منابع پایان نامه ارشد با موضوع مصرف انرژی، ایجاد دانش، نیروی کار، نفت و گاز

دانلود پایان نامه

ده شده طبق استاندارد ASTM-A370. 58
شکل ‏316، نمودار تنش– کرنش حقیقی حاصل از آزمایش کشش. 58
شکل ‏41، هندسه اجزای قالب و لوله در نرمافزار شبیهسازی. 61
شکل ‏42، مونتاژ اجزای قالب و لوله در شبیهسازی. 62
شکل ‏43، شرایط مرزی اعمال شده به ورق و اجزای قالب در شبیهسازی. 64
شکل ‏51، ناحیه‌های بحرانی لوله در فرآیند خم جدید. 69
شکل ‏52، لوله شکل داده‌شده بدون فشار سیال. 69
شکل ‏53، لوله شکل داده‌شده در فشار MPa10. 70
شکل ‏54، لوله شکل داده‌شده در فشار MPa15. 70
شکل ‏55، لوله شکل داده شده در فشار MPa20. 71
شکل ‏56، لوله شکل داده شده در فشار MPa27. 72
شکل ‏57، شکلگیری لوله سالم و بدون عیب در قالب. 73
شکل ‏58، منحنی نیروجابجایی لوله خم شده در فشار 20MPa. 73
شکل ‏59، الف- مسیر اندازهگیری ضخامت ab و cd ب- ناحیه های مورد بررسی در شعاع داخلی و شعاع خارجی قطعه خمشده. 74
شکل ‏510، منحنی توزیع ضخامت لوله در فشار MPa20 الف- شعاع داخلی ب- شعاع خارجی. 76
شکل ‏511، منحنیهای توزیع ضخامت الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی در فشارهای مختلف، حاصل از شبیهسازی. 77
شکل ‏512، درصد کاهش ضخامت در قطعه در فشارهای مختلف الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی. 78
شکل ‏513، تاثیر ضریب اصطکاک بین جداره قالب و لوله منحنیهای توزیع ضخامت الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی، حاصل از شبیهسازی، در فشار MPa20. 81
شکل ‏514، درصد کاهش ضخامت در قطعه با ضریب اصطکاکهای مختلف الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی. 82
شکل ‏515، منحنی توزیع ضخامت شعاع داخلی لوله در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa15، ج- MPa20 با ضریب اصطکاک 1/0 و شعاع خم mm20 و قطر لوله mm20. 84
شکل ‏516، منحنی توزیع ضخامت لوله در فشارهای الف- MPa10، ب-MPa 15، ج- MPa20. 85
شکل ‏517، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa25، ب- MPa35، در نسبت R/D برابر 10/10. 86
شکل ‏518، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa15، ب- MPa20، ج- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/20. 87
شکل ‏519، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa5، ب- MPa10، ج- MPa20 در نسبت R/D برابر 30/30. 88
شکل ‏520، منحنی توزیع ضخامت لوله در نسبتهای R/D برابر 1 الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی. 90
شکل ‏521، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa50، ج- MPa60 در نسبت R/D برابر 10/8. 91
شکل ‏522، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa20، ج- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/16. 92
شکل ‏523، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa15، ج- MPa20در نسبت R/D برابر 30/24. 93
شکل ‏524، منحنی توزیع ضخامت لوله در نسبتهای R/D برابر 8/0 الف- دیواره داخلی و ب- دیواره خارجی. 94
شکل ‏525، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف) MPa30، ب)MPa50، ج)MPa55 د) MPa60 در نسبت R/D برابر 10/6. 95
شکل ‏526، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa20، ج- MPa25 د- MPa27 در نسبت R/D برابر 20/12. 96
شکل ‏527، قطعههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa10، ب- MPa16در نسبت R/D برابر 30/18. 96
شکل ‏528، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa25، ج- MPa30 با نسبت R/D55/0 با قطر لوله برابر با mm20. 98
شکل ‏529، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa25، ج- MPa27 با نسبت R/D 6/0 با قطر لوله برابر با mm20. 99
شکل ‏530، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa22، ج- MPa24 با نسبت R/D 65/0 با قطر لوله برابر با mm20. 100
شکل ‏531، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa22 با نسبت R/D 7/0 با قطر لوله برابر با mm20. 101
شکل ‏532، میزان تغییرات ضخامت قطعه در فشارهای مختلف با نسبت R/D 7/0با قطر لوله برابر با mm20 الف) شعاع داخلی، ب) شعاع خارجی. 101
شکل ‏533، درصد کاهش ضخامت در قطعه در فشارهای مختلف با نسبت R/D 7/0 با قطر لوله برابر با mm20 الف- شعاع داخلی، ب- شعاع خارجی. 102
شکل ‏534، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa20، ب- MPa21، با نسبت R/D 75/0 با قطر لوله برابر با mm20. 102
شکل ‏535، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa18، ب- MPa20 با نسبت R/D 8/0 با قطر لوله برابر با mm20. 103
شکل ‏536، لولههای شکل داده شده در فشارهای الف- MPa18، ب- MPa20 با نسبت R/D 85/0 با قطر لوله برابر با mm20. 103
شکل ‏537، لولههای شکل داده شده در فشار MPa20 با نسبت R/D 9/0با قطر لوله برابر با mm20. 103
شکل ‏538، لولههای شکل داده شده در فشارهای MPa20 با نسبت R/D 95/0 با قطر لوله برابر با mm20. 104
شکل ‏539، لولههای شکل داده شده در فشارهای MPa20 با نسبت R/D 1 با قطر لوله برابر با mm20. 104
شکل ‏540، فشار شکلگیری نمونه در نسبتهای شعاع خم به قطر لوله (R/D) مختلف در قطر لوله ثابت برابر mm20. 105

