a249 deep drawing teach

0

دانشگاه شهيد رجايي

دانشكده مهندسي مكانيك

كشش عميق(Deep Drawing)

مهندس محمد شهابي زاده: تهيه كننده كارشناس ارشد شكل دادن فلزات

مدرس دانشگاه شهيد رجايي و جامعه قالبسازان ايران

1

:پيشگفتار

ليـد تو اختبا توجه به اهميت و نقش فرآيند هاي شكل دهي فلزات در صنعت س فرايند كشش عميـق در صـنايع مختلفـي و روز افزون همچنين كاربرد گسترده

بـرآن شـدم تـا ... صنايع نظـامي و همچون صنايع خودرو سازي، لوازم خانگي، در اين زمينه صنعت و دانشگاه ناچيز خودرا در تجاربمطالب نسبتا مختصري از

در تهيـه و . قرار دهم گرامي مهندسان، متخصصين صنعت و دانشجويان اختيار در عموما از منابع و مراجع معتبري كه در طراحي فرآينـد كـشش جزوهتدوين اين

بهـره ، ازآن استفاده مي شـود ) شامل طراحي پريفرم ها و قالبهاي كشش (عميق .ها ارائه مي گردد از آن كاربرديبرده و نكات ارزشمند

هـر مرحلـه توضـيحاتي اين مجوعه شامل شش فصل است كه بطور مختـصر در جهـت اسـتفاده و مقايـسه رو ابـط . مناسبي بصورت كاربردي آورده شده اسـت

موجود در بحث مربوط به طراحي قالب مثال عملي از يك قطعه سـاخته شـده در صنعت آورد شده و در خصوص استفاده از روابط موجود در منا بع مختلـف بطـور

.اجمالي توضيحاتي آورده شده است، جناب آقاي دكتر علي پور كمـالي الزم مي دانم از استاد گرانمايه خود در خاتمه

.عضو هيئت علمي دانشگاه شهيد رجايي كمال تشكر و قدر داني را مي نمايمدربانيـان ، همچنين از دانشجويان دانشكده مكانيك آن دانشگاه آقايان مهندس

را با اينجانب داشته اند ثابتي و نورالهي كه در تدوين اين مجموعه كمال همكاري كمال تشكر و قدرداني را دارم

محمد شهابي زاده

2

فهرست مطالب

4............................................. ...................................................تئوري كشش عميق : فصل اول 4..... .............................................................................................................................قدمه م1-1 4 . .....................................................................................................................كاربرد فرآيند 2- 1

مراحل فرآيند. 1-3 7 ................................................ عميقكشش در فرآيند طراحي قالب اصول : فصل دوم

7 ....................................................................................................... تعيين ابعاد بالنك اوليه .2-1 10 ...................................................................... .م براي كشش تعيين تعداد مراحل الز2-2 11 .. . .......................................................................................... تعيين مقدار كاهش قطر2-3 11 .................................................................................................تعيين ارتفاع كشش 2-4 12 .............................................................................محاسبه لقي بين سنبه و ماتريس 5 -2 13.... .........................................................................................................طراحي سنبه 2-6 14 ......................................................................................................... .طراحي ماتريس 2-7 15 ...................................................................................................تعيين نيروي كشش 2-8 16 .................................................................................................يروي ورق گيرتعيين ن 2-9

18 ..................................................بررسي عيوب در قالب هاي كشش عميق : سوم فصل 18 ... ................................................................................................................................مقدمه 3-1 20 ....................................................... .عيوب قالب هاي كشش عميق بر اساس هندبوك شولر 3-2 24 ...........................................عيوب قالب هاي كشش عميق بر اساس هندبوك كورت النگ 3-3 31...... .. .................. در فرآيند كشش عميق خوردگيعوامل موثر بر چروك: چهارم فصل 31.............. ............................................................................................................................مقدمه 4-1

33.... .................................تاثير عوامل مختلف در چروك خوردگي قطعات استوانه اي شكل 4-2 33......... ...................................................................لعه چين خوردگي قطعه كشش عميقمطا 4-3 35.... .. ..........................تاثير نيروي ورق گير و عمق كشش بر پيدايش چروك خوردگي. 4-3-1 36..... ..............................تاثير شعاع لبه سمبه و ماتريس بر پيدايش چروك خوردگي 4-3-2 37...... .........................................بر پيدايش چروك خوردگي ) اصطكاك ( تاثير سايش 4-3-3 38...... .......................................................بهينه سازي نيروي ورق گير در كشش استوانه ها 4-4

38........... .......................................................................................................مقدمه 4-4-1 39.......... ..........................................................روش بهينه سازي نيروي ورق گير . 4-4-2

3

40 ........................................................... حل مثال عملي طراحي قالب جهت توليد : پنجمفصل يك پوسته آلو مينيومي 54................................................ نتيجه گيري در محاسبات نيروي ورق گير. بحث : فصل ششم آلومينيومي جهت توليد يك پوسته

60 .............................................................................. : .....................منايع و مراجع استفاده شده

4

فصل اول تئوري فرآيند كشش عيق

: مقدمه . 1-1 فـشاري اسـت، در -كشش عميق يكي از مهمترين فرايندهاي شكل دادن ورق هاي فلزي مي باشد و يك فراينـد كـشش

اين فرايند بالنك اوليه به وسيله اعمال نيرو از طرف سنبه، به داخل ماتريس رانده مي شود ، معموالً ضخامت قطعه شكل .با ضخامت ورق اوليه برابر است داده شده

خطـا –كشش عميق بيشتر از آن كه به علم وابسته باشد به تجربه مهندس بستگي دارد و همچنان از روشـهاي آزمـون براي اين فرايند استفاده مي شود كه اين موضوع بدان علت است كه پارامترهاي زيادي از جمله خواص مواد ، پارامترهاي

.فرايند موثرند فرايند و غيره بر .در شكل زير قسمت هاي مختلف يك قالب كشش عميق نشان داده شده است

]٣[ )قسمت هاي مختلف يك قالب كشش (1 شمارهشكل

:كاربرد فرآيند-1-2

. داردقطعات توليد شده از اين فرايند در صنايع خودرو سازي، الكترونيك، بسته بندي مواد غذايي و غيره كـاربرد فراوانـي . نمونه هايي از محصوالت توليد شده با استفاده از اين روش را نشان مي دهد 2شكل

5

)نمونه هايي از محصوالت توليد شده با استفاده از روش كشش عميق ( الف – 2شكل شماره

]٣[ ) نمونه اي از يك سينك كه با استفاده از فرايند كشش عميق توليد شده است ( ب- 2 شمارهشكل

. را مالحظه مي كنيديك مورد از آنفرايند كشش عميق را مي توان از جهات مختلف دسته بندي كرد كه در زير ]1 [:فرايند كشش عميق را مي توان از نظر ضخامت قطعه به دست آمده به دو دسته تقسيم بندي كرد

6

(Pure Drawing)كشش عميق بدون كاهش ضخامت ورق -

(Ironing) با كاهش ضخامت ورق كشش عميق -

]2[مراحل فرايند .1-3

:مراحل فرايند كشش عميق به شرح ذيل است

.قرار داده مي شود ) ماتريس ( به صورت هم مركز با حلقه كشش ) بالنك ( گرده -)الف

. ورق گير ، گرده را روي حلقه كشش فشار مي دهد –) ب

.منتقل مي نمايد ) ماتريس ( از لبه ماتريس به داخل دهانه حلقه كشش سنبه كشش حركت نموده ، ورق را –) ج

. قطر خارجي گرده، به طور متناوب كوچكتر شده ، تا اينكه نهايتاً به طور كامل به شكل مورد نظر تبديل مي شود

.ام داد در صورتي كه قطعه نهايي بايد لبه دار شود مي بايست كشش عميق را تا حد مشخصي انج–) د

7

طراحي قالب كشش : فصل دوم

. در اين فصل به اصول طراحي قالبهاي كشش استوانه ايي متقارن به صورت مرحله يه مرحله پرداخته مي شود تعيين ابعاد بالنك اوليه .2-1

بعاد قطعه نهايي تعيـين اسـت كـه اولين مرحله در طراحي قالب هاي كشش تعيين ابعاد بالنك اوليه با توجه به ا

و catiaبراي اين كار روش هاي مختلفي وجود دارد از جملـه اسـتفاده از نـرم افـزار هـاي مـدل سـازي ماننـد

solid works روش المان سطح ( Surface of Element Area ) انجام محاسبه حجـم و يـا اسـتفاده از ،

.ختلف طراحي قالب فرمول هاي گسترده موجود در هندبوك هاي م

]3[ . در جدول زير فرمول محاسبه قطر بالنك اوليه براي چند قطعه متفاوت از هند بوك شولر آورده شده است

8

1جدول شماره

9

]3[ 1ادامه جدول شماره

10

تعيين تعداد مراحل الزم براي كشش . 2-2

عه خاص ، با توجه به جنس قطعه كار، عمق كشش، شـكل نهـايي قطعـه و تعيين تعداد مراحل الزم جهت كشش يك قط . ساير عوامل صورت مي پذيرد

]3. [تا انتها نشان مي دهد ) گستره اوليه بالنك ( مراحل كشش يك قطعه خاص را از ابتدا 3شكل شماره

