چکیده: در این تحقیق سعی شده است تا فرآیند کشش عمیق روی ورقهای ضخیم مورد بحث و بررسی قرار‏گیرد، سپس بر اساس نتایج حاصله به شبیه‏سازی این فرآیند توسط نرم‏افزار المان محدودabaqus v6.8 پرداخته‏شد. به دلیل محدویت‏های شکل‏پذیری ورق ضخیم در فرآیند شکل‏دهی، مطالعات بسیار کم لا‏اقل درداخل کشور انجام گرفته‏است. خواص مکانیکی ورق مورداستفاده، ایزوتروپ درنظرگرفته شده است. رفتارماده به صورت صلب - پلاستیک درنظرگرفته شده و با توجه به نسبت ابعاد ورق خام‏اولیه، از فرض کرنش صفحه‏ای در شبیه‏سازی استفاده‏شد. المان مربعی و مدل متقارن محوری فرض شده‏است.جهت تحلیل فرآیندشبیه سازی حل مسئله به روش صریح صورت پذیرفت. دراین تحقیق دو هدف اصلی درنظرگرفته شده که بااستفاده ازفرآیندشبیه سازی محقق می شود: هدف اول تخمین دقیق از پروفیل ضخامت دیواره کپسول حاصل از کشش عمیق و کرنشهای حاصل از آن است. هدف دوم به توصیف درست شرایط مرزی و مراحل حل مسأله کشش عمیق ورق های ضخیم بااستحکام بالا می‏پردازد. دراین پروژه تحقیقاتی فرآیندکشش عمیق یک کپسولcng ازورقی به ضخامت mm 10، ازجنس فولادی با استحکام بالا به نام isi4140 تحلیل وشبیه سازی شده است.لذادرابتدا به تحلیل وبررسی فرآیندکشش عمیق ورق های ضخیم پرداخته شده ودرنهایت سه مرحله کشش عمیق جهت تولیدکپسول مذکور براساس قالب های طراحی شده درصنعت شبیه سازی می گردد. بعد از هر مرحله‏ی کشش، به‏علت وجود تنشهای پسماند نیاز به رفع کارسختی ایجادشده‏است. درپایان نتایج حاصل از شبیه‏سازی با نتایج حاصله دریک پروژه صنعتی مقایسه‏شد. نتایج نشان‏ می‏دهد که پروفیل ضخامتی دیواره در حالت تجربی با داده‏های تحلیل عددی در یک محدوده معین قراردارد. همچنین با افزایش شعاع لبه ماتریس، متناسب با آن ضخامت دیواره ورق هم افزایش می‏یابد و نیز با شعاع لبه سنبه کوچکتر (50میلیمتر) می‏توان به بالاترین ضخامت در انتهای فرآیند رسید. با در نظر گرفتن شعاع بزرگی از لبه ماتریس، کمترین مقدار نیروی کشش جهت کشش مرحله سوم مورد نیاز است و در نهایت، جهت کشش ورقهای ضخیم فولادی، مناسبترین شعاع لبه سنبه در محدوده‏ی 50 تا 80 میلیمتر وبرای ماتریس، این فاکتور در محدوده‏ی50 میلیمتر انتخاب گردید.

کشش عمیق یکی از رایج ترین فرآیندهای شکلدهی است که در آن یک قطعه ی توخالی در طی یک یا چند مرحله کشش تولید می شود. فرآیندهای کشش چند مرحله ای معمولاً برای ساختِ قطعاتی با اَشکال هندسی پیچیده و قطعاتی که به دلیل محدودیت های ناشی از شکل پذیری ورق امکان ساخت آنها در یک مرحله امکانپذیر نیست، بکار می روند. در این موارد یکی از موضوعات اصلی و چالش برانگیز، تعیین کمترین تعداد مراحلِ کشش و شکل هندسیِ پریفرم ها در هر مرحله از کشش می باشد. طراحی فرآیندهای کشش چند مرحله ای به شدت به دانش و مهارت تجربی افراد وابسته بوده و تحلیل نظام مند، جهت بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر روی کیفیتِ قطعه ی تولیدی، کار چندان ساده ای نیست. در این پایان نامه سعی شده است که با مطالعه ی منابع علمی موجود در زمینه ی طراحی و برنامه ریزیِ فرآیندهای کشش، اصول و قوانین مربوط به طراحیِ پریفرم های قطعاتِ متقارن محوری جمع آوری گردیده و در دسته های مختلفی سازمان دهی شوند. سپس به کمک این اصول، یک راهبُرد جهت طراحیِ پریفرم های این نوع قطعات ارائه شده است که در آن کار طراحی پریفرم ها در طی سه مرحله انجام می گیرد. این مراحل عبارتند از؛ 1- طراحی اولیه ی پریفرم ها براساس خصوصیات هندسی محصول نهایی 2- اصلاح طراحی اولیه براساس خصوصیات شکلپذیری ورق 3- شبیه سازی مراحل کشش قطعه به روش المان محدود ( با استفاده از نرم افزار abaqus ) جهت بررسی عیوب و اصلاح مجدد طراحی در صورت لزوم. به منظور ارزیابی راهبرد ارائه شده، مطالعه ی موردی جهت طراحیِ پریفرم های یک قطعه ی صنعتی خاص با شکل هندسی نسبتاً پیچیده انجام گرفته و با طراحی صنعتی مقایسه شده است. نتایج این مقایسه که براساس شاخص هایی مانند تعداد مراحل کشش، توزیع ضخامت در دیواره ی قطعه و ... می باشد، نشان می دهد که عملکرد راهبرد فوق مطلوب بوده و طراحی ارائه شده به کمک آن شباهت بسیاری با طراحی صنعتی دارد.