فهرست جدول‌ها
جدول (2-1) نتایج حاصل از پژوهش وانگ و آگاروال [19]. 30
جدول (3-1) ابعاد لوله شکل داده شده در مراحل مختلف 51
جدول (3-2) خصوصیات مکانیکی و فیزیکی ورقهای مورد استفاده در آزمایشها. 58

کلیات

مقدمه
امروزه لولههای خمیده کاربرد بسیار گستردهای در صنایعی نظیر هواپیماسازی، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثیه منزل، سازههای مکانیکی و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره دارد. قطعات لولهای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند و به همین دلیل در صنایع به صورت وسیعی به کار گرفته میشوند. در شکل (‏11) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.

شکل ‏11، چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله]1[.

در گذشته انجام عملیات خمکاری لوله یک هنر تلقی میشد و نوعا توسط افراد ماهر و
با تجربه صورت میگرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گستردهای در خمکاری لولهها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیلهای تئوری و شبیهسازی عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده است.
روشهای مختلفی جهت خمکاری لولهها وجود دارد. هر یک از این روشها با توجه به نوع و کیفیت خمی که میتوان تولید کرد دارای کاربردها و محدودیتهایی میباشند. انواع روشهای خمکاری لوله شامل خمکاری برشی1، خمکاری کششی دورانی2، خمکاری تحت فشار3، خمکاری کوبهای4، خمکاری فشاری5، خمکاری غلتکی6 و خمکاری به روش هیدروفرمینگ7 میباشند. انتخاب روش خمکاری بستگی به کیفیت خم، تعداد تولید، جنس لوله، شعاع نسبی خم (R/D)، قطر نسبی لوله (D/t) و دقت مورد انتظار دارد که در آن ها D قطر خارجی، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم میباشد]2[. در موتور هواپیماها، قطعات لولهای با شعاع خم کوچک با استحکام بالا به صورت فراوان به کار گرفته میشوند. شعاع خم این قطعات لولهای در برخی موارد در حدود قطر خارجی آنها میباشد که در بسیاری از موارد تولید آنها با روشهای رایج خمکاری لولهها مشکل است. در این موارد لازم است روشهای جدیدی جهت تولید خم با کیفیت مطلوب مورد استفاده قرار گیرند. یکی از این روشها، خمکاری به روش هیدروفرمینگ است که در آن خمکاری تحت فشار داخلی سیال انجام میگیرد. این روش در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لولهها دارای مزایایی مانند دقت بالا، تولید خم با کیفیت خوب و کمترین تغییرات ضخامت دیواره، بهبود مقاومت و سختی، کاهش ضایعات و کاهش هزینه با توجه به کاهش نیروی کار، تجهیزات و مصرف انرژی میباشد]3[.
تعریف ها و پارامترهای خمکاری
در شکل (‏12) پارامترهای خمکاری لوله نشان داده شده است. هر یک از این پارامترها را میتوان به صورت زیر تعریف نمود ]4[.
– سطح خمش: سطحی که از شعاع خط مرکزی لوله (شعاع خم) عبور میکند و عمود بر جهت چرخش خم میباشد.
– خط مرکزی لوله (CL): خط ممتدی که هر نقطه واقع در مرکز سطح مقطع لوله را به هم وصل میکند.

