مطالعه توزیع تنش پسماند ایجاد شده در فرایند تولید فنر مارپیچ فشاری سیستم تعلیق خودرو

فنرها یکی از مهم ترین و حساس ترین قطعات هر ماشین هستند که با توجه به نوع کاربردشان، ممکن است تحت شرایط بارگذاری شدید استاتیکی یا دینامیکی قرار گیرند. بنابراین توجه و دقت در طراحی و بهبود فرایند ساخت آن ها از اهمیت شایانی برخوردار است. تنش پسماند ایجاد شده در فرایند تولید فنر، نقش مهمی در عملکرد آن ایفا می کند. آگاهی از این تنش پسماند و چگونگی اثر مراحل فرایند تولید روی آن، یک گام ضروری به سوی رسیدن به یک بهینه سازی مناسب در طراحی و فرایند تولید می باشد. سه مرحله ی اصلی فرایند تولید فنر عبارتند از شکل دهی (فنرپیچی)، ساچمه زنی و پیش تنظیم. ابتدا مفتول مستقیم به شکل فنر درآمده؛ سپس طی عملیات ساچمه زنی، فنر تولید شده تحت برخورد ساچمه های فولادی با سرعت بالا قرار می گیرد و پس از آن، فنر یک بار تا ارتفاع صلب فشرده و سپس رها می شود. در این پژوهش، شبیه سازی سه مرحله ی فرایند تولید فنر مارپیچ فشاری، به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس، به صورت سه بعدی و با هدف به دست آوردن و مطالعه ی تنش پسماند ایجاد شده، صورت گرفت. فنر مورد مطالعه، فنر مارپیچ سیستم تعلیق عقب خودروی پراید است که در کارخانه ی فنرلول ایران تولید می شود. این فنر به صورت سرد شکل دهی می شود. شبیه سازی فرایندهای شکل دهی و ساچمه زنی در حل گر صریح و فرایند پیش تنظیم با حل گر استاندارد آباکوس انجام شد. در شبیه سازی ساچمه زنی، برای نزدیک بودن به واقعیت، یک برنامه متلب برای ایجاد توزیع ساچمه ها به صورت تصادفی نوشته شد. ساچمه ها در دو نوع صلب و الاستیک-پلاستیک در نظر گرفته شد. برای ساچمه های الاستیک-پلاستیک، برخورد زاویه دار و برخورد عمودی با در نظر گرفتن تماس بین خود ساچمه ها نیز مطالعه شد. در شبیه سازی پیش تنظیم، ابتدا تنش پسماند ایجاد شده بر اثر ساچمه زنی، به یک حلقه ی فنر انتقال داده شد و سپس شبیه سازی صورت گرفت. ابعاد فنر به دست آمده از شبیه سازی، تطابق خوبی با نمونه ی واقعی دارد. توزیع کرنش، تنش در حین شکل دهی و تنش پسماند پس از آن مورد مطالعه قرار گرفت. در لحظه ی شکل دهی، بیشترین تنش در قطر داخلی و خارجی مشاهده شد. اما تنش پسماند پس از فرایند، در مرکز مقطع به بیشترین مقدار خود می رسید. نیروی لازم برای شکل دهی فنر، اثر ضریب اصطکاک و سرعت تغذیه ی مفتول به دست آمد. با افزایش ضریب اصطکاک، بیشینه ی کرنش پلاستیک و تنش معادل نیز افزایش یافت؛ اما به طور کلی تاثیر این پارامتر چندان قابل توجه نبود. در شبیه سازی ساچمه زنی، با افزایش تعداد برخورد تا حد مشخصی، تنش پسماند افزایش یافته و سپس تغییر چندانی نمی کند. همچنین در سرعت های برخورد بالاتر، مقدار بیشینه ی تنش و نیز پهنای پروفیل تنش افزایش یافت. مقایسه ای با نتایج تجربی موجود صورت گرفت که بیشترین تطابق مربوط به ساچمه های پلاستیک و حالتی که برخورد بین ساچمه ها در نظر گرفته شده بود مشاهده شد. کاهش طول به دست آمده از شبیه سازی پیش تنظیم، با مقدار واقعی اختلاف ناچیزی داشت. توزیع تنش در لحظه ی فشرده شدن فنر تا ارتفاع صلب و تنش پسماند پس از فرایند مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین در هر مرحله برای صحه گذاری بر مطالعه ی عددی انجام شده، مقایسه ای با نتایج موجود از سایر پژوهشگران صورت گرفت.