده برگشت فنری گفته میشود. پس از برگشت فنری، شعاع خم (CLR) افزایش و زاویه خم کاهش می یابد. برای جبران این خطا میتوان لوله را مقداری بیشتر خم کرد بطوریکه پس از برگشت فنری ابعاد مطلوب که در محدودهی تلرانس می باشد، حاصل شود. میزان برگشت فنری به عوامل مختلفی مانند جنس ماده، زاویه خم، ابعاد لوله، مندرل و ابزار مورد استفاده بستگی دارد ]4[. در شکل(‏19) برگشت فنری لوله نشان داده شده است.

شکل ‏19، برگشت فنری ]11[.
چینخوردگی
در حین خمکاری، شعاع داخلی لوله تحت تنش فشاری قرار میگیرد. هنگامی که شعاع خم خیلی کوچک باشد، تنش فشاری زیادی در شعاع داخلی خم ایجاد میشود که باعث ناپایداری دو انشعابی26 شدن یا کمانش (چینخوردگی) بر اثر کرنش فشاری در این ناحیه میگردد. از آنجایی که قطعات لولهای اغلب در موقعیتهایی مورد استفاده قرار میگیرند که دارای تلرانسهای محدود میباشند در نتیجه چینخوردگی مطلوب نبوده و باید حذف شود. چین خوردگی در لولههای با قطر زیاد و ضخامت کم بیشتر است. در شکل (‏110) چین خوردگی در شعاع داخلی خم نشان داده شده است.

شکل ‏110، چینخوردگی در لوله در شعاع داخلی خم ]12[.
عدم گردی (بیضوی شدن) سطح مقطع
عدم گردی سطح مقطع لوله شامل بیضی شدن مقطع و تخت شدن در شعاع بیرونی خم میباشد که در شکل (‏111) نشان داده شده است. همانطور که اشاره شد در حین خمکاری سطوح بیرونی خم تحت تنش کششی و سطوح درونی آن تحت تنش فشاری قرار میگیرند. لایههای بیرونی لوله تمایل دارند به سمت تار خنثی خارج شده و بیضی شکل میگردد. در صنعت برای جلوگیری از تخت شدن لوله در شعاع بیرونی خم و خراب شدن سطح مقطع لوله، از مندرل استفاده میشود.
بیضی شدن بستگی به خواص ماده لوله، نوع ابزار مورد استفاده برای خمکاری، هندسه لوله و شعاع خم دارد. در مواقعی که در داخل لوله از مندرل استفاده میشود در ناحیه خم این پدیده کمتر رخ میدهد. برای بیان میزان بیضی شدن سطح مقطع لوله از شاخصی به نام نسبت بیضی شدن استفاده میشود. برای محاسبه این نسبت لازم است بیشترین و کمترین قطر لوله در هر مقطع اندازه گیری شود. عموما بیشترین قطر خارجی سطح مقطع (ODmax) در نزدیکی تار خنثی میباشد و عمود بر صفحه خم اندازه گیری میشود. کمترین قطر خارجی سطح مقطع (ODmin) برابر با فاصله بین شعاع درونی خم و شعاع بیرونی خم میباشد. با داشتن مقادیر ODmax و ODmin میتوان نرخ تخت شدن سطح مقطع را از طریق رابطه (‏13) محاسبه نمود ]11[.

(1-3) Ω=(ODmax-ODmin)/OD×100

شکل ‏111، خرابی سطح مقطع لوله بر اثر خمکاری (تخت شدن در شعاع بیرونی و بیضی شدن) ]11[.
تغییرات ضخامت
نیروهای وارده بر لوله در حین خمکاری به گونهای است که در شعاع بیرونی خم تنش کششی و در شعاع داخلی خم تنش فشاری بوجود میآید در نتیجه در بخش بیرونی تار خنثی ضخامت جدار لوله کاهش مییابد و در بخش درونی تار خنثی ضخامت لوله افزایش مییابد. این موضوع در شکل (‏112) به صورت شماتیک نشان داده شده است. مساله مهم کاهش ضخامت لوله در شعاع بیرونی خم میباشد زیرا در صورتی که این کاهش از حدی بیشتر شود امکان شکستن لوله در این ناحیه وجود خواهد داشت.

شکل ‏112، تغییرات ضخامت لوله در خمکاری]11[.
پارگی27
در شعاع بیرونی خم لایههای لوله تحت تنش کششی قرار دارند. در صورتی که اندازه این تنش از حد تحمل ماده لوله فراتر رود در شعاع خارجی لوله شکست رخ میدهد. عوامل دیگری مانند شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب نیز در پارگی لوله موثر هستند ]8[.
مراحل انجام پژوهش
در انجام پایاننامه حاضر، در ابتدا مطالعهای پیرامون انواع روشهای خمکاری لوله صورت گرفت که در فصل اول بیان شد. سپس مطالعهای پیرامون پژوهشهای انجام شده توسط سایر محققان در زمینه خمکاری لوله مورد بررسی در این پایاننامه در فصل دوم ارائه خواهد شد. در ادامه از تجهیزات آزمایشگاهی در انجام آزمایشهای تجربی و خواص مواد استفاده شده که نحوه بدست آورن خواص مکانیکی ورق و روند انجام آزمایشهای تجربی در فصل سوم آورده شده است. بمنظور بررسی کاملتر تاثیر پارامترهای موثر، از نتایج شبیهسازی استفاده شد. در فصل چهارم مراحل انجام شبیهسازی در نرمافزار ABAQUS و چگونگی تعریف محیطهای مختلف آن معرفی خواهد گردید. نتایجی از پژوهش حاظر حاصل شد که در فصل پنجم به بحث پیرامون نتایج تجربی و شبیهسازی بدست آمده پرداخته میشود. در نهایت، در فصل ششم نتیجهگیریهای کلی از پایاننامه بیان شده و چند پیشنهاد به منظور بررسی کاملتر این تحقیق ارایه خواهد شد.