امروزه آلیاژهای سبک وزن از لحاظ اقتصادی نقش مهمی در صنایع الکترونیک، هوافضا و خودروسازی دارند. از آلیاژهای سبک وزن می توان به آلیاژهای آلومینیوم اشاره کرد. ولی مهمترین عیب آلیاژهای آلومینیوم شکل پذیری نسبتا پایین در مقایسه با گروه فولادهاست. بهمین دلیل آنها را در چند مرحله متوالی شکل می دهند و با این کار نسبت کشش را بهبود می بخشند. در این پژوهش، شکل دهی ورق آلومینیومیاستحکام بالا (aa7075-t0) در چهار مرحله کشش متوالی با استفاده از روش اجزای محدود (fem) مورد بررسی قرار می گیردو تاثیر نیروی ورقگیر در فرایند مشخص می شود. با توجه به معیارهای موجود، بهترین نیروی ورقگیر برای هر مرحله کشش انتخاب می شود، به طوری که عیوب چروکیدگی و پارگی در این نیرو به کمترین مقدار خود برسند. نتایج عددی نشان می دهد که نیروی ورقگیر تاثیر مسقیمی بر عیوب چروکیدگی و پارگی ورق دارد. به طوریکه با افزایش نیروی ورقگیر ارتفاع چروک در قطعه کاهش و در صورت افزایش بیش از اندازه آن، میزان نازک شدگی افزایش می یابد و در نهایت پارگی رخ می دهد. همچنین میزان نیروی بهینه در طی چهار مرحله کشش سیر نزولی دارد. لذا مراحل بعدی از فرایند، به نیروی ورقگیر کمتری نیاز دارند. در این تحقیق تطابق خوبی بین نتایج تجربی و عددی مشاهده شد.

آهنگری یکی از مهمترین روش های شکل دهی فلزات می باشد و قطعات زیادی توسط این روش تولید می شوند. برای قطعات با هندسه ساده می توان با یک مرحله آهنگری به شکل نهایی قطعه دست پیدا کرد، اما هنگامیکه هندسه شکل نهایی مقداری پیچیده می شود برای سهولت در سیلان فلز، کاهش سایش نهایی و پر شدن کامل قالب نیاز است که فرآیند آهنگری در دو یا چند مرحله انجام پذیرد. بدین منظور پیش فرم آهنگری باید طراحی گردد. هدف از طراحی پیش فرم، بدست آوردن هندسه بهینه شکل قطعه ای است که در قالب نهایی قرار می گیرد و محصولی مطلوب و دلخواه، بدون عیب و یا حداقل دور ریز مواد را ایجاد کند. طراحی پیش فرم مناسب به مقدار قابل توجهی هزینه های تولید را کاهش می دهد. در گذشته پیش فرم آهنگری توسط روش سعی و خطا و قوانین حاصل از تجربه طراحی می شده است که این طراحی عمدتاً بسیار وقت گیر و پر هزینه می باشد. با ظهور کامپیوتر و توسعه روش های عددی محققان زیادی فرآیند های شکل دهی را توسط کامپیوتر و نرم افزار های المان محدود شبیه سازی کردند. بدین وسیله طراحی فرآیندهای شکل دهی در زمان کمتر و با هزینه به مراتب کمتری نسبت به روش سعی و خطا انجام می گیرد. یکی از اهداف این پژوهش جمع آوری و دسته بندی اصول و قوانین مربوط به طراحی پیش فرم آهنگری با استفاده از منابع و مراجع موجود می باشد. سپس مراحل تولید صنعتی یک قطعه پیچیده آلومینیومی از جنس aa2014 مورد بررسی قرار می گیرد و با مقایسه پیش فرم صنعتی موجود با اصول بدست آمده و اعمال تغییرات در پیش فرم موجود، امکان کاهش مراحل آهنگری برای تولید این قطعه از سه مرحله به دو مرحله با استفاده از نرم افزار deform-3d مورد ارزیابی قرار می گیرد. پس از آن مجدداً با استفاده از هندسه شکل نهایی قطعه و اصول بدست آمده، پیش فرم جدیدی طراحی می شود. آنگاه با مقایسه پیش فرم طراحی شده و پیش فرم های موجود، پارامترهایی نظیر نیروی مورد نیاز آهنگری، پر شدن کامل قالب، سیلان بدون عیب فلز و غیره بررسی می شوند.