]3[ )مراحل كشش يك قطعه (3 شمارهشكل

ش بر اساس فرم پذيري ماده مـورد نظـر و شـكل هندسـي آن از منـابع مختلفـي جهت محاسبه تعيين تعداد مراحل كش .استفاده مي شود، كه در اين بخش از هندبوك شولر و مهندسي عملي شكل دادن استفاده شده است

هندبوك شولر: الف

.تعريف شده است β در اين مرجع نسبت كشش بر اساس پارامتر

باشد چنـدين مرحلـه 2 و يا كمتر باشد يك مرحله كشش مورد نياز است و اگر بيش از ß 2 =اگر مقدار ساس، اين ابر در نظر گرفته مي شود و اگر قبل از مراحل بعـدي 1,3 مقدار نرخ كشش در مراحل بعدي حداكثر .استكشش مورد نياز

]3[ .مي شود محاسبه 1,7حداكثر مراحل بعدي را با نرخ كشش قطعه كار باشد،نياز به آنيل شدن

partfinalblank

tot φφβ =

.......21 ⋅⋅= βββtot

11

مهندسي عملي شكل دادن: ب

]2: [مي شود نشان داده شده و به شرح زير تعريف ozulβدر اين منبع نيز نسبت كشش حدي با

. قطر كاسه نهايي است d قطر گسترده اوليه و Dدر رابطه فوق

s بدست آمده و محاسبه نسبت βبا توجه به

d 1 و مراجعه به جدول مي توان تعداد مراحل كشش را محاسبه كرد.

ت هاي نسب2جدول شماره sd و ozulβ را براي Al 99.5 ، Mn 63 ، USt 1303 و WUSt 1403 نشان مي دهد .

600 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 30

sd

1,5 1,60 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2,0 2,05 2,1 ozulβ ]2 [2 جدول شماره

]4[ تعيين مقدار كاهش قطر .2-3

:مقدار كاهش قطر از رابطه زير محاسبه مي شود . مرحله بعدي تعيين مقدار كاهش قطر است

100Re1

1 ×−

=−

−

i

ii

ddd

:كه در رابطه فوق id = قطر سنبه همان مرحله 1−id = قطر سنبه مرحله قبل تعيين ارتفاع كشش . 2-4

]2[ :براي تعيين ارتفاع كشش در هر مرحله نيز از فرمول زير مي توان استفاده كرد

:كه در اين رابطه ih =ارتفاع هر مرحله

. ضخامت ورق در نظر گرفته شده استsدر رابطه مذكور . 1

dD

ozul =β

2

22

4 i

ii d

dDh −=

12

id = قطر سنبه هر مرحله D = قطر بالنك اوليه محاسبه لقي بين سنبه و ماتريس . 2-5

بـراي مثـال، بـر اسـاس . كمي متفاوت است ) روابط و جداول ( لقي بين سنبه و ماتريس براساس منابع و مراجع مختلف :كتاب مهندسي عملي شكل دادن داريم

]2: [روش اول : الف

:كه در اين رابطه W = كشش فضاي آزاد )mm( D = قطر بالنك اوليه )mm( d = قطر سنبه )mm( S = ضخامت ورق )mm(

]2: [روش دوم : ب

.براي محاسبه دقيق مي توان از فرمول اوهلر استفاده كرد k = ضريب تصحيح كه از جدول زير بدست مي آيد.

ساير فلزات غير

آهنيآلياژهاي مقاوم به آلومينيوم

حرارت جنس فوالد

0,04 0,02 0,2 0,07 mm K 3جدول شماره

dDsw =

sksw +=

13

]2[روش بي واسيليوف : روش سوم : ج

:در روش بي واسليف براي فلزات متفاوت داريم

steelforeew 1007.0+= Alforeew 1002.0+=

othersforeew 1004.0+= :كه در روابط فوق

e = ضخامت ورق)mm( طراحي سنبه . 2-6

تعيين قطر سنبه: الف

در واقـع . بيان شـده اسـت ) 3-2-1( جهت طراحي سنبه بايد از فرمول محاسبه كاهش قطر استفاده كنيم كه در بخش .ر مي نمايد تغيي) مقدار كاهش قطر ( قطر سنبه در هر مرحله متناسب با اعمال ريداكشن در قطر

تعيين شعاع سر سنبه : ب

شـده برابـر ضـخامت ورق در نظـر گرفتـه 5 تـا 4بر اساس كتاب مهندسي عملي شكل دادن مقدار شعاع سر سنبه بين

]2. [است

مقدار شـعاع سـر سـنبه از فرمـول زيـر محاسـبه "sheet metal forming and die design " بر اساس هندبوك ]1[ :مي شود

stagefirstfordDrp )(8.0 1−=

stagesotherforddr ip )(8.0 1 −=

زاويه سر سنبه بر حـسب ضـخامت و مطـابق " Die Design HandBook "بر اساس هندبوك طراحي قالب سوچي ]4[ :جدول ذيل تغيير مي نمايد

14

4جدول شماره 4 شكل شماره

حي ماتريس طرا.2-7

يين قطر ماتريس تع: الف

]2[ قطر ماتريس از رابطه مقابل استفاده مي شود جهت تعيين

wDD pm 2+= :كه در رابطه فوق

mD = قطر ماتريس pD = قطر سنبه w = فضاي آزاد بين سنبه و ماتريس

شعاع سر ماتريس تعيين : ب

.شعاع سر ماتريس بر اساس مراجع مختلف به طور متفاوتي طراحي شده است

]2[ :بر اساس هندبوك مهندسي عملي شكل دادن حداقل شعاع سر ماتريس از فرمول زير محاسبه مي شود

( )[ ] sdDmmmm

rm ⋅−+= 50035.0

:كه در اين رابطه mr =س شعاع سر ماتري )mm( D = قطر بالنك اوليه )mm( d = قطر سنبه )mm( S = ضخامت ورق )mm(

a stockt ο30 0.32-0.8 mm ο40 0.8-1.6 mm ο45 over 1.6 mm

15

]4[ :بر اساس هندبوك سوچي شعاع سر ماتريس از فرمول زير محاسبه مي شود

براي مرحله اول

tddr براي ساير مراحل iimi −

−= −

21

: رابطه صفحه قبل كه در

mr = شعاع سر ماتريس )mm( D = قطر بالنك اوليه )mm( d = قطر سنبه )mm( t = ضخامت ورق )mm(

تعيين نيروي كشش.2-8

هزينه بـاال ي موجود در فرايند استفاده كرد ولي اين كار نياز به صرف وقت و جهت محاسبه نيروي كشش بايد از تنش ها به همين منظور مي توان از روش هاي تئـوري ارائـه شـده توسـط محققـان اسـتفاده كـرد و تـا داردو تجهيزات مختلف

:حدودي نيروي الزم براي كشش را محاسبه كرد كه در اين قسمت دو روش بيان شده است

]2[ :حاسبه نيروي كشش بر اساس كتاب مهندسي عملي شكل دادن م: الف

:در اين هندبوك نيروي مرحله اول از فرمول زير محاسبه مي شود nRsuF m ⋅⋅⋅=1

: براي محاسبه نيروي كشش مراحل بعدي از فرمول زير استفاده مي شود

nRsdFF mi ⋅⋅⋅⋅+= π11

2

:كه در اين رابطه iF = نيروي كشش( )KN 1d = مرحله اولقطر سنبه (mm) s = ضخامت ورق(mm) mR = استحكام نهايي ماده(MPa) n = ضريب از جدول

( ) tdDrm −= 8.01

16

U = محيط سنبه(mm)

]5[ محاسبه نيروي كشش بر اساس هندبوك كورت النگ: ب ]7.0[)( −⋅⋅⋅⋅=

iii d

DutstdF π

: كه در رابطه فوق iF = نيروي كشش( )KN id = قطر سنبه(mm) t = ضخامت ورق(mm)

uts = استحكام نهايي ماده(MPa) D = قطر بالنك اوليه(mm)

تعيين نيروي ورق گير .2-9

مهمترين عامل در چروك خوردگي به شمار مي رود و به همين دليل تعيين مقدار بهينـه آن از اهميـت گير نيروي ورق جام شده كه در اين قسمت دو روش تئوريك براي محاسبه نيروي بااليي برخوردار است و تحقيقات زيادي در اين زمينه ان

:ورق گير آورده شده است ]2[ محاسبه نيروي ورق گير بر اساس كتاب مهندسي عملي شكل دادن: الف

:فشار الزم جهت انجام عمليات از رابطه ذيل محاسبه مي شود

400]

200)1[( 2 mi

tatiR

sdBp⋅

+−=

iiBHلذا نيروي ورق گير از رابطه pAF

i مـساحت iA فـشار ورق گيـر و ipمحاسبه مي گـردد كـه در ايـن رابطـه =

:در ذيل جزئيات روابط آورده شده است . ورق گير است

4)( 22 π

ii dwDA −=

mii rwddw ⋅++= 22

:كه در روابط فوق ip = فشار ورق گير ( )MPa

di = قطر سنبه (mm) w =فضاي آزاد كشش (mm) mR = استحكام نهايي ماده(MPa)

17

iA = مساحت ورق گير(mm) iBHF = ورق گير نيروي ( )KN

mr = شعاع سر ماتريس )mm( D = قطر بالنك اوليه(mm) s = ضخامت ورق(mm)

tatB =نرخ كشش

]3[ق گير بر اساس هندبوك شولر محاسبه نيروي ور: ب

:با استفاده از هند بوك شولر نيروي ورق گير از رابطه ذيل محاسبه مي شود

PrdDF mmBi ⋅+−= ])2([4

22π

: كه در روابط فوق BiF = ورق گيرنيروي ( )KN md = ماتريسقطر (mm) mr = شعاع سر ماتريس(mm) D = قطر بالنك اوليه(mm) P = فشار ويژه ورق گير كه برايAl مي باشد 1,5 تا 1,2 بين .

