چکیده:

بهبود خواص مکانیکی قطعات حاصل از فرایند آهنگری و مزایای ویژه آلیاژهای آلومینیوم موجب افزایش روزافزون استفاده از فرایند آهنگری برای تولید قطعات آلومینیومی در سطح گسترده ای شده است.

هدف اولیه این پژوهش دستیابی به روش شبیه سازی اجزای محدود مناسب برای شبیه سازی صحیح فرایند آهنگری داغ قالب بسته قطعات پیچیده است. هدف بعدی شبیه سازی تمامی مراحل آهنگری منجر به تولید قطعه نهایی می باشد. هدف نهایی این پژوهش بررسی طرح های هندسی مختلف به منظور انتخاب طرح هندسی پیش فرم مرحله اول بهینه برای تولید است.

در ابتدا شبیه سازی مرحله اول آهنگری با پیش فرم صلیبی شکل در ضخامت های مختلف به منظور یافتن ضخامت مناسب برای تولید قطعه کامل با استفاده از پیش فرم صلیبی انجام شد. سپس با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی پیش فرم صلیبی، بررسی طرح های هندسی ارائه شده برای پیش فرم مرحله اول به منظور انتخاب بهترین طرح هندسی در دستور کار قرار گرفته و طرح  هندسی مناسب با توجه به بررسی نتایج انتخاب گردید.

با توجه به مشاهده ترک در قطعات تولیدشده صنعتی در مراحل بعد از آهنگری، پس از شبیه سازی مراحل دوم و سوم فرایند آهنگری، بررسی نتایج شبیه سازی در دستور کار قرار گرفت. با بررسی نتایج شبیه سازی مشخص شد که در برخی نواحی که در قطعه صنعتی ترک مشاهده گردیده است، در مرحله دوم و سوم آهنگری دما به میزان قابل توجهی افزایش یافته و به محدود دمای ذوب آلومینیوم 4102 می رسد و می توان پیش بینی کرد که این امر موجب وقوع عیوب مختلف در مراحل بعدی گردیده که با نتایج تجربی مطابقت مناسب دارد.

با توجه به شباهت نتایج شبیه سازی و تجربی از نظر هندسی و بررسی های انجام گرفته بر روی نتایج حاصل از شبیه سازی می توان گفت که نرم افزار DEFORM 3Dتوانایی بسیاری در شبیه سازی آهنگری قالب بسته قطعات پیچیده دارد. این توانایی در کنار امکانات ویژه این نرم افزار در زمینه شکل دهی می تواند سرعت را در طراحی و تولید قطعات پیچیده به روش آهنگری افزایش داده و علاوه بر کاهش زمان و هزینه تولید، مشکلات موجود در این زمینه را نیز برطرف سازد.

واژگان کلیدی: آهنگری در قالب های بسته با فلش ، مقاطع پیچیده آلومینیومی، پیش فرم در آهنگری، روش المان محدود.

شبیه سازی مدل

شبیه سازی مدل

فصل اول: طرح مسأله                                 53-1

1-1 . مقدمه ………………………………………………………………………………………….. 2

آهنگری فرایندی است که در آن قطعه کار با نیروهای فشاری که از طریق قالب ها و ابزارهای گوناگون بر آن وارد می شود، شکل می گیرد. این فرایند یکی از قدیمی ترین عملیات فلزکاری است که تاریخ آن به بیش از0888 سال قبل از میلاد بر می گردد. آهنگری ابتدا برای ساختن جواهرات، سکه ها و ابزارهای گوناگون با کوبیدن فلز با ابزارهای سنگی به کار می رفت که می توان آن را با یک چکش دستی سنگین و یک سندان انجام داد. در این فرایند جریان فلز و ساختار دانه را می توان کنترل کرد، بنابراین قطعات آهنگری شده استحکام و چقرمگی خوبی دارند و با اطمینان می توان آنها را برای کاربردهایی که به شدت در معرض تنش هستند، به کار برد. قطعات آهنگری اغلب عملیات تکمیلی اضافی، مانند عملیات حرارتی برای اصلاح خواص مکانیکی و ماشینکاری برای دستیابی به ابعاد نهایی دقیق، لازم دارند. این عملیات را می توان با فرایند آهنگری دقیق که نمونه بارزی از فرایندهای شکل دهی بدون پلیسه است به حداقل رساند. این روند به گونه ای چشم گیر از تعداد عملیات مورد نیاز کاسته و از این طریق هزینه تولید محصول نهایی را پایین می آورد[1].

