21570

21570

تحليل عددي و تجربي و طراحي مقاوم فرآيند شكل‌دهي تدريجي

دكتري تخصصي

سازه و بدنه

1398

1398/8/22

دكتر محمد حسن شجاعي فرد

دكتر ابوالفضل خلخالي

خودرو

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.

1398/10/10

Numerical and Experimental Analysis and Robust Design of Incremental Forming process

12/31/2019 12:00:00 AM

Incremental sheet forming is a rapid prototyping method. It forms the sheets with no need to punch and die, which are commonly used in the conventional forming process. In this method, a forming tool travels incrementally into the sheet and forms it by moving in a defined path. The motion path is derived as a G-code by using a computer-aided design and computer-aided manufacturing (CAD/CAM) software and can be transferred to a CNC milling machine. Travelling of the defined path by the tool, results in production of the shape on the sheet. Using the CAD/CAM software and CNC milling machine, as critical equipment in the incremental forming, enables the production of complicated shapes by this method and increases its flexibility.In this thesis, the surface quality and forming limit diagram of mild steel sheets, during the manufacturing of a fender is studied. It is a significant issue to reduce the surface roughness (SR) which is a weakness in the manufacturing of the mild steel parts in ISF process. SR has an adverse effect on the esthetic aspects of the mild steel products or their painting appearance. Also, Presence of waviness in the incremental sheet forming (ISF) has a detrimental effect on the surface quality of parts, especially on the appearance of those covered with paint. SR is measured by Ra and waviness is measured by an innovative method. The proposed method is based on the root-mean-square-deviation (RMSD) of the height of the points located on the wavy surface. In this way, some points are selected on the formed wall and their coordinates are measured using a coordinate measuring machine (CMM). The other part is forming limit diagram, which is studied by the M-K model with addition of through thickness shear stress. Feed rate, tool diameter, vertical step and spindle speed are chosen as four input variables in the experimental tests. Taguchi design of experiments (DOE), analysis of variance (ANVOA), grey relational analysis with combination of Taguchi optimization method are used for studying and multi-optimizing the effects of the four process parameters to minimize the waviness, SR, time, thickness and the height of the forming process.

شكلدهي ورق بدون قالب پرس

sheet forming whitout press die