18

بررسي عيوب در قالب هاي كشش عميق : فصل سوم :مقدمه . 3-1

عيوبي مـي باشـند كـه ايـن عيـوب در اثـر عوامـل مختلـف ايجـاد قطعات توليد شده توسط فرآيند كشش عميق داراي لذا بر اساس مطالعات انجام شده در ايـن بخـش . مي شود، برخي از اين عيوب را مي توان پيش بيني و پيش گيري نمود

.به عيوب اشاره شده در منابع و مراجع مختلف پرداخته مي شود

: به سه دسته تقسيم بندي مـي شـوند بر اساس هندبوك كورت النگ عميق عيوب موجود در فرآيند كشش به طور كلي ]5[

عيوب ابعادي و هندسي •

عيوب در سطح قطعه •

2عيوب ناشي از خواص نامناسب •

:منبع ايجاد عيوب مي تواند يكي از موارد زير باشد

)گرده(در مواد بالنك موجود عيب و ناخالصي •

طراحي ناشي ازعيب •

اجراي فرايند ناشي ازعيب •

]3 [: متغير هاي موثر بر كشش عميق عبارتند از Sheet Metal Forming and Die Designبر اساس هندبوك

3مواد و عوامل اصطكاكي) الف

محدوده نرخ كشش • 4ضريب كرنش سختي • 5ناهمسانگردي معمولي • ضريب اصطكاك بين سنبه و قطعه كار و ماتريس •

2 . Unsatiesfies 3 . Material and Friction Factors 4 . Strain Hardening coefficient 5 . Normal Anisotropy

19

ضخامت ورق •

6زار و تجهيزات قالبفاكتور هاي اب) ب

:اين فاكتورها در ذيل آورده شده و مختصري در خصوص هر كدام توضيحاتي آورده شده است

: شعاع سر سنبه و شعاع سر ماتريس •اين شعاع ها براي يك عمل كشش عميق موفق بسيار اهميت دارد اگر اين شعاع هـا بـسيار كوچـك

ي مورد نياز براي كشش ممكن است پاره شود و اگر اين باشند گوشه هاي قطعه به دليل افزايش نيرو .نيروها بسيار بزرگ باشند چروك در قطعه به وجود مي آيند

قالب) لقي(كليرانس •

عدم دقت در انتخاب صحيح كليرانس بين سنبه و ماتريس مي توانـد گسـستگي و چـروك در قطعـه قالب مـي توانـد عيـوب مـذكور را سـبب ايجاد كند ، همچنين عدم يكنواختي و عدم دقت در مونتاژ

. شود

فشار ورق گير •افزايش نيروي اعمال شده توسط ورق گير باعث افزايش بار سنبه شده و اين افزايش بار، سبب پارگي

).به دليل افزايش اصطكاك ( ديواره ها مي شود

سرعت سنبه •افزايش يابد كه در نتيجه نياز بـه اگر سرعت سنبه بسيار پايين انتخاب شود مي بايست نيروي كشش

پرس با تناژ و ظرفيت باالتري مي باشد، و اگر سرعت سنبه بسيار زياد باشد همانند سنبه برش عمـل .كرده و باعث پارگي در ورق مي شود

ا نمونه هايي از قطعات چروك خورده و پاره شده به دليل انتخـاب پارامترهـاي نادرسـت ايجـاد شـده ر 6 و 5شكل هاي

.نشان مي دهد

6 . Tooling and Equipment Factors

20

]11 [ نمونه اي از يك قطعه چروك خورده5 شماره شكل

]12[ نمونه اي از يك قطعه پاره شده6شماره شكل

لذا با توجه به عوامل و فاكتورهاي موثر بر فرايند كشش عميق عيوب رايج در اين فرآيند در جداول زيـر گـردآوري شـده .است

]3[ميق بر اساس هندبوك شولرعيوب قالبهاي كشش ع . 3-2

:در اين بخش به عيوب موجود در قالب هاي كشش عميق كه از هندبوك شولر جمع آوري شده، پرداخته شده است

ايجاد حفره در قطعه كشش : نوع عيب .1

:علت

فرسايش ابزار

21

: روش پيشگيري تعويض سنبه و يا ماتريس • بهبود روانكاري •

قطعه كشيده شدهپارگي در ته : نوع عيب .2 :علت

. نرخ كشش بسيار باال انتخاب شده استدر فرايند كشش .1 . گپ كشش بسيار باريك است .2 .انحناي سر سنبه و يا ماتريس بسيار كوچك است .3 . نيروي ورق گير بسيار باالست .4 . سرعت كشش بسيار زياد است .5

.كشش عميق را نشان مي دهد عيوب ايجاد شده در يك قطعه توليد شده از روش 7 شكل شماره

]13[ 7شكل شماره

:روش پيشگيري استفاده از ورقي با قابليت كشش بيشتر .1 بكارگيري فرايند چند مرحله اي كشش .2 افزايش گپ كشش .3 بررسي ضخامت ورق فلزي .4 افزايش شعاع سر ماتريس .5 كاهش نيروي ورق گير .6 دهي كاهش سرعت فرم .7

22

)8شكل . ( بااليي قطعه پارگي عمودي در لبه : نوع عيب .3

: علت

بخش معيوب در مواد سالم •

. گپ كشش بسيار عريض است يا انحناي لبه كشش بسيار بزرگ است •

)ماتريس(تعويض قسمت مادگي قالب : روش پيشگيري

]14[ 8 شمارهشكل

.در قطعات چهار گوش، گوشه ها بلند تر از ديواره هاي كناري هستند : نوع عيب .4

جمع شدن بسيار زياد ماده در گوشه ها: علت

: روش پيشگيري

7) پريفرم سازي اوليه ( )گرده( تغيير شكل بالنك .1

8 پس زني ماده در منطقه تحت تاثير .2

پيرايش لبه پس از توليد .3

. و همچنين تـرك هـاي عمـودي در تقـاطع هـا 9چين خوردگي هاي عمودي در قسمت بااليي بدنه : نوع عيب .5 )9 شمارهلشك(

: علت

7 . Change the blank shape 8 . Recess Material in the Affected Areas 9 . Vessel Wall

23

. نيروي ورق گير كم است • . گپ كشش بسيار بزرگ است • . انحناي قسمت مادگي قالب بسيار بزرگ است •


:روش پيشگيري افزايش نيروي ورق گير .1 تعويض قسمت ماتريس قالب .2

)10شكل . ( تشكيل چين خوردگي در فلنج : نوع عيب .6

:علت

. بسيار كم است فشار ورق گير

:روش پيشگيري افزايش فشار ورق گير


24

)11شكل شماره ( )قطعات كشيده شده ناقص و نامنظم( سايرعيوب : نوع عيب .7

:علت . نامناسب است) گرده(شكل بالنك • محل ماده نامتقارن • . ورق فلزي نامناسب است • . روانكاري نامناسب است •

]17[ 11 شمارهلشك

: روش پيشگيري )گرده(تصحيح شكل بالنك .1 بازرسي قالب و استپ ها .2 به كار بردن ورق فلزي مناسب و روانكاري مناسب .3

]5[عيوب قالبهاي كشش عميق بر اساس هندبوك كورت النگ . 3-3

ش عميق در هندبوك بر اساس مطالعات صورت گرفته در خصوص عيوب حاصل از فرايند كشش عميق در قالب هاي كش :كورت النگ مطالب ديگري آورده شده است كه در ذيل ارائه مي گردد

)12شكل شماره : ( اولين مورد ترك هاي ايجاد شده در ناحيه انتهايي قطعه است .1

كامالً كنده قطر سنبه ، انتهاي قطعه % 40پس از فرم دهي قطعات نازك با ارتفاع كمتر از : نوع عيب) الف . 1

. مي شود به وسيله يك تار نازك به ديواره چسبيده مي شود

: علت

ابزار نرخ كشش باال در رابطه با جنس قطعه كار و هندسه

:روش پيشگيري

25

كاهش نرخ كشش

]13 [12شكل شماره

.در قطعات بسيار نازك ، فلنج در يك سمت بسيار عريض و در سمت ديگر بسيار نازك است : نوع عيب) ب .1

:علت

. بالنك اوليه خارج از مركز جا گذاري شده است

:روش پيشگيري نصب پين هاي قرار و يا رينگ هاي هم مركز كننده

. سمت مخالف نسبت به جاهاي ديگر عريض است در قطعات بسيار نازك ، فلنج در دو :نوع عيب) ج . 1