آنچه که این فرایند را در هر زمان مورد توجه تولید کنندگان قرار داده، خواص مطلوب محصولات حاصل از این روش شکل دهی حجمی می باشد که در سایر روش ها به راحتی نمی توان بدان دست یافت. استحکام و چقرمگی بالای محصولات آهنگری موجب کاربرد وسیع این محصولات در زمینه های مختلف صنعتی و نظامی گردیده و اصولاً هرجا که بحث عیوبی مانند خستگی مطرح است یک نگاه برای تولید متوجه این فرایند می گردد.

همچنین از دهه 80 و به دلیل بحران انرژی، تحقیقات گسترده ای در زمینه توسعه فرایندهای تولید به منظور کاهش توان مورد نیاز تولید که منجر به کم شدن هزینه تولید و ایجاد فضای رقابتی بهتر می گردد، صورت گرفت. این مورد در کشور ما به دلیل بهره مندی از منابع انرژی فسیلی پیشرفت بسیار کندی داشت. طی یک دهه اخیر در کشور ما نیز رویکرد تولید کنندگان به سمت بهبود شرایط تولیدی پیشرفته است. این رویکرد همزمان با افزایش هزینه های تولیدی منجر به توسعه روزافزون در زمینه بهینه سازی در تمامی زمینه ها گردیده است.

فرایند شکل دهی حجمی در طی سالهای اخیر به دلیل مزایای فراوانش مورد توجه ویژه ای قرار گرفته و فرایند آهنگری به دلیل ارائه خواص مناسب قطعه نهایی و کیفیت مناسب سطوح از اهمیت بیشتری برخوردار شده است. چرا که می تواند علاوه بر کاستن هزینه تمام شده قطعات، در تولید قطعاتی که در تجهیزات و دستگاه های حساس کاربرد دارند کارایی مطلوبی از خود ارائه دهند. علاوه بر این همانگونه که بیش از این نیز به آن اشاره شد. در حال حاضر آلومینیوم به عنوان فلز پیشتاز عصر حاضر به شمار رفته و در آینده ای نه چندان دور می تواند به خوبی جایگزین فولاد در تولید قطعات مختلف به دلیل مزایای ویژه اش گردد.

1-2. دسته بندی فرایند های آهنگری ……………………………………………………………3

فرایند آهنگری را می توان برحسب نوع تجهیزات به کار رفته، قالب های آهنگری و یا دمای آهنگری به انواع مختلف تقسیم بندی کرد. در حالت اول می توان برحسب تجهیزات آهنگری که همان پرس ها می باشند دسته بندی را انجام داد که انواع پرس ها شامل ضربه ای و هیدرولیک و سایر پرس ها از این دست تقسیم بندی ها می باشند. در مورد دمای آهنگری نیز می توان سه دسته کلی را بر حسب دما بیان کرد که آهنگری سرد، آهنگری گرم و آهنگری داغ از جمله این موارد به حساب می آیند]1[. آنچه که در اینجا از اهمیت بیشتری برخوردار است تقسیم بندی بر اساس قالب های آهنگری می باشد که در دو دسته کلی قالب باز و قالب بسته جای می گیرند. در ادامه توضیحات بیشتری در مورد این قالب ها، مزایا، معایب و کاربرد هر یک بیان می گردد.