شکل ‏12، پارامترهای رایج در خمکاری لوله ]4[.
دیواره خارجی خم8: کمان/لبه بیرونی خم میباشد.
دیواره داخلی خم9: کمان/لبه داخلی خم میباشد.
شعاع خط مرکزی (CLR): فاصله بین مرکز چرخش خم و خط مرکزی لوله میباشد که شعاع خم نیز نامیده میشود. در صنعت خمکاری معمولا شعاع خم بر حسب ضریبی از قطر خارجی لوله (OD) و به صورت mD بیان میشود.
(‏11) m=CLR/OD
انحنای خم: عکس شعاع خط مرکزی را انحنای خم میگویند.
(‏12) K=1/CLR
قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهایی به کار میرود منظور قطر خارجی میباشد.
روشهای خمکاری لوله
روشهای زیادی برای خمکاری لوله وجود دارد. در این بخش در مورد برخی از روشهای خمکاری لولهها بحث خواهد شد. هر یک از این روشها دارای کاربردها و محدودیتهایی از لحاظ نوع خم، حداکثر زاویه خمی که میتواند ایجاد کند، هزینههای تولید و کیفیت خم میباشد. در ادامه به روشهای مختلف خمکاری اشاره شده است.
خمکاری هیدروفرمینگ
خمکاری به روش هیدروفرمینگ از جمله روشهای خمکاری است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک حتی کمتر از قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم و تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) ناچیز میباشد. قطعات خمکاری که در موتور هواپیماها و سفینههای فضایی بکار میروند باید هم فضای کمی اشغال کنند و هم از کیفیت و استحکام بالایی برخوردار باشند. برای اینکه این قطعات فضای کمی اشغال کنند لازم است که خمکاری با شعاع کوچک انجام شود. برای دستیابی به کیفیت و استحکام مناسب باید از یک روش خمکاری مناسب استفاده کرد. با خمکاری به روش هیدروفرمینگ میتوان خمهایی که این ویژگیها را دارند تولید نمود]3[.
پروفیل خم مورد استفاده در قالب خمکاری هیدروفرمینگ، پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر است که در آن فشار سیال به سطح داخلی لوله اعمال میشود و سبب میشود که لوله بطور کامل شکل پروفیل خم قالب را به خود بگیرد. در شکل (‏13) شماتیک این فرآیند مشاهده میشود.
در این روش، ابتدا لوله داخل قالب قرار داده میشود. سپس با اعمال سیال در محفظه لوله، فشار سیال سبب شکل گیری بهتر لوله در داخل قالب میشود.

