ا متحرك باشد و در صورت متحرك بودن توسط يك جك به جلو و عقب حركت مي‌كند. سطوح گيره را بصورت آجدار مي‌سازند در نتيجه حداكثر اصطكاك را به منظور محكم گرفتن لوله فراهم مي‌آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروبكن بايد كاملاً پرداخت باشند چون موقع خمكاري در تماس با سطح لوله حركت مي‌كنند. شکل (1 4) شماتيك روش خمكاري کششی را نشان میدهد.
شکل (1 4): شماتيك فرایند خمكاري كششي a)قبل از خمكاري b) بعد از خمكاري.
در روش خمكاري کششی، قالب فشاري با ايجاد فشار به لوله در شعاع بيروني خم، از نازك شدن بيش از حد لوله جلوگيري مي‌كند. اين عمل، در خمکاری با زاويه خم بزرگ و شعاع خم كوچك بسيار مفيد خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب كن براي جلوگيري از چين خوردگي و خراب شدن سطح مقطع لوله ممكن استفاده شود ولي استفاده از مندرل در حد امكان بايد پرهيز شود زيرا هزينه‌هاي توليد را افزايش مي‌دهد.
در اين روش امكان كنترل جريان ماده وجود دارد. بنابراين مي‌توان از آن براي خمكاري لوله‌هاي جدار نازك و شعاع خم‌هاي كوچك استفاده نمود. براي ضخامت‌هاي كمتر از 0.4 ميلي‌متر نبايد از اين روش استفاده نمود زيرا ابزاربندي در اين حالت بسيار پيچيده خواهد بود [2].
خمكاري فشاري با بازوي متحرك
در این روش لوله بدون استفاده از مندرل يا ابزاربندي دقيق توليد ميشود. خمكاري فشاري مشابه خمكاري كششي مي‌باشد با اين تفاوت كه در اين روش قالب خم حركت چرخشي ندارد و ثابت مي‌باشد. در روش خمكاري فشاري يك سر لوله توسط گيره و قالب ثابت18 محكم گرفته ميشود و با چرخش يك بازويي غلتكي19 (قالب جاروب كن)، لوله به دور قالب ثابت فشار داده ميشود. شماتيك فرايند در شکل (1 5) نشان داده شده است.
در مواردي‌كه شعاع خم مورد نظر دارای دقت بالایی نباشد استفاده از اين روش ساده بوده و از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه مي‌باشد. كاهش ضخامت ديواره لوله و بيضي شدن مقطع در اين روش نسبتاً زياد مي‌باشد به ويژه در خمكاري لوله به شعاع خم كوچك، چين خوردگي در ديواره دروني، نازك شدگي در ديواره بيروني و بيضي شدن مقطع بسیار رایج است ولي براي شعاع خم‌هاي بزرگ يك روش مرسوم و سريع مي باشد [2]، [8].
خمكاري پرسي
خمكاري پرسي يكي از قديمي‌ترين روش‌هاي خمكاري مكانيكي لوله‌ها مي باشد. در اين روش مطابق شکل (1 6)، لوله روي دو تكيه‌گاه قرار ميگيرد و با حركت قالب پرسي20 خم ميشود. حركت قالب پرسي تا جايي ادامه پيدا مي‌كند كه خم با زاويه موردنظر روي لوله ايجاد شود.
شکل (1 5): شماتيك فرایند خمكاري فشاري با بازوي متحرك a) قبل از خمكاري b) بعد از خمكاري.