1-2-1- آهنگری قالب باز…………………………………………………………………………..3

1-2-2 آهنگری قالب بسته………………………………………………………………………..5

1-3 . دسته بندی فرایند آهنگری از جهت درجه حرارت……………………………………….12

1-4 اصطکاک و روانکاری در فرایند آهنگری………………………………………………………13

0-5 پیش بینی فشار آهنگری کاری ……………………………………………………………..15

0-6 پرسهای مکانیکی و پیچی……………………………………………………………………16

0-7  دوره بری ………………………………………………………………………………………17

1-8 آهنگری آلومینیوم………………………………………………………………………………..19

1-8-1- قابلیت آهنگری……………………………………………………………………………….20

1-8-2- تأثیر دما بر آهنگری آلومینیوم…………………………………………………………………22

1-8-3- تأثیر سرعت تغییر شکل بر آهنگری آلومینیوم……………………………………………..23

1-8-4- فرایند آهنگری آلیاژ آلومینیوم………………………………………………………………..24

1-8-5- پیش گرم کردن قطعات برای انجام عملیات آهنگری ……………………………………..25

1-9 مشخصات شیمیایی و خواص مکانیکی آلومینیوم 4112……………………………………27

1-10- پیشینه پژوهش………………………………………………………………………………….28

‫همانگونه که پیش از این نیز بیان شد عمده فعالیت محققین در طی سال های اخیر پیرامون ‫مباحثی در حوزه به ینه سازی فرایند آهنگری می باشد و در این مقام هر یک از این پژوهشگران به نوبه خود به یکی از مسائل مربوطه به این فرایند پرداخته اند. الزام به ذکر است که بسیاری از ‫تحقیقات انجام گرفته به تمامی فرایندهای شکل دهی مربوط بوده و از نتایج آن می توان در آهنگری‫بهره جست. می توان این پژوهش ها را به دو دسته کلی به صورت زیر تقسیم کرد:

1-11- ضرورت تحقیق…………………………………………………………………………………..29

‫عدم دسترسی به اطلاعات کافی در زمینه آهنگری آلومینیوم های با استحکام بالا در کنار نیاز ‫روزافزون به استفاده از آن در راستای توسعه صنایع مختلف صنعتی و نظامی و به دلیل افزایش کاربرد ‫این فلز با توجه به خواص اصلی آن مانند سبکی و استحکام بالا که افق روشنی را در این زمینه نشان ‫می دهد، یکی از ضرورت های اساسی این تحقیق می باشد. از دیگر موارد می توان به برقراری مناسب ‫ارتباط بین صنعت و دانشگاه به منظور اعتمادسازی از طرف دانشگاه برای صنایع و حل مشکالت موجود در آن اشاره کرد. این عوامل درک رویکرد حال حاضر کشور و چشم انداز 40 ساله که در آن ‫حرکت بر مرزهای دانش پیش بینی گشته موجب شده که تحقیقاتی از این دست ارائه گردد تا علاوه‫ بر علوم نوپای روز دنیا که پیشرفت مناسبی در آن صورت گرفته، گریزی نیز بر علوم کاربردی و فن ‫آوری های مربوطه زده و قدم های مناسب در این زمینه برداشته شود.  ‫موضوع اصلی این پژوهش، فرایند تولید یک قطعه پیچیده از آلیاژ آلومینیوم با استحکام باالی6‪ AA2014-Tبا استفاده از روش آهنگری قالب بسته داغ می باشد. بیلت اولیه با مقطع گرد از آلیاژ ‫مورد نظر با یکنواختی بالا تحت فرایند اکستروژن تبدیل به پیش فرم اولیه صلیبی شکل مناسب برای ‫عملیات آهنگری مرحله اول گردیده و طی سه مرحله عملیات آهنگری قالب بسته داغ تبدیل به قطعه ‫پیچیده نهایی می گردد. در بین مراحل نیز به منظور آماده سازی پیش فرم ها برای آهنگری، دوره ‫بری و آنیل بین مراحل جهت حذف تنش های پسماند و بهبود شرایط آهنگری صورت می پذیرد. با ‫توجه به این موارد و در اختیار داشتن نقشه های مربوط به قطعات و قالب ها در مراحل مختلف و ‫برخی از مدل های مربوطه، فرایند شبیه سازی اجرا گردید. ‫هدف نهایی از این پژوهش دستیابی به روش مناسبی است که به کمک آن بتوان با استفاده از ‫روش اجزای محدود و نرم افزارهای کاربردی، علاوه بر کاهش هزینه های تولید، سرعت عمل بیشتری ‫را در اعمال تغییرات مورد نظر در عملیات تولید آهنگری قطعات پیچیده آلومینومی با استحکام بالا ل‫برداشت. همانگونه که در پیشینه پژوهش نیز مشاهده می شود تحقیقات گسترده ای طی چند سال ‫اخیر در زمینه بهینه سازی پارامتر های مختلف آهنگری قالب بسته اجرا گردیده و شمار این تحقیقات ‫نیز هر روزه رو به افزایش است. آنچه که در اغلب این پژوهش ها مشاهده می شود سادگی قطعه ‫ایست که بررسی بر روی آن انجام گرفته و در مورد قطعات پیچیده نیز تنها به شبیه سازی پرداخته ‫شده و در تعداد کمی از آنها آزمایش های عملی را شاهد هستیم و کمتر نوشتاری به مقایسه نتایج ‫عملی و شبیه سازی مقاطعی همچون مقطع مورد بحث در این پژوهش پرداخته اند. از طرف دیگر ‫اصول طراحی و بهینه سازی ذکر شده در این منابع، کاربرد چندانی در تولید قطعات پیچیده ندارد.
‫این پایان نامه حاصل پژوهشی است که طی سه مرحله انجام شده است. در مرحله اول صحت ‫اجرای شبیه سازی فرایند آهنگری قالب بسته داغ به کمک مقایسه نتایج حاصله با داده های صنعتی ‫مورد بررسی قرارگرفته است. در مرحله بعدی به کمک طرح های هندسی ارائه شده از طرف مهندسان ‫تجربی موجود و با استفاده از شبیه سازی عددی طرح هندسی پیش فرم اولیه نمونه انتخاب گردید. ‫در نهایت با توجه مشخصات حاصل از شبیه سازی های پیشین، مرحله دوم فرایند شبیه سازی‫گردیده و نتایج حاصل شده با داده های صنعتی مقایسه گردید. در فصل دوم این پژوهش شبیه سازی ‫تمامی مراحل آهنگری به عنوان گام نخست ارائه شده و در فصل سوم بررسی اجزای محدود طرح ‫های هندسی مختلف پیش فرم مرحله اول بیان می گردد. در فصل چهارم نیز تمامی نتایج حاصل از ‫شبیه سازی های انجام شده به صورت کامل تشریح می گردد.