شکل ‏13، شماتیک فرآیند خمکاری هیدروفرمینگ لوله ]5[.
خمکاری فشاری
خمکاری فشاری بیشتر برای تولید خمهای با شعاع کم در لولههای جدار نازک استفاده میشود. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک در حدود قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم، تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) کم و تجهیزات ارزانتر در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لوله میباشد.
قالب خم مورد استفاده در این روش خمکاری دارای پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر میباشد. پس از خمکاری شکل پروفیل خم در لوله ایجاد میگردد. در داخل لوله از مندرل لاستیک مانند استفاده میشود که تحت شرایط فشاری مشابه سیال رفتار میکند. بین لوله و مندرل باید مقداری لقی در نظر گرفته شود تا در انتهای خمکاری بتوان به راحتی آن را از داخل لوله خارج نمود. موادی مانند یورتان10، رزین اپوکسی ریختهگری11، لاستیک طبیعی12 و لاستیک مصنوعی13 جهت استفاده به عنوان مندرل مناسب میباشند. این مواد خاصیت الاستیکی بالایی دارند و
بعد از خمکاری و برداشتن فشار از روی آنها به شکل اولیه خود باز میگردند و به راحتی میتوان آنها را از داخل لوله خارج نمود. فشار داخلی ایجاد شده در لوله باعث میشود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از بیضی شدن سطح مقطع لوله جلوگیری میشود. علاوه بر این، تامین فشار لازم برای جلوگیری از چروکیدگی در شعاع داخلی خم ضروری میباشد ]6[.
در روش خمکاری فشاری ابتدا مندرل لاستیکی در داخل لوله قرار داده میشود. سپس مجموعه لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد میشود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی میماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن میگردد و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال میشود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده میشوند و در نتیجه لوله شکل پروفیل را به خود میگیرد. بعد از خمکاری، فشار از روی مندرل برداشته میشود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج میشوند.
پارامترهای تاثیر گذار بر شکل نهایی لوله شامل فشار داخلی، شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب و نیز بین لوله و مندرل، شکل اولیه لوله، ابعاد و خواص مکانیکی لوله، سرعت سنبه و غیره میباشد. انتخاب مناسب هر یک از این پارامترها در کیفیت خم تولید شده موثر خواهد بود. در شکل (‏14) شماتیک این فرآیند مشاهده میشود ]7[.

شکل ‏14، شماتیک فرآیند خمکاری فشاری لوله [7].

استفاده از روشهای خمکاری فشاری در مواردی که تعداد تولید پایین باشد بسیار سودمند میباشد زیرا با هزینه کم میتوان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا میباشد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت برای تولید خم (بویژه خمهای با شعاع کوچک) در تعداد کم و با دقت، مناسبترین گزینه روش خمکاری فشاری میباشد.
روش خمکاری فشاری برای خمهای با زاویه بین 15 تا 120 درجه، شعاعهای خم از 20 تا 160 میلیمتر و ضخامت لوله در حدود 5/0 تا 2 میلیمتر مناسب میباشد ]8[.
خمکاری کششی دورانی
خمکاری کششی دورانی یکی از روشهای بسیار رایج خمکاری لوله و پروفیل میباشد که روی ماشینهای خمکاری کششی دورانی انجام میشود. این ماشینها با نیروی هیدرولیکی، پنوماتیکی یا مکانیکی الکتریکی کار میکنند و ممکن است به صورت دستی یا ماشین کنترل عددی14 کنترل شوند. اجزای اصلی قالب شامل قالب خم15، قالب فشاری16، قالب نگهدارنده17، قالب جاروب کن18 و مندرل19 میباشند. تمامی این اجزا در شکل (1-5) نشان داده شده است.
در روش خمکاری کششی دورانی، لوله از یک انتها توسط گیره به قالب دورانی مقید میشود. سپس توسط یک بازویی، مندرل به درون لوله هدایت میشود. با چرخش قالب دورانی، لوله روی قالب فشاری کشیده شده و به داخل قالب خم هدایت میشود. چرخش قالب دورانی به

دیدگاهتان را بنویسید