محدوديت اين روش اين است كه از آن براي توليد خم با شعاع كوچك نمي‌توان استفاده كرد ولي براي توليد خم با شعاع خم زياد در حدود 5D يا بيشتر مناسب است و هزينه‌ي كمي خواهد داشت. از اين روش به صورت گسترده براي خمكاري لوله‌ها استفاده ميشود زيرا دستگاه‌هاي آن براحتي قابل حمل بوده و تنظيم آنها نيز ساده مي‌باشد. ماشين‌هاي مورد استفاده برای خمكاري پرسی در اندازه هاي متفاوتي وجود دارند كه كوچكترين آنها قادر به خم كردن لوله به قطر اينچ بوده و عملگر آن يك جك دستي مي‌باشد و بزرگترين آنها قادر هستند لوله‌هايي به قطر 20 اينچ و ضخامت 0.5 اينچ را خم كنند. در این دستگاهها قالب پرسي توسط نيروي هيدروليك عمل مي‌كند [2]، [8].
خمكاري غلتکی
در اين روش براي ايجاد خم در لوله از سه غلتك استفاده ميشود. غلتك‌هاي كناري ثابت بوده و نقش تكيه‌گاه را دارند و غلتك مياني در راستاي عمود بر خط واصل دو غلتك كناري جابه جا مي شود. لوله روي دو غلتك كناري قرار ميگيرد و با حركت غلتك مياني خم مورد نظر ايجاد مي شود. شکل (1 7) شماتيك اين روش را نشان مي‌دهد.
شکل (1 6): شماتيك فرایند خمكاري پرسي a) قبل از خمكاري b)بعد از خمكاري.
روش خمکاری غلتکی براي شعاع‌هاي خم بزرگ با زاويه خم بيش از 90 يا 180 درجه كاربرد دارد. از اين روش براي ايجاد خم‌های مارپیچی نيز مي‌توان استفاده كرد. براي اين منظور بايد قسمت جلويي لوله مقداري در جهت محور پیچه جابه‌جا شود تا تغذيه ماده ادامه يابد و در نتيجه يك پيچه با گام برابر با قطر خارجي لوله يا بزرگتر ايجاد ميشود. علاوه بر اين مي‌توان خم‌هايي را روي لوله ايجاد كرد كه داراي شعاع انحناي متغير در طول خم باشند بدين ترتيب يك خم منحني‌وار روي لوله ايجاد خواهد شد. اين كار با جابه‌جايي غلتك مياني در حین خمكاري در راستای عمود بر محور دو غلتک ثابت امكان‌پذير است [8].
شکل (1 7): شماتيك فرایند خمكاري غلتكي با سه غلتك.
عيوب خمكاري لوله
در حين خمكاري لوله‌ها عيوب مختلفي ممكن است به وجود بيايند كه كيفيت خم توليد شده را تحت تاثير قرار مي‌دهند. از مهم‌ترين عيوب رايج در خمكاري لوله‌ها مي‌توان به برگشت فنري21، چين‌خوردگي22 در شعاع داخلي خم، نازك شدن بيش از حد يا پارگي جدار لوله در شعاع بيروني خم و بيضي شدن23 سطح مقطع لوله اشاره كرد.
برگشت فنري
هنگامي كه لوله به شعاع خط مركزي CLR خم ميشود طول تار خنثي ثابت باقي مي‌ماند ولي سطوح بيرون تار خنثي تحت كشش قرار مي‌گيرند و طول آنها افزايش مييابد و سطوح داخل تار خنثي تحت فشار قرار گرفته و طول آن كاهش مييابد و منجر به ايجاد يك ناحيه الاستيك در سطح مقطع لوله ميشود. هنگامي كه باربرداري صورت ميگيرد، تنش‌هاي الاستيك آزاد مي‌شوند كه باعث باز شدن خم مي‌گردند به اين پديده برگشت فنري گفته ميشود. پس از برگشت فنري شعاع خم CLR افزايش مييابد و زاويه خم نيز كاهش پيدا مي‌كند. براي جبران اين خطا مي‌توان لوله را مقداري بيشتر خم كرد بطوريكه پس از برگشت فنري ابعاد مطلوب كه در محدوده‌ي تولرانس مي‌باشند حاصل شوند. ميزان برگشت فنري به عوامل مختلفي مانند جنس ماده، زاويه خم، ابعاد لوله، مندرل و ابزار مورد استفاده دارد [2]. در شکل (1 8) برگشت فنري لوله بعد از باربرداري نشان داده شده است.
چين خوردگي
در حين خمكاري، شعاع داخلي لوله تحت تنش فشاري قرار ميگيرد. هنگامي كه شعاع خم خيلي كوچك مي‌باشد تنش فشاري زيادی در شعاع داخلی خم ايجاد می‌شود که باعث ناپايداري دو انشعابي شدن24 يا كمانش (چين‌خوردگي) در این ناحیه می‌گردد. از آنجايي كه قطعات لوله‌اي اغلب در موقعيت‌هايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه داراي تلرانس‌هاي محدود مي‌باشند در نتيجه چين‌خوردگي مطلوب نبوده و بايد حذف شود. ايجاد چين در لوله ممكن موجب آسيب ديدن قالب شود. چين‌خوردگي در لوله‌هاي با قطر زياد و ضخامت كم حادتر است. در شکل (1 9) چين‌خوردگی در شعاع داخلي خم نشان داده شده است.
شکل (1 8): برگشت فنري
شکل (1 9): چين‌خوردگي در لوله در شعاع داخلي خم [9]
خرابي سطح مقطع لوله
خرابي سطح مقطع لوله شامل بيضي شدن مقطع آن و تخت شدن در شعاع بيروني خم مي‌باشد. همانطور كه اشاره شد در حين خمكاري سطوح بيروني خم تحت تنش كششي و سطوح دروني آن تحت تنش فشاري قرار مي‌گيرند. لايه‌هاي بيروني لوله تمايل دارند به سمت تار خنثي حركت كنند تا تغيير طول كششي را كاهش دهند. در نتيجه سطح مقطع لوله از حالت دايره‌اي بودن خارج شده و بيضي شكل مي‌گردد. در صنعت براي جلوگيري از تخت شدن لوله در شعاع بيروني خم و خراب شدن سطح مقطع لوله، از مندرل استفاده مي شود.
بيضي شدن بستگي به خواص ماده لوله، نوع ابزار مورد استفاده براي خمكاري، هندسه لوله و شعاع خم دارد. در مواقعي كه در داخل لوله از مندرل استفاده ميشود در ناحيه خم اين پديده كمتر رخ مي‌دهد. براي بيان ميزان بيضي شدن سطح مقطع لوله از شاخصي به نام نسبت بيضي شدن استفاده ميشود. براي محاسبه اين نسبت لازم است بيشترين و كمترين قطر لوله در هر مقطع اندازه‌گيري شود. عموماً بيشترين قطر خارجي سطح مقطع (〖OD〗_max) در نزديكي تار خنثي مي‌باشد و عمود بر صفحه خم اندازه‌گيري ميشود. كمترين قطر خارجي سطح مقطع (〖OD〗_min) برابر با فاصله بين شعاع دروني خم و شعاع بيروني خم مي‌باشد. با داشتن مقادير 〖OD〗_max و 〖OD〗_min مي‌توان نرخ تخت شدن سطح مقطع را از طريق رابطه (1 3) محاسبه نمود.
(1 3)
شکل (1 10): خرابي سطح مقطع لوله بر اثر خمكاري (تخت شدن شدن در شعاع بيروني و بيضي شدن)
تغييرات ضخامت
نيروهاي وارده بر لوله در حين خمكاري به گونه‌اي است كه در شعاع بيروني خم تنش كششي و در شعاع داخلي خم تنش فشاري به وجود مي‌آيد در نتيجه در بخش بيروني تار خنثي ضخامت جدار لوله كاهش مييابد و در بخش دروني تار خنثي ضخامت لوله افزايش مييابد. این موضوع در شکل (1 11) به صورت شماتيك نشان داده شده است. مسئله مهم كاهش ضخامت لوله در شعاع بيروني خم مي‌باشد زيرا در صورتي كه اين كاهش از حدي بيشتر شود امكان شكستن لوله در اين ناحيه وجود خواهد داشت.
شکل (1 11): تغييرات ضخامت لوله در خمكاري
پارگي25
در شعاع بيروني خم لايه‌هاي لوله تحت تنش كششي قرار دارند. در صورتي که اندازه اين تنش از حد تحمل ماده لوله فراتر رود در شعاع خارجي لوله شكست رخ مي‌دهد. عوامل ديگري مانند شرايط اصطكاكي بين لوله و قالب نيز در پارگي لوله موثر هستند [1].
مروري بر كارهاي انجام شده
در اين بخش خلاصه‌اي از كارهايي كه تاكنون در زمينه خمكاري به ويژه خمكاري فشاري صورت گرفته است ارايه ميشود و به بررسي كارهاي انجام شده در زمينه مدلسازي با شبكه‌هاي عصبي و بهينه‌سازي با الگوريتم ژنتيك پرداخته ميشود.
D.E. Armstrong و همكاران در سال 1959، روش خمکاری فشاری لوله به کمک مندرل لاستیکی را مطرح کردند. هدف از کار انجام شده ارایه روشی جهت تولید زانویی با کمترین میزان تغییرات ضخامت بود [4]. سپس در سال 1961، کار قبلی خود را بهبود بخشیدند و آن را جهت توليد زانويي با شعاع‌هاي خم كوچك در لوله از جنس‌هاي سخت مانند تيتانيوم توسعه دادند. آنها استفاده از مندرل مركب از لاستيك سخت و لاستیک نرم را پيشنهاد كردند. در اين حالت لاستيك سخت در دو انتهاي لوله قرار ميگيرد و در ميان آنها از لاستيك نرم استفاده ميشود. استفاده از اين تركيب از له شدن لوله در دو انتها بر اثر نيروهاي اعمالي سنبه‌های جلو و عقب لوله جلوگيري مي‌كند و علاوه بر آن لاستيك نرم مياني نيز نيروي فشاري كافي را به سطح داخلي لوله اعمال مي‌كند و در نتيجه از چين خوردگي و خرابي سطح مقطع لوله تا حد زيادي جلوگيري مي‌كند [6].
H.A. Al-Qureshi در سال 1998، روابط تحليلي براي محاسبه زاويه برگشت فنري در خمكاري لوله‌ها به روش خم كششي ارايه كرده است. وي همچنين فرايند خمكاري فشاري لوله را به صورت تجربي مورد بررسي قرار داده است و نيروهاي شكل‌دهي را در خمكاري با جنس‌ها و هندسه‌هاي مختلف لوله بدست آورده است. سپس به كمك آناليز حد بالا26 روابط تحليلي براي محاسبه نيروهاي شكل‌دهي در اين فرايند را ارايه كرده است [7].
Y. Zeng و Z. Li در سال 2002، تاثير پارامترهاي مختلف مانند شرايط اصطكاكي بين لوله و قالب و فشار داخل لوله را بر كيفيت خم در فرايند خمكاري فشاري به صورت تجربي مورد بررسي قرار دادند. تست‌ها بر روي لوله‌هاي آلومينيومي از آلياژ LF2 انجام شده‌اند. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهند كه براي توليد خم با كيفيت مطلوب انتخاب مقادير بهينه اصطكاك و فشار ضروري مي‌باشد [1].
S. Baudin و همكاران در سال 2004، يك تحليل المان محدود ساده براي فرايند خمكاري فشاري ارايه كردند. در اين تحليل فرض شده است كه فرايند بدون اعمال فشار بر مندرل انجام ميشود. لوله و لاستيك به صورت توپر27 مدل شده‌اند. كار انجام شده صرفاً ارايه يك مدل المان محدود بوده است و پارامترهاي فرايند مانند شعاع خمكاري، قطر و ضخامت لوله، جنس لوله، شرايط اصطكاكي و غيره مقادير ثابت در نظر گرفته شده‌اند (تنها يك تحليل به ازاي مقادير ثابت اين پارامترها انجام شده است). براي مدل كردن