قطعه با ضخامت های متفاوت

قطعه با ضخامت های متفاوت

فصل دوم : مروری بر ادبیات موضوع                    35-53

1-2 . مقدمه …………………………………………………………………………………………… 37

‫نخستین گام برای یافتن روش مناسب شبیه سازی اجزای محدود فرایند آهنگری مورد نظر ‫انتخاب نرم افزار مناسب است. در گام دوم با انتخاب صحیح پارامترهای معتبر و قابل قبول، شبیه‫ سازی فرایند آهنگری قالب بسته داغ با فلش برای قطعات پیچیده انجام می گردد. با تائید نتایج شبیه ‫سازی به کمک استفاده از اطالعات تجربی موجود اقدام می توان علاوه بر شبیه سازی تمامی مراحل‫آهنگری، بررسی طرح های هندسی مختلف را برای انتخاب طرح بهینه در دستور کار قرار داد.

‫با توجه به نیاز صنعت به استفاده از نرم افزار المان محدود برای بررسی جامع فرایند آهنگری و‫استفاده های بعدی از این اطالعات، از نرم افزار تجاری که طی چند سال اخیر کاربرد وسیعی در ‫کارهای تحقیقاتی و تجربی یافته یعنی کد تجاری DEFORM-3D استفاده گردید. به دو دلیل بسیار ‫مهم استفاده از این نرم افزار شرایط بهتری را برای اجرای شبیه سازی فراهم می آورد. نخست تطبیق ‫پذیری نرم افزار با فرایندهای شکل دهی می باشد، بدین صورت که در آن ابتدا قطعه و سپس قالب‫بالا و پایین معرفی می گردد و دیگری بانک اطلاعاتی مربوط به خواص مکانیکی مواد مختلف به ‫خصوص در دماهای کاری بالا که ماده مورد بررسی در این پایان نامه نیز در کتابخانه این کد تجاری ‫وجود داشت.

2-2 . مختصری از نرم افزار DEFORM 3D……………………………………..ا……………………………………..37

2-3 . تشریح مسئله…………………………………………………………………………………….38

2-4- . مراحل شبیه سازی…………………………………………………………………………….40

2-4-1-. تهیه فایل های STLجهت مدل سازی در نرم افزار………………………………………….40

2-4-2- تعیین خواص ماده و دما………………………………………………………………………..40

2-4-3-. مش بندی ……………………………………………………………………………………….40

2-4-4-. تعیین ضریب اصطکاک…………………………………………………………………………..41

2-4-5-. سطوح تماس ……………………………………………………………………………………42

2-4-6-. تعیین پارامترهای عملیاتی……………………………………………………………………..42

2-5-. شبیه سازی مرحله اول آهنگری و مقایسه نتایج تجربی…………………………………….43

2-6- . شبیه سازی مرحله دوم آهنگری………………………………………………………………49

2-7- . مقایسه نتایج شبیه سازی و تجربی مرحله دوم آهنگری…………………………………..52

2-8 . شبیه سازی مرحله سوم آهنگری…………………………………………………………….54

2-9- . مقایسه نتایج شبیه سازی و تجربی مرحله سوم آهنگری…………………………………56

مدل سازی قطعه

مدل سازی قطعه

فصل سوم : روش تحقیق (بررسی هندسه پیش فرم                     47-35

در فرایند آهنگری به کمک شبیه سازی اجزای محدود)

