پایان نامه با واژگان کلیدی مدل مفهومی، مدل سازی

بطور كلي آلياژ هاي آلومينيم به دو گروه كار شده و ريختگي تقسيم مي شوند. آلياژ هاي كار شده آلياژهايي هستند كه شمش اوليه آنها توسط فرايندهاي مكانيكي مختلف به محصول نهايي مثل ورق، لوله، ميله، سيم و قطعات حاصله از آهنگري يا فشار كاري تبديل مي شود. آلياژ هاي ريختگي آنهايي هستند كه توسط روش‌هاي مختلف ريخته‌گري به شكل محصول نهايي در مي‌آيند. بطور متوسط حدود 85 درصد از آلياژهاي آلومينيم بصورت كار شده مي باشند [45].
آلياژهاي كارپذير خود نيز به دو دسته عمليات حرارتي پذير و عمليات حرارتي ناپذير، تقسيم مي شوند. آلياژهاي عمليات حرارتي پذير به آن دسته از آلياژهاي كارپذير اطلاق مي شود كه با استفاده از عمليات حرارتي هاي مختلف مي توان خواص مكانيكي آنها را بهبود بخشید. عناصر آلياژي اصلي كه در اين گروه وجود دارند عبارتند از : مس، روي، منيزيم، سيليسيم و ليتيم. آلياژ هاي عملياتي حرارتي ناپذير آنهايي هستندكه قابل عمليات حرارتي نبوده و استحكام آنها را با استفاده از كار سختي افزايش مي يابد و بيشتر شامل عناصر منگنز، سيليسيم، آهن و منيزيم مي باشند [45]. 4-3- نام گذاري آلياژ هاي كارپذير
با توجه به فراواني آلياژهاي كارپذير آلومينيم لازم است كه از يك سيستم نامگذاري بين المللي استفاده شود كه به هر آلياژ آلومينيم با تركيب مشخص يك نام تعلق گيرد. از اين رو يك سيستم نامگذاري استاندارد و بين المللي از طرف انجمن آلومينيم آمريكا به نام «AA » براي آلياژ هاي كار پذير پيشنهاد شده كه هم اكنون مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين سيستم نامگذاري، آلياژ هاي كارپذير آلومينيم بر اساس عناصر آلياژي اصلي خود به هشت گروه مختلف تقسيم مي شوند. در جدول 4-1 اين هشت گروه به همراه قابليت عمليات حرارتي و خواص مشخصه اصلي آلياژ آورده شده است. در هر گروه نيز مشخصات كامل آلياژ بوسيله يك عدد چهاررقمي بيان مي شود که رقم اول از سمت چپ نشان دهنده گروه اصلي آلياژي است. دومين رقم تغيير آلياژ را نسبت به آلياژ اوليه نشان مي دهد. سومين و چهارمين رقم مقدار خلوص يا نوع آلياژ را مشخص مي نمايد [46]. جدول( 4-1) سيستم نامگذاري AA براي آلياژهاي كار پذير[3]
خواص مشخصه اصلي آلياژ
نوع آلياژ از نظر عمليات حراراتي
عنصر اصلي آلياژي
گروه آلياژ ي
مقاومت زياد خوردگي، هدايت حرارتي و الكتريكي بالا ، خواص مكانيكي پايين
غير قابل عمليات حرارتي
خلوص 00/99 درصد يا بيشتر
1000
خواص مكانيكي بالا ، مقاومت خوردگي كمتر
قابل عمليات حرارتي
مس
2000
خواص مكانيكي بالا، مقاومت خوردگي كمتر
غير قابل عمليات حرارتي
منگنز
3000
نقطه ذوب پايين تر، رنگ خاكستري تيره از آندايزه شدن
عموماًغير قابل عمليات حرارتي
سيليسيم
4000
قابليت شكل پذيري خوب ، مقاومت خوردگي خوب ، مقاومت خوب در مقابل خوردگي در محيط آبي
غير قابل عمليات حرارتي
منيزيم
5000
قابليت شكل پذيري خوب ، مقاومت خوردگي خوب ،استحكام متوسط
قابل عمليات حرارتي
سيليسيم و منيزيم
6000
استحكام بسيار بالا
قابل عمليات حرارتي
روي
7000
خواص مخصوص
عموماً غير قابل عمليات حرارتي
ساير عناصر چون آهن يا نيكل
8000
4-4- آلياژهاي گروه 7000 آلومينيم
