بررسی تجربی و عددی انبساط دهی لوله فلزی با استفاده از بالشتک کشسان و مقایسه نتایج با روش شکل دهی با سیال

در سال های اخیر افزایش رقابت در صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا و تسلیحاتی سبب شده است تا این مراکز به سمت تولید تجهیزات سبک ، با مصرف سوخت کم و سازه های مستحکم سوق داده شود. در این راستا ساخت قطعات یکپارچه ی توخالی با هندسه ی پیچیده از ورق و لوله، با استفاده از روش های شکل دهی با قالب انعطاف پذیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. از مهم ترین این روش ها می توان به شکل دهی با بالشتک کشسان و شکل دهی با سیال اشاره کرد که به علت انعطاف پذیری بالا در تولید قطعات پیچیده، کیفیت سطح مطلوب و هزینه ی پایین ساخت قالب؛ به علت استفاده از یک نیمه ی صلب ابزار؛ گوی سبقت را از دیگر روش های سنتی ربوده است. در این پژوهش تحلیل عددی و تجربی فرایند انبساط دهی لوله درزدار فولادی زنگ نزن 304، با استفاده از بالشتک کشسان از جنس پلی اورتان انجام شد. نخست با هدف اطمینان خاطر از طراحی قالب شکل دهی با بالشتک کشسان، به تحلیل تنش اجزاء قالب -به صورت سه بعدی و شکل پذیر- پرداخته شد. به منظور استخراج ضریب نقص لوله و ثوابت شکست آن، مدل سازی فرایند هیدروبالجینگ لوله درزدار با مدل شکست نرم پیشرونده از نوع منحنی حد شکل دهی تا آستانه ترکیدگی انجام و ضمن مقایسه با نتایج آزمون تجربی دیگر مراجع، مورد مطالعه قرار گرفت. با هدف تشخیص میزان تاثیرگذاری عوامل ذاتی و محیطی بر روی فرایند شکل دهی با بالشتک کشسان از تلفیق روش المان محدود و روش طراحی آزمایش های تاگوچی استفاده شد. در این بخش اثر هفت عامل ضریب اصطکاک بین قالب و لوله، ضریب اصطکاک بین لاستیک و لوله، سختی و طول لاستیک، شعاع گوشه قالب، طول ناحیه تغییرشکل و پیشروی محوری لوله، بر روی عمق متوسط انبساط دهی، اختلاف عمق، تعداد چین، یکنواختی توزیع ضخامت و کرنش ضخامتی مورد مطالعه قرار گرفت. مدل سازی سه بعدی فرایند انبساط دهی لوله درزدار به کمک بالشتک کشسان تحت شرایط روانکاری مختلف نیز در مرحله پایانی شبیه سازی انجام شد. نتایج عددی از تاثیر قابل توجه سیستم روانکار مورد استفاده خصوصاً بین لاستیک و لوله در موفقیت فرایند حکایت دارد. در بخش تجربی از این تحقیق، آزمون فشار لاستیک بر اساس استاندارد astm d575-91 انجام و منحنی تنش-کرنش و ثوابت معادله ساختاری مونی-ریولین پلی اورتان تعیین شد. شکل دهی لوله های مدرج شده فولادی، با استفاده از بالشتک کشسان در شرایط مختلف روانکاری تا رسیدن به آستانه پارگی انجام؛ توزیع کرنش های طولی، محیطی و ضخامتی بدست آمد. مقایسه حالت کرنش های بدست آمده از این قطعات در ناحیه سالم با منحنی حد شکل دهی لوله از روش هیدروفرمینگ، افزایش شکل پذیری در فرایند شکل دهی با لاستیک را نشان می دهد. نتایج تجربی نشان داد، قطعات سالم بدون چین خوردگی با استفاده از روانکار نایلون بین لاستیک و لوله و روانکار روغن کشش بین لوله و قالب شکل داده می شود. در انبساط دهی آزاد لوله با بالشتک کشسان به علت افزایش فشار هیدروستاتیکی و همچنین تغذیه محوری ناخواسته از شرایط اصطکاکی بین لاستیک و لوله، که موجب انحراف مسیر کرنش به سمت چپ منحنی حد شکل دهی (حالت فشار-کشش) می گردد؛ بهبود شکل پذیری و افزایش عمق بالج مشاهده خواهد شد. در مرحله نهائی به منظور بررسی کارائی و دقت تحلیل، در یک مطالعه موردی، مدل سازی عددی و ساخت تجربی قطعه بادامک از لوله فولادی به روش شکل دهی با لاستیک انجام شد. در نهایت قطعه بادامک با موفقیت ساخته، نتایج این قسمت نیز با روش هیدروفرمینگ مقایسه شد.