3-1. مقدمه …………………………………………………………………………………………….61
‫همانگونه که در قسمت های ابتدایی فصل پیشین اشاره شد با توجه به پر نشدن کامل قالب در فرایند آهنگری با پیش فرم صلیبی شکل در ضخامت های پایین، افزایش ضخامت تنها منجر به‫تشکیل پلیسه با ضخامت بالا گردیده و نیروی شکل دهی نیز بدون کارایی افزایش می یابد و با وجود ‫پر شدن کامل محفظه قالب در ضخامت 24 میلیمتر، نیروی شکل دهی و سایر پارامترهای مربوطه نیز ‫افزایش چشمگیری می یابد. به همین دلیل نیاز به تغییر در طراحی پیش فرم اولیه به منظور دستیابی ‫به شکل بهینه ای از طراحی جهت اجرای صحیح فرایند با ضخامت پیش فرم اولیه کمتر و متعاقباً ‫پلیسه کمتر به شدت احساس می گردد. نکته ضروری که باید مطرح شود در خصوص محدودیت های‫حاصل از نوع فرایند است. به عنوان مثال نمی توان تغییرات چندانی در دمای قطعه داد چرا که مطابق ‫آنچه که در فصل اول هم بیان گردید محدوده مناسب دمای کاری قطعه 420-460 درجه سانتیگراد ‫است. همچنین نمی توان از مقدار بیشتری روانکار استفاده کرد، چرا که استفاده از مقدار بیشتر روانکار ‫به دلیل پر کردن فضای قالب منجر به ایجاد مشکالتی در گوشه های قالب و عدم سیلان مناسب ماده ‫در این مناطق و عدم پر شدن صحیح محفظه قالب می شود.‫در این راستا پیش فرم های طراحی شده توسط مهندسان با تجربه با ضخامت های مختلف مورد ‫ارزیابی عددی قرار گرفت تا با مقایسه نتایج حاصل از آن، پر شدن قالب، ایجاد پلیسه و سایر موارد‫ مورد نظر بر روی آنها بررسی شده و در انتها شکل هندسی مناسب با کمترین ضخامت که در حقیقت ‫بهینه ترین حالت ممکن را شامل می شود انتخاب گردد. مزیت دیگر این کار که به نوعی هدف اصلی ‫می باشد، دستیابی به روش شبیه سازی اطمینان بخشی است که تضمین کننده دستیابی به طرح‫بهینه در سایر عملیات مشابه باشد. در ادامه به ترتیب طرح های مختلف پیشنهادی تشریح گردیده و ‫نتایج حاصل از شبیه سازی هر یک در کنار نتایج تجربی ارائه می گردد. الزم به ذکر است که این ‫طرح ها به ترتیب به نام های مهندسی 1 الی 2 نامگذاری شده اند.

3-2 . طرح مهندسی 1 ……………………………………………………………………………….60

3-3. طرح مهندسی 2…………………………………………………………………………………65

3-4. طرح مهندسی 3………………………………………………………………………………..67

3-5. طرح مهندسی 4…………………………………………………………………………………70

مسیر های تعریف شده بر روی قطعه حاصل از مرحله دوم اهنگری

مسیر های تعریف شده بر روی قطعه حاصل از مرحله دوم اهنگری

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها                        53-43

1-4- . مقدمه…………………………………………………………………………………………..76
‫در فصل دوم شبیه سازی تمامی مراحل آهنگری قطعه پیچیده مورد بحث در این پژوهش تشریح ‫گردید و در فصل سوم نیز با توجه به دستیابی به پارامترهای شبیه سازی مناسب، بررسی اجزای ‫محدود طرح های هندسی مختلف به منظور انتخاب طرح هندسی بهینه ارائه شد. با توجه به لزوم ‫بررسی بیشتر نتایج بدست آمده از شبیه سازی، در این فصل بررسی بیشتری بر روی این نتایج انجام ‫گردیده تا به کمک این نتایج بتوان به داده های مناسب برای استفاده در مراحل بعدی و یا توسعه ‫پژوهش دست یافت. بدین جهت ابتدا نتایج حاصل از شبیه سازی های مراحل مختلف بیان گردیده و ‫سپس نتایج مربوط به طرح های هندسی مختلف پیش فرم مرحله اول مورد ارزیابی قرار گرفته و در ‫انتهای فصل شبیه سازی های انجام شده با پارامترهای مختلف شکل دهی به منطظور بررسی هرچه ‫بهتر تأثیر هر یک از این پارامترها بر فرایند آهنگری مذکور ارائه می شود.

