خمکاری در صنعت ورقکاری از اهمیت زیادی برخوردار است. برگشت فنری در خمکاری قطعات دقیق می تواند باعث تغییرات تهندسی قابل توجه شده و لذا مشکلات کیفیتی ایجاد نماید به همین علت برگشت فنری ورق در تولید قطعات خم دار در یک محدوده تلرانسی قابل قبول برای کنترل پروسه تولید در نظر گرفته می شود. در بسیاری از مکانیزم ها علاوه بر اینکه رعایت مشخصات دقیق هندسی خم در عملکرد صحیح آن تأثیر مستقیم دارد. مونتاژ صحیح قطعات در کنار یکدیگر را ممکن می سازد. در موارد زیادی در محل خم، سوراخ هایی با توجه به وظیفه و موارد استفاده قطعه وجود دارد. بنابراین به روشی کارآمد برای پیش بینی برگشت فنری این نوع از قطعات در حالت سه بعدی نیاز می باشد. بدین منظور در بخش اول این پروژه، برای رسیدن به یک رهیافت منطقی، آزمایشات عملی و عددی با روش doe تعیین گردید. در بخش دوم، آزمایشات عملی با استفاده از پرس خم کن (press brake) انجام شد. در بخش سوم تحلل المان محدود finite element analysis (fea بوسیله نرم افزار abaqus برای بررسی عددی اثر خالی شدن قطعه در محل خم بر برگشت فنری انجام گرفته است. در بخش چهارم آزمایشات عملی و المان محدود مقایسه و بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که توافق خوبی بین این دو روش وجود داشته و می توان آنالیز آلمان محدود را به عنوان یک روش مناسب برای پیش بینی برگشت فنری این پروسه خمکاری مورد استفاده قرار داد. در بخش پنجم با بکارگیری (response surface methodology (rsm مدل مناسب برای محاسبه برگشت فنری بقیه زوایا با سوراخ های متفاوت تهیه شده است نهایتا این مدل با تعدادی از نتایج آزمایشات انجام شده ارزیابی گردید.

مهندسین طراح محصول معمولا نقشه قطعات طراحی شده را بر اساس کاربرد ارایه می کنند. کار بر روی طراحی دقیق فرآیند تولید محصول، شامل تنظیمات و تعداد باز و بسته شدن قطعه کار، توالی عملیات ماشینکاری، انتخاب سطوح مبنا، ماشینهای مورد استفاده، ابزارها و فرامین مورد استفاده به عهده مهندس تولید می باشد. تحلیل و کنترل تلرانس در طی فرآیند تولید برای اطمینان از تولید قطعات مطابق با تلرانسهای طراحی ضروری می باشد. در قطعات پیچیده با تلرانسهای طراحی بسته و تعداد عملیات ماشینکاری زیاد (همراه با تغییر در سطوح مبنا)، این تحلیل و کنترل بسیار مشکل بوده و به روشهایی سیستماتیک برای اطمینان از کنترل تلرانس نیاز می باشد. چارت تلرانسی، ابزاری برای نمایش توالی تولید و تحلیل انباشت تلرانس تولید جهت ارضای مشخصه های طراحی قطعه است.امروزه با گسترش روزافزون تولید انبوه در صنایعی مانند ساخت قطعات خودرو و ایجاد فضای رقابتی شدید در دنیا، مساله توزیع بهینه تلرانسهای تولید به منظور دستیابی به بازترین تلرانسهای ممکن و کاهش هزینه، توجه طراحان فرآیند تولید را به خود جلب کرده و حجم وسیعی از مطالعات به این حوزه معطوف شده است. در این پروژه نرم افزاری جهت اتوماسیون طراحی چارت تلرانسی ایجاد گردید. در این نرم افزار امکان نمایش گرافیکی ابعاد طراحی و تولید، شناسایی اتوماتیک زنجیره تلرانسی، چک تلرانسها و محاسبات مربوط به ابعاد کاری قرار داده شده است. علاوه بر این توزیع بهینه تلرانسهای تولید با استفاده از تابع هدف غیرخطی و استفاده از مدل توزیع هزینه ناپیوسته تلرانسها انجام شد. همچنین روشی برای وارد کردن تلرانسهای هندسی در قیود زنجیره تلرانسی ارایه و در نرم افزار به کار گرفته شد. نتایج ارایه شده در فصل 6 که حاصل از آزمایش چند قطعه صنعتی و مقایسه با کار غیرکامپیوتری انجام شده می باشند، عملکرد موفق نرم افزار را در شناسایی زنجیره تلرانسی برای تلرانسهای ابعادی و هندسی و بهبود چشمگیری را در تلرانسهای محاسبه شده نشان می دهند. در انتها چند پیشنهاد جهت ادامه تحقیقات در این زمینه ارایه شد.

