دانلود پایان نامه با موضوع الگوریتم ژنتیک، مطالعه موردی، صنایع هوایی

(‏54): نتایج حاصل برای آموزش شبکه عصبی در خمکاری لوله فولادی 141
جدول (‏55): مقادیر مجاز پارامترهای فرایند برای دو حالت مطالعه موردی 147
جدول (‏56): مقادیر پارامترهای تنظیمی الگوریتم ژنتیک 147
جدول (‏57): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی brass-net در 10 بار تکرار برای حالت اول 149
جدول (‏58): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی ss304-net در 10 بار تکرار برای حالت اول 151
جدول (ج-1): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری SS304 173
جدول (ج-2): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری لوله برنجی 176

فصل اول

پيشگفتار

مقدمه
قطعات لوله‌ای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند به همین دلیل در صنايع هواپيماسازي، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثيه منزل، سازه‌هاي مكانيكي و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره به صورت وسیعی به كار گرفته مي‌شوند. در شکل (‏11) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.

شکل (‏11): چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله
در گذشته خمکاری لوله یک هنر تلقی می‌شد و خمکاری اکثراً توسط افراد ماهری که در طی چندین سال تجربه کسب کرده‌ بودند انجام می‌گرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه خمکاری لوله‌ها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیل‌های تئوری و شبیه‌سازی‌های عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده است.
روش‌های مختلفی جهت خمکاری لوله‌ها وجود دارد. هر یک این روش‌ها با توجه به نوع و کیفیت خمی که می‌توانند تولید کنند دارای کاربردها و محدودیت‌هایی می‌باشند. انواع روش‌های خمکاری لوله‌ها شامل خمکاری برشی1، خمکاری کششی2، خمکاری فشاری با بازوی متحرک3، خمکاری پرسی4، خمکاری فشاری5 و خمکاری غلتکی6 و غیره می‌باشند. انتخاب یک روش خمکاری بستگی به : 1) کیفیت خم و نرخ تولید مورد نظر و 2) جنس لوله، شعاع خم نسبي(R/D)، قطر نسبی لوله(D/t) و دقت لازم (D قطر خارجي، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم مي‌باشند) دارد. به عنوان مثال برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با نرخ تولید زیاد و دقت بالا، مناسب‌ترین گزینه استفاده از روش خمکاری کششی می‌باشد.
در موتور هواپيماها و فضاپيماها، قطعات لوله‌اي با شعاع خم كوچك از جنس‌‌هاي آلومينيوم، تيتانيوم و آلياژهاي با استحكام بالا به صورت فراوان به كار گرفته مي‌شوند. شعاع خم اين قطعات لوله‌اي در برخی موارد در حدود قطر خارجي آن‌ها می‌باشد كه با روش‌هاي رایج خمكاري سرد لوله‌ها قابل تولید نیستند. در این موارد لازم است روش‌هاي جديدي جهت توليد خم با كيفيت مطلوب مورد استفاده قرار گيرند. يكي از اين روش‌ها، خمكاري فشاري لوله مي‌باشد كه در آن خمكاري تحت فشار داخلي مندرل لاستیکی انجام مي‌گيرد. این روش در مقایسه با سایر روش‌های خمکاری لوله‌ها دارای مزایایی مانند دقت و بازدهی بالا، هزینه پایین و تولید خم با کیفیت خوب می‌باشد ‏[1].
تعاریف و پارامترهای خمكاري
در شکل (‏12) پارامترهای خمكاري لوله نشان داده شده است. هر يك از اين پارامترها را مي‌توان به صورت زير تعريف نمود ‏[2].
سطح خمش: سطحي كه از شعاع خط مركزي لوله (شعاع خم) عبور مي كند و عمود بر جهت چرخش خم مي باشد.
خط مركزي لوله (CL): خط ممتدي كه هر نقطه واقع در مركز سطح مقطع لوله را به هم وصل مي كند.

شکل (‏12): پارامترهای رايج در خمكاري لوله
ديواره خارجي خم7: كمان/لبه بيروني خم مي باشد.
ديواره داخلي خم8: كمان/لبه داخلي خم مي باشد.
شعاع خط مركزي (CLR): فاصله بين مركز چرخش خم و خط مركزي لوله مي‌باشد كه شعاع خم نيز ناميده مي‌شود. در صنعت خمكاري معمولاً شعاع خم بر حسب ضريبي از قطر خارجي لوله (OD) و به صورت mD بيان مي شود. به عنوان مثال وقتي لوله اي به قطر خارجي 30 ميلي متر با 1.5D CLRخم مي شود يعني اينكه شعاع خم برابر 45 ميلي متر مي باشد.
(‏11)

انحناي خم: عكس شعاع خط مركزي را انحناي خم مي گويند.
(‏12)

مماس: ناحيه مستقيم لوله در دو انتهاي خم را مماس مي گويند و مي تواند هر مقداري داشته باشد. لوله خم شده اي كه در هر دو انتها فاقد مماس باشد تحت عنوان لوله با مماس صفر خوانده مي شود.
قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهايي به كار رود منظور قطر خارجي لوله مي باشد.

جدول (‏11): پارامترهای خمكاري
نماد
توضيح
CLR
شعاع خط مركزي
CL
خط مركزي لوله
OD
قطر خارجي لوله
ID
قطر داخلي لوله
DOB
زاويه خم
t
ضخامت اوليه جدار لوله
to
ضخامت ديواره خارجي لوله در محل خم
ti
ضخامت ديواره داخلي لوله در محل خم

روش هاي خمكاري لوله
روش‌هاي زيادي براي خمكاري لوله‌ها وجود دارد. بعضی از این روشها به صورت گرم و برخی دیگر به صورت سرد انجام میشوند. در این بخش فقط در مورد روشهای خمکاری سرد لولهها بحث خواهد شد. هر يك از اين روش‌ها داراي كاربردها و محدوديت هايي از لحاظ نوع خم، حداكثر زاويه خمي كه ميتوانند ايجاد كنند، هزینههای تولید و کیفیت خم ميباشند. انتخاب روش خمكاري بستگي به: 1) كيفيت خم و تعداد توليد و 2) قطر لوله، ضخامت لوله و شعاع خم لوله دارد ‏[3].
خمكاري فشاري
خمكاري فشاري از جمله روش‌هاي خمكاري سرد لوله است كه اخيراً مورد توجه زياد قرار گرفته است. از اين روش بيشتر براي توليد خم‌هاي با شعاع كم در لوله‌هاي جدار نازك استفاده مي‌شود. از جمله مزیتهای اين روش امكان توليد خم‌هاي با شعاع كوچك در حدود قطر خارجي لوله، توليد خم با تغييرات ضخامت كم، تغيير سطح مقطع (بيضي شدن) كم و تجهيزات ارزانتر در مقايسه با ساير روش‌هاي خمكاري لوله مي‌باشد.
قطعات خمکاری كه در موتور هواپيماها و سفينه‌هاي فضايي بكار مي‌روند باید اولاً فضاي كمي اشغال كنند و ثانياً از كيفيت و استحكام بالايي برخودار باشند. برای اینکه این قطعات فضای کمی اشغال کنند لازم است که خمکاری با شعاع كوچك انجام شود و برای دستیابی به کیفیت و استحکام مناسب باید از يك روش خمكاري مناسب استفاده کرد. با کمک روش خمكاري فشاري می توان خمهایی که این دو ویژگی را دارند را تولید نمود.
قالب خم مورد استفاده در این روش خمکاری دارای پرفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر میباشد. قطر داخلی این پروفیل خم برابر با قطر بیرونی لوله میباشد. در داخل لوله از مندرل لاستیک مانند استفاده میشود که تحت شرایط فشاری مشابه سیال رفتار میکند. بین لوله و مندرل باید مقداری کلیرنس در نظر گرفته شود تا در انتهای خمکاری بتوان به راحتی آن را از داخل لوله خارج نمود. موادی مانند لاستیک یورتان9، رزین اپوکسی ریختگی10، لاستیک طبیعی11 و لاستیک مصنوعی12 جهت استفاده به عنوان مندرل مناسب میباشند. زیرا این مواد خاصیت الاستیکی بالایی دارند و بعد از خمکاری و برداشتن فشار از روی آنها به شکل اولیه خود باز میگردند و به راحتی میتوان آنها را از داخل لوله خارج نمود. فشار داخلی ایجاد شده در لوله باعث میشود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از خراب شدن سطح مقطع لوله جلوگیری میشود. علاوه بر این تامین فشار لازم برای جلوگیری از چینخوردگی در شعاع داخلی خم ضروری میباشد ‏[4].
جنس مندرل در کیفیت خم تولیدی موثر است. اگر مندرل نرم باشد در حین عملیات خمکاری فشار ایجاد شده در آن حتی در ناحیه بیرون تار خنثی مثبت خواهد بود. در نتیجه در این ناحیه فشار کافی به لوله وارد شده و لوله در تماس با سطح داخلی قالب باقی خواهد ماند و از تخت شدن و خرابی سطح مقطع آن جلوگیری میشود. در صورتیکه مندرل از جنس سخت باشد فشار ایجاد در آن در ناحیه بیرونی تار خنثی به صورت منفی خواهد بود بنابراین لوله از سطح قالب فاصله گرفته و سطح مقطع آن بیضی شکل میگردد. اما مسئله دیگری که در استفاده از لاستیک نرم وجود دارد خم شدن لوله در محل اعمال نیرو سنبه میباشد. این عیب در صورت استفاده از لاستیک سخت به وجود نمیآید. برای رفع این عیوب و بهره جستن از مزایای هر یک از لاستیکهای سخت و نرم استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم پیشنهاد شده است. در صورت استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم، عیوب ذکر شده در بالا رفع خواهند شد. علاوه بر آن عمر لاستیک‌ها و تعداد دفعاتی که می‌توان لاستیک‌ها را مورد استفاده قرار داد نیز افزایش می‌یابد ‏[5]، ‏[6].
در حالتیکه از مندرل با ترکیب دو جنس سخت و نرم استفاده میشود. لاستیک سخت در دو انتهای لوله و لاستیک نرم در وسط آنها قرار میگیرد. لاستیکهای سخت کناری نقش ترمزی نیز دارند. به این صورت که بعد از اعمال فشار، مقداری افزایش قطر پیدا کرده و با سطح داخلی لوله کاملاً درگیر میشوند و درحین خمکاری نباید بین آنها و لوله لغزش رخ دهد زیرا از میزان فشار ایجاد شده توسط لاستیک نرم میانی کاسته میشود و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار کافی وارد نخواهد شد و احتمال چینخوردگی و بیضی شدن مقطع لوله فزایش مییابد ‏[6].
در روش خمكاري فشاري ابتدا مندرل لاستيكي در داخل لوله قرار داده‌ مي‌شود. سپس مجموعه‌ي لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد می‌شود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی می‌ماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن می‌گردد در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال می‌شود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده می‌شوند درنتيجه لوله شکل پروفيل قالب را به خود مي‌گيرد. بعد از خمکاری فشار از روی مندرل برداشته میشود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج میشوند.
در اين فرايند براي ايجاد فشار در داخل لوله از يك ماده انعطاف‌پذير (معمولاً الاستومر13) استفاده مي‌شود. پارامترهاي تاثيرگذار بر شكل نهايي لوله شامل فشار داخلي، شرايط اصطكاكي بين لوله و قالب و بين لوله و مندرل، شكل اوليه لوله، ابعاد و خواص مكانيكي لوله، سرعت سنبه و غیره ميباشند. انتخاب مناسب هريك از اين پارامترها در كيفيت خم توليد شده موثر خواهد بود. در شکل (‏13) شماتيك اين فرايند نشان داده شده است ‏[7].

شکل (‏13): شماتيك فرایند خمكاري فشاری ‏[7]

استفاده از روش خمکاری فشاری در مواردی که تیراژ تولید پایین باشد بسیار سودمند میباشد زیرا با هزینه کم می توان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا میباشد. به خصوص در صنایع هوایی که لازم است قطعات مورد استفاده از دقت بالایی برخوردار باشند. در چنین مواردی هزینه کردن برای خرید تجهیزات خمکاری کششی CNC با توجه به قیمت بالای آنها مقرون به صرفه نخواهد بود. بنابراین میتوان نتیجه گرفت براي توليد خم (بويژه خم‌هاي با شعاع كوچك) در تیراژ كم و با دقت بالا مناسب‌ترين گزينه روش خمکاری فشاری مي‌باشد.
روش خمكاري فشاري براي خمکاریهایی كه در آنها زاويه خم بين 15 تا 120 درجه، شعاع‌هاي خم از 20 تا 160 ميلي‌متر و ضخامت لوله در حدود 0.5 تا 2 ميلي‌متر است مناسب مي‌باشد ‏[1].

خمکاری کششی
خمکاری کششی يكي از روش‌هاي بسیار رایج خمكاري لوله و پروفيل مي‌باشد كه روي ماشين‌هاي خمكاري چرخشي انجام مي‌شود. اين ماشين‌ها با نيروي هيدروليكی، پنوماتيكی یا مكانيكي/الكتريكي كار مي‌كنند و ممكن است به صورت دستي يا كنترل عددي كنترل شوند. اجزاي اصلي قالب خمكاري چرخشي شامل قالب خم دوراني14، قالب فشاري15، گيره، مندرل16 و قالب جاروبكن17 مي‌باشند. تمامی این اجزاء به جز مندرل و قالب جاروب‌کن در شکل (‏14) نشان داده شده‌اند.
در روش خمکاری کششی، لوله از يك انتها توسط گيره به قالب دوراني مقيد مي‌شود. سپس توسط يك بازویی، ‌مندرل به درون لوله هدايت مي‌شود. با چرخش قالب دوراني لوله روي قالب فشاري كشيده شده و به داخل قالب خم هدايت می‌شود. چرخش قالب دورانی به اندازه‌ای است که زاويه خم مورد نظر در لوله ايجاد شود. قالب فشاري مي‌تواند ثابت ي