آلياژ هاي گروه 7000 آلومينيم از پر استحكام ترين آلياژهاي آلومينيم هستند. اين آلياژ ها بخاطر داشتن استحكام بالا، چگالي پايين، چقرمگي شكست بالا و پايداري حرارتي نسبتاً خوب عموماً در ساخت قطعات مورد استفاده در صنايع هوا فضا بكار مي‌روند. اين آلياژها قابل عمليات حرارتي بوده و استحكام خود را از طريق سختي رسوبي بدست مي‌آورند [44]. روي عنصر آلياژي اصلي در اين گروه از آلياژ هاي آلومينيم مي باشد ‌ ولي به علت اين كه اين عنصر به تنهايي تا حدود زيادي در آلومينيم قابل حل مي باشد (شكل 4-1) و اثر قابل توجهي روي ريز ساختار نمي گذارد، اغلب همراه با عناصر ديگري از قبيل منيزيم ، مس و اضافاتي نظير كروم، منگنز، زيرکونيم و حتي آهن و سيليسيم در اين گروه از آلياژ هاي آلومينيم حضور دارند. شكل (4-1) نمودار تعادلي آلومينيم-روي]45[
4-5- آلياژ 7075
4-5-1- تركيب شيميايي آلياژ 7075
محدوده تركيب شميايي و تركيب اسمي آلياژ 7075 در جدول 4-2 نشان داده شده است . جدول( 4-2) تركيب شيميايي آلياژ 7075 [47]
Ti+Zr
Ti
Si
Fe
Mn
Cr
Cu
Mg
Zn
Al
عنصر





18/0
2/1
1/2
1/5
بالانس
حداقل درصد وزني
25/0
2/0
4/0
5/0
3/0
28/0
2
9/2
1/6
بالانس
حداکثر درصد وزني





23/0
6/1
5/2
6/5
بالانس
ترکيب اسمي آلياژ
شكل (4-2) تصاویر ترکیبات بین فلزی در آلیاژ آلومینیم 7075 در مقادیر مختلف آهن و سیلیسیم
(a-c 0.25-0.35% Fe,0.1-0.15%Si,Fe/Si<2.5-3
(d-e 0.25-0.35%Fe,0.03-0.1%Si,Fe/Si>2.5
(f 0.1-0.15%Fe,0.03-0.1%Si,Fe/Si~1.5
a,b,f)x400,c,d) x630,e) x800 [45]
4-5-2- خواص مكانيكي آلياژ 7075
خواص مكانيكي هر آلياژ ازجمله آلياژ 7075 تحت تأثير عوامل زيادي از جمله عناصر آلياژي ناخالصي ها، نحوه توزيع واندازه‌ي رسوبات، شكل و اندازه دانه‌ها، ريخته‌گري و همگن سازي شمش، عمليات حرارتي يا ترموديناميكي و روش ساخت قرار مي‌گيرد. در جدول 4-3 خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم در تمپر هاي مختلف داده شده است. همچنين در جدول 4-4 خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم تهيه شده به روش هاي مختلف نشان داه شده است.
جدول( 3-6) خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم در تمپرهاي مختلف حرارتي [48]
تنش خستگي در 107 سیکل
(MPa)
ازدياد
طول (%)
استحكام تسليم
(MPa)
استحكام كششي(MPa)
تمپر حرارتي
115
17
105
230
O
160
11
505
570
T6
150
13
435
505
T735, T4
جدول( 4-4) خواص مكانيكي آلياژ 7075 آلومينيم تهيه شده به روشهاتي مختلف توليد [49]
مقاومت به خوردگي
هدايت الكتريكي
(Ms/m)
سختي
(HV)
ازدياد طول (%)
استحكام تسليم
(MPa)
استحكام كششي نهايي
(MPa)
روش توليد (1)
تمپر حرارتي
خيلي ضعيف
8/27-5/25
70
10
BE
O
حفره دار شدن
23-5/20
160
7
480
540
BE
T6
حفره دار شدن
23- 5/20
160
7
480
540
BE
T62
حفره دار شدن
23- 5/20
160
7
480
540
BE
T65
حفره دار شدن
9/24-2/23
145
6
400
450
BE
T73
ضعيف
23-5/20
160
7
480
520
BE
76 T
ضعيف
5/20-5/17
160
6
450
530
R
6 T
حفره دار شدن
9/24-2/23
145
7
390
480
R
351 T
حفره دار شدن
9/24-2/23
145
7
385
455
F
73 T
B=Bar or Rod ,E=Extrusions ,F=Forging ,R=Rolling
4-6- آماده سازي نمونه براي انجام آزمون كشش
جهت انجام آزمون كشش بر روي نمونه‌ها، از استاندارد هاي ASTM E08 ]50 [مربوط به آزمون كشش تك محوره مواد فلزي و همچنين استاندارد ASTM B557M-06 ]51[ مربوط به آزمون كشش آلومينيوم استفاده شد. بدين منظور ابتدا نمونه‌ها در ابعاد مشخص شده در جدول 4-5 از قطعه فورج شده توسط دستگاه اره نواري بريده و با استفاده از ماشين تراش به صورت دمبل آماده مي‌شود.