در تحقیق حاضر ، نرم افزاری تهیه گردیده که قادر است با دریافت مدل سه بعدی قطعه کار ، ترتیب چیدمان خمکاری در قالب مرحله ای خم را ایجاد نماید. این نرم افزار از چهار ماژول شناسایی اشکال قطعات ورقی ، ایجاد نقشه گسترده ، طراحی چیدمان خمکاری و طراحی قالب مرحله ای به صورت دوبعدی تشکیل شده است . در ماژول اول تمام اشکال قطعه به صورت اتوماتیک تشخیص داده شده و سپس با به کار گرفتن یکسری قوانین طراحی برای ساخت ، صحت طراحی تعیین می شود. در ماژول دوم نقشه گسترده قطعه کار ایجاد می شود . در ماژول بعدی با استفاده از دانش برگرفته از نتایج تجربی و تجربه افراد خبره ، چیدمان خمکاری بدست می آید . در این ماژول از مجموعه های فازی برای طبقه بندی دانش استفاده شده است. در ماژول چهارم نیروهای خمکاری ، قطعه زنی با اطلاعات استخراج شده از ماژول های قبلی بدست آمده و قالب دوبعدی مرحله ای قطعه طراحی می شود. تمامی عملیات در نرم افزار solidworks انجام شده و از کدنویسی در محیط ویژوال بیسیک (vb )به منظور عملیات اتوماسیون بهره گرفته شده است.

استفاده از آلیاژهای آلومینیوم (به خصوص گروه های 2xxx و 7xxx) در ساخت قطعات، به علت نسبت استحکام به وزن خوب، در صنایع مختلف از جمله صنایع هواپیماسازی و صنایع هوافضایی به شدت رو به گسترش است. اما، یکی از مشکلات جدی در برابر تولید کنندگان چنین قطعاتی، نرخ نسبتا بالای اسقاط قطعات دقیق به علت خارج شدن از حد تلرانس های ابعادی و هندسی است. عدم پایداری ابعادی و هندسی حین ماشین کاری، اصلی ترین موضوعی است که حصول دقت ابعادی و تختی (flatness) مورد نظر را به سختی و با افزایش تعداد مراحل ساخت امکان پذیر می سازد. عوامل گوناگونی سبب ایجاد تغییر شکل های ناخواسته (distortion) در قطعه می شود. معمولا چنین تغییرات ناخواسته ای حین بارداری از قطعه و یا پس از آن، آشکار می گردد. در نتیجه، قطعات ماشین کاری شده از تلرانس خارج شده و می بایستی با کار سرد و یا ماشین کاری مجدد اصلاح شوند. افزایش تعداد مراحل و زمان تولید، هزینه های زیادی را به تولید کنندگان تحمیل می کند. آلیاژهای آلومینیومی کار شده (wrought aluminum alloys) برای رسیدن به حداکثر خواص مکانیکی، می بایستی پس از عملیات حرارتی انحلالی، کوینچ شوند. تنش پسماند ناشی از کوینچ قطعه، عامل اصلی در ایجاد مسأله یاد شده است. شبیه سازی مرحله کوینچ بلوکی آلومینیومی از آلیاژ aa2024 و با ابعاد 400*200*70 mm به منظور پیش بینی میزان تنش پسماند و اندازه گیری عملی آن به روش نوین contour method و مقایسه نتایج با یکدیگر، یکی از بخش های اصلی این پروژه تحقیقاتی - کاربردی را تشکیل می دهد. در بخش دیگری از پروژه، روش ایجاد تغییر شکل فشاری پلاستیک برای به حداقل رساندن میزان تنش پسماند در قطعه به عنوان راه حلی برای به حداقل رساندن تغییرات ابعادی و هندسی قطعات حین ماشین کاری آنها معرفی شده است. شبیه سازی نرم افزاری این فرآیند نیز یکی دیگر از کارهای انجام شده در طول این کار تحقیقاتی می باشد. در پایان دو نمونه مشابه از یک قطعه صنعتی - یکی دارای تنش پسماند ناشی از کوینچ و دیگری تنش زدایی شده - ماشین کاری شد. مقایسه دقتهای ابعادی و هندسی دو نمونه، نشان دهنده میزان تأثیر گذاری فرآیند تنش زدایی بر حصول دقتهای ابعادی-هندسی و کاهش تغییر شکل های ناخواسته در قطعات است.