2-4- .بررسی نتایج شبیه سازی مرحله اول ……………………………………………………..76

3-4-.بررسی نتایج شبیه سازی مرحله دوم……………………………………………………….79

4-4- .بررسی نتایج شبیه سازی مرحله سوم ……………………………………………………81

4-5- . بررسی پارامترهای شکل دهی در مرحله دوم و سوم آهنگری…………………………83

4-6-.  بررسی پارامترهای شکل دهی برای پیش فرم های مختلف مرحله اول آهنگری……87

4-7-. بررسی تأثیر پارامترهای شکل دهی بر اجرای فرایند آهنگری ………………………….89

4-7-1- ضریب اصطکاک ……………………………………………………………………………..89

4-7-2- سرعت آهنگری……………………………………………………………………………..91

4-7-3– دمای آهنگری………………………………………………………………………………92

نمای از مدل

نمای از مدل

فصل پنجم : نتیجه گیری، بحث و پیشنهادها           96-99

5-1- . تأثیر پارامترهای مختلف شکل دهی بر فرایند تولید آهنگری قالب بسته داغ………………….97

5-2- . نتایج حاصل ازمقایسه شبیه سازی با نمونه های صنعتی………………………………………98

5-3-. زمینه های پیشنهادی برای تحقیقات بعدی………………………………………………………..98

منابع و ماخذ                                                                                            10199

پیوست                                                                                                113 -101

فهرست جدول ها

جدول 1-1 : محدوده دمایی توصیه شده برای عملیات آهنگری آلیاژهای آلومینیوم ……….21

جدول 1-2 : محدوده دمای قالب برای آهنگری آلیاژهای آلومینیوم……………………………22

جدول 1-3 : مشخصات اصلی آلومینیوم های کار شده و ریخته گری شده…………………..25

جدول 1-4 : مشخصات کاربردی آلومینیوم T6-4102…………………………ا…………………..26

جدول 1-5 : ترکیب عناصر آلیاژی آلومینیوم  T6-4102……………………….ا…………………  26

جدول 1-6 : برخی از خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی آلومینیوم  T6– 4102……….ا………26

جدول 2-1 : اطلاعات بدست آمده از شبیه سازی پیش فرم اولیه صلیبی با ضخامت های مختلف..49

جدول 3-1 : اطلاعات مربوط به آزمایشات عددی و تجربی پیش فرم های مختلف……………. 74

جدول1-4-: بیشترین نیروی شکل دهی با ضرایب اصطکاک متفاوت…………………………….. 90

جدول 2-4-: بیشترین نیروی شکل دهی در سرعت های آهنگری متفاوت……………………..94

جدول 3-4-: بیشترین نیروی شکل دهی در آهنگری با دمای پیش فرم اولیه متفاوت…………. 95

نمایی از قسمت انتهایی شاخک کتفاوت قطعه شبیه سازی شده

نمایی از قسمت انتهایی شاخک کتفاوت قطعه شبیه سازی شده

فهرست شکل ها

شکل 1-1 : انواع قالب ها و سنبه های مورد استفاده در قالب های آهنگری باز………………….4

شکل 1-2 : مقایسه محدودیت های یک نمونه از طراحی یک سازه…………………………………6

شکل 1-3 : اثر قابلیت آهنگری کاری و استحکام جریان در پر کردن قالب…………………………..7

شکل 1-4 : به کار گیری صفحات جریان فلز در طراحی پیش فرم …………………………………..9

شکل 1-5 : سطح مقطع پیشنهادی برای آهنگری فولاد …………………………………………..10

شکل 1-6 : نحوه پر شدن قالب آهنگری بسته ……………………………………………………..11

شکل 1-7 : رابطه بین ارتفاع متوسط پیش فرم  اولیه با فشار مورد نیاز آهنگری ………………15

شکل 1-8 : نمودار تنش جریان بر حسب درصد کرنش کل برای آلیاژهای آلومینیوم …………..18

شکل 1-9 : نمودار قابلیت آهنگری بر حسب دمای آهنگری برای آلیاژهای مختلف…………….19

شکل 1-10 : اثر دما را روی تنش جریان در نرخ کرنش برای آلیاژ 6160 …………………………20

شکل 1-11:  نمودار تنش جریان بر حسب کرنش برای آلیاژهای 4102 و 6160…………………23

شکل 2-1 : نمایی از نقشه پیش فرم اولیه صلیبی به همراه نمایی از مدل ایجاد شده آن ….39