جدول( 4-5) ابعاد جهت ساخت دمبل طبق استاندارد E08
شكل (4-3) نقشه دمبل طبق استاندارد E08
شكل(4-4) قطعه شماره 1 متريال برش خورده از نمونه فورج شده بعد از عمليات حرارتي و قطعات 2 و 3 به ترتيب دمبل هاي تهيه شده از قطعه شماره 1 قبل و بعد از انجام آزمون تست كشش ساده تك محوره.
4-7- آزمون كشش ساده تك محوري
مهمترين آزمون مكانيكي صورت گرفته در اين تحقيق، آزمون كشش تك محوره مطابق با استاندارد ASTM-08 مي‌باشد. با توجه به استاندارد مذكور، قابليت انجام آزمون در دماي 10 تا 38 درجه سانتي‌گراد وجود داشته كه نمونه‌هاي مورد استفاده در دماي 21 تا 24 درجه سانتي‌گراد تحت آزمون كشش قرار گرفته اند. جهت بستن نمونه‌ها از فك‌هاي پنوماتيكي با ظرفت 1 تن كه داراي بيشترين قابليت راستايي محور طولي نمونه و محور مركزي دو سر دستگاه مي‌باشد، استفاده گرديد. جهت تنظيم نمونه‌ها در راستاي ضخامت از كوليس داراي ريزنگري صدم ميليمتر استفاده شد. جهت انجام آزمون كشش تك محوره از دستگاه Gotech مدل TCS2000 با ظرفيت 2 تن استفاده گرديد. كليه پارامترهاي كششي حاصله از آزمون به صورت تنش– كرنش مهندسي بوده كه جهت بكارگيري، ابتدا آن‌ها از طريق روابط زير به تنش-كرنش حقيقي تبديل مي‌شود.
(4-1) σ=S(1+e)
(4-2) ε=ln⁡〖( 1+e)〗
σ = تنش حقيقي
Ε = كرنش حقيقي
= e كرنش مهندسي
S = تنش مهندسي σ_e ε_e شكل (4-5) نمودار تنش كرنش مهندسي حاصل از انجام تست كشش آلومينيوم 7075 جهت بررسي ازدياد طول در اين نمونه‌ها با توجه به اهميت آن، از اكستنسيومتر غير تماسي ليزري Epsilon مدل Le-50 استفاده شد. همچنين تنش تسليم در تمامي نمونه‌ها بر اساس 2/0 درصد آفست محاسبه گرديد.
فصل پنجم
روش تحقيق
5-1- تشريح روش تحقيق
در ابتدا پس از مطالعه فرآیندی و شناسایی ماهیت کلی فرآیند فلوفرم به بررسی مواد فلوفرم پذیر پرداخته و در نهایت ماده مورد نظر از لحاظ خصوصیات و کاربری آن در صنایع انتخاب می‌شود. در مرحله بعد یک مدل مفهومی و فیزیکی مناسب جهت بیان ماهیت کلی مسأله ایجاد و پس از آن روش‌های حل نرم افزاری، و تجربی فرآیند معرفی مي‌شود. در ادامه با مدل سازی فرآیند فلوفرم توسط نرم افزارAbaqus ، تحلیل عددی فرآیند فلوفرم را مورد بررسی قرار داده و با انجام چند آزمایش تجربی و بدست آوردن نمونه‌های فلوفرم شده نتایج حاصل از هر دو روش جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌گردد. جهت انجام آزمایشات تجربی با استفاده از یک دستگاه فلوفرم سه غلطکه آلیاژ 7075 فلوفرم معکوس شده و با قرائت فشار پشت جک از روی سنسورهای کالیبره شده و اندازه گیری قطر پیستون جک میزان نیروی اعمالی بر روی غلطک ها در حالت محوری محاسبه مي‌شود. جهت اندازه گيري نيروي شعاعی يك عدد نيرو سنج در مسير جك ها در راستاي جهت نيروي شعاعي بسته شده و مقدار نيرو مستقيماً محاسبه می‌شود. پس از صحه گذاري روش حل نرم افزاری اثر ساير پارامتر ها در بازه هاي گوناگون توسط مدل عددي مورد ارزيابي قرار مي گيرد. 5-2- تحليل عددي نيروها در فرآيند فلوفرمينگ
يكي از دقدقه‌هاي روش‌هاي توليد جهت توليد محصول در تكنولوژي‌هاي امروزي رسيدن به نزديك‌ترين پارامتر‌هاي تأثير گذار در فرآيند براي شروع سريع و دستيابي به محصول مورد نظر است. بهترين راه براي دست يافتن به اين مهم استفاده از روش‌هاي حل عددي است. اين روش فرآيند را مطمئن‌تر مي‌سازد و تعداد آزمايشات اوليه و خطاها را كاهش مي‌دهيم. بنابراين پذيرش ضرورت استفاده از اين روش‌ها در كاهش هزينه‌هاي تحقيق و توسعه نيازي به ارائه دلايل و اسناد مالي ندارد. كاهش زمان طراحي و ساخت به همراه ارائه ديدگاهي شبه تجربي باعث گرديد تا علم المان محدود به ابزاري مرسوم در طراحي تبديل شود.
