کتاب "شبیه سازی فرایندهای شکل‌دهی ورق به کمک نرم افزار Dynaform"

انتشارات سهادانش (تهران/ابتدای کارگرجنوبی/کوچه رشت چی/پلاک 9)

شماره تماس انتشارات: 3-02166569881

نویسندگان: سیدعلیرضا سیّدی/ دکتر داریوش جواب ور (استادیار دانشگاه علوم و فنون هوایی شهیدستاری)

برای تهیه حضوری کتاب با انتشارات تماس حاصل فرمائید.

برای خرید اینترنتی کلیک کنید.
برای خرید اینترنتی کلیک کنید.

مقدمه

بی‌تردید امروزه می­توان نرم ­افزار Dynaform را یکی از دقیق­ترین نرم ­افزارهای آنالیز فرایند­های شکل­ دهی ورق محسوب کرد. آنالیز قابلیت شکل پذیری این نرم­ افزار، امکان بررسی مجازی و پیش­بینی مشکلاتی از قبیل پارگی، چروکیدگی، نازک­شدگی و برگشت فنری، قبل از ساخت هرگونه ابزار فیزیکی را فراهم می­کند. بدین ترتیب می­ توان ضمن کاهش شدید زمان و هزینه، بهره­وری را افزایش داده و اطمینانی در طراحی قالب ایجاد کرد.

بسته نرم­ افزاری شکل­ دهی ورق شرکت ETA شامل 4 برنامه eta/Dynaform، eta/Job Submitter، eta/3DPlayer وeta/Post  می­ باشد. نرم ­افزار eta/Dynaform قسمت پیش ­پردازشگر این بسته است که وظیفه مدل­سازی فرآیندهای شکل­ دهی ورق را بر عهده دارد. Ls-Dyna نرم‌افزار حل­ کننده است که eta/Dynaform رابطه کاربری کاملی با این نرم­ افزار دارد و به کاربران این امکان را می­دهد که نرم ­افزار Ls-Dyna را از روی نرم ­افزار eta/Dynaform اجرا کنند. مسائل تعریف شده در قسمت پیش پردازش­­­گر، توسط نرم ­افزار eta/Job Submitter برای حل به نرم ­افزارLs-Dyna  فرستاده می­شود. بعد از حل مسائل نیز می ­توان توسط نرم ­افزارهای eta/Post و eta/3DPlayer که قسمت ­های پس پردازش­گر این بسته می­ باشند نتایج را مشاهده کرد.

فهرست مطالب
مقدمه
فصل اول:                مهندسی سطح قالب
فصل دوم:               فرآیند تک مرحله ای
فصل سوم:              فرآیند دو مرحله ای با المان های سه بعدی
فصل چهارم:            شبیه سازی برگشت فنری و جبران برگشت فنری
فصل پنجم:              خم کاری لوله و هیدروفرمینگ
فصل ششم:            شبیه سازی خم کاری دورانی چند مرحله ای
فصل هفتم:              مهندسی اندازه بلانک
فصل هشتم:            فرآیند دو مرحله ای
فصل نهم:                هیدروفرمینگ T شکل لوله
فصل دهم:               لبه دارکردن غلطتکی
فصل یازدهم:            کشش تک مرحله بلانک جوش کاری شده
فصل دوازدهم:          شبیه سازی کشش گرم و خنک کاری ورق
فصل سیزدهم:         محیط پس پردازشگر
فصل چهاردهم:         تمرین های تکمیلی
پیوست:                  مفاهیم مقدماتی
مراجع


فصل اول: مهندسی سطح قالب

در قسمت Die Face Engineering امکان طراحی سطح قالب که شامل مواردی از قبیل ورق­ گیر و ادندوم است را فراهم می­کند. در واقع شروع کار از این قسمت صورت می­گیرد و برای ایجاد سطح قالب توسط این قسمت از نرم­افزار تنها به مدل اصلی قطعه ­کار نیاز داریم. سایر سطوح و طراحی­ها را می­ توان بر مبنای هندسه قطعه­ کار انجام داد. این قسمت از نرم ­افزار با توجه به امکانات گسترده­ای که دارد نظیر ایجاد تقارن در قطعه برای صرفه جوئی در زمان آنالیز، معرفی محورهای مختصات و جهت پرسکاری، بررسی سطوح با زاویه منفی(Undercut)، حذف سطوح فلنج، پرکردن سوراخ ­ها و ناپیوستگی­ های موجود در سطح قطعه­ کار، طراحی بایندر و ادندوم با توجه به پروفیل­ های استانداردی که در نرم ­افزار موجود است، فیلتر کردن لبه های تیز و … باعث صرفه جوئی در وقت و هزینه طراحی قالب می ­شود.

در این فصل برای آشنائی بیشتر با امکانات قسمت DFE، قدم به قدم به آموزش طراحی سطح قالب یک قطعه صنعتی می­ پردازیم. فایل‌های مورد نیاز این تمرین را می­ توانید در فولدر Exam1 پیدا کنید.

فصل دوم: فرآیند تک مرحله ای

فرآیند کشش عمیق یک روش شکل­ دهی ورق است که در آن بلانک اولیه توسط نیروی سنبه به داخل ماتریس کشیده شده و به صورت گود و فنجانی شکل تبدیل می­ شود. در مواقعی که تغییرشکل ­های بزرگ مدنظر باشد از چند مرحله کشش استفاده می­ شود. فرایند کشش عمیق ابتدا با اعمال نیروی ورق ­گیر شروع می­ شود تا از چروکیدگی ورق جلوگیری کند. این فرآیند پارامترهای مختلفی دارد که می ­توان به جنس و ضخامت ورق، روانکار، سرعت سنبه، شعاع سنبه و ماتریس، نسبت کشش، نیروی ورق گیر و شکل و ارتفاع آویزه اشاره کرد. در کشش قطعات غیر مدور به دلیل عدم یکسانی سرعت جریان مواد از آویزه(ترمز) استفاده می­ شود. مهمترین عیوبی که طی فرآیند کشش عمیق ایجاد می­شود شامل پارگی(Tearing)، چروکیدگی(Wrinkling) و برگشت فنری(Spring back) است.

 در این فصل آموزش پیاده­ سازی فرآیند کشش تک مرحله ارائه می­ شود. اجزاء قالب برای شبیه سازی فرایند کشش در شکل نشان داده شده است.

تصویر اجزاء قالب در این تمرین

 

فصل سوم: فرآیند دو مرحله ای با المان های سه بعدی

در این فصل نحوه شبیه سازی فرایند کشش ورق با استفاده از المان­ های سه بعدی آموزش داده می­ شود. این فرایند شامل ماتریس، سنبه، ورق گیر و ورق با المان­ های سه بعدی است. فایل‌های مورد نیاز این تمرین را می­ توانید در فولدر Exam3 پیدا کنید.

فصل چهارم: شبیه سازی برگشت فنری و جبران برگشت فنری

برگشت فنری تغییرات در هندسه قطعه­ کار در انتهای فرآیند شکل­ دهی است زمانی که نیروهای ابزار شکل­ دهی از روی قطعه­ کار برداشته می ­شود. بنابراین بر روی دقت ابعادی قطعه­ کار موثر است و در مونتاژ قطعات مشکلاتی را ایجاد می­کند. طراحان برای غلبه بر این مشکل می­ بایست در ابتدا میزان برگشت فنری را محاسبه کرده سپس با توجه به میزان برگشت فنری، ابزار مناسب را برای جبران اثرات برگشت فنری طراحی کنند.

مواد جدید که استحکام بالائی دارند بیشتر تحت تاثیر برگشت فنری نسبت به آلیاژهای فولاد کشش عمیق سنتی قرار می ­گیرند. بنابراین نیاز به جبران این عیب بیشتر احساس می­شود. به طور سنتی پیش از این قالب­سازان به پشتوانه تجربه ­ای که داشتند با استفاده از سعی و خطا، ابزار مناسب را طراحی و قالب را اصلاح می­ کردند ولی امروزه توسط آنالیز المان محدود می­ توان تعداد دفعات اصلاح قالب را کمتر کرد و هزینه­ ها را به شدت کاهش داد. از بین پارامترهای موجود، افزایش استحکام تسلیم ورق، کاهش ضخامت ورق، کاهش نیروی ورق گیر و کاهش ضریب اصطکاک باعث افزایش برگشت فنری می­شود.

برای بررسی میزان برگشت فنری لازم است مدل ماده به صورت الاستیک-پلاستیک تعریف شود تا میزان تغییرشکل الاستیک قطعه اندازه ­گیری شود. نرم افزار با مقایسه این تغییر شکل و شکل مطلوب قطعه محاسبات لازم برای ایجاد تغییرشکل اضافی را انجام می دهد تا از میزان برگشت فنری کاسته شود. روش­­های متعددی برای جبران برگشت فنری وجود دارد که یکی از آنها روش تعدیل جابجائی است. ابتدا شکل قطعه کار توسط قالب اولیه دچار تغییرشکل شود و بعد از باربرداری از روی قطعه­ کار شکل قطعه ­کار با شکل مطلوب مقایسه می­شود. اگر خطای شکل یک نود از قطعه در راستای محور y برابر باشد بایستی همین مقدار را برای جابجائی همان نود در قالب اعمال کرد تا شکل قالب جدید ایجاد شود در این اینجا یک مرحله قالب اصلاح شد. سپس از همین قالب جدید برای ایجاد تغییرشکل در ورق استفاده می­ شود تا مجددا میزان برگشت فنری در مرحله دوم محاسبه شود و اختلاف آن با شکل مطلوب بر روی قالب اعمال شود. این چرخه بایستی آنقدر ادامه پیدا کند تا میزان برگشت فنری در سطح قابل قبولی باشد.

در این فصل قصد داریم با انجام آنالیز برگشت فنری ضمن محاسبه میزان آن، ابزار مناسب برای جبران آن را ارائه کنیم.

.

فصل پنجم: خم کاری لوله و هیدروفرمینگ

در فرایند هیدروفرمینگ از فشار سیال برای شکل­ دهی ورق استفاده می ­شود. بطور کلی دو روش هیدروفرمینگ وجود دارد، هیدروفرمینگ ورق و هیدروفرمینگ لوله. فرآیند هیدروفرمینگ لوله روش نسبتا جدید برای شکل­ دهی لوله به منظور تولید قطعات پیچیده است. این روش امکان تولید قطعات تو خالی در نتیجه کم وزن را فراهم می­ کند. به همین دلیل است که مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. یکی از پارامترهای مهم در این فرآیند فشار سیال است که در صورت عدم کنترل صحیح، این فشار موجب نازک شدن بیش از حد در نتیجه پارگی ورق می­ شود. علاوه بر فشار سیال می توان توسط نیروی محوری نیز به تغییرشکل لوله کمک کرد که عدم کنترل صحیح این نیرو موجب چروکیدگی و کمانش لوله می­ شود. بنابراین انتخاب مناسب فشار و نیروی محوری از اهمیت بالائی برخوردار است.

در این فصل نحوه شبیه­ سازی فرآیند خم­کاری و هیدروفرمینگ لوله را قدم به قدم تشریح می شود.

فصل ششم: شبیه سازی خم کاری دورانی چند مرحله ای

اکثر عملیات­ های ورق­کاری شامل خم­کاری هم هستند. خم­کاری یکی از فرآیندهای تولید است که اغلب برای تولید اشکال V شکل و U شکل ورق­ها و مقاطع استفاده می­ شود. فرآیند خم­کاری از عوامل متعددی تاثیرپذیر است که از جمله آنها می­ توان به شعاع خم، ضخامت ورق، زاویه خم و جنس قطعه کار اشاره کرد. زمانی که یک ورق خم می ­شود طول تار خنثی ثابت می­ ماند ولی سطح بیرونی تحت کشش قرار گرفته و افزایش طول می­ دهد. سطح داخلی نیز تحت فشار قرارگرفته و از طولش کاسته می­ شود. با کاهش نسبت شعاع خم به ضخامت ورق، تنش کششی در سطح خارجی افزایش می ­یابد. مقدار شعاع خمی که کمتر آن از ترک شروع می­ شود را حداقل شعاع خم می­ گویند. که معمولا مقدار آن بر حسب ضخامت بیان می­ شود مثلا 4 برابر ضخامت ورق(4t).

فصل هفتم: مهندسی اندازه بلانک

همیشه شروع کار آنالیز با شکل سه بعدی از قطعه ­کار است بنابراین نیاز داریم سطح گسترده ورق را بدست آوریم تا تشخیص دهیم که قطعه­ کار نیاز به چه مقدار ورق(سطح گسترده یا بلانک اولیه) دارد. قسمت BSE نرم­ افزار Dynaform این امکان را فراهم کرده است که با دقت بالا بتوان ابعاد بلانک را تخمین زد. همچنین با چیدمان سطح گسترده بر روی رول ورق، حداکثر راندمان در استفاده از مواد اولیه و کمترین میزان دور ریز و ضایعات را به همراه داشت. این نرم ­افزار امکانات و طرح­ های متنوعی برای چیدمان بلانک بر ورق فراهم کرده است و امکان تهیه گزارش کامل و تخمین هزینه ­ها را نیز دارد.

فصل هشتم: فرآیند دو مرحله ای

در این فصل قصد اجرای یک آنالیز کشش عمیق ساده به روش Double Action را داریم که در ابتدا ورق گیر با اعمال نیروی ثابت بر روی ورق عمل کرده سپس سنبه به داخل ماتریس نفوذ می­ کند.

فصل نهم:  هیدروفرمینگ T شکل لوله

فرآیند هیدروفرمینگ لوله(THF) امروزه به دلیل مزایائی که نسبت به سایر فرآیندهای شکل­ دهی سنتی دارد، مورد توجه صنایع مختلف بویژه خودروسازی قرار گرفته است که از جمله آن­ها می ­توان به بهبود قابلیت شکل پذیری ورق، کاهش وزن و برگشت فنری کمتر اشاره کرد. پارگی و چروکیدگی مشکلات عمده ایست که بایستی با کنترل پارامترهای موثر بر این فرآیند برطرف شوند. یکی از موارد استفاده از فرایند THF تولید لوله ­های Tشکل، Yشکل و Xشکل است. از جمله کاربرد این لوله­ ها می­ توان به جنس آلومینیومی آنها اشاره کرد که در سیستم مدار روغن صنایع هوافضا کاربرد دارد.

فصل دهم:  لبه دارکردن غلطتکی

در فرآیند Hemming، لبه ورق بر روی خودش برگردانده می شود تا لبه قطعه­ کار آماده و تقویت شود و ظاهر بهتری پیدا کند. همچنین از این فرآیند برای اتصال چند ورق به هم نیز استفاده می­ شود. از جمله کاربرد این فرآیند می­ توان به صنایع خودروسازی اشاره کرد که این فرایند در ساخت درب و کاپوت ماشین به کار می ­رود. در این فصل به وسیله یک مثال نحوه انجام شبیه ­سازی فرآیند همینگ ارائه می­ شود.

فصل یازدهم:  کشش تک مرحله بلانک جوش کاری شده

اگر لازم باشد در یک قطعه صنعتی از دو یا چند جنس، پوشش و یا ضخامت متفاوت استفاده کرد می­ توان توسط جوش قبل از فرآیند شکل دهی بلانک های مورد نظر را تولید کرد سپس بلانک ­های جوش کاری شده تحت فرآیندهای مختلف شکل­ دهی قرار داد. این بلانک ­ها به عنوان Tailored Balanks شناخته می­ شوند.

 

.

فصل دوازدهم:  شبیه سازی کشش گرم و خنک کاری ورق

امروزه به دلیل نیاز به بالابردن نسبت استحکام به وزن در صنایع مختلف، کاهشCo2 تولیدی توسط وسایل حمل­ و­ نقل، کاهش مصرف سوخت و بالابردن امنیت تجهیزات، استفاده از فولادهای با استحکام بالا گسترش روز افزونی یافته است. این مواد برگشت فنری بالاتر و قابلیت شکل­ پذیری کمتری دارند. به همین دلیل است که امروزه تکنولوژی شکل­دهی گرم ورق، به دلیل بالابردن قابلیت شکل­ پذیری و کاهش برگشت­ فنری کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. حالت بهینه در شکل دهی گرم نیز زمانی ایجاد می­ شود که در سرد­کردن میکروساختار آستنیت آن به مارتنزیت تبدیل شود تا استحکام آن بیشتر شود. این روش هم ­اکنون توسط شرکت­ های مختلف قطعه ساز برای ساخت قطعات مختلف مورد استفاده قرار می­ گیرد. بنابراین نیاز به حل مسائل مختلف در این حوزه احساس می­ شود. نرم­ افزارDynaform رابط کاربری کاربرپسندی را برای انجام آنالیزهای شکل­دهی گرم فراهم کرده است که شامل تعریف بلانک، ابزار، شرایط مرزی، تماس­ های فیزیکی و پارامترهای مربوط به کنترل فرایند است.

فصل سیزدهم: محیط پس پردازشگر

نرم­ افزار eta/POST نرم­ افزار قدرتمندی برای مشاهده نتایج حاصل از شبیه­ سازی است. این نرم­ افزار توانایی ایجاد کانتورهای متنوع برای تنش، کرنش، جابجایی و همچنین وضعیت قطعه در نمودار FLD را دارد. علاوه بر امکان نمایش انیمیشن این نرم­ افزار قادر است خروجی­ هایی مثل تصویر و فیلم را هم ایجاد کند. برای اجرای این نرم­ افزار می­ توانید به دو روش عمل کنید. روش اول اجرای این نرم­ افزار از داخل نرم­ افزار Dynaform و از طریق کلیک کردن بر روی سربرگ PostProcess است.