وبلاگ

لوله های چهار گوش به طور گسترده در صنایع مختلف به کار برده می‌شود. از سطح داخلی این لوله‌ها بعنوان مسیر حرکت سیال، مسیر هدایت امواج الکتریکی و یا بعنوان قالب انجماد استفاده می‌گردد. روش های مختلفی شامل اکستروژن، کشش و فشار(سرد و گرم) و فورج برای تهیه این لوله ها به کار می‌رود. یکی دیگر از این روش‌ها شکل‌دهی غلتکی لوله مدور و تبدیل آن به لوله چهار‌گوش می‌باشد. بوسیله این فرایند می‌توان به محصولی با دقت ابعادی، خواص مکانیکی مانند سختی و استحکام بیشتر دست یافت  بعلاوه محصولات بدست آمده توسط این روش لوله های چهار‌گوش بدون درز است که از لوله گرد ریخته‌گری شده بدست می‌آیند. علیرغم قدمت و کاربرد روز افزون شکل‌دهی غلتکی سرد، تعداد کارهای عملی و تحقیقاتی انجام شده در این زمینه، خصوصاً شکل‌دهی مجدد لوله های گرد به غیر گرد، در مقایسه با سایر فرایندهای شکل‌دهی فلزات کم است.
در این فصل ابتدا در مورد قطعه مورد نظر توضیحاتی داده می شود و پس از آن مروری بر کارهای گذشته انجام می‌شود.
1-2 معرفی قطعه مورد بررسی
قطعه مورد بررسی عبارت است از یک پروفیل دو بعدی (شکل1-1). این لوله ها در ساخت ژنراتور(شکل1-2) استفاده می‌گردد و وظیفه انتقال جریان برق را برعهده دارد و از طرفی جهت خنک شدن این لوله ها از داخل آن‌ ها جریان هوای سرد عبور می‌کند. این قطعات در شرکت مهندسی و ساخت ژنراتور مپنا که یکی از از زیر مجموعه های گروه مپنا می‌باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. تاکنون این قطعات از شرکت Ansaldo که یک شرکت ایتالیایی می‌باشد وارد می‌شده است و در حال حاضر تدوین دانش فنی ساخت این قطعه در کشور مورد نیاز می‌باشد.
شکل 1-1 مقطع کنداکتور
یکی از روش های ممکن برای تولید لوله های چهارگوش روش اکستروژن می‌‎باشد. قطعه مورد بررسی از جنس مس می‌باشد به همین دلیل از هدایت حرارتی بالایی برخورد دار است و اکستروژن گرم آن مشکل است.
 به دنبال روشی می باشیم که بتوان از روش کار سرد، لوله ای با مقطع دایره ای را به مقطع مورد نظر تبدیل کنیم. در این زمینه تحقیقاتی صورت گرفته است که در بخش های بعدی به توضیح بیشتر در این زمینه می‌پردازیم.
1-3 مروری بر کارهای انجام شده
پیش از این، روش‌های تجربی، تحلیلی و عددی متفاوتی برای بررسی فرایند شکل‌دهی غلتکی لوله انجام گردیده است. نتایج بدست آمده برخی از این تحقیقات با اندازه گیری تجربی مطابقت خوبی را نشان می‌دهد.

کیوچی1 تاثیر متغیر های فرایند و برنامه عبور لوله برای حالتی که در آن لوله دوار اولیه با جداره نازک به لوله ای با مقطع مربعی تبدیل می شود را در مورد فرایند نورد غلتکی سرد بصورت آزمایشی و تقریبی مورد بررسی و تحقیق قرار داده است. توزیع تغییر ضخامت دیواره در سطح مقطع لوله برای هر مرحله از فرایند شکل‌دهی ،تاثیرات نحوه عبور لوله از غلتک‌ها بر روی شعاع گوشه‌های سطح مقطع مربعی محصول و بدست آمدن حداقل شعاع گوشه ها مورد تحقیق قرار گرفته است[1و2].
ون2 در مورد استفاده از طراحی های پیشرفته ابزار برای شکل‌دهی لوله گرد به لوله‌های مربعی بحث کرده است. با بهره گرفتن از این یک روش شبیه سازی عددی ،مثل روش اجزا محدود، مقدار انقباض محیطی لوله را در این فرایند محاسبه نموده و ابعاد گرد اولیه لوله را به دست آورده است. وی تاثیر پارامترهای مانند ابعاد لوله نهایی، مقدار تغییر شکل در هر مرحله، تعداد مراحل و . . . را بر روی گوشه های لوله بررسی کرده است[3].
اونادا3 و همکارانش ویژگی‌های تغییر شکل لوله‌های فولادی گرد که به وسیله فرایند شکل‌دهی اکسترول به لوله‌های مربعی تبدیل می‌شوند را با توجه با اندازه گیری‌های تجربی و نتایج محاسبه شده بوسیله روش اجزا محدود برای ماده صلب-پلاستیک مورد بحث قرار داده‌اند[4و5].

بایومی2 یک روش تحلیلی برای تولید لوله های چند ضلعی منتظم فلزی از لوله گرد به روش کشش سرد با عبور از درون یک مجموعه غلتک‌های تخت و در طی یک مرحله ارائه داده است(شکل1-2). این حل بر بدست آوردن یک میدان سرعت مجاز مبتنی است که شرایط دینامیکی برای ایجاد مؤلفه‌های نرخ کرنش را ارضا می‌کند. اثرات شکل مقطع خروجی، میزان اصطکاک در سطح تماس لوله و غلتک، شعاع غلتک و ضخامت دیواره بر روی میزان بار وارده بر غلتک‌ها و نیروی کشش مورد نیاز برای انجام فرایند تحقیق شده است]6[.
شکل1-2 تولید لوله های چند ضلعی (a) نحوه چیدمان غلتک ها (b) مقاطع چند ضلعی منتظم مختلف]6[
مسلمی نائینی یک شبیه سازی عددی جدید و ساده به نام FDM برای تحلیل دوبعدی تغییر شکل الاستیک-پلاستیک لوله در فرایند شکل‌دهی مجدد لوله گرد به لوله های گرد  فرایند شکل‌دهی مجدد لوله های گرد به لوله‌های غیر گرد با بهره گرفتن از ترکیب روش اجزا محدود و روش تفاضل محدود تعیین نموده است]7[.
لئو1 فرایند شکل دهی مجدد لوله های مربعی را با بهره گرفتن از چهار صفحه تخت انجام داده است. در این روش لوله گرد اولیه ابتدا گیره بندی شده و سپس چهار صفحه تخت به صورت تدریجی باعث تغییر شکل لوله گرد به حالت چهار گوش میگردد. وی با بهره گرفتن از روش اجزای محدود به بررسی پارامترهای موثر بر روی این فرایند مانند ضریب اصطکاك،ضریب کرنش سختی، نرخ هندسی (R / t ) بر روی عیوب تورفتگی دیواره ها در فرایند چهارگوش کردن وتعیین نیروی شکل دهی پرداخته است (شکل1-3)]8و9و10[.
 

شکل1-3  تبدیل لوله مربعی توسط چهار صفحه]10[
هوانگ یانگ مینگ1 در تحقیقی دیگر به روش اجزاء محدود الاستو پلاستیک به بررسی تاثیر پارامترهایی همچون اصطکاك، نرخ هندسی،جنس لوله ها و میزان کاهش ارتفاع بر روی نیروی شکل دهی و حالت های خرابی پیش آمده در تبدیل لوله های چهار گوش از لوله گرد اولیه بااستفاده ازقالب های V شکل پرداخته است(شکل1-4)]11[.

شکل1-4 تولید لوله مربعی توسط قالب V شکل]11[
بایومی1 و همکارانش به بررسی و تعیین نیروهای شکل دهی و کشش در تبدیل لوله های گرد به لوله های چهار گوش به وسیله چهار صفحه پرداخته‌اند. این تحلیل به کمک یک روش تحلیلی و به کمک روش اجزا محدود در نرم افزار های ABAQUS و LS-DYANA 3D انجام شده وبه منظور تایید و مقایسه نتایج شبیه سازی و تحلیلی یک سری آزمایشات تجربی انجام شده است(شکل1-5) ]12[.
شکل1-5 تغییر شکل لوله توسط اعمال نیرو از چهار طرف]12[
 

ابری نیا و فرهمند یک روش تحلیلی مبتنی بر تئوری حد بالا برای نورد لوله گرد و تبدیل آن به لوله مربعی ارائه نموده‌اند. تاثیر پارامترهای فرایند مانند شعاع غلتک، قطر لوله اولیه، مقدار کاهش ارتفاع غلتکها بر روی محصول نورد شده مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مقایسه و تایید نتایج شبیه سازی یک سری آزمایشات تجربی انجام شده است. کمیت هایی همچون انرژی، ضخامت دیواره و شعاع گوشه های محصول نهایی اندازه گیری و ارائه گردیده است(شکل1-6)]13[.