مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ

مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب هیدروفرمینگ برای تولید پیشرفته فصل ۱٫  مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ

۱- مقدمه

این فصل قصد دارد مقدمه ای از فن آوری هیدروفرمینگ را به صورت خلاصه، با توجه به توصیفات ارائه شده  در فصل های آتی این کتاب، عرضه نماید.  برای این کار مبانی فن آوری هیدروفرمینگ، سابقه توسعه آن، سیستم های هیدروفرمینگ از جمله تجهیزات، ابزارها و کنترل ها و همچنین نقش آن در تولید سازه های سبک وزن و وسایل نقلیه ذکر شده اند.  این فصل همچنین اطلاعات مقدماتی در مورد مواد بکار رفته در هیدروفرمینگ و مسائل شکل پذیری آن علاوه بر اطلاعات مربوط به سایش هیدروفرمینگ، و مسائل مرتبط نظیر تأثیر بار گذاری، کنترل فرایند و مسیر آن را ارائه می کند.  تکنیک های شبیه سازی کامپیوتری و نوآوری های هیدروفرمینگ در انتهای فصل بحث شده اند.  تا حد امکان، به مطالعات موجود منتشر شده در این خصوص رجوع شده و فصول مرتبط در این راهنما به خوانندگان برای مطالعه بیشتر و شناخت عمیق تر ارائه شده اند.  

۱-۱ تعریف و مثال های هیدروفرمینگ

هیدروفرمینگ یک فرایند تشکیل دهنده ماده است که از یک سیال تحت فشار ( مایع یا گاز ) در محل قالب سازی سخت ( پانچ، قالب، و وسایل مرتبط) برای تغییر شکل کششی یا کمک به تغییر شکل یک ماده توخالی خاص ( ورقه یا لوله ) به شکل مورد نظر نظیر آنچه در شکل ۱٫ ۱ نشان داده شده است استفاده می کند.  با این تکنیک، شکل های پیچیده تر مقاومت افزایش یافته و هزینه در مقایسه با عملیات قالب گیری، چکش کاری یا فرایندهای ریخته گری کاهش می یابد.  مزیت هزینه معمولا از این واقعیت ناشی می شود که مراحل ساخت در هیدروفرمینگ بطور قابل توجه مختصر و معمولا به یک مرحله محدود می شوند.  برای مثال، در قالب گیری، چندین مرحله نظیر برش، جوشکاری، ضربه زدن مجدد، قطع زائده ها برای تکمیل کار یک قطعه مورد نیاز است در حالی که یک صفحه خالی می تواند به صورت یک شکل پیچیده نهایی در طی یک مرحله تبدیل شود ( شکل های ۱٫ ۲ و ۱٫ ۳ به عنوان مثال ).  در بسیاری از اوقات، مراحل پیش پردازش اضافی مانند سوراخ کاری یا قطع زائده ها نیز ممکن است در این مرحله گنجانده شوند.  

قطعات سیستم اگزوز

این قطعات بخاطر خواص ساختاری، حرارتی و خوردگی مورد نیاز، معمولا از فولاد ضد رنگ ساخته شده اند ،که شامل قطعات اگزوز، لوله های موتور، مبدل های کاتالیزوری، لوله های تحت فشار، لوله های دم، اتصالات و منیفولدها می باشد که اجزای اگزوز در خودروهای BMW 3 series; Mercedes Benz E-class, Mitsubishi Carisma 1. 6 را شکل می دهند.  

مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ

قطعات کلاسیک

بدلایل صرفه جویی در هزینه مواد معمول بکار رفته فولاد کربن پائین تا متوسط و آلومینیوم می باشند که این مواد شامل : ریل های فریم، زیرقاب های موتور ( سینی )، ریل های سقف، و قوس ها ،پانل های ابزار ،فریم های محور عقب و قاب های رادیاتور می باشند.  زیرقاب های موتور برای خودروهای Audi 100, Ford Mondeo and Windstar; Opel Astra and Omega; GM 1997 Malibu Cutlas, 1995 Aura and Riviera; 1997 Park Avenue and Pontiac Aztek, 2006 GM Corvette Z06, 2005 Honda Acura RL, Audi A6, Saab 9–۳ Convertible;، ریل های جلو و قطعات انتهایی برای خودروهای Porsche Solstice, 1999 GMC full-size pickups, 2004 Ford F-150 pickup, . . . ، ریل کناری برای خودروهای ۱۹۹۹ Corvette, 2006 GM Chevrolet Corvette Z06، ریل سقفی برای GM 1999 Buick Park Avenue;، تعلیق عقب برای Mercedes Benz S-Class, BMW 5، اکسل عقب BMW 5 series، حفاظ رادیاتور Dodge Dakota and Ram می باشند.  

اجزای موتور و انتقال قدرت

اجزای متقابل تعلیق، میل بادامک توخالی ،محورهای محرکه، و چرخ دنده ها .  میل بادامک ها  خودروهای BMW 130i, 2007 BMW X5, 2008 BMW 5 Series.

قطعات بدنه و ایمنی

هدرهای شیشه جول، ستون های A/B/C؛ اجزای چارچوب فضای داخل خودرو، قالب های صندلی و بدنه کمک فنر .  میله محافظ رول، خودروی پوشه ؛ تقویت کننده سپر : Porsche Solstice، ستون A، Volvo C70; مخزن سوخت: VW Golf.

مزایای فن آوری هیدروفرمینگ از طریق تحکیم قطعات و کاهش فرایندهای پس از فمر دهی مانند جوشکاری و سوراخ کاری کاهش هزینه و وزن می باشند.  فن آوری هیدروفرمینگ برخی نقاط ضعف را از لحاظ زمان های چرخه فرایند دارد.  اما، با توسعه مداوم طرح های پرس و سیستم های هیدرولیک، زمان چرخه نیز به اندازه قابل قبول و رقابتی کاهش یافته است.  

فرض مهم دیگر فرایند هیدروفرمینگ ویژگی های ساخت سازه ها و قطعات سبک وزن و با استفاده از مواد سبک است.  حدود ۸۰ درصد از کل مصرف انرژی در سراسر چرخه زندگی یک خودرو در طول دوره بهره برداری رخ می دهد.  از این رو، استفاده از سازه های سبک وزن به عنوان یک راه حل بلند مدت و برجسته برای کاهش مصرف انرژی و اثرات منفی انتقال به محیط پذیرفته شده است تا تحرک پایداری به شکل واقعی محقق شود.  حتی در خودروهایی که سیستم های تولید برق پاک و کارآمد و سوخت های جایگزین دارند، سازه های سبک وزن راندمان مصرف سوخت را افزایش و خروج گازهای مختلف ( به عنوان مزایای اولیه و ثانویه ) را کاهش می دهد.  سازه های سبک وزن می توانند الف) با استفاده از مواد سبک وزن نظیر آلومینیوم ،منیزیم، فولاد مقاوم، تیتانیوم، کامپوزیت های ماتریس-فلز (MMC) و کامپوزیت های پلیمری و ب) توسعه فرایندهای تبدیل قدرتمند و کم هزینه که استفاده موثر از این مواد ( یعنی فرایندهای تولید ابتکاری) را میسر می سازند تولید شوند.  

مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ

سابقه، انواع و طبقه بندی هیدروفرمینگ

سابقه استفاده از جسم سیال برای قالب دهی فلزات بیشتر از ۱۰۰ سال قدمت دارد.  کاربردهای اولیه در شکل دهی دیگ های بخار و ادوات موسیقی خلاصه می شد. با این حال، اصول هیدروفرمینگ در دهه ۱۹۴۰ پایه ریزی شد.  در دهه ۱۹۵۰، فرایندهای تولیدی جایگزین نظیر فرم دهی فراکششی، شکل دهی انفجاری و شکل دهی لاستیکی برای افزایش فرم پذیری آلومینیوم و مواد سبک وزن دیگر پیشنهاد شدند.   اولین کاربرد ثبت شده هیدروفرمینگ توسط میلتون گاروین در شرکت Schaible واقعا در اوهایو برای تولید شیرهای آشپزخانه در دهه ۱۹۵۰ بود.  تا دهه ۱۹۹۰، تولید Ts لوله مسی رایج ترین کاربرد هیدروفرمینگ بود.  از دهه ۱۹۹۰، هیدروفرمینگ بخاطر پیشرفت های حاصل شده در کنترل کامپیوتری، سیستم های هیدرولیک و فرایندها و دستورالعمل های تازه تدوین شده جایگاه واقعی خود را پیدا کرد و اجزای ساختاری قالب دهی شده یا فرم دهی شده جای خود را به قطعات شکل گرفته با فن آوری هیدروفرمینگ لوله ای (THF) در بسیاری از خودروهای ساخت امریکای شمالی دادند.  بخاطر تحکیم قطعات، کاهش فرایندهای پس از فرم دهی ( مثل اتصال با جوش و سوراخ کاری ) و ضخامت کمتر مواد، صرفه جویی قابل توجه ای در وزن و هزینه با قطعات فولادی فرم دهی شده حاصل شد.  

بطور کلی فرایندهای هیدروفرمینگ را می توان به دو طبقه عمده تقسیم کرد : الف) هیدروفرمینگ ورقه ای و ب) هیدروفرمینگ لوله ای که در شکل ۱٫ ۵ نشان داده شد.  

هیدروفرمینگ ورقه ای

در فرایند هیدروفرمینگ ورقه ای (SHD)، ورق خام با فشار هیدرولیک در درون حفره قالب مطابق شکل ۱٫ ۶ شکل گرفته است.  این تکنیک به کشش عمیق تر کمک می کند که برای تولید صفحات دارای منحنی های پیچیده لازم است.  هیدروفرمینگ ورقه ای را می توان به دو بخش طبقه بندی کرد :

کشش عمیق هیدروفرمینگی (HMD) و هیدروفرمینگ ورقه ای تحت فشار با ورقه  های واحد و چندگانه .  

مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ

کشش عمیق هیدرومکانیکی

یک الگوی معمول فرایند HMD در شکل ۱٫ ۷ نشان داده شده است.  این نوع هیدروفرمینگ ورقه ای بجز کاربرد فشار معکوس در طرف دیگر پانچ مشابه روش کشش عمیق است.  روش کشش عمیق هیدرومکانیکی قالب کمتری ندارد، اما زمانی که پانچ روبه پائین ورقه  اعمال می شود فشار هیدرولیک را اعمال می کند.  فشار معکوس توسط یک سروو یا دریچه تناسبی کنترل شده است.  فشار هیدرولیک نسبت کشش و پرشدگی گوشه می شود.  ناکامورا و همکاران آزمایش های HMD را انجام دادند و نشان دادند که افزایش نسبت های کشش محدود کننده را می توان با فشار معکوس انجام داد و ورقه  متصل به پانچ در طی فرایند فرم دهی کشیده نشده است.  

هیدروفرمینگ ورقه ای تحت فشار

فرایند هیدروفرمینگ ورقه ای به عنوان ترکیب کشش عمیق و هیدروفرمینگ ابداع شده است.  شکل ۱٫ ۸ یک هیدروفرمینگ ورقه ای تحت فشار را برای یک ورقه واحد نشان می دهد.  یک ورقه در ورق نگه دار در درون یک قالب جاسازی شده و فشار برای پر کردن حفره قالب اعمال شده است.  مزیت این فرایند احتمال کشش عمیق با جریان کنترل شده فلز بداخل حفره می باشد.  برای هیدروفرمینگ ورقه دوبل واقع در شکل ۱٫ ۹، سیال هیدرولیک بین ورقه ها پس از شکل دهی توسط کشش عمیق معمول پمپاژ شده است.  حفره قالب با استفاده از فشار هیدرولیک پر شده و توسط قالب های پائینی بالایی فرم یافته است.  موقعیت پانچ بالایی نیز می تواند تغییر کند.  از لحاظ دقت، مشخص شد که هیدروفرمینگ ورقه ای فشار بالا (SHF) می تواند دقت شکلی بهتری را نسبت به کشش عمیق معمول داشته باشد.  مزیت دیگر SHF این است که به تنها به یک قالب یا پانچ برای فرایند فرم دهی نیاز دارد.  بنابراین زمان و هزینه طراحی و تولید قالب کاهش یافته است.  SHF برای انواع مختلف تولید بخصوص تولید با حجم کم تا متوسط خیلی سودمند است.  انواع دیگری از فرایندهای هیدروفرمینگ وجود دارند که نسخه های کمی متفاوت نظیر فرم دهی اثر و flexforming می باشند.  