:علت

. ضخامت ورق يكسان و هموار نيست

:روش پيشگيري كاهش تلرانس ضخامت ورق

26

كشش تقريباً كامل با چروك هاي زياد در فلنج : نوع عيب) د . 1

:علت

. فشار ورق گير خيلي كم است •

.قالب بسيار كم است ) لقي(كليرانس •

.شعاع سر ماتريس بسيار بزرگ است •


افزايش فشار ورق گير .1

افزايش كليرانس قالب .2

كاهش شعاع سر ماتريس .3

قطعات بسيار نازك ، فشار زياد موجود در منطقه تغيير شكل ، در منطقه ترك روي ديواره : نوع عيب) ه . 1

. داخلي قطعه عالمت به جاي مي گذارد

:لتع

. سنبه در مركز قالب قرار ندارد


. تغيير تنظيمات قالب و استفاده از سيستم هاي راهنماي قالب

)١٣ شکل شماره (.كف قطعه به طور كامل كنده مي شود و ظرفي ايجاد نمي شود : نوع عيب .2

]5[ 13شماره شكل

27

:ابزار كشش مانند ابزار برش عمل مي كند به داليل زير : علت كم بودن شعاع سر ماتريس -الف كم بودن تلراتس قالب -ب باال بودن سرعت س-ج باال بودن فشار ورق گير-د

:روش پيشگيري، فـشار ورق گيـر و مناسـب سرعت سنبه مناسب در قالب، كليرانس اعمال ، مناسب در سر سنبه و ماتريس انتخاب شعاع

كشش مناسب رخ ن

)14شكل شماره ( .اي عمودي در طرف ديگر قطعه كامل شده لبه نا هموار قطعه با چروك ه : نوع عيب .3


:علت

.بسيار عريض است ) لقي(كليرانس • .شعاع سر ماتريس بسيار بزرگ است • .فشار ورق گير بسيار باال است • :روش پيشگيري

تعويض سنبه و يا ماتريس براي تعديل كردن كليرانس .1 سكاهش شعاع سر ماتري .2 كاهش فشار ورق گير .3

28

)بـراي كـشش نـاقص . ( اتفـاق مـي افتـد 10 گوشـواره اي شـدن ،در لبـه قطعـه و يـا در فلـنج : نوع عيـب .4

)15شكل شماره (

: علت

. صفحه اي در تمامي ورق هاي ناهمسانگرد وجود دارد 11اين عيب به دليل ناهمسانگردي


ستفاده از ورقي با ناهمسانگردي صفحه اي كمتردر صورت امكان ا

]17 [15 شمارهشكل

)16شكل . ( بشكه اي شدن ديواره هاي قطعه و شكل گرفتن لبه در گوشه قطعه: نوع عيب .5

16 شمارهشكل

: علت

.بسيار عريض است ) لقي(كليرانس

: روش پيشگيري

.س قالب تغيير سنبه و يا ماتريس براي كاهش كليران

10 . Earing 11 . Planner Anisotropy

29

)17شكل شماره ( .چروك در ديواره اجزاء مخروطي ، كروي و يا سهمي گون شكل مي گيرد : نوع عيب .6

:علت

تنشهاي فشاري مماسي در منطقه آزاد بين سنبه و ماتريس


:بهبود منطقه تنشي با افزايش تنش هاي كششي محوري به وسيله :روش پيشگيري افزايش فشار ورق گير -لف ا )گرده( افزايش قطر بالنك -ب 12ترمز كششياز استفاده-ج استفاده از فرايند كشش مخصوص-د

)18شكل شماره : ( در اشكال چهار گوش : نوع عيب .7

(a) ترك در ميانه ديواره - الف

(b) ترك عمودي در ابتداي گوشه در لبه- ب (c). تقريباً ترك افقي در يك گوشه - ج

]5[ 18شماره شكل

:علت) گـرده ( از شكل نامناسب بالنـك ناشي براي قطعات چهار گوش و ساير قطعات بدون تقارن محوري شكست هاي تكراري

. ، اما دليل وجود عيوب در حالت ب، ماده نامناسب و در حالت ج وجود ماده اضافي است )الت الفح ( .نتيجه شود

12 . Draw Bead

30

:داليل مشترك براي حالت هاي ب و ج به شرح ذيل است )گرده(قرارگيري خارج از مركز بالنك .1 نا همواري در ضخامت ورق .2 روان كاري نا مناسب .3 سايش سنبه و شعاع ماترس در گوشه ها .4 قالب)لقي(ودن كليرانس كم ب- .5

:روش پيشگيري حالـت بـراي . افزايش كليرانس قالب در گوشه هاي كشش قطعات چهار گوش ، سنبه بايد از بقاياي روانكاري پاك شود

. توصيه شده است در گوشه ها) گرده(، تغيير هندسه بالنكج

: نوع عيب .8 بخـش اغلب در. ل ماليم در تنش باال ظاهر مي شوداغلب بعد از تغيير شك Slip Bandsبارز هاي لغزشي يا

به ويژه در قطعات نازك بـا سـطح مقطـع اين نوع عيوب . انتهاي قطعه و به ندرت در ديواره ها يافت مي شوند )19 شمارهشكل. ( قبل از فرايند رنگ شدن ايجاد مي شود باال مانند قطعات بدنه اتومبيل


: علت با نقطه تـسليم خـوب تعريـف شـده در كـرنش 13پير - اغلب در مواد حساس Slip لغزشي ياخطوط ،ساختار كريستالي

.پالستيك پايين ظاهر مي شوند و در كرنش هاي باال ظاهر نمي شوند

: روش پيشگيري .اده از سرعت براي كاهش مجدداستفدر صورت امكان افزايش كرنش در منطقه بحراني ، ذخيره مواد در دما هاي پايين و

13 . Age - Sensitive

31

عوامل موثر بر چروك در فرآيند كشش: چهارمفصل مقدمه . 4-1

در ايـن بخـش روي . به طور اجمالي در خصوص عيوب رايج در فرايند كشش عميق توضـيحاتي آورده شـد اين فصل در يجاد عيب مذكور و پـيش بينـي آن عيب چروك خوردگي تمركز بيشتري شده و مطالعات بيشتري در خصوص چگونگي ا

.با استفاده از نرم افزار هاي المان محدود آورده شده است

از رايج ترين و در عين حال مهمترين عيوبي كه در قالب هاي كشش عميق مشاهده مي شود چروك مي باشـد كـه يكي و ANSYS و LS-DYANA و ABAQUSاين عيب را مي توان با استفاده از نرم افزارهاي المان محدود ماننـد

غيره شبيه سازي كرده و از آن پيش گيري كرد ، البته بايد به اين نكته اشاره كرد كه در كشورهاي پيشرفته به خـوبي از .اين روش استفاده كرده و طبق آنچه در تحقيقات بيان شده اين معضل به طور كامل در صنايع حذف گرديده است

:نتايج بدست آمده از اين تحقيقات نشان مي دهد كه عوامل موثر بر چروك به قرار زير مي باشد

]19: [كه داليل ايجاد آن عبارت است از :چروك در لبه فوقاني : الف

.فشار ورق گير بسيار كم است -1 .شعاع كشش بسيار بزرگ است -2 .بسيار بزرگ است ) دماغه ( شعاع سر سنبه -3 .ر كناره كاپ يا فلنج به وسيله ناصافي سطح بالنك يا فشار غير متوازن ورق گير به وجود مي آيد چروك د -4

:كه داليل ايجاد آن عبارت است از :فلنج چروك خورده : ب

.ضخامت ورق نا درست يا خارج از تلرانس است -1 . شعاع كشش بسيار بزرگ است -2 .رد استفاده بسيار بزرگ است كليرانس بين سنبه و ماتريس براي ضخامت مو -3عمق كشش مرحله قبل بسيار كوچك است و يا عمق كشش بسيار زياد است و يا ضخامت ديواره ها كـم شـده -4

.است

32

بر اساس تحقيقات ديگر بعضي فاكتور هايي كه مي توانند سبب چروك در قطعات كشش عميـق شـوند بـه ]19[ :شرح زير است

فشار ورق گير • شعاع حفره قالبعمق و • اصطكاك بين بالنك ، ورق گير ، سنبه و حفره قالب • كليرانس بين بالنك ، ورق گير ، سنبه و حفره قالب • شكل و ضخامت بالنك • هندسه قطعه نهايي • سرعت سنبه •

هـر يـك از تغييـر در . ساير عوامل، از جمله دماي قالب ، عناصر آلياژي بالنك ، مي توانند بر فرايند كشش تاثير بگذارند

]19. [ اين فاكتور ها مي توانند بر چروك و ترك خوردن قطعه كشش عميق شده موثر باشند

ورق گير همانطور كه از نامش پيداست لبه هاي بالنك را به سطح ماتريس مي چـسباند در حـالي كـه سـنبه ورق را بـه .داخل حفره قالب مي فشارد

اگر اين مـورد رخ دهـد پـارگي مـي توانـد در . را در جاي خود نگه نمي دارد با اين حال ورق گير بادقت لبه هاي بالنك و ) ورق گيـر ( ورق گير به بالنك اجازه مي دهد به وسيله مهيـا كـردن نيـروي اصـطكاك بـين خـود . ديواره اتفاق افتد

ه يك بالشتك هـوايي يـا نيروي ورق گير مي تواند به صورت هيدروليكي با فيدبك فشار به وسيل . ماتريس مقداري بلغزد . نيتروژني و يا بالشتك هيدروليكي با كنترل عددي اعمال شود

