۲-۹-۱ برتری فرایند شکل‌دهی گازی گرم نسبت به هیدروفرمینگ
در زیر مزایای روش شکل‌دهی گازی گرم لوله آورده شده است.
۱) نیاز به فشار کمتر: فشار در فرایند شکل‌دهی گازی داغ لوله تقریبا کمتر از ۲ تا ۵ درصد فشار موردنیاز در فرایند هیدروفرمینگ یعتی به طور متوسط در حدود Psi1000 می‌باشد که به نوبهی خود در کاهش هزینه‌های ابزار شکل‌دهی نقش به‌سزایی دارد.
۲) بهبود خواص نهایی: به دلیل اینکه ماده‌ی قطعه کار پس از فرایند شکل‌دهی گازی گرم لوله، کونچ و سرد می‌شود، خواص نهایی آن‌ها بهبود می‌یابد.
۳) افزایش تغییرات ابعادی: در فرایند شکل‌دهی گازی گرم لوله، به دلیل حرارت‌دهی ماده تا نقطه‌ی ذوب، محدوده‌ی تغییرات ابعادی و کرنش آن به طرز چشم‌گیری ارتقا می‌یابد بدین صورت که حداقل ۲۵ درصد برای فولاد و ۵۰ درصد برای آلومینیوم گزارش شده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۴) بالا بودن سرعت ساخت قالب وپایین بودن هزینه ساخت: علارغم پیچیده‌تر بودن شکل قالب در فرایند شکل‌دهی گازی گرم لوله نسبت به فرایند هیدروفرمینگ لوله، اما سرعت ساخت آن به میزان ۵۰ درصد سریع‌تر و هزینه ساخت آن ۲۵ درصد قیمت قالب هیدروفرمینگ می‌باشد.
۵) پایین بودن زمان فرایند: در شکل‌دهی گازی گرم لوله چرخه‌ی شکل‌دهی کمتر از ۱۰ ثانیه می‌باشد که در مقایسه با چرخه‌ی زمانی ۲۵ تا ۴۵ ثانیه‌ای فرایند هیدروفرمینگ، بسیار خوب است.
۶) کاهش تنشهای پسماند: در شکل‌دهی گازی گرم لوله به دلیل اینکه ماده داغ می‌شود و پس از آن عملیات کونچ روی آن انجام می‌شود تنش کمتری درون قطعه باقی می‌ماند و نیاز به عملیات تکمیلی حرارتی را از بین می‌برد.
۲-۱۰ فرایند بالج آزاد لوله
مکانیزم و اساس کار در فرایند بالج آزاد لوله دقیقا همان حالتی است که در فرایند هیدروفرمینگ (شکل‌دهی با فشار آب یا روغن) و فرایند شکل‌دهی گازی گرم (شکل‌دهی با فشار گاز) مشاهده می‌شود. در واقع لوله پس از آب‌بندی در دستگاه، به کمک فشار داخلی سیال (آب یا گاز) و در صورت نیاز استفاده از تغذیه محوری توسط پانچ‌های محوری شکلداده می‌شود. به عبارت دیگر ماهیت رفتار شکل‌دهی در بالج آزاد لوله همان چیزی است که در فرایند هیدروفرمینگ و یا شکل‌دهی به کمک گاز مشاهده می‌شود اما تنها مسئلهای که این روش را از فرایند‌های مذکور متمایز می‌کند، نوع قالب به کار رفته که خود به واسطهی شکل نهایی محصول تولید شده است، می‌باشد. به زبان سادهتر در بالج آزاد لوله، قالب آزاد بوده و تنها به کمک دو رینگ که در ابتدا و انتهای لوله تعبیه شده است عملیات شکل‌دهی بر روی لوله صورت می‌گیرد. در این پایان نامه فرایند بالج آزاد گرم لوله مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین فشار شکل‌دهی که منجر به بالج لوله می‌شود فشار گاز می‌باشد.
