تحلیل دینامیکی برش ورق توسط قیچی گیوتینی

چکیده: فرآیند برش یکی از مهم ترین فرآیندهای شکل دهی فلزات است. استفاده از عمل گیوتین برای برش، باعث کاهش نیروی فرآیند و در نتیجه کار مکانیکی مورد نیاز است. مدل سازی فرآیندهای برش نیاز به یک مدل پیشرفته ماده هم چون مکانیک آسیب و مکانیک شکست دارد. امروزه مکانیک آسیب به عنوان ابزاری کارآ در شبیه سازی شکست نرم بوده و به خوبی رفتار شکست در مواد نرم را ارزیابی می کنند. مدل های مکانیک آسیب می توانند فرآیند جوانه زنی، رشد و به هم پیوستن حفره ها را با استفاده از معادلات مکانیک محیط های پیوسته شبیه سازی کنند. استفاده از مکانیک آسیب در تحلیل فرآیند های شکل دهی تخمین دقیق تری از نیروهای بحرانی فرآیند، پیش بینی نقاط شروع ترک و نقاط شکست در ماده در اختیار طراح قرار می دهد. یکی از مدل های آسیب پرکاربرد که در نرم افزار abaqus نیز وجود دارد، مدل آسیب جانسون-کوک (johnson-cook) می باشد. این مدل یک مدل از مدل های آسیب نرم است و توانایی پیش بینی شکست نرم را نیز دارا می باشد. در این مدل کرنش شکست ماده به صورت تابعی از تنش سه محوره، نرخ کرنش و دما در نظر گرفته می شود. مدل های وابسته به نرخ، برای پروسه های با سرعت نسبتاً بالا، نظیر پدیده های دینامیکی یا شبیه سازی پروسه های شکل دهی فلزات استفاده می شود. از آنجایی که هدف از تحقیق حاظر، شبیه سازی فرآیند برش قیچی هالدن موجود در قسمت نورد سرد مجتمع فولاد مبارکه است، لذا با توجه به سرعت برش نسبتاً بالای آن از این مدل به منظور تخمین نیروی فرآیند استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا مطالعاتی در مورد مکانیک آسیب و کاربرد های آن و مدل های آسیب معتبر صورت گرفته سپس مدل آسیب جانسون-کوک مورد بررسی قرار می گیرد و پارامترهای ورودی لازم برای انجام شبیه سازی برش ورق به کمک این مدل مشخص گردیده است. در ادامه به منظور تعیین پارامترهای لازم، آزمایش های خاصی طراحی و انجام شده و اطلاعات مورد نیاز برای شبیه سازی آسیب جانسون-کوک بر روی فولاد st12 تعیین گردیده است. در ادامه به شبیه سازی فرآیند برش توسط قیچی گیوتینی پرداخته شده و پس از محاسبه ی نیروی فرآیند، تأثیر هر یک از پارامترها از جمله ضخامت ورق، اثر زاویه ی تیغه و شعاع راکورد آن بر روی نیروی فرآیند بررسی شده است. مقایسه ی نتایج آزمون کشش استاندارد حاصل از تست آزمایشگاهی و شبیه سازی به وسیله ضرایب تعیین شده نشان از دقت ضرایب استخراج شده و صحت روش به کار رفته دارد. تعیین گشتاور اعمالی بر روی هریک از چرخ دنده های قیچی هالدن بر اساس تعیین نیروی برش در شرایط بحرانی و بررسی کمانش ورق حین فرآیند برش در اثر اختلاف سرعت مندرل و تیغه ها در دستگاه هالدن که یکی از چالش های عمده ی دستگاه است از دیگر اقدامات انجام شده در این پژوهش است. کلید واژگان: مکانیک آسیب، گیوتین، مدل آسیب جانسون-کوک، کرنش شکست، تنش سه محوره، پارامتر های آسیب، کمانش