هرچه عمق حفره قالب عميق تر باشد بالنك بيشتر داخل حفره كشيده مي شود و احتمال چروك در ديـواره هـا و فلـنج بطـوري كـه هـيچ كـدام اتفـاق ماكزيمم عمق حفره قالب بين شروع چروك و شروع پارگي تـوازن دارد . بيشتر مي شود

.نيفتداگر شعاع لبه سنبه و مـاتريس . شعاع لبه سنبه و لبه هاي حفره قالب جريان بالنك را به داخل حفره را كنترل مي كنند

اگر شعاع ها . خيلي بزرگ باشد چروك در ديواره كاپ مي تواند رخ دهد اگر شعاع لبه سنبه و ماتريس خيلي بزرگ باشد ]19. [اشند بالنك به دليل باالبودن تنش ، تمايل به پاره شدن دارد خيلي كوچك ب

:عبارتند از روش هاي جلوگيري از چروك در قطعات كشش عميق به طور كلي

به كار بردن ورق گير -1 قالب مناسبطراحي حفره -2 . مناسباز جمله روانكاري : ديگرساير موارد -3

عه به صورت آزمايشي مورد بررسي قرار گرفته اسـت كـه خالصـه اي از آن در در تحقيقي مشابه اين عوامل براي يك قط

: اين بخش آورده شده است

33

]6[تاثير عوامل مختلف در چروك خوردگي قطعات استوانه ايي شكل . 4-2

سـايش نيروي ورق گير ، پارامتر هاي هندسي قالب ، : به طور كلي عواملي كه سبب پيدايش چروك مي شوند عبارتند از كه در حين فرايند كشش بين بالنك و اجـزاي قالـب بـه وجـود مـي آيـد ، ويژگـي هـاي مـواد و آنيزتروپـي ) اصطكاك(، شرايط تماسـي ، هندسـه قطعـه ، ويژگـي هـاي مكـانيكي مـواد ، عيـوب سـاختاري و حالـت آغـازين ) ناهمسانگردي(

.كشش هاي داخلي در قطعه و غيره ي ورق گير بايد با افزايش عمق كشش افزايش يابد ، بايد اين واقعيـت را بررسـي كـرد كـه افـزايش به طور معمول ، نيرو

مهمترين عوامل هندسي قالـب كـه سـبب چـروك . بيش از حد اين مقدار مي تواند سبب ترك و حتي پارگي ماده گردد . لبه سنبه قطر سنبه و محدوده حركت آن ، محدوده فعاليت و شعاع : مي شوند عبارتند از

امـا افـزايش . در مورد سايش بين قطعه و ابزار ، افزايش ضريب اصطكاك تعيين مي كند كه چروك كاهش پيدا مي كند .زياد ضريب اصطكاك مي تواند باعث ترك و پارگي ماده شود

اصـالح شـكل مهمترين پديده بي ثباتي در فرم دهي سرد ورق هاي فلزي ظاهر مي شود كه سبب كاهش دقت فرايند در :هندسي و عيوب سطح ماشينكاري شده مي شود و به دو گروه تقسيم مي شود

پديده بي ثباتي كه پس از فرايند تغيير شكل پالستيك ظاهر مي شود و سبب اصالح قطعه دفرمه شده پس از • .14توقف نيروي تغيير شكل مي گردد ، مانند پديده برگشت االستيك

.15 فرايند تغيير شكل ظاهر مي شود مانند بي ثباتي تراكميپديده بي ثباتي كه در طول •

: مطالعه چين خوردگي قطعه .4-3

پديده چروك مختص فرايند كشش عميق است و به موقعيتي كه قطعه در آن قرار دارد و چـروك رخ مـي دهـد بـستگي :دارد كه مي تواند شامل موارد زير باشد

) a-20 شكل .( فلنج ناميده مي شود بي ثباتي در فلنج ، كه چروك ) الف )b-20 شكل . ( بي ثباتي در بدنه قطعه ، كه چروك ديواره ناميده مي شود ) ب

20شكل شماره

14 . Elastic Recovery 15 . compression instability

34

در مورد كشش عميق ، تحت تاثير نيروي تغيير شكل ، بالنك تحت تاثير تنش فشاري مماسي و تـنش كشـشي شـعاعي نج قطعه ، اگر چه تنش كششي شعاعي در فلـنج نـسبتاً زيـاد اسـت ولـي تـنش براي مثال در مورد ناحيه فل . خواهد بود

.فشاري مماسي سبب افزايش خطر چروك مي شود يك خطر كه احتمال وقوع آن زياد است زماني است كه تفاوت بين قطر بالنك اوليه و قطعه نهـايي زيـاد و ضـخامت كـم

.باشد : نشان داده شده با مقادير زير انجام شد 21 شكل براي انجام يك آزمايش تجربي ، فرايندي كه در

21شكل شماره

mmrmmRmmrmmR ppdd 8,2.38,5.7,40 ====

. آورده شده است 21شكل قطعات حاصله و تغييرات چروك كه وابسته به نيروي ورق گير است در شكل

22 شكل شماره

از جنس فوالد كربني با درجـه فـرم پـذيري بوده 1mm و ضخامت آن 150mmدر اين آزمايش بالنك اوليه داراي قطر

.و با ويژگي هاي زير بوده است ) DC05( باال • Young modulus E = 191 GPa;

• Poisson’s ratio = 0,34; • Flow stress = 187 MPa;

• Strain hardness coefficient n = 0,189; • Maximum limit strength = 299 MPa

35

: خوردگيي ورق گير و عمق كشش بر پيدايش چروكتاثير نيرو . 4-3-1

.آورده شده ، استفاده شـود 21 بر چروك سبب شد كه از قالب هايي كه در شكل ورق گير ، مطالعه بر روي تاثير نيروي

سرعت كـشش در اين آزمايش .مقادير نيروي ورق گير و همچنين ارتفاع چروك ها اندازه گيري شد min

18 mm و عمـق : آورده شده است 1 و نمودار 5 ساير موارد عددي در جدول. متغير بود 40mm تا 10mmكشش بين

40 35 30 25 20 15 10 mm عمـــــق كشش

6 5,5 4 2,3 1,4 0,9 0,6 KNFr 20= 3,2 2,8 2,1 1,8 1,2 0,8 0,5 KNFr 80=

0,65 0,6 0,45 KNFr 150= 0,6 0,5 0,2 KNFr 200=

ارتفــــاع

چروك


1نمودار شماره

اندازه گيري مقادير چروك در مقطع عرضي در ميانه ارتفاع قطعه انجام شد ، زيرا چروك هاي شكل گرفتـه بـراي قطعـه

نشان مـي دهـد 1نمودار شماره . نشان داده ماكزيمم مقادير آنها را بيان كند مقادير . معين داراي مقادير يكسان نيستند . اما باالتر از اين مقادير ، ترك و پارگي ماده رخ مـي دهـد . كه ارتفاع چروك با افزايش نيروي ورق گير ، كاهش مي يابد

را به خود مي گيرد ، را مشاهده 200KN و 150KNمي توان اين واقعيت را به ويژه زماني كه نيروي ورق گير ، مقادير .نمود

نـشان 1همچنـين نمـودار . افزايش نيروي ورق گير بايد تا يك حد بهينه باشد و بيش از آن تـاثير نـاچيز داشـته باشـد .مي دهد كه ارتفاع چروك با افزايش عمق كشش افزايش مي يابد

36

:ك خوردگي رو تاثير شعاع لبه سنبه و ماتريس بر پيدايش چ .4-3-2

، ارتفـاع چـروك بـا 30mmمشاهده مي شود كه براي عمق كشش بـيش از ) 2نمودار (مطالعه تجربي از يك با استفاده كاهش شعاع افزايش مي يابد ضمن اينكه ، براي كشش هاي كم عمق تر ، شعاع هاي بزرگتر سبب ارتفاع بيـشتر چـروك

ده آن است كه از مقادير كوچك نبايد براي لبه سنبه اسـتفاده كـرد، زيـرا همانند ماتريس ، اين امر نشان دهن . مي گردد .مي تواند سبب پارگي ماده شود

40 35 30 25 20 15 10 mm عمـــــق

كشش 2,1 1,4 0,9 0,5 mmrp 2= 2,3 2 1,4 0,9 0,5 mmrp 5=

3,2 2,8 2,1 1,8 1,2 0,8 0,5 mmrp 8= 2,8 2,5 1,9 1,6 1,2 0,8 0,5 mmrp 10=

ارتفــــاع

چروك

KNFr 80=* pr شعاع لبه سنبه *



اين تمايل به طـور . ايند همراه با شعاع لبه ماتريس كاهش مي يابد همچنين ديده مي شود كه دامنه چروك در انتهاي فر .آشكار در آغاز فرايند وجود ندارد ، زيرا براي شعاع لبه هاي كوچك تر ، چروك هاي بزرگ ايجاد شده است

37

: خوردگيبر پيدايش چروك) اصطكاك ( تاثير سايش .4-3-3

: براي يك حالت به كار برده شده است كه عبارت است از براي اين تحقيق مقادير مختلف ضريب اصطكاك 1.0,05.0,01.0=µ و همچنين شعاع سر سنبه mmrp KNFr و نيروي كشش =8 در نظر گرفته شده =80