هیدروفرمینگ لوله ای

هیدروفرمینگ لوله ای (THF) بسته به زمان و مکان استفاده یا بررسی با نام های دیگری نیز شناخته می شود.  فرم دهی برجسته لوله ها (BFTs) و فرم دهی برجسته مایع (LBF) دو مورد اولیه می باشند.  فرم دهی فشار هیدرولیک (HPF) نام دیگر مورد استفاده برخی محققان است.  فرم دهی تحت فشار داخلی (IHPF) عمدتا توسط تولید کنندگان و محققان آلمانی استفاده می شود.  در برخی دوره ها، حتی فرم دهی درختی غیرمتعارف نامیده می شد.  THF یک فرایند فرم دهی ماده است که در نتیجه آن لوله ها ( مستقیم یا از پیش خمیده ) با یک حفره قالبی و استفاده هم زمان از فشار داخلی و نیروی فشرده محور از دو هر دو سمت به صورت اشکال پیچیده در می آیند.  فشار داخلی معمولا با ابزارهای مختلف نظیر پمپاژ متوسط هیدرولیک و یا پوشش چسبنده یا فشردن عناصر ویسکوالاستیک متوسط مانند الاستومرها و پلی اورتان بدست آمده است.  پارامترهای فرایند برای یک عملیات هیدروفرمینگ لوله ای در شکل ۱٫ ۱۰ شرح داده شده اند.  برخی مثال ها از قطعات تولید شده توسط THF در شکل های ۱٫ ۱۱ و  ۱٫ ۱۲ نشان داده شده اند.  

…

سیلندرهای هیدرولیک و پانچ ها

پانچ های محوری برای آب بندی انتهای لوله لازم هستند تا  جلوی اتلاف فشار گرفته شود و ماده به مناطق گسترشی خورانده شود.  آنها باید ماده را در منطقه تغییر شکل یافته به شیوه کنترل شده و هماهنگ با فشار داخلی، یعنی فشار در برابر زمان و نیروی محوری در برابر زمان باید کنترل و هماهنگ باشند.  پانچ های مخالف گاهی اوقات در بخش های در بخش برآمدگی و یا برجسته برای جلوگیری از شکستگی زودرس با ارائه یک کنترل جریان مواد بکار می روند.  انتظار می رود سیلندرهای محوری نیرویی تا ۷۰۰۰ کیلو نیوتن را ایجاد کنند، در حالی که سیلندر مخالف تا ۲۰۰۰ کیلو نیوتن محدود شده است.  اندازه های کوچک تر کنترل دقیق موقعیت پانچ را میسر می سازد.  طرح های مختلف راس پانچ برای آب بندی موثر در طی هیدروفرمینگ ابداع شده اند.  

لغزشی و وضعیت تنش شناسایی شده اند.  این رژیم های اصطکاک و ضرایب اصطکاک حاصل از آن بطور مداوم در طی زمان و مکان تغییر می کنند و می توانند به صورت زیر شرح داده شوند  (شکل  ۱٫ ۱۸) :

1. ۵ شبیه سازی های کامپیوتری برای هیدروفرمینگ لوله ای

در هیدروفرمینگ، تحلیل نازک شدگی، توزیع تنش و کشش، ضخیم شدن در یک لوله تغییر شکل یافته می تواند امکان پذیری فرم دهی را برای یک بخش خاص پیش بینی کند.  اثرات پارامترهای مختلف را می تواند با ابعاد مهم مختلف یا شرایط بارگذاری در انواع قطعات بررسی کرد.  بنابراین قواعد کلی می توانند برای مسائل آینده اعمال شوند.  بارگذاری بهینه می تواند با استفاده از تکنیک های تحلیل کنترل شده بدست آید.  

بسیاری از عملیات هیدروفرمینگ که با یک ورقه لوله ای شروع می شود به یک لوله از پیش فرم یافته برای تناسب لوله با حفره قالب هیدروفرمینگ و دست یابی به شکل مورد نظر در انتهای فرایند نیاز دارد. نازک شدگی و  و ضخیم شدن لوله به ویژه در عملیات خمش ممکن است اثر زیادی روی موفقیت فرایند هیدروفرمینگ داشته باشد چون بخش های نازک شده ممکن است قادر به مقاومت در برابر فشارهای بیرونی در طی انبساط نباشند و در نتیجه ترک بر می دارند، در حالی که ضخیم شدن بیش از اندازه ممکن است به تاب خوردگی در لوله خمیده منجر شود و این کار به فشار بالا برای صاف کردن نیاز دارد.  برای تحلیل فرایند هیدروفرمینگ لوله ای کامل، لازم است نتایج تحلیل های خمش و خرد کردن در مرحله هیدروفرمینگ اعمال شود.  استفاده از روش المان محدود  (FEA) تابحال تنها روش دست یابی به این امر بوده است.  نرم افزار FEA انتخاب شده مناسب سابقه کشش حاصل شده را در طی پیش فرم دهی بطور مستقیم برای مرحله هیدروفرمینگ بدست می آورد.  شکل ۱٫ ۲۰ مدل سازی کامپیوتری و تحلیل های یک بخش ریلی ساختاری از خمش لوله را تا هیدروفرمینگ شکل نهایی آن نشان می دهد.  

مقدمه و آخرین پیشرفت های هیدروفرمینگ ۱ کتاب هیدروفرمینگ

پیشرفت های هیدروفرمینگ و نتایج

نوآوری های اخیر برای بهبود رقابت پذیری فن آوری هیدروفرمینگ با کاهش هزینه سرمایه گذاری اولیه، افزایش میزان تولید، و استفاده از مواد، تحکیم بیشتر بخش ها به صورت بخش های واحد و یافتن روش های برداشت نقص ها نظیر نازک شدگی بیش از اندازه روی داده اند.  مفاهیم جدید دستگاه گیر یا پرس برای کاهش مقدار بررسی سرمایه اولیه و افزایش بهره وری با داشتن حرکت های سریع در حال توسعه هستند.  حتی برخی از سیستم های هیدروفرمینگ بدون تجهیزات فشار یا چفت و بست بحث شده اند و به نظر می رسد تنها برای میزان تولید کم امکان پذیر باشد.  

به منظور افزایش بهره برداری مواد و جلوگیری از نازک شدن بیش از حد، نوآوری زیر در حال آزمایش است و امروزی لوله های مخروطی برای بخش های ساختاری بلند با درجات انبساط زیاد بین دو انتها،  ب) لوله های جوش کاری شده برای کاهش نازک شدگی در مناطق انبساط زیاد بکار می روند که معمولا در مقاطع میانی یک بخش بلند قرار می گیرندو ج)لوله گذاری دوبل برای افزایش مقاومت بخش نهایی و در عین حال کاهش وزن بکار می رود و بخصوص برای ریل های جلویی بکار می رود که در ان مراقبت اضافی باید برای خواص خرابی عالی بکار روند ؛د) لوله گذاری چندگانه که یک روش ابتکاری برای تولید قطعات کامل می باشد و یک روش عالی تحکیم بیشتر قطعات با همدیگر است.  لوله ها با شکل های مختلف بهم متصل بوده و در یک قالب هیدروفرمینگ جای می گیرند.  پس از اتمام هیدروفرمینگ، تمام قطعات مونتاژ و تولید شدند.