دقت ابعادی وهندسی قابل دستیابی در قطعه های تولید شده توسط ماشین ابزار کنترل عددی متاثر از خطاهای حجمی موجود در فضای کاری ماشین است. بخشی از عامل های ایجاد کننده این خطا وابسته به ماشین بوده و بخشی دیگر نیز با فرآیند ماشین کاری مرتبط هستند. خطاهای وابسته به فرآیند ماشین کاری از طریق تغییر شرایط و پارامترهای ماشین کاری و خطاهای وابسته به ماشین ابزار نیز توسط روش های سخت افزاری و نرم افزاری قابل کاهش و جبران می باشند. خطای هندسی محورهای حرکتی ماشین ابزار از جمله خطاهای وابسته به ماشین است که در اغلب ماشین های ابزار کنترل عددی موجب کاهش کیفیت ابعادی و هندسی قطعه کار می گردد. جبران سخت افزاری این نوع خطا همواره میسر نبوده و از طرفی هزینه های مالی و زمانی سنگینی را به تولید کننده تحمیل می کند. جبران نرم افزاری نیز بسته به تکنولوژی بکار رفته در ساخت واحد کنترل محدودیت هایی را به همراه دارد. جبران خطا از طریق تصحیح کدهای ماشین کاری می تواند محدودیت های روش جبران نرم افزاری و دشواری های جبران سخت افزاری را از میان بردارد. در کار حاضر جبران نرم افزاری و غیر همزمان خطاهای هندسی تکرار پذیر در دستگاه کنترل عددی سه محوره بررسی شده است. روش مدلسازی سینماتیکی محروهای ماشین ابزار جهت تبدیل بیست و یک مولفه خطای هندسی ماشین به بردار خطای حجمی بکار گرفته شده است. مسیر نامی حرکت ابزار از طریق تحلیل کد ماین کاری اولیه استخراج می گردد. با نقطه گذاری این مسیر در فاصله هایی مشخصی و اعمال مقادیر خطای حجمی محاسبه شده در این نقطه ها، مسیر واقعی حرکت ابزار بدست می آید، اختلاف بین مسیر نامی و مسیر واقعی ابزار از طریق اصلاح کد ماشین کاری اولیه و تعیین مسیر معادل کاهش خواهد یافت. نرم افزاری تهیه شده که فرآیند تحلیل مسیر ماشین کاری و اعمال مقادیر خطاهای هندسی برنامه ماشین کاری با خطای جبران شده را به صورت خودکار تولید می کند. این نرم افزار با دریافت مشخصات هندسی ماشین، مشخصات ابزار، مقادیر بیست و یک مولفه خطاهای هندسی محورهای حرکتی و کد ماشین کاری اولیه به عنوان ورودی، کد ماشین کاری با خطای جبران شده را تولید می کند. صحت عملکرد نرم افزار توسط شبیه سازی کامپیوتری و آزمون تجربی تایید شده است.

عمده ترین مشکل در سر راه ماشینکاری قطعات با جداره های نازک، پایین بودن صلبیت آن هاست که منجر به افزایش خطاهای ابعادی ماشینکاری با کاهش سرعت تولید آن ها می شود. پایین بودن صلبیت جداره ها مخصوصا جداره های نازک، باعث تغییر فرم و خمش آن ها در برابر نیروهای ماشینکاری شده و در نتیجه، مقدار بیشتر یا کمتر مواد از دیواره قطعه کار ماشینکاری شده و خطاهای ناشی از تغییر فرم پس از براده برداری روی قطعه کار نمایان می شود. در پروژه حاضر برای حل این مشکل، با استفاده از یک سری مواد (آلیاژهای بیسموت) با درجه ذوب پایین (100 تا 200 درجه سانتیگراد) برای پر کردن قسمت های خالی قطعات جدار نازک و بالا بردن استحکام آن ها پیشنهاد شده است. با ذوب کردن این مواد و ریختن آن ها داخل قطعه کار قسمت های خالی و مجاور دیواره های نازک پرشده و پس از انجماد مواد ریخته شده، صلبیت قطعه و استحکام دیواره های آن بالا می رود. هنگام فرزکاری بیرونی قطعات در این حالت، تغییر فرم استاتیکی و دینامیکی دیواره ها در اثر نیروهای ماشینکاری کمتر شده و کیفیت سطح قطعه کار پس از ماشینکاری به طور چشمگیری بهبود می یابد. علاوه بر آن می توان پارامترهای ماشینکاری را بالا برده تا سرعت تولید افزایش پیدا کند. به منظور بررسی روش مطرح شده، در فاز تئوری این پروژه، پروفیل سطح فرزکاری شده در دو حالت استفاده از مواد زود ذوب و عدم استفاده از آن ها، با روش آنالیز المان محدود و مدلسازی نیروهای فرزکاری و قطعه کار؛ پیش بینی و مقایسه شده است. مقایسه نتایج تئوری نشان می دهد که بهبود قابل ملاحظه ای (حدود 100 میکرون) در خطاهای ابعاد سطح فرز کاری شده، حاصل می شود. در فاز تجربی پروژه نیز، یک سری آزمایشات فرزکاری طراحر و اجرا شده است. در این ازمایش ها پارامترهای کیفی سطح و عوامل موثر روی این پارامترها مثل ارتعاشات در دو حالت استفاده ازر مواد زود ذوب و عدم استفاده از آن ها بررسی شده است. نتایج آزمایشات نشان می دهد که کیفیت سطح (صافی سطح و دقت ابعادی سطح) فرزکاری شده در حالت استفاده از مواد زود ذوب به عنوان پرکننده بهبود قابل توجهی داشته باشد.

در تحقیق حاضر، نرم افزاری تهیه گردیده که قادر است با دریافت مدل سه بعدی قطعه کار، ترتیب عملیات خمکاری جهت تولید قطعه را به صورت اتوماتیک تشخیص داده و چیدمان ایتسگاه های خمکاری را ایجاد نماید. در این نرم افزار ایستگاه های برش و ترتیب آنها توسط کاربر به سیستم داده می شود. این نرم افزار از چهار بخش شناسایی شکل های قطعات ورقی، ایجاد نقشه گسترده ، طراحی چیدمان ایستگاه ها، طراحی قالب مرحله ای به صورت دو بعدی و محاسبه برگشت فنری تشکیل شده است. در بخش اول تمام شکل های قطعه ورقی به صورت اتوماتیک تشخیص داده شده و سپس با به کار گرفتن یکسری قوانین طراحی برای ساخت، صحت طراحی تعیین می شود. در بخش دوم نقشه گسترده قطعه کار ایجاد می شود. در بخش بعدی نخست، نحوه چیدمان قطعه در ورق بر اساس مسیر پیشروی ورق تعیین شده و در مرحله بعد ابتدا تعداد ایستگاه های برش و عملیات تولیدی هر یک از ایستگاه های برش توسط کاربر تعیین می شود و سپس با استفاده از روشی که بر گرفته از نتایج تجربی و تجربه افراد خبره است، چیدمان خمکاری به صورت اتوماتیک بدست می آید. در این قسمت از روش ابدائی مبتنی بر کلاسه بندی و همچنین به کارگیری مجموعه های فازی برای تعیین چیدمان خمکاری استفاده شده است. در بخش آخر نیروهای خمکاری و برش محاسبه شده و به کمک شبکه های عصبی مقدار برگشت فنری برای هر خم محاسبه شده و چیدمان دو بعدی قالب مرحله ای خم ارائه می شود. نتایج شبکه عصبی برای دو نوع فولاد کربنی ساده و کم آلیاژ استحکام بالا با محدوده ضخامتی 75/0 تا 75/1 میلیمتر قابل استفاده است. همچنین سیستم می تواند گزارشی از طراحی قالب مرحله ای را به صورت متنی ارائه نماید. بررسی های انجام شده، دقت الگوریتم های بکار گرفته شده را تایید می کنند. تمامی عملیات در نرم افزار solidworks و matlab انجام شده و از کدنویسی در محیط ویژوال بیسیک (vb) بهره گرفته شده است.