.است

: ذيل آورده شده است 3 و نمودار 7نتايج حاصله در جدول

40 35 30 25 20 15 10 mm عمــــــق كشش

3,3 3 2,8 2,5 1,5 0,9 0,5 01.0=µ 3,2 2,8 2,1 1,8 1,2 0,8 0,5 05.0=µ

0,4 0,3 0,2 1.0=µ

ــاع ارتفـــ

چروك 7جدول شماره


اشد ، چروك بيشتر مشخص است ولي اگر نيـرو هـا زيـاد باشـد همانگونه كه ديده مي شود كه اگر نيروي اصطكاك كم ب

به همين دليل اصطكاك در ماتريس عامل مهمي است كه بايد يك مقدار بهينه بر اسـاس سـاختمان . مي تواند پاره شود . ماتريس ، هندسه قطعه و نيروي ورق گير داشته باشد

38

:ن گفت به عنوان نتيجه گيري از بحث چروك خوردگي مي توا

در نتيجه ، ارتفاع چروك با افزايش نيروي ورق گير، كاهش اصطكاك و افزايش شعاع لبه ابزار و كـاهش عمـق كـشش در .يك فرايند كاهش مي يابد

. درباره اصطكاك ، كاهش ضريب اصطكاك بايد در يك محدوده معين باشد كه موجب شكست ماده نشود .اثير منفي براي رسيدن به هدف مطلوب دارد كاهش ضريب اصطكاك به كمترين مقدار ت

تاثير نيروي ورق گير از ساير عوامل مذكور بيشتر بوده و به همين دليل تحقيقات زيادي در اين زمينه صورت گرفته است

.كه در زير دو نمونه از آنها به طور خالصه آورده شده است ]7[بهينه سازي نيروي ورق گير در كشش استوانه ها. 4-4 :مقدمه . 4-4-1

توسعه استراتژي بهينه سازي فرايند كشش به منظور توليد قطعات بدون عيب همواره در صنعت مطرح بوده لذا هدف در .صنعت كشش عميق توليد قطعات با كمترين عيب و بيشترين نرخ كشش است

ب چروك و پارگي نشود ، مد نظـر قـرار در اين راستا مطالعه تعيين مقدار بهينه نيروي ورق گير به طوري كه باعث دو عي .گرفت

:اصول روش اسـت كـه باعـث جلـوگيري از چـروك خـوردگي 16وقتي نيروي ورق گير افزايش مي يابد تنشي كه عمـود بـر ضـخامت

با اين وجود افزايش بيش از حد نيروي ورق گير سبب پارگي در ديواره قطعـه و بـرش ورق . لذا افزايش مي يابد ،مي شود بنابراين بايد نيروي ورق گير در يك محدوده نگه داشته شود تا چروك و پارگي اتفاق نيفتد كه به اين محدوده . مي شود

)4نمودار شماره . ( گفته مي شود 17پنجره فرايند

16 . Normal Stress 17 . Process Window

39

. ك شدگي رابيشتر مي كند نيروي سنبه به طور مستقيم روي نازك شدگي قطعه تاثير دارد و افزايش اين نيرو احتمال ناز

.اين بدان علت است كه افزايش نيروي سنبه به طور مستقيم وابسته به تنش شعاعي در ورق است :روش بهينه سازي نيروي ورق گير . 4-4-2

: جهت محاسبه حداكثر نيروي سنبه داريم 23مطابق شكل شماره θσπ sin)(2 111 rP trF =

:كه در اين رابطه pFحداكثر نيروي سنبه 1r 1 موقعيت شعاعي ورق در نقطه 1t 1 ضخامت ورق در نقطه rσ1ورق در نقطه تنش شعاعي θزاويه تماس بين ورق و ماتريس

23شكل شماره

:محاسبه نيروي ورق گير داريم براي LVVFBH 10 +=

:كه در اين رابطه

BHFنيروي ورق گير 0V مقدار اوليه عملكرد ورق گير 1Vشيب عملكرد ورق گير

L مسافت طي شده سنبه :در اين رابطه بايد رابطه ذيل همواره برقرار باشد

tearingBHwrinkling FFF ⟨⟨

40

حل مثال عملي جهت توليد يك پوسته آلومينيومي : پنجمفصل

در شكل زير فرم نهـايي قطعـه . در اين فصل محاسبات الزم براي طراحي قالب كشش يك قطعه صنعتي آورده شده است

:ابعاد اين قطعه برا اساس جدول زير است . نشان داده شده است

Al – 7075 جنس mm 2.5 ضخامت mm 175 ارتفاع

mm 181 رقط mm 12 شعاع لبه


24شكل شماره

]2. [رد براي شروع طراحي مي بايست قطر بالنك اوليه را محاسبه ك ][ )(2)2(57.14)2( 22 rhdrrdrrdD −++−+−=

. قطر گذرنده از تار خنثي مي باشد dالزم به كه در رابطه باال

25شكل شماره

[ mmD 40081.397)12175(5.183)12(2)245.183()12(57.14)245.183( 22 ≅=−++−⋅⋅+−=

41

.پس از محاسبه قطر بالنك اوليه بايد تعداد مراحل كشش با توجه به شكل و ابعاد قطعه نهايي تعيين گردد

ف و محاسبات انجام شده جهت دستيابي به شكل فوق نياز به سه مرحله كشش مي باشد كه بر اساس هند بوك بي واسلي :خالصه محاسبات الزم در جدول زير آمده است

26شكل شماره

لقي

mm)(

شعاع لبه ماتريسmm)(

قطر ماتريسmm)(

شعاع سر 1Rسنبه

mm)(

شعاع سر 2Rسنبه

mm)(

در صد كاهش قطر

ارتفاع Hكشش mm)(

قطر سنبهd

mm)(

مراحل كشش

1مرحله 260 88 35% 12 25 265,2 15 2.6 2مرحله 208 140 20% 12 20 213,6 25 2.6 3مرحله 181 175 13% 12 12 186,2 16 2,6


42

.ه نشان داده شده است در شكل هاي زير قطعات به دست آمده از هر مرحل

)مرحله كششدومين قطعه به دست آمده پس از (- 28 شكل شماره )قطعه به دست آمده پس از اولين مرحله كشش( -27شكل شماره

)قطعه نهايي ) ( قطعه به دست آمده پس از سومين مرحله كشش( -29شكل شماره

.احل سه گانه بر اساس تئوريهاي مختلف بيان شده است در اين قسمت نيروهاي كشش براي مر

] kurt lange ] 5محاسبه نيروي كشش بر اساس هندبوك : 1شماره

]7.0[)( −⋅⋅⋅⋅=i

ii dDutstdF π

43

:كه در رابطه فوق iF = نيروي كشش( )KN id = قطر سنبه(mm) t = ضخامت ورق(mm)

uts = استحكام نهايي ماده(MPa) D = قطر بالنك اوليه(mm)

ــه اول ــشش مرحلـ ــروي كـ نيـ

دومنيــروي كــشش مرحلــه

ــه ــشش مرحل ــروي ك ــومني س

Drawing Force - Kurt Lange

38.4

44.848.13

0

10

20

30

40

50

60

1st Stage 2nd Stage 3rd Stage

Tonf


tonfKNF 4.385.376]7.0260400[)220(5.22601 =−⋅⋅⋅⋅= π

tonfKNF 8.4435.439]7.0208400[)220(5.22082 =−⋅⋅⋅⋅= π

tonfKNF 13.4899.471]7.0181400[)220(5.21813 =−⋅⋅⋅⋅= π

44

]schuler ] 3ساس هندبوك محاسبه نيروي كشش بر ا : 2شماره

112.1)(

max1 −

−⋅⋅⋅⋅+⋅=

BBRssdF mi π

iF = نيروي كشش( )KN

1d = سنبهقطر (mm)

mR = استحكام نهايي قطعه(Mpa)

β = نرخ كشش

maxβ= بر اساس هندبوك ماكزيمم نرخ كشش

2max =B

tonfKNF 4.2932.28812

153.12.12205.2)5.2260(1 =−−

⋅⋅⋅⋅+⋅= π

7.1max =→ Bannealedif

tonfKNF 81.193.19417.1125.12.12205.2)5.2260(2 =

−−

⋅⋅⋅⋅+⋅= π

3.1max =B

tonfKNF 8.2586.25313.1114.12.12205.2)5.2260(3 =

−−

⋅⋅⋅⋅+⋅= π

45

Drawing Force - Schuler

29.4

19.81

25.8

0

5

10

15

20

25

30

35


Tonf


]2[هندبوك مهندسي شكل دادن محاسبه نيروي كشش بر اساس : 3شماره nRsuF m ⋅⋅⋅=1

nRsdFF mi ⋅⋅⋅⋅+= π11

2

:كه در رابطه فوق iF = نيروي كشش( )KN 1d = مرحله اولقطر سنبه (mm) s = ضخامت ورق(mm) mR = استحكام نهايي ماده(MPa) n = ضريب از جدول U = محيط سنبه(mm)

6.053.1260400

=→== nBtat

46

ــه اول ــشش مرحلـــــ ــروي كـــــ نيـــــ

35.025.1 =→= nBtat

نيروي كشش مرحله دوم

25.014.1181208

=→== nBtat

ــه ــشش مرحل ــروي ك ني سوم

Drawing Force - forming practical engineering

27.5

29.8

25.2

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31


Tonf

10شماره نمودار

tonfKNF 5.274.2696.02205.2)4.816(1 =⋅⋅⋅=

tonfKNF 8.2985.29135.0)220(5.2)14.3(260)7.134(2 =⋅⋅⋅⋅+=

tonfKNF 2.2524725.0)220(5.2)14.3(260)7.134(3 =⋅⋅⋅⋅+=

47

]4[محاسبه نيروي كشش بر اساس ايوانا سوچي : 4شماره ][ c

dDtsdP

iyii −= π

iP = نيروي كشش( )KN di = قطر سنبه (mm)

t = ضخامت ورق(mm) yS = ماده تسليماستحكام (MPa)

D = قطر بالنك اوليه(mm) C = 0,7 تا 0,6مقدار ثابت بين

*ys استحكام تسليم ماده كه براي AL7075 برابر MPa95 مي باشد .

نيروي كشش مرحله اول

نيروي كشش مرحله دوم

كشش مرحله دوم نيروي

Drawing Force - Suchy

16.6

19.3520.8

0

5

10

15

20

25


Tonf


TonfKNP 6.166.162]7.0260400)[95)(5.2)(260(1 ==−=π

TonfKNP 35.197.189]7.0208400)[95)(5.2)(208(2 ==−= π

TonfKNP 8.208.203]7.0181400)[95)(5.2)(181(3 ==−=π

48

)به صورت عملي ( نيروي كشش اعمال شده در توليد : 5شماره

(Tonf)نيروي كشش مراحل كشش

18,3 1مرحله 22,8 2مرحله 22,8 3مرحله


Drawing Force - Exprimental

18.3

22.8 22.8

0

5

10

15

20

25


Tonf


49

يشترين تاثير را بر چروك خوردگي ورق دارد محاسبه نمود ، كـه شـرح ايـن در نهايت مي بايست نيروي ورق گير را كه ب

.محاسبات در زير آمده است

]3[محاسبه نيروي ورق گير بر اساس هندبوك شولر: 1شماره

PrdDF mmB ⋅+−= ])2([4

22π :كه در اين رابطه

iF = نيروي كشش( )KN

md = ماتريسقطر (mm) mr = شعاع سر ماتريس(mm) D = قطر بالنك اوليه(mm) P = فشار ويژه ورق گير كه برايAl مي باشد 1,5 تا 1,2 بين .

نيروي ورق گيـر مرحلـه اول

نيروي ورق گيـر مرحلـه دوم

نيــروي ورق گيــر مرحلــه ومســــــــــــــــــــــ

tonfKNFB 75.88.855.1])302.265(400[4

221

→=⋅+−=π

tonfKNFB 87.106.1065.1])506.213(400[4

222

→=⋅+−=π

tonfKNFB 5.1334.1325.1])322.186(400[4

223

→=⋅+−=π

50

Blank Holder Force - Schuler

8.75

10.87

13.5

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Tonf


]2[محاسبه نيروي ورق گير بر اساس مهندسي شكل دهي : 2شماره

400]

200)1[( 2 mi

tatiR

sdBp⋅

+−=

4)( 22 π

ii dwDA −=

mii rwddw ⋅++= 22

iiBH pAFi=

:كه در اين رابطه ip = فشار ورق گير ( )MPa

di = قطر سنبه (mm) w =فضاي آزاد كشش (mm) mR = استحكام نهايي ماده(MPa) iA = مساحت ورق گير(mm)

51

iBHF = ورق گير نيروي ( )KN mr = شعاع سر ماتريس )mm(

D = قطر بالنك اوليه(mm) tatB =نرخ كشش s = ضخامت ورق(mm)

mmdw 2.295)15(2)6.2(22601 =++=

222

1 7.571924

))2.295(400( mmA =−=π

078.1400220]

)5.2()200(260)12.2[( 2

1 =⋅

+−=p

tonfKNF 85.63.621 →=

mmdw 2.263)25(2)6.2(22082 =++=

2222 72.71219

4))2.263(400( mmA =−=π

0208.1400220]

)5.2()200(208)12.2[( 2

2 =⋅

+−=p

tonfKNF 4.77.722 →=

mmdw 2.218)16(2)6.2(21813 =++=

2223 17.88225

4))2.218(400( mmA =−=π

9911.0400220]

)5.2()200(181)12.2[( 2

3 =⋅

+−=p

tonfKNF 92.844.873 →=

52

Blank Holder Force-base on the fomrnig practical engineering

6.857.4

8.92

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Tonf


)به صورت عملي ( نيروي ورق گير اعمال شده در توليد : 3شماره

(Tonf)نيروي ورق گير مراحل كشش 7,2 1مرحله 9,1 2مرحله 10 3مرحله


53

Blank Holder Force - Exprimental

7.2

9.1

10

0

2

4

6

8

10

12


Tonf


54

مثال (ر گي ورق كشش و مربوط محاسبات نيروي بحث و نتيجه گيري: ششم فصل )عملي

نتايج تحقيقات مختلف نشان مي دهد كه چروك خوردگي مهمترين مـساله اي اسـت كـه در فرآينـد كـشش عميـق رخ مي دهد و نقطه مقابل آن پارگي است بنابراين مي بايست پارامترهاي كشش را به گونه اي انتخاب نمود كه بتـوان قطعـه

اين پارامترها و تاثيرات آنها به طور كامـل در فـصل اول مـورد بررسـي قـرار كه .اي توليد كرد كه فاقد عيوب مذكور باشد .گرفت و در اين قسمت به صورت مختصر ذكر مي شوند

: كليرانس قالب- الف

افزايش چروك خوردگي⇐ كليرانس بيش از حد افزايش پارگي⇐ كليرانس بسيار كم

شعاع سر سنبه و ماتريس- ب

افزايش ارتفاع چروك⇐ كاهش شعاع سر سنبه و ماتريس

. يك شعاع ثابت با افزايش ارتفاع كشش ، ارتفاع چروك ها افزايش مي يابد البته بايد بيان كرد كه در * )سايش ( اصطكاك - ج

افزايش ارتفاع چروك⇐ كاهش ضريب اصطكاك افزايش پارگي⇐ ضريب اصطكاك افزايش

كـاهش ضـريب اصـطكاك بـه . كاهش ضريب اصطكاك بايد در يك محدوده معين باشد كه موجب شكست ماده نشود *

.كمترين مقدار تاثير منفي براي رسيدن به هدف مطلوب دارد عمق كشش-د

افزايش ارتفاع چروك⇐مق كشش افزايش ع

ضخامت ورق-ذ

هر چه ضخامت ورق كمتر باشد احتمال چروك و پارگي افزايش مي يابد، با افزايش ضخامت به حدي مي رسيم كـه ورق خواص مكـانيكي مـاده و عوامـل ،ه جنس ورق، دماي فرآيند في از جمل دچار چروك نمي شود كه اين حد به عوامل مختل

.ديگر بستگي دارد

55

شكل نهايي قطعه كار-ر

.هر چه قدر شكل نهايي پيچيده تر باشد احتمال چروك افزايش مي يابد سرعت سنبه-ز

يش پارگي افزا⇐ افزايش سرعت سنبه

كاهش سرعت سنبه باعث افزايش احتمال چروك مي شود كـه بـراي جلـوگيري از آن مـي بايـست نيـروي كـشش را * .افزايش داد

نيروي ورق گير-س افزايش چروك⇐ كاهش نيروي ورق گير

افزايش پارگي⇐ افزايش نيروي ورق گير

)16نمودار ( :در نمودار زير نتايج حاصله از محاسبه نيروي ورق گير مورد مقايسه قرار گرفته است

نيروی ورق گير

02468

10121416

0 1 2 3مراحل کشش

(Ton

f) يرق گ

وری روني

مهندسی عملی شکل دادن شکل دهی فلزات شولر


بر مبناي قانون پاسكال استوار اسـت همانطور كه روابط محاسبه نيروي ورق گير در فصل دوم نشان مي دهد هر دو روش )AFP ⋅=. (

56

:داليل تفاوت مقادير حاصل شده از اين دو روش به داليل زير است در محاسبه سطح مقطع ورق توسط رابطه شولر، كليرانس بين سنبه و ماتريس در طراحي ورق گيـر .1

اين مقدار تاثير چنـداني بـر نيـروي . گيرد در نظر گرفته نشده است كه مي بايست مورد توجه قرار

.ورق گير ندارد اما در طراحي ورق گير بايد مورد توجه قرار گيرد

.تفاوت اساسي در مقادير به دست آمده به دليل اختالف در روش محاسبه فشار ورق گير مي باشد .2

ـ مگـا 1,5 تـا 1,2ين در هندبوك شكل دهي فلزات شولر آمده است كه فشار ورق گير براي آلـومينيم ب

پاسكال بايد در نظر گرفته شود و هيچ اشاره اي نشده است كه اين مقادير بر اساس چـه معيـاري بيـان

شده است اما در هندبوك مهندسي عملي شكل دان براي محاسبه فشار فرمول ارائه شده است كه سبب

ي هاي فلز مورد استفاده، ضخامت مي شود كه مقدار به دست آمده به واقعيت نزديك تر باشد، زيرا ويژگ

.را مدنظر قرار مي دهد ... ورق، عمق كشش و

با توجه به تفاوت هاي ارائه شده و همچنين اين نكته كه نيروي ورق گير باال ممكن است موجـب پـارگي

ورق شود مي توان نتيجه گرفت كه رابطه موجود در هندبوك مهندسي عملي شكل دادن مناسب تر مـي

.باشد

مقادير به دست آمده با نتايج عملي كه در توليد قطعه فوق به كار گرفته شـده مقايـسه 17ر نمودار شماره د

با كمي دقت مي توان دريافت كه دامنه تغييرات نيروي ورق گير در عمل ، بـين دو روش بـه كـار . شده است

عملي شكل دادن مي باشد گرفته شده براي محاسبه نيروي ورق گير و نزديك تر به روش هندبوك مهندسي

از آن جا كه نيرو هاي به كار گرفته در عمل نتايج مطلوبي داشته است به نظر مي رسد كه رابطـه موجـود در

.مهندسي عملي شكل دادن مطلوب تر از ديگر روش مي باشد

57

نيروی ورق گير

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3

مراحل کشش

(Ton

f) گير

ق ور

ی روني

مهندسی عملی شکل دادن شولر نتايج عملی


س تئوري هـاي مختلـف موجـود در نتايج به دست آمده از محاسبه نيروي كشش بر اسا 18در نمودار شماره

.فصل دوم آورده شده و با هم مقايسه شده است

. در ادامه به بررسي شباهت ها و تفاوت هاي روابط موجود در فصل قبل مي پردازيم

از نمودار ديده مي شود كه از لحاظ مقداري، نتايج به دست آمده از تئـوري كـورت النـگ داراي مقـادير بـه

باشد كه دليل اصلي اين تفاوت مربوط به اين است كه در فرمول ارائه شده توسـط كـورت مراتب باالتري مي

(yield) استفاده شده است ولي در سـاير روابـط از حـد تـسليم مـاده (uts)النگ از استحكام نهايي ماده

له از تئوري نكته ديگري كه از اين نمودار مي توان استخراج كرد اين است كه نتايج حاص .استفاده شده است

هاي كورت النگ و سوچي روندي صعودي دارند ولي در تئوري شـولر ابتـدا نـزول و سـپس صـعود مقـادير

مشاهده مي شود و در تئوري موجود در هندبوك مهندسي عملي شكل دادن ابتدا صعود و سپس شاهد نزول

:مقادير هستيم كه در زير به بررسي داليل اين تفاوت ها مي پردازيم

اين كه نتايج هندبوك هاي كورت النگ و سوچي صعودي هستند اين است كه در اين دو روش دليل .1

در صورتي كه در تئوري هاي شولر و مهندسي عملي شكل . تاثير آنيلينگ در نظر گرفته نشده است

دادن اين نكته البته با تفاوتي كه در ادامه به آن اشاره مي شود تاثير آنيل شدن قطعه مـورد توجـه

. ار مي گيرد قر

آن چه درباره دليل تفاوت بين نتايج هند بوك شولر و مهندسي عملي شكل دان مي توان گفت ايـن .2

مستقيم فرمول موجود در هندبوك مهندسي عملي شكل دادن وجود دارد نسبت nضريب : است كه

58

يل و با توجه بـه با نرخ كشش دارد و اين نرخ نيز به طور مستقيم با آنيلينگ رابطه دارد به همين دل

اين كه قطعه مذكور قبل از مرحله دوم تحت عمليات حرارتي آنيلينگ قرار گرفته، نيـروي كـشش

اما در رابطه مربوط به هندبوك شولر بايد گفت چون در رابطه مذكور . مرحله دوم افزايش يافته است

كشش مرحله بين نيروي كشش و ماكزيمم نرخ كشش نسبت عكس وجود دارد شاهد كاهش نيروي

با توجه به اين نكته كه ، زماني كه قابليت فرم پذيري قطعه كاهش مي يابد آن را تحت . دوم هستيم

عمليات حرارتي آنيل قرار مي دهند بايد گفت نتيجه حاصل شده از هندبوك شولر منطقي تـر مـي

ادن كـاهش در مورد اينكه چرا نيروي كشش مرحله سوم در شولر و مهندسي عملي شـكل د .باشد

البته اين مورد . يافته است بايد اشاره كرد كه اين كاهش به دليل كاهش زياد نرخ كشش مي باشد

در نظر گرفته نشده است و به جاي تاثير نرخ كـشش، از ) سوچي و كورت النگ ( در دو رابطه ديگر

نسبتid

D استفاده شده است .

نيروی کشش

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3

مراحل کشش

(Ton

f)ش

کشی روني

هندبوک کورت النگ هندبوک مهندسی عملی شکل دادن هندبوک شولر هندبوک سوچی


59

نيروی کشش

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3

مراحل کشش

(Ton

f) شکش

ی روني

کورت النگ ی شکل دادن مهندسی عمل شولر سوچی نتايج عملی

19دار شمارهنمو

در پايان نتايج عملي فرايند توليد قطعه مورد بررسي با نتايج حاصله از روابـط موجـود در فـصل دوم مـورد )19نمودار شماره : ( مقايسه قرار گرفت كه نتايج زير حاصل گرديد

هندبوك از لحاظ سير تغييرات مقادير نيروها نتايج عملي فرايند توليد شبيه به نتايج بدست آمده از .1

مهندسي عملي شكل دادن مي باشد با اين تفاوت كه مقاديرآن از مقادير بدسـت آمـده از تئـوري

.مهندسي عملي شكل دادن كمتر مي باشد

.از نظر مقداري، مقادير عملي بسيار نزديك به مقادير بدست آمده از هندبوك سوچي مي باشد .2

60

: و مراجعمنابع

1. V.Boljanovic , “Sheet Metal Forming Processes and Die Design” , 2004

2. H.Tschatsch , “ Praxiwissen Umformtechnik ”

)عبداهللا ولي نژاد: مترجم مهندسي عملي شكل دادن ، (

3. Schuler , “Metal Forming HandBook” , 1998

4. I.Suchy , “HandBook Of Die Design” , 2006

5. K.Lange , “HandBook Of MetalForming” , 1985

6. C.Schnakovszky, B.Ganea , “INFLUENCE Of Different Factors Concerning

The Wrinkling Of Cylindrical Deep-Drawn Parts” , Fascicle of Management

and Technological Engineering, Volume VI (XVI), 2007

7. H.Gharib , A.S.Wifi , M.Younan , A.Nassef , “Optimization Of the

BlankHolder Force In Cup Drawing” , Journal of Achievements in Materials

and Manufacturing Engineering , Volume 18 , 2006

8. T.Yagami, K.Manabe, Y.Yamauchi , “Effect Of Alternating Blank Holder

Motion Of Drawing and Wrinkle Elimination On Deep-Drawability” ,

Journal of Materials Processing Technology ( 187–188 ) , 2007

9. S. Yoshihara K. Manabea, H.Nishimura , “Effect Of Blank Holder Force

Control In Deep-Drawing Process Of Magnesium Alloy Sheet” , Journal of

Materials Processing Technology ( 579–585 ) , 2005

10. S.H.Zhang , K.Zhang , Y.C.Xu , Z.T.Wang, Y.Xu , Z.G.Wang , “Deep-

Drawing Of Magnesium Alloy Sheets At Warm Temperatures” Journal of

Materials Processing Technology ( 147–151 ) , 2007

11. D.M. Rodrigues , A. Loureiro , C. Leitao, R.M. Leal, B.M. Chaparro , P.

Vilaça , “Influence of friction stir welding parameters on the microstructural

and mechanical properties of AA 6016-T4 thin welds” , Materials and Design

30 (2009) 1913–1921

61

12. N. Abedrabbo , F. Pourboghrat , J. Carsley , “Forming of AA5182-O and

AA5754-O atelevated temperatures using coupledthermo-mechanical finite

element models” , International Journal of Plasticity 23 (2007) 841–875

13. H. takuda , k. mori , I.masuda , Y.abe , M.matsuo “Finite element simulation

of warm deep drawing of aluminium alloy sheet when accounting for heat

conduction” ,

14. Lihui Lang , J. Danckert, K. Nielsen , “Investigation into hydrodynamic deep

drawing assisted by radial pressure Part II. Numerical analysis of the

drawing mechanism and the process parameters” , Journal of Materials

Processing Technology 166 (2005) 150–161

15. Wenfeng Zhang, M.S. , “DESIGN FOR UNCERTAINTIES OF SHEET

METAL FORMING PROCESS”

16. N. Abedrabbo, A. Zampaloni, F. Pourboghrat , “Wrinkling control in

aluminum sheet hydroforming” , International Journal of Mechanical

Sciences 47 (2005) 333–358

17. L. Lang, J. Danckert, K. Nielsen , “Investigation into the effect of pre-bulging

during hydromechanical deep drawing with uniform pressure onto the

blank” , International Journal of Machine Tools & Manufacture 44 (2004)

649–657

18. S.H. Zhang , K. Zhang , Y.C. Xua , Z.T. Wang , Y. Xua , Z.G. Wang , “Deep-

drawing of magnesium alloy sheets at warm temperatures” , Journal of

Materials Processing Technology 185 (2007) 147–151

19. Internet : "http://www.thomasnet.com/"

a249 deep drawing teach

Documents