امروزه لوله های خمیده کاربرد بسیار گستردهای در صنایعی نظیر هواپیماسازی، خودرو، نفت و گاز، اسباب و اثاثیه منزل، سازه های مکانیکی و غیره جهت انتقال سیال، سازه بدنه و غیره دارد. قطعات لولهای از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار هستند و به همین دلیل در صنایع به صورت وسیعی به کار گرفته میشوند. در شکل (1‑1) چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله نشان داده شده است.
در گذشته انجام عملیات خمکاری لوله یک هنر تلقی میشد و نوعا توسط افراد ماهر و با تجربه صورت میگرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گستردهای در خمکاری لولهها به منظور ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته است. به کمک کارهای تجربی، تحلیلهای تئوری و شبیهسازی عددی درک بهتری از نحوه تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده است.
روشهای مختلفی جهت خمکاری لولهها وجود دارد. هر یک از این روشها با توجه به نوع و کیفیت خمی که میتوان تولید کرد دارای کاربردها و محدودیتهایی میباشند. انواع روشهای خمکاری لوله شامل خمکاری برشی، خمکاری کششی دورانی، خمکاری تحت فشار، خمکاری کوبهای، خمکاری فشاری، خمکاری غلتکی و خمکاری به روش هیدروفرمینگ میباشند. انتخاب روش خمکاری بستگی به کیفیت خم، تعداد تولید، جنس لوله، شعاع نسبی خم (R/D)، قطر نسبی لوله (D/t) و دقت مورد انتظار دارد که در آن ها D قطر خارجی، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم میباشد]2[. در موتور هواپیماها، قطعات لولهای با شعاع خم کوچک با استحکام بالا به صورت فراوان به کار گرفته میشوند. شعاع خم این قطعات لولهای در برخی موارد در حدود قطر خارجی آنها میباشد که در بسیاری از موارد تولید آنها با روشهای رایج خمکاری لولهها مشکل است. در این موارد لازم است روشهای جدیدی جهت تولید خم با کیفیت مطلوب مورد استفاده قرار گیرند. یکی از این روشها، خمکاری به روش هیدروفرمینگ است که در آن خمکاری تحت فشار داخلی سیال انجام میگیرد. این روش در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لولهها دارای مزایایی مانند دقت بالا، تولید خم با کیفیت خوب و کمترین تغییرات ضخامت دیواره، بهبود مقاومت و سختی، کاهش ضایعات و کاهش هزینه با توجه به کاهش نیروی کار، تجهیزات و مصرف انرژی میباشد]3[.
2-1- تعریف ها و پارامترهای خم کاری
در شکل (1‑2) پارامترهای خمکاری لوله نشان داده شده است. هر یک از این پارامترها را میتوان به صورت زیر تعریف نمود ]4[.
– سطح خمش: سطحی که از شعاع خط مرکزی لوله (شعاع خم) عبور می کند و عمود بر جهت چرخش خم میباشد.
– خط مرکزی لوله (CL): خط ممتدی که هر نقطه واقع در مرکز سطح مقطع لوله را به هم وصل می کند.
– دیواره خارجی خم[1]: کمان/لبه بیرونی خم میباشد.
– دیواره داخلی خم[2]: کمان/لبه داخلی خم میباشد.
شعاع خط مرکزی (CLR): فاصله بین مرکز چرخش خم و خط مرکزی لوله میباشد که شعاع خم نیز نامیده می شود. در صنعت خمکاری معمولا شعاع خم بر حسب ضریبی از قطر خارجی لوله (OD) و به صورت mD بیان می شود.
– انحنای خم: عکس شعاع خط مرکزی را انحنای خم میگویند.
– قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهایی به کار میرود منظور قطر خارجی میباشد.
3-1- روش های خم کاری لوله
روشهای زیادی برای خمکاری لوله وجود دارد. در این بخش در مورد برخی از روشهای خمکاری لولهها بحث خواهد شد. هر یک از این روش ها دارای کاربردها و محدودیتهایی از لحاظ نوع خم، حداکثر زاویه خمی که می تواند ایجاد کند، هزینه های تولید و کیفیت خم می باشد. در ادامه به روشهای مختلف خمکاری اشاره شده است.
1-3-1- خمکاری هیدروفرمینگ
خمکاری به روش هیدروفرمینگ از جمله روشهای خمکاری است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک حتی کمتر از قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم و تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) ناچیز میباشد. قطعات خمکاری که در موتور هواپیماها و سفینههای فضایی بکار میروند باید هم فضای کمی اشغال کنند و هم از کیفیت و استحکام بالایی برخوردار باشند. برای اینکه این قطعات فضای کمی اشغال کنند لازم است که خمکاری با شعاع کوچک انجام شود. برای دستیابی به کیفیت و استحکام مناسب باید از یک روش خمکاری مناسب استفاده کرد. با خمکاری به روش هیدروفرمینگ میتوان خم
هایی که این ویژگیها را دارند تولید نمود]3[.
پروفیل خم مورد استفاده در قالب خمکاری هیدروفرمینگ، پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر است که در آن فشار سیال به سطح داخلی لوله اعمال می شود و سبب می شود که لوله بطور کامل شکل پروفیل خم قالب را به خود بگیرد. در شکل (1‑3) شماتیک این فرایند مشاهده می شود.
در این روش، ابتدا لوله داخل قالب قرار داده می شود. سپس با اعمال سیال در محفظه لوله، فشار سیال سبب شکل گیری بهتر لوله در داخل قالب می شود.
