چکیده

تکنولوژی هیدروفرمینگ(Hydro forming ) ورق از قبل از جنگ جهانی دوم آغاز شدند این روش در تولید قطعات خودرو و بدنة هواپیما در سال 1980 مورد استفاده قرار گرفت و در سالهای 1980 تا 1990 این روش پیشرفت های زیادی یافت.

واژه های کلیدی

هیدروفرمینگ- بالجینگ- فرم دهی انعطاف پذیر

1- مقدمه

با مقیاسة رو ش هیدروفرمینگ با کشش عمیق مزایای زیادتکنولوژی هیدروفرمینگ ورق آشکار می شود که عبارت است از:

1- نسبت کشش بیشتر

2- بهبود کیفیت سطح

3- کمتر شدن برگشت فنری

4- افزایش توانایی در شکل دادن اشکال پیچیده

امروزه تقاضای زیادی برای استفاده از این روش در مورد شکل دهی ورق آلیاژ منیزیم و ورقهای کامپوزیت وجود دارد. از میان تحقیقات وسیع شرکت سوئدی(R&D ) و دانشگاه دورتموند آلمان و انستیتو هاربین نتایج مؤثری حاصل شد ولی این روش هنوز به کندی پیش می رود و علل آن عبارتند از:

1- نیاز به پرس با تناژ بسیار بالا

2- بزرگ بودن میز کار پرس و ابزارهای مورد نیاز

3- کم بودن سرعت تعویض ابزار در خلال عملیات هیدروفرمینگ

4- سرمایه گذاری بسیار بالا در مورد پرس ابزار

2- پیشرفت های گوناگون اخیر در زمینة تکنولوِژی هیدروفرمنگ ورق

مسائلیکه هماکنون بحث بر روی آنها وز مینه تکنولوژی هیدروفرمینگ ورق بیشتر است عبارتند از:

1- چگونگی افزایش عدم محدودیت ها درفرم دادن ورق

2- چگونگی بهبود ظرفیت تغییر شکل دهی ورق

3- چگونگی افزایش سرعت تعویض قالب ها و محصول

4- چگونگی کاهش هزینه پرس

5- چگونگی اتوماتیک کردن تجهیزات

روشهای اخیر هیدروفرمینگ ورق عبارتند از:

1- هیدروفرمینگ با یک دیافراگم لاستیکی

2- فرآیند کشش عمیق هیدرومکانیکی و فرآیند کشش عمیق هیدروریم

3- تغییر شکل ترکیبی از کشش و بالجینگ (Bulging )

2-1) فرآیند هیدروفرمینگ با دیافراگم لاستیکی

در ین فرآیند از یک غشاء لاستیکی بعنوان یک دیافراگم دربدن محفظه هیدرولیک و پانج استفاده می شود و باعث تغییر فرم ورق می گردد.

از این روش برای تولیدات دسته ای جهت قطعات بدنه اتومبیل و هواپیما به کار می رود.( شکل 1)

مزایا:

1- کیفیت سطح بهتر

2- شکل دادن قطعات پیچیده تر

معایب:

1- این روش برای تولیدات دسته ای استفاده می شود.

2- بازده پرس و تجهیزات آن کم باشد.

3- ممکن است غشاء لاستیکی پاره شود و کنترل چروک ها مشکل شود.

2-2)فرآیند کشش عمیق هیدرومکانیکی و فرآیند کشش عمیق هیدروریم

این فرایند با توجه بهف رآیند هیدروفرمینگ با غشاء لاستیکی بوجود آمد. در این روش فشار لازم جهت شکل دهییمتواند توسط سطح پائین آمدن هیدرولیکی مجزا تأمین شود از این روش برای شکل دهی اشکال پیچیده استفاده می شود ونسبت کشش نیز از 8/1 به 7/2 افزایش می یابد ( شکل –a 2)

از طرف دیگر فرایند کشش عمیق هیدرومکانیکی شعاعی( هیدروریم) می تواند باعث بوجود آمدن مقداری نتیروی شعاعی در هنگام کشش شود که این نیرو باعث جلوگیری از افزایش محدودیت های شکل دهی در ورق فلزی می شود با توجه به نتیجه تحقیقات نسبت کشش با این روش از 6/2 به 2/3 افزایش م یابد( شکل –b 2)

2-3) هیدروفرینگ جفتی ورق فلزی

این روش یک روش شکل دهی خاص می باشد که توسط کلینر(Kleiner ) در دانشگاه دورتموند آلمان در سال 1990 ابداع شد. در این روش در ابتدا دو ورق توسط لیزر به یکدیگر جوش می شوند و سپس مایع هیدرولیک می تواند بین دو بلانک را پر کند و فشار لازم توسط سیستم هیدرولیک تأمین شود. در این حالت تغییر فرم پلاستیک تحت فشار پرس در ورقها شروع می شود و سپس بلانک ها شکل قالب را به خود می گیرند. از مزایای این روش میتوان به محدود شدن فشار و تجهیزات کمی که برای این روش احتیاج می باشد نام برد. با استفاده از این روشیک ورق فولادی با یک پرس000/100 کیلونیوتن فرم دهی شده است( شکل 3).

2-4) تغییر شکل ترکیبی از کشش و بالجینگ

هیدروفرمینگ ورق توسط ترکیب کششش بالجینگ برای سالهای زیادی است که مورد بررسی قرار گرفته است( شکم دادن و کروی شدن ورق را بالجینگ می گویند) از سال 1980 این تئوری توسط شانگ در دانشگاه ملی سنگاپور مورد بررسی قرار گرفته است ما هنوز در مرحله تحقیقات به سر می برد و عملی نشده است.

3- تکنولوژی جدید هیدروفرمینگ ورق( هیدروفرمینگ با یک قالب متحرک)

تکنولوژی جدید هیدروفرمینگ ورق با یک قالب ماده متحرک در سال 2001 توسط زانگ(Zhang ) پیشنهاد شد. در این روش از یک قالب متحرک با قطعات ثابت و متحرک استفاده شده است که قطعه ای از بلانک در خلال فرآید کشیده می شود و ممکن است یک تغییر شکل مرکب از کشش و بالجینگ برروی آن انجام گیرد. در این روش در مرحلة اول قالب متحرک در تماس با بلانک قرار می گیرد و تغییر فرم پلاستیک در سطح تماس قالب در بلانک رخ می دهد. قالب متحرک در تماس با بلانک تحت نیروی اصطکاک باقی می ماند که این امر باعث گسترش سطح تغییر شکل یافته می شود که این امر باعث جلوگیر ی از لاغرشدن ورق درفرآیند هیدروفرمینگ می شود( شکل4).

مزایای هیدروفرمینگ با قالب متحر ک

1- این روش برای شکل دهیی اشکال پیچیده که دارای پلاستیسیته کمی هستند

( ور قهای لیتیم و آلومینیم و منیزیم) مؤثر می باشد.

2- با این روش محدودیت شکل دهی ورق فلزی کاهش می یابد.

3- در این روش عمر ابزا ر بهبود می یابد و نیازی به تعویض پانچ نمی باشد و در مورد یک محصول جدید فقط تعویض قالب کافی است.

4- در این روش تماس خوب قطعه با قالب باعث بوجود آمدن شکل نهایی بهتر می شود.

5- در این روش دقت ابعادی بالاتر می رود.

6- در این روش برگشت فنری کمتر می شود.

7- هزینه های ابزار و زمان تولید کاهش می یابد.

8- این روش خصوصاً مناسب محصولاتی با اندازه های بزرگ و پیچیدگی های زیاد می باشد.

نمونه های هیدروفرم شده از ورق های فولاد ضدزنگ و منیزیم در شکل(5) نشان داده شده است.

در شکل(6) نسبت لاغرشدن ورق در هیدروفرمینگ با قالب متحرک و قالب ثابت مقایسه شده است.

نتایج

در این مقاله پیشرفت های اخیر در زمینه هیدروفرمینگ ورق مورد بحث قرار گرفته است. با استفاده از این روشها می توان محدودیت شکل دهی در ورق را کاهش داد و رنج وسیعی از قطعات را با این روش تولید نمود و همچنین روشهایی که شامل چندین بار تغییر شکل دهی در ورق را کاهش داد و رنج وسعی از قطعات را با این روش تولید نمود و همچنین روشهایی را که شامل چندین بار تغییر شکل در روق می باشند به یک یا دوبار شکل دادن تقلیل می یابند. که باعث افزایش بازدهی و کم شدن هزینه ها می گردد.

ولی نکتة لازم جهت عملی شدن این فرآیندها تناژ زیاد پرس و اتوماتیک بودن آن می باشد.

چکیده

تکنولوژی جدید برمبنای سیستم سیلندر(FM ) باعث بهبود سیستم کنترل ورق گیر، صرفه جویی و کاهش وبه حداقل رساندن خرابی قالب و افزایش کیفیت قطعه در عملیات کش عمیق در شرکت فورد شد ه است.

واژه های کلیدی:

فرم دهی- پرسکاری- پرس- پارگی- شکاف- ورق گیر – سیستم FM – سیلندرهای نیتروژنی

در بسیاری از عملیات پرسکاری، بهبود یا معیار یک پنی(Penny) یا یک دهم پنی د هر قطعه سنجیده می شود. حدود و وسعت پیشرفت خیلی مشکل به دست می آید و کنترل آن خیلی مشکل تر است یکی از این روشها روش کنترل با نیروی ورق گیر است.

این تکنولوژی جدید بوسیلة شرکت فورد، شرکت Metal forming Control و شرکت ماشین سازی Smedberg ایجاد گردیده و محدودیت های سیلندرهای معمول نیتروژنی برشمرده شده و سیستم کنترل نیروی ورق گیر بهتری در طی تولید قطعات به روش کشش عمیق در شرکت فورد، تدارک و تهیه شده است.

فنرهای نیتروژنی جهت نگهداری قطعه کار

حدود سی سال قبل، جایگزینی سیلندرهای نیتروژنی بجای فنرها بعنوان تکنولوژی نگهداری قطعه کار شروع گردید که در بسیاری از عملیات کشش عیمق بکار می رود.

این سیلندرها نسبت به فنرها مزایای قابل توجهی داشتند:

آنها قابلیت اعتماد بیشتری داشته، در حین عملکرد دارای رفتار یکنواخت تر و پیوسته تر و قسمت نسبتاً ارزان و همچنین تا حدودی نیز قابل تنظیم بوده بطوریکه اپراتور می تواند فشار سیلندر را جهت اصلاح نیرو نگهداری کار کم یا زیاد نماید بدون اینکه قالب را باز نماید.

این سیلندرها گام مؤثری در بهبود و پیشرفت بودند زیرا باعث افزایش بهره وری، کارآیی و پیشرفت پروسه و کیفیت قطعه گردیدند.

در حال حاضر دهها هز ار مصرف کننده د رسرتاسر آمریکای شمالی در صنعت پرسکاری از سیلندرهای نیتروژنی استفاده می کنند.

ولیکن قابل توجه است که نیروی واگشت و پس زنی این سیلندر مهم می باشد. از ایرادات معایب این سیلندر خرابی سیلها و درزگیرها پس از کارکرد طولانی و مدوم در سرعت های بالا با استفاده در پرسهای با بار جانبی

( ساید- لود) می باشد که نتیجه خرابی قطعات و توقف کاری خواهد بود. بعلاوه، منبع و مخزن گاز در سیلندر نیتروژنی و یا گروه سیلندرهای لوله ای، همچنانکه حرکت لغزشی عمیق تری در کورس ایجاد شود متراکم گردیده و باعث افزایش تناژ حتی تا میزان 40% می گردد.

این افزایش تناژ باعث کاهش جریان فلز و در نتیجه پارگی و یا شکاف حین عملیات فرم می گردد. بعنوان مثال این اتفاق در فرم دهی بدنة خودرو افتاده است.

اپراتورها می توانند فشار سیلندر را جهت جلوگیری از پارگی در آخر و نزدیکی پایان کورس پرس کاهش دهند و لیکن این کاهش فشار می تواند باعث افزایش احتمال چروکیدگی قطعه هنگامی که می خواهد شکل بگیرد، بشود.

درموقع شروع کورس پرس، سیلندرهای نیتروژنی استاندارد کاملاً منبسط بوده و باعث می شود که حلقه نگهدارندة ورق را کاملاً به طرف لغزنده های پرس به حلقة ورقگیر برخورد می کنند هر کدام از سیلند رهای نیتروژنی چندین تن مقاومت را در لحظة تماس بوجود می آورند. و با شروع حرکت این حلقه که بوسیلة تعدادی از این سیلندرهای نیتروژنی حمایت می شود می تواند باعث یک ضرفه و برخورد و یک شوک قابل توجه گردد که در طول زمان به پرس آسیب می رساند.

هنگامی که وسایل و قسمتهای لغزنده به ته کار می رسد و شروع به برگشت می کند، سیلندرهای نیتروِژنی به این حلقه(Binder Ring ) فشار وارد نموده تا سریعتر از قسمت های لغزنده به طرف بالا حرکت نماید که این عمل باعث ایجاد یک شوک برگشتی و یا واگشتی می شود که به همان اندازه می تواند در طول انتقال به قطعه آسیب وارد کند. یک استراتژی و پاس متداول برای انتقال قطعه این است که پرس آهسته تر عمل نماید تا زمان بیشتری برای انتقال و انتشار لرزش و ارتعاشات فراهم گردد.

محاسن و مزایای حلقة نگهدارندة کنترل ورق

باکنترل بهتر حلقة نگهدارنده ورق، شوک تکانه برخورد کاهش یافته، کنترل جریان مواد در طی فرم دهی بهبود یافته و کیفیت قطعه نیز بهبود پیدا می کند.

یکب رگشت نرم و آهسته حلقة نگهدارنده باعث کاهش و یا حذف واگشت(پس زنی شدید) گردیده، لذا از اعمال صدمه به قطعه و انتقال نامناسب قطعه جلوگیری می گردد. و نتیجتاً باعث: آسیب دیدگی کمتر پرس، کاهش زمان توقف کاری، تولید قطعات بهتر، عملیات و پروسه نرم تر انجام می شود.

همچنین محاسن کنترل بهتر ممکن است بطور قابل ملاحظه ای برای صنایعی که سعی در تغییر و آماده سازی مواد اولیه وارد به کارخانه که جهت انجام عملیات پرسکاری می باشند، بهتر باشد. صنعت خودرو یک مثال خوب در این ارتباط می تواند باشد.

استانداردهای CAFÉ و تغییر در نیازمندیهای ایمنی صنعتی را به سمت ساختن بدنه های سبک تر و قطعات و اجزاء سازه اتی و پیکربندی قوی تر از جنس فولادهای با استحکام بالا و با آلومینیوم، سوق می دهد.

برای فرم دهی، فولادهای با استحکام بالا(High-Strength Steet) ممکن است تناژ ورق گیر (Binder Ring) بیشتری مورد نیاز باشد و انجام آن که توسط سیلندرهای نیتروژنی انجام می گیرد بدین معناست که برخورد بیشتر و شوک برگشتی با تمام مسائل آن نیز همراه خواهد بود.

برای فرم دهی آلومینیوم کنترل بیشتر تناژ در طول کورس تولید باعث کیفیت پیوسته بالا و حجم خروجی و تولیدی بالا می گردد.

در اینجا، دیگر شوک نمی تواند یک مسئله بزرگ جلوه کند، ولی کیفیت قطعه می تواند از دست برود. به طور خلاصه، کنترل ناکافی حلقه ورق گیر(Binder Ring) استفاده گسترده از مواد سبک تر را در عملیات پرسکاری بلوکه می کند.

تحقیقات سازندگان اتومبیل و USCAR کارمندان فولاد بر روی روشهای متمرکز شده که توانایی فرم دهی فولاد و آلومینیوم، افزایش یابد.

تلاش و کوشش تیمی جهت بهبود و اصلاح کنترل حلقه نگهدارنده

با اجتماع و همکاری محققان در شرکت فورد، مهندسین در شرکت Metalforming Control شرکت Smedberg Machine شیکاگو یک سیستم جدید به نام (Force Modulator)FM تعدیل کننده فشار به وجود آوردند. مانند سیستم های نیتروژنی، پایه و اساس سیلندر این سیستم از حلقه نگهدارنده حمایت می کند و لیکن از یک سری سیلندرهای هیدرولیکی لوله ای تشکیل شده اند.

یک کنترل انحصاری در هر کدام از این سیلندرها به استفاده کننده اجازه می دهد تا تناژ را در هر نقطه از کورس یا در هر نقطه ای در ته کار یا هر جایی از کورس نگه داشته و کنترل نماید. سپس این حلقه خیلی به آرامی و آهستگی با اختیار خود کاربر به جای خودش برمی گردد. تعدیل کننده فشار(FM) از حجم مقدار کمی روغن استفاده می کند، چند گالن برای یک قالب خیلی بزرگ و فشار سیستم کمی نیز موردنیاز می باشد. به علاوه در اغلب موارد عملکرد دستگاه در دمای محیط و یا نزدیک به آن می باشد.

با یک وسیله و ابزار کنترلی، کاربر می تواند در هر کدام از سیلندرهای FM تناژ را تغییر دهد. به عنوان مثال می تواند یک سیلندر 5 تنی را طوری تنظیم کند که حدود 8 تن یا بیشتر فشار را تحمل کند و در زیر این حلقه نگهدارنده (Binder Ring) قرار گیرد.

برای فولاد استحکام بالا(HSS)، حلقه نگهدارنده ورق با تناژ بالا ممکن است موردنیاز باشد ولی تناژ کمتر اجازه می دهد که متریال راحت تر و آسان تر شکل قطعه را به خود بگیرد. در اینجا یک سیلندرFM( تعدیل کننده فشار) هم می تواند با یک سیلندر پایی و کوچکتر از یک سیلندر گازی 8 تن استاندارد راه اندازی شود. تنظیم قالب FM با استفاده از دستورالعمل قالب استاندارد نیتروژنی و این سیستم دیگر یا نیاز کمی به اپراتور دارد و یا اصلاً احتیاج به کنترل اپراتور در حین تولید ندارد.

FM( سیستم تعدیل کننده فشار) دارای توانایی و قدرت راه اندازی خیلی خوبی حتی در موارد با حجم بالا در کاربردهای مختلف می باشد.

افتخار و مباهات در خصوص اصلاح و پیشرفت سیستم هیدرولیک

خصوصیت اثرگذاری سیستم سیلندرهای FM(تعدیل کننده فشار) بر روی قالب شبیه سیستم های نیتروژنی می باشد. و هر یک از سیلندرها نیاز به یک پایه و مقر چندراهه و / یا تیوپ هایی جهت ورود و خروج سیال هیدرولیکی به سیلندرها بعد از هر کورس پرس می باشد.

شکل(1) به عنوان یک مدار هیدرولیکی استاندارد شامل یک پمپ کوچک، یک آکومولاتور، یک و یا دو لوله خنک کننده و یک منبع ذخیره روغن هیدرولیک می باشد.

با توجه به تاریخچه سیستم های هیدرولیکی در تولید و پرسکاری بدنه اتومبیل و پانل ها، پس چرا امروزه در عملیات پرسکاری از این روش( هیدرولیک) استفاده می شود؟

پیشرفت ها و بهینه سازی های انجام شده در زمینه فن آوری سیل ها(درزگیرها) ی هیدرولیکی پاسخ گوی این سؤال می باشد.