تحلیل اجزاء محدود فرآیند نورد حلقه در شکل دهی دیسک های کمپرسور موتور هواپیمای جت به منظور طراحی مراحل شکل دهی

نورد حلقوی گرم یک فرآیند شکل دهی پیشرفته با اثرات مکانیکی- حرارتی می باشد. در سال های اخیر با افزایش تقاضا در صنایع هوا- فضا برای حلقه های بزرگ بدون درز از مواد استحکام بالا همچون آلیاژ های تیتانیوم، نورد حلقوی گرم به فرآیند مرجح به منظور تولید این حلقه ها تبدیل شده است. علت این امر مزایای این فرآیند همچون صرفه جویی در هزینه و مواد، کیفیت بالا، بازدهی بالا و سر و صدای اندک می باشد. در این پایان نامه به کمک تحلیل های نظری که عمدتا بر پایه روش عددی اجزاء محدود قرار دارند فرآیند نورد حلقوی گرم قطعاتی از جنس آلیاژ های تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفته است. علت انجام این کار تلاش برای دست یابی به تکنولوژی ساخت اسپول های جلو و عقب موتور جت به کمک فرآیند نورد حلقوی می باشد. این قطعات به ترتیب در کمپرسور و توربین موتور جت نصب می شوند و پره های موتور بر روی آن ها قرار می گیرد. بخش اصلی تحقیق شامل تحلیل اجزاء محدود غیر خطی فرآیند نورد حلقوی به کمک نرم افزار abaqus است که برای حلقه هایی با ساختار الاستیک- پلاستیک و به کمک ایجاد یک مدل کوپل مکانیکی - حرارتی سه بعدی به انجام رسیده است. تحلیل ارائه شده از جهات مختلف مانند شکل پیچیده قطعات مورد بررسی، هندسه خاص غلتک های درگیر در فرآیند، حرکت پیچیده غلتک های راهنما و زمان طولانی انجام شبیه سازی منحصر بفرد می باشد و به ابداع دو روش جدید، یکی در شبیه سازی فیزیکی غلتک های راهنما و دیگری در شبیه سازی نورد حلقوی قطعات پیچیده با استفاده از امکانات سخت افزاری محدود منجر شده است. عدم وجود غلتک های راهنما در فرآیند شبیه سازی اجزاء محدود نورد حلقوی منجر به انحراف و کج شدن حلقه در طول فرآیند و در نهایت توقف حل می گردد. این پدیده لزوم استفاده از این غلتک ها را اثبات می نماید. روش اول قادر به شبیه سازی فیزیکی غلتک های راهنما مطابق با ساختار دستگاه نورد حلقوی مورد بررسی بوده و مسیر حرکت غلتک های راهنما را به طور تقریبی محاسبه می نماید. سپس از طریق مسیر محاسبه شده، نیرو ها و ممان های غلتک های راهنما محاسبه می گردد. این روش نیاز به بررسی بیشتر به منظور بهینه سازی مسیر حرکت غلتک های راهنما و در نتیجه نیرو ها و ممان های ناشی از آن دارد. بیشینه خطای این روش در محاسبه نیروی نورد 6% و در محاسبه نسبت پهن شدگی جانبی به کاهش ضخامت، 13% می باشد. نتایج حاصله نشانگر افزایش دقت تحلیل ها با در نظر گرفتن اثر غلتک های راهنما است. روش دوم نیز با برش دادن حلقه مورد بررسی در مقاطع مناسب و تحلیل اجزاء محدود هر یک از برش ها به صورت جداگانه و در نهایت استفاده از مجموع نتایج آن ها، به شبیه سازی فرآیند نورد حلقوی می پردازد. این روش، روش تقسیم مقطع، در مواردی که تعداد محاسبات مورد نیاز به منظور انجام شبیه سازی بسیار بالا بوده و سخت افزار در دسترس به علت کمبود حافظه و یا عدم امکان پردازش، قادر به انجام یکپارچه حل نمی باشد کاربرد دارد. نتایج بدست آمده، حداکثر 5/13 درصد خطا را نشان داده و کارایی نسبی این روش را تایید می نماید. نتایج بدست آمده از شبیه سازی قطعات فوق شامل نیرو ها و ممان های وارد بر غلتک های درگیر در فرآیند نیز، با در نظر گرفتن ضریب اطمینان مناسب، امکان طراحی یک دستگاه نورد حلقوی به منظور تولید قطعات فوق را ایجاد نموده و پارامتر های بدست آمده نیز روش انجام فرآیند نورد دو قطعه فوق را مشخص می نمایند.