در حالي كه شبيه سازي چنين فرآيند هاي شكل دهي با همه پيچيدگي‌هايش بسيار دشوار است، اما تأثير بسياري در كاهش هزينه و زمان را به همراه دارد. با اين حال هنوز جنبه هاي مجهول بسياري از ابعاد گوناگون فرآيند ها به خصوص فرآيند فلوفرمينگ نياز به بررسي و مدلسازي دارد ]52و53[. 5-3- روش مدل‌سازي و حل عددي با استفاده از نرم افزار Abaqus
در اين تحقيق سعي بر گسترش و ايجاد يك مدل سه بعدي الاستيك پلاستيك به روش المان محدود براي فلوفرم سه غلطكه معكوس يك قطعه كار استوانه اي از جنس آلومينيوم 7075 است كه در آن به بررسي جزئيات و بعضي پارامتر‌هاي تأثير گذار در شرايط فرآيند پرداخته مي‌شود.
در ميان تعداد بي‌شماري روش تحليلي، روش المان محدود58 بي شك يكي از روش هاي قدرتمند مفيد و گسترده در پژوهش هاي اخير است. به هر حال به دليل تركيب تغيير شكل‌هاي متفاوت در اسپينينگ، ما را اجبار به استفاده از ساده كننده ها59 در تحليل مي نمايد.
در فرآيند اسپينينگ لوله، قطعه كار با مندرل و غلطك ها در تماس است و تغيير شكل پلاستيك بزرگي را همراه با چرخش صلب و ثابت تحمل مي‌كند. بنابراين غير خطي بودن هندسه و مواد بايد در فرمول نويسي هاي مدل المان محدود مورد بررسي قرار داد. روش به روز لاگرانژ براي فرمول نويسي هندسه غير خطي استفاده مي‌شود كه بر اساس عمده كار واقعي، كار واقعي با ميزان تغييير شكل مواد برابر است]19[.
(5-1) ∫_ϑ^ ▒〖σ_ij δe_ij dV=∫_V^ ▒〖f_i^B δu_i dV〗+∫_S^ ▒〖f_i^s δu_i dS〗〗
σ_ij: تنش كوشي
e_ij: تانسور تغيير شكل
u_i: ميزان جابجايي
f_i^B: نيروي حجمي
f_i^s : نيروي كشش سطحي زماني كه فرآيند شروع مي‌شود، مندرل و قطعه كار لوله اي شكل با سرعت يكسان شروع به چرخش مي‌كنند و با شروع پيشروي هر سه غلطك بر روي قطعه كار از سري كه آزاد است به سمتي كه به مندرل ثابت شده است حركت مي‌كنند. به دليل اصطكاك ميان غلطك ها و قطعه كار، غلطك ها بدون لغزش و يا با كمي لغزش با همان سرعت خطي نسبي قطعه كار مي چرخند كه البته به دليل اينكه در عمل از هيدروموتور‌هايي جهت به حركت در آوردن غلطك ها استفاده مي شده ما نيز جهت نزديك تر شدن به واقعيت با محاسبه دقيق، سرعت هاي خطي و دوراني غلطك ها را به آنها نسبت داده ايم. ميزان فاصله نوك غلطك ها تا مندرل برابر با ميزان ضخامت كاسته شده از قطعه كار يا كمي بيشتر از آن تنظيم مي‌گردد. 5-4- ايجاد مدل المان محدود
سيستم اسپينينگ سه غلطكه معكوس تشكيل شده از يك مندرل، سه غلطك و يك قطعه كار لوله اي شكل كه به صورت شماتيك نمايش داده شده است:
قطعه كار بر روي مندرل و در طرف مقابل سر مندرل قرار گرفته است كه به واسطه يك سري بر جستگي ها در محل نشيمن در پيشاني انتهايي قطعه كار بر روي مندرل، قطعه كار و مندرل در يك جهت و با سرعت يكسان به چرخش در مي‌آيند. هر سه غلطك به صورت متقارن تحت زواياي 120 درجه با محور هاي موازي با محور مندرل در اطراف قطعه كار قرار گرفته اند و با حركت طولي و چرخش دوراني حول]]>

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *