تحليل عددي و تجربي و طراحي مقاوم فرآيند شكل‌دهي تدريجي

دكتري تخصصي

شكل‌دهي تدريجي ورق، يكي از روش‌هاي نمونه‌سازي‌ سريع و فرآيندي انعطاف‌پذير است كه در آن ورق فلزي به تدريج با حركت ابزار در فضايي بدون وجود قالب مادگي يا ماتريس شكل مي‌گيرد. با توجه به ويژگي‌هاي اين روش، استفاده از آن در توليدات نمونه‌اي و يا با تيراژ توليد كم بسيار مناسب و مقرون به صرفه خواهد بود. در اين رساله شكل‌دهي تدريجي گلگير خودروي پلتفرم ملي به عنوان يك محصول جديدي كه در حال طراحي و ساخت مي باشد، مورد بررسي قرار گرفته است و كيفيت سطح و حد شكل‌دهي آن مطالعه شده است. همچنين با انجام طراحي مقاوم و بهينه‌سازي مسئله، پارامترهاي ورودي بهينه براي رسيدن به بهترين توابع پاسخ تعيين شده‌اند. در نخستين گام اين رساله، چندين آزمايش‌ تجربي بر اساس روش طراحي آزمايش تاگوچي طرح‌ريزي شده‌اند كه به عنوان يكي از تكنيك‌هاي مهم، دقيق و اثرگذار در بهبود كيفيت در مسائل مهندسي شناخته مي‌شود. شكلي كه روي ورق فرم داده شده است، مدل گلگير خودروي پلتفرم ملي در مقياس يك چهارم است. پس از آزمايش‌هاي تجربي، با توجه به اهميت بسيار زياد صافي سطح در قطعات خودرويي از منظر زيبايي شناختي محصول نهايي، كيفيت سطح در دو قسمت زبري و موج بررسي شده است. زبري با پارامتر Ra كه از فاكتورهاي اصلي در بررسي سطح ورق‌هاي فولادي بدنه خودرو است، مورد سنجش قرار گرفته است. موج به عنوان يك عنصر مهم ديگر كه نقش اساسي در كيفيت رنگ قطعات خودرويي دارد، با استفاده از روش جديدي كه بر پايه اصول آماري است مطالعه گرديده است. اين روش جديد كه بر اساس پراكندگي نقاط روي پروفيل موج سطح شكل داده شده نسبت به خط ميانه آن موج است، به عنوان معياري براي سنجش موج استفاده شده است. در ادامه، فرآيند شكل‌دهي تدريجي گلگير خودروي پلتفرم ملي، در نرم‌افزار آباكوس شبيه‌سازي شده است و تغيير ضخامت در ورق با استفاده از آن محاسبه گرديده است. نتايج تغيير ضخامت از طريق مقايسه با نتايج تجربي صحه‌گذاري شده و از آن در تعيين نمودار حد شكل‌دهي بهره گرفته شده است. مرحله بعد استفاده از مدل تحليلي M-K در استخراج نمودار حد شكل‌دهي است. براي اين منظور ابتدا با آزمايش‌هاي تجربي، نمودار حد شكل‌دهي تعيين گرديده است. سپس با سازگار كردن مدل M-K با فرآيند شكل‌دهي تدريجي گلگير از طريق وارد كردن تنش برشي ضخامتي، نمودار حد شكل‌دهي با استفاده از اين روش نيز تعيين شده است. درستي اين روش با مقايسه با نمودار حد شكل‌دهي تجربي تاييد گرديده است. سپس بر اساس نمودار حد شكل‌دهي استخراج شده، بازه تغييرات پارامترهاي وردوي فرآيند براي بهينه‌سازي تعيين شده است. آخرين قسمت اين رساله، طراحي مقاوم و بهينه‌سازي مسئله است تا بتوان از اين طريق به الگويي بهينه براي توليد اين قطعه خودرويي دست يافت. براي اين منظور، با استفاده از روش تاگوچي و تحليل تناسب خاكستري، پارامترهاي بهينه ورودي براي بهترين توابع پاسخ بدست آمده است. پارامترهاي ورودي شامل قطر ابزار، سرعت چرخشي ابزار، سرعت پيشروي و عمق باردهي است و توابع پاسخ، زبري سطح، موج سطح، تغيير ضخامت ورق در حين شكل‌دهي، زمان انجام فرآيند و ارتفاع شكل‌پذيري آن تعريف شده است.

193930

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر ابوالفضل خلخالي

سازه و بدنه

دكتر محمد حسن شجاعي فرد