فصل دوم
مروری بر پژوهشهای انجام شده

مقدمه
امروزه لولههای خمیده با شعاع خم کوچک کاربرد بسیاری در موتور هواپیماها، سفینههای فضایی، موتور کشتیها و صنایع پتروشیمی و گاز و دیگر صنایع دارند. به همین سبب در سالهای اخیر پژوهشهای بسیاری در این زمینه صورت گرفته است. در این پژوهش روشی جهت خمکاری لوله به روش هیدروفرمینگ ارئه شده و پس از بررسی امکان خمکاری لوله بدون عیب با شعاع خم کوچک، برخی از پارامترهای موثر بر آن نظیر فشار داخلی لوله، ضریب اصطکاک و نسبت شعاع خمکاری به قطر لوله (R/D) مورد بررسی قرار گرفته است. از این رو، در ادامه به بررسی چند نمونه از تحقیقات انجام گرفته در زمینه خمکاری لوله جدار نازک پرداخته میشود.
پژوهشهای انجام شده پیرامون خمکاری لوله
ژانگ و ردیکاپ [13] خمکاری لوله جدار نازک را به روش فشاری ( شکل (‏21) ) به صورت شبیهسازی بر روی دو جنس آلومینیوم و فولاد بررسی کردند و تعدادی از پارامترهای موثر بر شکل پذیری، شامل شعاع خمکاری، فشار داخلی، ضریب اصطکاک، جنس و زمان فرآیند را مورد تحلیل قرار دادند. آنها میزان تغییرات ضخامت را در دو شعاع خم متفاوت (40 و 55 میلیمتر) در سه مقطع A، B و C که در شکل (‏22) نشان داده شد، بررسی کردند. همانطور که در شکل (‏23) نشان داده شده است آنها به این نتیجه رسیدند که کاهش شعاع خمکاری، سبب افزایش تغییرات ضخامت میشود. همچنین با کاهش شعاع خمکاری میزان ضخامت در دیواره خارجی کاهش و در دیواره داخلی افزایش مییابد. میزان تغییرات ضخامت در سطح مقطع Bبیشتر از سایر مقاطع است. آنها میزان تنش و تغییرات ضخامت را در این دو نمونه مقایسه کردند و دریافتند که میزان تنش و نازک شدگی در فولاد بیشتر از نمونه آلومینیومی است (شکل (‏24)). همچنین آنها دریافتند تاثیر ضریب اصطکاک نسبت به سایر پارامترها کمتر بوده و افزایش آن سبب پیدایش چروک در نمونه میشود (شکل (‏25)). آن محققین پس از بررسی اثر پارامتر فشار داخلی، دریافتند که فشار داخلی اهمیت زیادی در شکلدهی لوله دارد و افزایش فشار، میزان چروکیدگی را در نمونه کاهش میدهد. در نهایت آنها بمنظور دستیابی به چروک کمتر، نمونه را به مدت یک دقیقه در فشار بالا نگه داشتند و توانستند میزان چروک در نمونه را تا حدودی کاهش دهند که در شکل (2-2) نشان داده شده است.

شکل ‏21، شکلدهی خمکاری فشاری لوله، الف- قبل از انجام فرآیند، ب- پس از انجام فرآیند[13].

شکل ‏22، شکلدهی لوله در پارامترهای مختلف[13].

شکل ‏23، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره داخلی و خارجی در شعاع خم مختلف[13].

شکل ‏24، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در دو جنس آلومینیوم و فولاد[13].

شکل ‏25، اثر میزان تغییرات ضخامت دیواره در با ضریب اصطکاک مختلف[13].

کمی و همکاران [14] فرآیند خمکاری فشاری لوله جدارنازک با مقطع مستطیلی را به صورت تجربی و شبیهسازی مورد بررسی قرار دادند. آنها تغییرات طول لوله در شعاع داخلی و خارجی خم و تغییرات ضخامت لوله را در پنج زاویه مختلف خم به صورت شبیهسازی و تجربی بررسی و با یکدیگر مقایسه کردند. آن محققان دریافتند که با افزایش زاویه خم، مقدار کرنش طولی افزایش مییابد. همچنین میزان ضخامت به تدریج، در شعاع داخلی خم افزایش، اما در شعاع خارجی خم کاهش مییابد و نازکشدگی رخ میدهد. نتایج این پژوهش در شکل (‏26) نشان داده شده است.

شکل ‏26، نتایج حاصل از پژوهش کمی و همکاران [14].

یانگ و همکاران [15] فرآیند خمکاری هیدروفرمینگ را برای ساخت قطعات خودرو به صورت شبیهسازی مورد بررسی قرار دادند. بدین منظور خمکاری را به دو روش قالب خمکاری و ماشین خمکاری کششی دورانی شبیهسازی کردند و اثر پارامتر شعاع خمکاری و تغییرضخامت جداره لوله را بر میزان نازک شدگی در مقطع C و اثر تغییرات ضخامت را در دو نوع روش خمکاری در مقاطع A، B و C که در شکل نشان داده شده بررسی کردند. آنها به این نتیجه دست یافتند که میزان لقی بین لوله و قالب بر میزان چروکیدگی لوله تاثیر گذار است

دیدگاهتان را بنویسید