در بالج‌آزاد لوله به کمک فشار داخلی سیال و بعضا تغذیه محوری، جریان مواد به سمت مرکز لوله پیش رفته و تا جایی ادامه پیدا می‌کند (مرز نازک شدگی) تا ناحیه‌ی میانی لوله منبسط شده و برآمدگی را به وجود آورد که در ادامه ارتفاع این برآمدگی که به ارتفاع بالج هم معروف است، به عنوان یکی از مهمترین فاکتورهای خروجی فرایند، به کمک روابط تئوریک مورد آنالیز قرار گرفته و تاثیر مهمترین فاکتورهای ورودی یعنی ابعاد تیوب و جنس آن که در ادامه معرفی خواهد شد بر روی این ارتفاع بالج مورد بررسی قرار می‌گیرد.
لازم به ذکر است که اگر از فشار سیال آب جهت شکل‌دهی لوله در فرایند بالج آزاد لوله استفاده شود، فرایند هم در دمای محیط و هم در حالت گرم امکان‌پذیر است اما در حالتی که از فشار گاز جهت شکل‌دهی لوله استفاده شود، به منظور بازه‌ی فشاری محدود در شکل‌دهی به کمک گاز و سهولت در جریان مواد (که در صفحات قبل به آن پرداخته شد)، لازم است فرایند در حالت گرم انجام شود.
شکل (۲-۶) لوله‌ی بالج شده از دو جنس مختلف را نشان میدهد که توسط فرایند بالج آزاد لوله با فشار سیال آب، شکل داده شده است.
شکل ۲-۶ شمایی از لوله‌ی بالج شده
در ابتدا به معرفی پارامترهای ورودی تاثیر گذار در فرایند بالج آزاد لوله که مستقیما بر روی کیفیت محصول نهایی تاثیر می‌گذارد پرداخته و در فصول بعد به کمک برنامه‌نویسی در نرم افزار محاسباتی متلب و شبیه‌سازی اجزا محدود به کمک نرم افزار آباکوس، به بررسی تاثیر مهمترین فاکتور ورودی یعنی ابعاد لوله و جنسن آن بر ارتفاع بالج به عنوان کلیدی‌ترین فاکتور خروجی پرداخته می‌شود.
۲-۱۰-۱ پارامترهای تاثیر گذار در فرایند بالج آزاد لوله
در ذیل به معرفی پارامترهای تاثیر گذار بر فرایند بالج آزاد لوله پرداخته می‌شود.
۱) ابعاد لوله و قالب
۲)جنس لوله
۳)طراحی ابزار به منظور شکل‌دهی لوله
۴)طراحی و روش قطعه‌ی پیشفرم
۵)سرعت انجام پروسه
۶)اصطکاک و روانکاری
۲-۱۰-۱-۱ ابعاد لوله و قالب
ابعاد لوله‌ی اولیه مهمترین و تاثیر گذارترین پارامتر بر کیفیت محصول نهایی به حساب می‌آید. فاکتورهای ابعادی چون طول لوله، شعاع خارجی لوله، ضخامت لوله و شعاع گوشه‌ی قالب هر کدام به تنهایی می‌توانند بر بهبود ارتفاع بالج در فرایند بالج آزاد گرم لوله که در نهایت به بهبود محصول نهایی می انجامد، تاثیر بگذارد.
به کمک روابط تئوریک و معادلات حاکم بر شکل‌دهی فلزات می‌توان تخمین خوبی برای هر کدام از این فاکتورها زد. به عبارت دیگر به کمک تحلیل ریاضی‌وار فرایند مذکور می‌توان بازه‌ی اطمینان برای هر کدام از پارامترهای مذکور ارائه کرد که با تکیه بر آن بتوان به محصولی بی‌عیب دست یافت.
از طرف دیگر به کمک شبیه‌سازی اجزا محدود هم می‌توان به رِنج مناسب برای فاکتورهای فوق رسید. نکته‌ای که در طراحی ابعاد لوله‌ی اولیه باید به آن توجه کرد این است که به منظور داشتن تغییر شکل پلاستیک در جهت کاهش بازگشت فنری، لازم است طول اولیه لوله کوتاهتر از هندسه قالب در هر سطح مقطع باشد.
۲-۱۰-۱-۲ جنس لوله
جنس لوله به نوبهی خود نقش مهمی در کیفیت فرایند بالج آزاد لوله ایفا می‌کند. از جمله خصوصیات مواد که لازم است براساس تجهیزات نهایی قطعه تعیین شود عبارتند از درصد ازدیاد طول، استحکام نهایی انبساط، ترکیب مواد، ویژگی‌های سیلان و استقامت حاصله که باید توجه ویژه‌ای به آن‌ها شود.
اما فاکتورهایی که در انتخاب جنس لوله باید مد نظر گرفته شود عبارتند از:
۱) توان کششی و سختی زیاد
۲) کیفیت سطح عالی (عاری از هرگونه پلیسه، خراش یا تراشیدگی)
۳) امتداد و کشیدگی یکسان و بالا
۴) توانایی شکل‌پذیری خوب
۵) تلرانس نزدیک ابعادی
۶) قیمت مناسب و در دسترس بودن
۲-۱۰-۱-۳ تاثیر شاخص توان کار سختی
بحرانی‌ترین عاملی که شکلگیری را تحت تاثیر قرار میدهد سختشدگی کششی است. باتوجه به روابط تئوریک که در فصل بعد آورده خواهد شد به تاثیر مستقیم توان کار سختی بر ارتفاع بالج پرداخته می‌شود. به طور کلی انتخاب صحیح این شاخص در بهبود فرایند بالج آزاد لوله که در نهایت منجر به تولید محصولی با کیفیت می‌شود موثر است.
۲-۱۰-۱-۴ آماده‌سازی قطعه برای هیدروفرمینگ
باتوجه به شکل نهایی قطعه لازم است تغییر شکل ابتدایی بر روی قطه انجام شود. به عنوان مثال اگر شکل قطعه خمیده باشد، قبل از فرایند هیدروفرمینگ لوله خم داده می‌شود تا به شکل قطعه نهایی نزدیک شود. نکته‌ای که باید به آن دقت شود این است که برخی خصوصیات مواد به دلیل خمها و سخت‌کاری که روی قطعه انجام می‌شود تغییر می‌کند بنابراین قبل از هیدروفرمینگ لوله، به دلیل اینکه لوله انعطافپذیری لازم جهت شکل‌دهی را داشته باشد و از شکست آن حین فرایند جلوگیری شود، یک مرحله گرم کردن مورد نیاز است.
همچنین قطعاتی که دارای محور غیر مستقیم هستند، لازم است قبل از عملیات هیدروفرمینگ لوله عملیات پیشفرم و خم‌کاری بر روی آن‌ها صورت گیرد. مواردی چون چروک‌خوردگی در محل زوایای خم، بازگشت فنری پس از عملیات خم‌کاری و ترکیدگی بر روی لوله عیوبی هستند که ممکن است در حین فرایند خم‌کاری بروز پیدا کند. نکتهی مهم دیگر آنکه لوله‌ی موردنظر به منظور آماده شدن برای عملیات هیدروفرمینگ باید عاری از هرگونه پلیسه، خراش و زائده‌ای باشد چرا که چنین عواملی باعث افزایش اصطکاک در فرایند می‌شود.
در زیر روش‌های مختلفی برای خم‌کاری آورده شده است.
۱) خم‌کاری چرخشی
۲) خم‌کاری توسط سیال
۳) خم‌کاری توسط پرس
۴) خم‌کاری فشاری
۵) خم‌کاری سه غلطکی
از مهمترین روش‌های خم‌کاری، خم‌کاری چرخشی می‌باشد. روش کار بدین صورت است که پس از قرار گیری لوله بین قالب خم و پد فشار، قالب خم چرخیده و به کمک کنترلر به منظور کنترل زاوایه خم و فشار خم به منظور جلوگیری از چروکیدگی در نواحی خم، لوله‌ی مذکور خمیده شده و به شکل مورد نظر ما می‌رسد.
۲-۱۰-۱-۵ روانکاری و انتخاب روغن مناسب جهت جلوگیری از اصطکاک
استفاده از روانکار (روغن) در فرایند هیدروفرمینگ فواید فراوانی مانند کاهش اصطکاک لغزشی بین جسم و قالب و جلوگیری از چسبندگی، ساییدگی و فرسایش ابزار دارد. برای روانکاری از روغنهای مختلفی مانند روان‌سازهای جامد استفاده می‌شود. همچنین فاکتورهای مهمی چون سرعت لغزش، فشار داخلی و فضایی از قطعه که روغن روانکار را در بر می‌گیرد، در انتخاب روغن مناسب هیدروفرمینگ لوله بسیار حائز اهمیت است.
در زیر روانکارهای مورد استفاده در فرایند هیدروفرمینگ آورده شده است.