شکل 2-2 : نمایی از مدل تهیه شده از سمبه و ماتریس جهت شبیه سازی ………………….39

شکل 2-3- : نمایی از پیش فرم  اولیه صلیبی شکل مش بندی شده ………………………….39

شکل 2-4 :  نمایی از پیش فرم اولیه درون سمبه و ماتریس پیش از اجرای شبیه سازی ……41

شکل 2-5 : نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده در کنار یک قطعه تولیدی ……………… 43

شکل 2-6-: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه صلیبی با ضخامت 41 میلیمتر……………43

شکل2-7-: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده ویک قطعه تولیدی با ضخامت 43 میلیمتر44

شکل 2-8: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه صلیبی با ضخامت 43 میلیمتر………………45

شکل2-9-: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده ویک قطعه تولیدی با ضخامت 45 میلیمتر46

شکل 2-10: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه صلیبی با ضخامت 45 میلیمتر……………46

شکل 2-11-: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب با ضخامت های مختلف …………………..47

شکل 2-12- : نمایی از سمبه و ماتریس مرحله دوم ایجاد شده در محیط مدلسازی………….48

شکل 2-13 : نقشه پیش فرم مرحله دوم در کنار نمای سه بعدی از آن ……………………….50

شکل 2-14 : دو نما از حالت نهایی قطعه درون سمبه و ماتریس پیش از شبیه سازی………51

شکل 2-15: قطعه شبیه سازی شده، در کنار قطعه تولیدی مرحله دوم آهنگری ……………52

شکل 2-16: نمودار زمان – نیرو برای مرحله دوم آهنگری………………………………………. 53

شکل 2-17: قطعه نهایی شبیه سازی شده، در کنار قطعه نهایی تولیدی  …………………..54

شکل 2-18: دو نما از پیش فرم مدلسازی شده برای مرحله سوم آهنگری ………………….55

شکل 2-19: دو نما از پیش فرم، سنبه و ماتریس پیش از اجرای شبیه سازی مرحله سوم آهنگری 56

شکل2-20-: قطعه شبیه سازی شده در کنار قطعه تولیدی مرحله دوم آهنگری…………….56

شکل 2-21: قطعه نهایی پس از 05 مرحله ماشینکاری…………………………………………58

شکل3-1: نمایی از )الف(: نقشه پیش فرم اولیه مهندسی 0 )ب(: نمایی از پیش فرم واقعی 61

شکل3-2: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده ویک قطعه تولیدی با ضخامت 05 میلیمتر 62

شکل 3-3: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه مهندسی 0 با ضخامت 05 میلیمتر……… 62

شکل3-4: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده در ضخامت های مختلف………………… 63

شکل 3-5-: نمودار زمان – نیرو پیش فرم مهندسی 0 با ضخامت های مختلف ………………..64

شکل 3-6-: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب با ضخامت های مختلف…………………….64

شکل 3-7: طرح اولیه پیش فرم مهندسی 4 در کنار مدل طراحی شده در CATIA  ا …………65

شکل 3-8: نمایی از قطعه حاصل از شبیه سازی پیش فرم مهندسی 4 با ضخامت های مختلف 66

شکل 3-9: نمودار زمان – نیرو پیش فرم مهندسی 4 با ضخامت های مختلف …………………66

شکل3-10: نمایی از )الف(: نقشه پیش فرم اولیه مهندسی 3 )ب(: نمایی از پیش فرم واقعی.67

شکل3-11: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده ویک قطعه تولیدی با ضخامت 5/08 میلیمتر..68

شکل 3-12: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه مهندسی 3 با ضخامت 5/08 میلیمتر………..68

شکل 3-13: نمایی از قطعه حاصل از شبیه سازی پیش فرم مهندسی 3 با ضخامت 41 میلیمتر …69

شکل 3-14: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه مهندسی 3 با ضخامت 41 میلیمتر…………..69

شکل 3-15: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب با ضخامت های مختلف…………………………70

شکل3-16: نمایی از )الف(: نقشه پیش فرم اولیه مهندسی 2 ب: نمایی از پیش فرم واقع………71

شکل3-17: نمایی از قطعه نهایی شبیه سازی شده ویک قطعه تولیدی با ضخامت 01 میلیمتر….73

