تحلیل عددی و تجربی فرایند فورج دقیق چرخدنده های ساده

فورج دقیق یکی از پیشرفت های جدید در زمینه آهنگری است که به خاطر مزایایی که دارد از سایر فرایند های آهنگری متمایز شده است. هدف از این فرایند تولید قطعات با شکل نهایی یا حداقل نزدیک به شکل نهایی در شرایط فورج معمولی است. چرخدنده های ساده از قطعاتی هستند که در صنعت کاربرد زیادی دارند. دو گروه از روش های ساخت یعنی روش برشی و روش غیر برشی برای تولید چرخدنده ها مورد استفاده قرار می گیرند. آهنگری چرخدنده های ساده یکی از روش های غیر برشی است که با توجه به تقاضای گسترده از طرف صنعت برای تولید چرخنده های با استحکام بالا به کار می رود. از جمله مزایای فورج دقیق چرخدنده ها در مقایسه با روش ماشینکاری می توان به به خواص مکانیکی یهتر و استحکام بیشتر به دلیل بهبود ریز ساختار در اثر کار مکانیکی، مصرف ماده خام کمتر، نرخ تولید بالا و از همه مهمتر حذف عملیات ماشینکاری و برشکاری بعدی و در نتیجه کاهش زمان و هزینه تولید اشاره کرد.در این تحقیق فورج دقیق چرخدنده های ساده با روش تحلیل عددی با استفاده از المان محدود مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر پارامتر های هندسی چرخدنده نظیر تعداد دندانه، مدول و ارتفاع و همچنین قطر بیلت اولیه و شرایط تماسی بین قالب ها و قطعه کار مطالعه شده است. با توجه به اینکه بیشتر چرخدنده ها بعد از تولید با روش های گوناگون به محور اتصال می یابند لذا به منظور حذف این عمل در ادامه، فرایند فورج چرخدنده های متصل به محور و یا همان کله زنی چرخدنده های ساده مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر پارامتر های ذکر شده بر این فرایند نیز بررسی شده است. برای انجام شبیه سازی های المان محدود از نرم افزار deform 3d استفاده شده است. در قسمت انتهایی به منظور معتبرسازی نتایج حاصل از شبیه سازی المان محدود، آزمایشات تجربی برای ساخت یک چرخدنده صنعتی که در تراکتور 285-4wd مورد استفاده قرار می گیرد، انجام گرفته است. برای انجام آزمایش های تجربی از ماده سرب استفاده شده است. نتایج بررسی های عددی و تجربی نشان می دهند که در فورج دقیق چرخدنده های ساده باید قطر بیلت اولیه همواره نزدیکترین مقدار به ریشه چرخدنده باشد تا هم باعث کاهش نیروی شکل دهی شود و هم شکل گیری گوشه های چرخدنده با مشکل مواجه نشود. بررسی تاثیر تعداد دندانه ها بیانگر این است که با افزایش تعداد دندانه ها مقدار نیروی لازم افزایش پیدا می کند و با توجه به مقادیر فشار ویژه تعداد دندانه های بهینه چرخدنده برای شکل دهی به روش فورج دقیق 10 تا 20 دندانه می باشد. همچنین به منظور دستیابی به سیلان مواد یکنواخت تر با نیروی کمتر باید ضریب اصطکاک مابین سطوح در کمترین مقدار ممکن باشد. همچنین بررسی مقادیر تنش و کرنش موثر نشان می دهد که بیشترین مقدار تنش و کرنش در ریشه چرخدنده اتفاق می افتد که در فورج چرخدنده های ساده متصل به محور سطح زیرین گوشه پایینی نیز به این مناطق اضافه می شود. همچنین مقایسه نتایج بدست آمده از روش المان محدود با نتایج تجربی نشان دهنده قابل اعتماد بودن نتایج بدست آمده از تحلیل عددی در فرایند فورج دقیق می باشد.