2-3-1- خمکاری فشاری
خمکاری فشاری بیشتر برای تولید خمهای با شعاع کم در لولههای جدار نازک استفاده می شود. از جمله مزیتهای این روش امکان تولید خمهای کوچک در حدود قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم، تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) کم و تجهیزات ارزانتر در مقایسه با سایر روشهای خمکاری لوله میباشد.
قالب خم مورد استفاده در این روش خمکاری دارای پروفیل خمی مشابه با شکل نهایی خم مورد نظر میباشد. پس از خمکاری شکل پروفیل خم در لوله ایجاد میگردد. در داخل لوله از مندرل لاستیک مانند استفاده می شود که تحت شرایط فشاری مشابه سیال رفتار می کند. بین لوله و مندرل باید مقداری لقی در نظر گرفته شود تا در انتهای خمکاری بتوان به راحتی آن را از داخل لوله خارج نمود. موادی مانند یورتان[1]، رزین اپوکسی ریختهگری[2]، لاستیک طبیعی[3] و لاستیک مصنوعی[4] جهت استفاده به عنوان مندرل مناسب میباشند. 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 می شود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از بیضی شدن سطح مقطع لوله جلوگیری می شود. علاوه بر این، تامین فشار لازم برای جلوگیری از چروکیدگی در شعاع داخلی خم ضروری میباشد ]6[.
در روش خمکاری فشاری ابتدا مندرل لاستیکی در داخل لوله قرار داده می شود. سپس مجموعه لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد می شود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی میماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن میگردد و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال می شود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده میشوند و در نتیجه لوله شکل پروفیل را به خود میگیرد. بعد از خمکاری، فشار از روی مندرل برداشته می شود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج میشوند.
پارامترهای تاثیر گذار بر شکل نهایی لوله شامل فشار داخلی، شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب و نیز بین لوله و مندرل، شکل اولیه لوله، ابعاد و خواص مکانیکی لوله، سرعت سنبه و غیره میباشد. انتخاب مناسب هر یک از این پارامترها در کیفیت خم تولید شده موثر خواهد بود. در شکل (1‑4) شماتیک این فرایند مشاهده می شود ]7[.
استفاده از روشهای خمکاری فشاری در مواردی که تعداد تولید پایین باشد بسیار سودمند میباشد زیرا با هزینه کم میتوان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا میباشد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت برای تولید خم (بویژه خمهای با شعاع کوچک) در تعداد کم و با دقت، مناسبترین گزینه روش خمکاری فشاری میباشد.
روش خمکاری فشاری برای خمهای با زاویه بین 15 تا 120 درجه، شعاعهای خم از 20 تا 160 میلیمتر و ضخامت لوله در حدود 5/0 تا 2 میلیمتر مناسب میباشد ]8[.
3-3-1- خمکاری کششی دورانی
خمکاری کششی دورانی یکی از روشهای بسیار رایج خمکاری لوله و پروفیل میباشد که روی ماشینهای خمکاری کششی دورانی انجام می شود. این ماشینها با نیروی هیدرولیکی، پنوماتیکی یا مکانیکی الکتریکی کار می کنند و ممکن است به صورت دستی یا ماشین کنترل عددی[1] کنترل شوند. اجزای اصلی قالب شامل قالب خم[2]، قالب فشاری[3]، قالب نگهدارنده[4]، قالب جاروب کن[5] و مندرل[6] میباشند. تمامی این اجزا در شکل (1-5) نشان داده شده است.
در روش خمکاری کششی دورانی، لوله از یک انتها توسط گیره به قالب دورانی مقید می شود. سپس توسط یک بازویی، مندرل به درون لوله هدایت می شود. با چرخش قالب دورانی، لوله روی قالب فشاری کشیده شده و به داخل قالب خم هدایت می شود. چرخش قالب دورانی به اندازهای است که زاویه خم مورد نظر در لوله ایجاد می شود. قالب فشاری می تواند ثابت یا متحرک باشد و در صورت متحرک بودن توسط یک جک به سمت جلو یا به سمت عقب حرکت می کند. سطوح گیره را به صورت آجدار میسازند تا بیشترین اصطکاک را به منظور محکم گرفتن لوله فراهم آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروب کن باید کاملا پرداخت باشند چون موقع خمکاری در تماس با سطح لوله حرکت می کنند. شکل (1‑5) شماتیک روش خمکاری کششی را نشان می دهد.
در روش خمکاری کششی دورانی، قالب فشاری با ایجاد فشار به لوله در شعاع بیرونی خم، از نازک شدن بیش از حد لوله جلوگیری می کند. این عمل، در خمکاری با زاویه خم بزرگ و شعاع خم کوچک بسیار مفید خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب کن برای جلوگیری از چین خوردگی و خراب شدن سطح مقطع لوله ممکن استفاده شود ولی استفاده از مندرل در حد امکان باید پرهیز شود زیرا هزینه های تولید را افزایش میدهد.
در این روش امکان کنترل جریان ماده وجود دارد. بنابراین میتوان از آن برای خمکاری لولههای جدار نازک و شعاع خم های کوچک استفاده نمود. برای ضخامتهای کمتر از 4/0 میلیمتر نباید از این روش استفاده نمود زیرا ابزار بندی در این حالت بسیار پیچیده خواهد بود ]4[.
[1] Computer Numerical control
[2] Bend Die
[3] Pressur Die
[4] Clamp Die
[5] Wiper Die
[6] Mandrel
[1] Urethane Rubber
[2] Cast Epoxy Resin
[3] Natural Rubber
[4] Synthetic Rubber
[1] Extrados
[2] Interados
[1] Shear Bending
[2] Rotary Draw Bending
[3] Pressure Bending
[4] Ram Bending
[5] Push Bending
[6] Roll Bending
[7] Hydro Bending
فرم در حال بارگذاری ...