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 2014 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 3d توانایی 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.

در این تحقیق فرایند اکستروژن معکوس فنجانی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اصول طراحی پیش فرم در آلیاژهای استحکام بالای آلومینیوم است. لذا ابتدا اصول کلی طراحی پیش فرم با استفاده از هندبوک های شکل دهی و مقالات موجود استخراج گردید و سپس با تکیه بر این اصول، پیش فرم مناسب برای قطعه مورد نظر از آلیاژ 2024 توسط نرم افزار المان محدودdeform -2d مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت راستی آزمایی شبیه سازی ، نتایج شبیه سازی با نتایج تحلیلی و تجربی موجود مقایسه گردید و توافق خوبی بین آنها مشاهده شد. سپس به پارامترهای مهم در طراحی سنبه همچون منحنی سنبه ، طول بیرینگ(قسمت انتهایی نوک سنبه که معمولا صاف است را بیرینگ (bearing) گویند. در اکستروژن معکوس این ناحیه آخرین بخش سنبه است که با قطعه در تماس می باشد، قطعه پس از عبور از این ناحیه فنجانی شکل خواهد شد.) و سنبه پیش فرم پرداخته شد. شبیه سازی هایی جهت انتخاب بهینه این پارامترها به گونه ای که میزان کرنش و نیرو در محصول نهایی حداقل شود انجام شد. در مرحله بعد دو پهنی و یا به عبارتی عدم یکنواختی قطر داخلی و خارجی فنجان در طول آن بررسی گردید. مشخص شد که تاثیر طول بیرینگ در مقدار دو پهنی قابل ملاحظه است. افزایش طول بیرینگ تا یک اندازه مشخص باعث کاهش مقدار دو پهنی شده و افزایش بیشتر طول بیرینگ در مقدار دو پهنی تاثیر چندانی ندارد. در مرحله پیش فرم جهت هدایت صحیح سنبه در مرحله اکستروژن و جلوگیری از شناوری آن بایستی یک گودی در مرکز قطعه ایجاد شود. به کمک شبیه سازی مشخص شد اندازه این عمق در محدوده کرنش ایجاد شده در محصول نهایی تاثیر گذار است. جهت متعادل سازی نیرو در مراحل شکل دهی نتیجه گیری شد با انتخاب عمق مناسب فروروی در پیش فرم، زاویه کمتر سنبه پیش فرم نسبت به سنبه اکستروژن و جلوگیری از پرشدن کامل قالب در مرحله پیش فرم مقدار نیروی مورد نیاز در مراحل شکل دهی متعادل می گردد.

با توجه به کاربرد وسیع محصولات اکسترود شده بویژه مقاطع توخالی و لوله، شناسایی عیوب و تولید این محصولات با حداقل عیوب و هزینه، جزء خواسته های اصلی صنعت می باشد. هدف از انجام این پژوهش بررسی عیوب حاصله در فرایند اکستروژن لوله های آلومینیومی 6061 با قالبهای چند حفره ای (پورت هل ) می باشد. پارامترهای دما، نسبت اکستروژن، فشار، اصطکاک، هندسه ی قالب و سرعت جزء عوامل اصلی فرایند هستند. تعیین هندسه قالب، دما و سرعت مناسب از عوامل عمده در کاهش عیوب فرایند تولید لوله می باشند که در این تحقیق در مورد طول مناسب برینگ، تعداد حفره ها، سرعت و دما بحث می شود. برای بررسی نقش هریک از عوامل فوق با استفاده از نرم افزار دفرم یک لوله ی صنعتی با قطر داخلی 138 و ضخامت 6.5 میلی متر مدل شده و در نهایت پارامترها درشرایط مناسب تخمین زده شده است. در این تحقیق با استفاده از روش شبیه سازی المان محدود تقارن محوری و مقایسه ی آن با روشهای تجربی یک قالب صنعتی مورد استفاده قرار گرفته که مشخص شد، هندسه قالب، سرعت و دمایی که به روش تجربی طراحی و ساخته شده است نزدیک به حالت بهینه می باشد همچنین مشخص شد افزایش سرعت، افزایش دما و طراحی نامناسب هندسه قالب باعث افزایش دمای فرایند شده، و این امر منجر به کیفیت نامناسب لوله از قبیل درشت دانگی و درزجوش در محصول می گردد که در نهایت عیب درشت دانگی که حاصل افزایش دما است بصورت تجربی و شبیه سازی رخ می دهد.