مطالعه عددی و تجربی تأثیر مسیر بارگذاری بر توزیع ضخامت و هندسه محصول در فرآیند هیدروفرمینگ لوله های پله ای

امروزه فرآیند هیدروفرمینگ لوله به طور وسیعی در صنایع توسعه یافته است و برای تولید قطعات لوله ای با سطح مقطع های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرآیند، لوله با استفاده از فشار داخلی و تغذیه محوری به طور همزمان به شکل حفره قالب در می آید. کاهش وزن و هزینه، یکپارچگی بهتر ساختار، افزایش استحکام و کاهش در تعداد مراحل تولید از مزایای اصلی این فرآیند می باشد. لوله های پله ای کاربرد فراوانی در بسیاری از صنایع، به ویژه صنایع خودروسازی دارند. یکی از روش های ساخت این لوله ها، هیدروفرمینگ است. توزیع ضخامت و هندسه لوله های پله ای از موضوعات مهم در رابطه با این لوله ها می باشد. از طرفی مسیر فشار موثرترین پارامتر در فرآیند هیدروفرمینگ لوله محسوب می شود. در صورت اعمال نامناسب مسیر بارگذاری، امکان بروز عیوبی از قبیل پارگی یا چروکیدگی لوله وجود دارد. در این تحقیق، اثر مسیر فشار بر توزیع ضخامت و هندسه محصول در فرآیند هیدروفرمینگ لوله های پله ای بررسی شده است. لوله پله ای مورد نظر در این پژوهش بدون درز، از جنس فولاد زنگ نزن کم کربن (ss316l) و دارای مقطع دایره ای بوده است. در این پایان نامه، یک مسیر فشار سه خطی مد نظر قرار گرفته است. در این راستا، به کمک شبیه سازی اجزای محدود، اثر هر یک از پارامترهای مسیر فشار بر هندسه و توزیع ضخامت محصولبررسی قرار گرفته است. این پارامترها شامل فشارهای اولیه و نهایی و تغذیه های محوری اولیه و نهایی می باشد. مشخص شده است که با افزایش فشارهای اولیه و نهایی و کاهش تغذیه محوری اولیه، میزان بالج لوله افزایش و میزان چروکیدگی و میانگین ضخامت لوله کاهش می یابد و توزیع ضخامت لوله یکنواخت تر می گردد. همچنین نشان داده شده است که اثر فشار نهایی نسبت به فشار اولیه بر هندسه و توزیع ضخامت لوله بیشتر است. با افزایش تغذیه محوری نهایی نیز، میزان بالج و چروکیدگی لوله افزایش می یابد. جواب های حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و درستی نتایج حاصل از روش اجزای محدود تأیید شده است. در این تحقیق، علاوه بر مسیر بارگذاری، اثر پارامترهای هندسی قالب و لوله، ضریب اصطکاک و خواص ماده نیز بر هندسه و توزیع ضخامت محصول به کمک شبیه سازی اجزای محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که با کاهش طول ناحیه انبساط، سطح تماس بین لوله و قالب افزایش می یابد اما با کاهش بیش از حد آن، نه تنها ممکن است دیواره لوله با دیواره قالب تماس نیابد بلکه احتمال تابیدگی و چروکیدگی لوله نیز وجود دارد. همچنین با کاهش عرض ناحیه انبساط، سطح تماس لوله و قالب افزایش می یابد. با افزایش شعاع گوشه قالب، پرشدگی حفره قالب و نازک شدگی ضخامت لوله افزایش می یابد. فاصله لبه لوله تا مرکز قالب و همچنین ضریب اصطکاک، در محدوده بررسی شده در این تحقیق، اثری بر هندسه و توزیع ضخامت لوله نداشته است. با افزایش توان کرنش سختی (n) و کاهش ضریب استحکام (k)، میزان بالج و نازک شدگی لوله افزایش و میزان چروکیدگی آن کاهش می یابد.