شکل 3-18: نمودار زمان – نیرو برای پیش فرم اولیه مهندسی 2 با ضخامت 41 میلیمتر…………..73

شکل 3-19: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب پیش فرم مهندسی 2 ضخامت 01 میلیمتر……77

شکل 4-1-: مسیر های انتخاب شده بر روی قطعه حاصل از آهنگری مرحله اول …………………..77

شکل 4-2-: نمودار فازی آلومینیوم- مس…………………………………………………………………77                          

شکل 4-3-: منحنی دما برای ضخامت های مختلف پیش فرم اولیه صلیبی شکل…………………78

شکل 4-4-: نمایی از قسمت انتهایی شاخک متفاوت قطعه شبیه سازی شده …………………79

شکل 4-5-: نمایی از قسمت معیوب در انتهای شاخک های همسان……………………………..81

شکل 4-6-: نمایی از قسمت معیوب در قسمت بالایی قطعه……………………………………….81

شکل 4-7-: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب در مرحله دوم آهنگری………………………….81

شکل 4-8-: نمایی از انتهای )الف( شاخک همسان ،)ب( شاخک متفاوت با دیگر شاخک ها……82

شکل 4-9-: نمایی از نحوه حرکت ماده درون قالب در مرحله سوم آهنگری………………………..82

شکل 4-10: نمودار زمان – نیرو برای مرحله دوم آهنگری…………………………………………….83

شکل 4-11: مسیر های تعریف شده بر روی قطعه حاصل از مرحله دوم آهنگری…………………84

شکل 4-12-: منحنی دما برای مسیرهای مختلف قطعه مرحله دوم آهنگری……………………..85

شکل 4-13: منحنی دما برای مسیرهای مختلف قطعه مرحله سوم آهنگری…………………….86

شکل 4-14: مسیرهای مشخص شده بر روی قطعه مرحله اول آهنگری………………………….87

شکل 4-15: منحنی دما برای پیش فرم های مرحله اول ،)الف(: مسیر اول ،)ب(: مسیر دوم ….88

شکل 4-16: منحنی کرنش برای پیش فرم های مرحله اول ،)الف(: مسیر اول ،)ب(: مسیر دوم..89

شکل 4-17- منحنی نیروی شکل دهی- ضریب اصطکاک ……………………………………………91

شکل4-18: منحنی نرخ کرنش در سرعت های مختلف………………………………………………92

شکل4-19: منحنی دمای قطعه در سرعت های مختلف ……………………………………………94

شکل 4-20: منحنی دما برای دماهای اولیه مختلف پیش فرم اولیه بهینه ………………………..95

Abstract

At present, high strength aluminum forging has been widely usage because desire properties of product part especially in important equipment. Reach to proper approach for FEM simulation of hot closed die forging of AA-2014-T6 aluminum complex part was primary object of this research. Second object is the simulation of whole forging stage and reach to the optimal primary preform planes by comparing simulation result and industry data is the final object of this project. First, simulation of initial forging stage has been done for different thickness of primary preform in order to select the best thickness of preform for this forging stage. Then aid of simulation and experimental data of initial stage forging, selecting the best preform design perform using by investigation of different preform design. Attention to observe crack in final actual part, after simulation of all forging stage, simulation data investigated. Simulation data confirm that in second and third forging stage temperature increase noteworthy and reach to undesirable range and this problem can lead to failure or crack in final part. This complex section that was from was converted in final part in one extrusion stage and 3 hot forging stage, attention to time and software limitations, unfortunately it is no possible to the definition of production stages, attention to the definition of another thesis that completion of this thesis, optimization of primary preform design use by comparing the simulation result with industrial data about present used preform in first level, and investigation of simulation of Experienced engineers new planes aid simulation in order to determined the best plane in second level accomplished. In next, second forging stage that was very complex simulated and this result investigated with industrial data. Notice to the high similarity of simulation result with industrial data and complexity of second preform modeling and time limitation, temporary simulation of third forging stage was not performed. It should be noted that because annealing and trimming operation of the forging workpiece between stages, for simulation, first workpiece, die and punch
created in appropriate modeling software. In this study high capabilities of DEFORM 3D software in simulation of complex part bulk forming was determined by comparing the simulation result with industry data. Using of this software was recommended for forming problem that lead to decreasing the design and production cost and time.
Keyword: closed die forging with flash, aluminum complex section, preform in forging, finite element method.



مقطع کارشناسی

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان