Embed Size (px)
Citation preview
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
1بررسی فرآیند کشش عمیق ورق کامپوزیتی الیاف شیشه/ پی وی سی
در دماهای مختلف با استفاده از روش تجربی
4یوسف افتاده ،3علی رجبی ، *2عبدالرحمن جامی الاحمدی ،2محمد پاکدامن
دانشگاه فردوسی مشهد دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، گروه مکانیک، -1
m.pak1731@gmail .com
استادیار، دانشکده مهندسی، گروه مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد - 2
فردوسی مشهد، دانشگاه گروه مکانیک ،دانشکده مهندسی ،فارغ التحصیل کارشناسی ارشد -3
تهران تربیت مدرس، دانشگاه ، گروه مکانیکدانشکده مهندسی ،اسی ارشددانشجوی کارشن [email protected]
چکیده باشد. ورق های کامپوزیتی بنا به مزایای می سیویامپوزیتی الیاف شیشه با زمینه پیدف از انجام این تحقیق، بررسی فرآیند کشش عمیق در دماهای مختلف برای مواد که
اند. پی وی سی به خاطرخواص ویژه ای در صنعت پیدا کردههای بسیار گستردهزیادی نظیر استحکام به وزن بالا و عمر خستگی زیاد در مقایسه با فلزات، امروزه کاربرد
اربرد است. یکی از فرایند های مهم ساخت کنرم ها بسیار پرتولید پایین و عمر بالا نسبت به باقی گرمااش نظیر مقاومت بالا به شرایط بد جوی ، مقاومت سایشی بالا، هزینه
شود، در این مقاله قابلیت شکل می قطعات صنعتی فرایند کشش عمیق است. از آنجا که هر روزه بر اهمیت شکل دهی کامپوزیت ها برای تولید قطعات پیچیده افزوده
زمینه ای الیاف شیشه / پی وی سی در فرآیند کشش عمیق مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا شیوه طراحی و ساخت کامپوزیت های با الیاف شیشه با پذیری کامپوزیت ه
ارنده ورق بر روی میزان شود و سپس با انجام آزمایشات تجربی به بررسی تاثیر پارامترهای مختلفی از جمله دمای کاری فرآیند و نیروی نگهدپی وی سی شرح داده می
شود. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که با افزایش دمای کاری، قطعات تولید شده دارای چروکیدگی بال ورق و نیروی پانچ در فرآیند کشش عمیق پرداخته می
ر ضمن با افزایش نیروی نگهدارنده ورق میزان چروکیدگی کمتر باشد. ددهی کمتر و در نتیجه تولید قطعات با کیفیت بالاتر میچروکیدگی کمتر و همچنین نیروی شکل
کند.افزایش پیدا می شود ولی نیروی سنبهمی
، چروکیدگی بال ورقنیروی نگهدارنده ورق کامپوزیت الیاف شیشه / پی وی سی، عمیق،کشش واژه های کلیدی:
مقدمه. 1
اند از جملهی پیدا کرده، امروزه کاربرد های بسیار گسترده ااتبالا و عمر خستگی زیاد در مقایسه با فلزکامپوزیت ها بنا به مزایایی نظیر استحکام به وزن
محصولات کامپوزیتی زمینه پلیمری جایگزین امروزه است. ه سبکی از اهمیت بالایی برخوردارو حتی صنایع خودرویی ک فضاهوا در صنایعی نظیر
های سخت است که کامپوزیتزمینه پلیمری شامل زمینه گرمانرم و زمینه گرما دسته عمده از کامپوزیت های دو[1]. شوندبسیاری از قطعات فلزی می
، قابلیت بازیابی مجدد و دهی مجدد، چقرمگی شکست بالاه ضربه خوب، قابلیت شکلنرم بنا به مزایایی از قبیل مقاومت محیطی و مقاومت بزمینه گرما
های نرمسی یکی از گرماویاند. پی، بیشتر مورد توجه قرار گرفته[2،3]سخت دارندزمینه گرما ر مقایسه با کامپوزیت هایدزمان نگهداری بالایی که
ته و در حجم بالایی تولید میپرکاربرد با مزایای اقتصادی بالاست که با توجه به خواص مکانیکی و فیزیکی بسیار خوبش در صنایع مختلف کاربرد داش
.[5] اشاره نمود، ه تولید پایین و عمر بالا مت سایشی بالا ، هزینو، مقا نامناسب جویمقاومت بالا به شرایط از جمله این خواص می توان به [4].شود
1- PVC ( Polyvinyl Chloride )
نویسنده مسئول *
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
زمینهشود. در مقایسه با سایر کامپوزیت های دگی آن میهمچنین پی وی سی دارای گروه های عاملی قطبی است که موجب بالا بودن خاصیت چسبن
محصولات مستحکم شود وسی ایجاد میویهای زمینه پیبرای کامپوزیت استحکام بالاییبوده و وبتقویتی و زمینه بسیار خ نرم اتصال بین الیافگرما
ندارند. شوند و نقطه ذوب مشخصی سی با حرارت دهی نرم میویی وی سی ، کامپوزیت های زمینه پیشکل پبه دلیل ساختار بیشود. تری حاصل می
ند. پایداری توانند با سهولت با گرمایش کمی شکل دهی شده و برای تولید قطعات پیچیده و بزرگ به کار روسی میویزمینه پی هایبنابراین کامپوزیت
اربرد این کامپوزیت نرم ویژگی دیگری است که موجب افزایش کهای زمینه گرمادر مقایسه با سایر کامپوزیت سیویابعادی کامپوزیت های زمینه پی
. شودمی
توان به نورد ، اکستروژن ، برش ، یند های پرکاربرد شکل دهی میتولید محصولات صنعتی است. از فرآ شکل دهی یکی از پروسه های مهم
سبب تولید ، به عمیق با عمق کم است که نوعی کشش مپینگتعمیق و اسها کشش دینن فرآدر بین ای اشاره کرد. 1مپینگتمکاری ، کشش عمیق و اسخ
، بدنه اتومبیلت فشار، ت میتوان به ساخت انواع مخازن تح. از جمله این محصولا[6]است ای برخوردارها از جایگاه ویژ همحصولات متنوع توسط آن
سی گزارشی ویهای کامپوزیتی زمینه پیورقکنون در مورد کشش عمیق با توجه به اینکه تا های بدنه وسایل پرنده اشاره کرد. ظروف مختلف و قسمت
پرداخته شده است و سپس فرآیند کشش عمیق ورق ذکر سیویامپوزیتی الیاف شیشه با زمینه پیکدر این تحقیق ابتدا به ساخت ورق .ارایه نشده است
شده مورد بررسی و تحلیل تجربی قرارگرفته است.
اولیهساخت ورق . 2
لیاف اسی به صورت چند لایه روی هم قرار گرفته اند. ویباشند که توسط ماده پیمیتک جهته ورق های کامپوزیتی ساخته شده از جنس الیاف شیشه
ای یهترکاز کاتالوگ شرکت سازنده ،آورده شده است 1در جدول کهآناز شرکت سازه مرکب خریداری و مشخصات استفاده مورد هشیشه تک جهت
استخراج گردیده است. 2سونمز هولدینگبه نام
الیاف شیشه -1شکل
مشخصات الیاف شیشه - 1جدول
مدول محوری
(Gpa)
مدول عرضی
(Gpa)
پواسون نسبت
محوری
پواسون نسبت
عرضی
ضریب انبساط
حرارتی محوری
m/m/℃))
ضریب انبساط حرارتی
((℃/m/mعرضی
چگالی سطحی
(𝒈/𝒎𝟐)
58 51 3293 3293 1 ∗ 53−6
1 ∗ 53−6
906
2- Stamping
1- Sonmez Holding
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
و ایجاد اتصال بین الیاف تقویتی، سی ویپی، نیاز به دمای بالا جهت نرم شدن (3امپوزیت با زمینه گرمانرم از جنس پی وی سی )جدول جهت ساخت ک
دارد استفاده شده است.از پرس گرم که قابلیت کنترل دمایی
مورداستفاده PVCخواص - 2جدول
اییشهشدمای دمای ذوب ساختار
(℃)
ضریب انبساط حرارتی
m/m/℃))
مدول یانگ
(Gpa)
نسبت
پواسون
(mmضخامت )
1 23 - 1آمورف ∗ 53−1
52025 320 3251
به صورت mm 3و لایه چینی ورق 45-/45به صورت mm 1تولید شده است.که لایه چینی ورق mm 3و mm 1ورق های اولیه در دو ضخامت
برش خورده و آماده انجام آزمایش شد. mm 111پس از تولید ورق های اولیه، آن ها بصورت دایره هایی با قطر یکسان بوده است. 45/45-/45-/45
میلیمتر 111ورق اولیه ساخته شده به قطر -2شکل
تجهیزات آزمایشگاه. 3
برای اندازه نشان داده شده است. 2تنی صورت گرفته است که در شکل 61هیدرولیک فرآیند کشش عمیق ورق های کامپوزیتی توسط دستگاه پرس
طیسی سنج مغناو یک سنسور جابه جایی ، یک فشار سنج دیافراگمی با قابلیت تولید سیگنال الکتریکیبر حسب جابه جایی گیری تغییرات نیروی سنبه
فشار سنج یک سیگنال الکتریکی تولید کرده و آن را به .پس از وارد آمدن فشار سیال هیدرولیک به پشت سنبه، خطی روی دستگاه نصب شده است
و پس از پردازش نمودار تغییرات نیروی سنبه شدهبورد الکتریکی فرستاده و پس از کالیبراسیون و تبدیل فشار به نیرو، داده ها وارد نرم افزار مطلب
.گشته استبرحسب جابه جایی ترسیم
گر قطعات قالب از جنس ید ساخته شده است. MO41از جنس فولاد نگهدارنده ورق و SPK ماتریس و پانچ استوانه ای شکل از جنس فولاد
شود اعمال می k=124n/mmضریب سختی 51mmبا طول اولیه B/23/151فنر یکسان شتهنیروی نگهدارنده ورق به وسیله باشد.می CK45فولاد
بین ورق و اجزای قالب به طور میانگین و ضریب اصکاک هیچ گونه روان کاری در آزمایش استفاده نشده نصب شده است. نگهدارنده ورقکه بر روی
سنبه و ماتریس و ورق توسط یک گرمکن قابل کنترل در حین آزمایش ،مشخص است 4 همانطور که در شکل اندازه گیری شده است. 1/10به میزان
ابعاد قالب تست کشش عمیق آورده شده است. 2 در جدولدارد. نگه می در دمای ثابتمجموعه را و کردهگرم مجموعه قالب را در حد دلخواه
1-Amorphous
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
تجهیزات تست کشش عمیق – 3شکل
مجموعه قالب کشش عمیقانتشار حرارت در – 4شکل
ابعاد قالب تست کشش عمیق – 3جدول
قطر داخلی نیروی شعاع لبه ماتریس شعاع لبه سنبه
نگهدارنده ورق
قطر بیرونی
نگهدارتده ورق
اجزای قالب قطر ماتریس قطر سنبه
mmمقدار به 51 64/7 161 57 9 6
شرح آزمایش. 4
)میزان حرکت پانچ میلیمتر بوده 35باشد که عمق آن به میزان تولید شده در این آزمایش به صورت فنجانی شکل میهمانطور که توضیح داده شد، قطعه
یند بر میزان تغییرات نیروی شکل نیروی نگه دارنده ورق و دمای فرآ اثر تغییرات دو عامل هدف از انجام این تحقیق بررسیبه داخل ماتریس( است.
همانطور که میدانیم قطعه مطلوب قطعه ای است که دارای کمترین میزان چروکیدگی بوده و در .بوده استزان چروکیدگی دهی )نیروی پانچ( و می
زمایش از دمای فرآیند در این آ حین انجام آزمایش در آن پارگی رخ ندهد. در ضمن میزان نیروی مورد استفاده در شکل دهی بسیار حایز اهمیت است.
)چروکیدگی شود و قابلیت شکل پذیری آن تغییر نموده و در تولید قطعه با کیفیتورق اولیه نرم تر می که با هر چه گرم تر شدن،بوده است مهمنجا آ
نیز در این نیروی نگدارنده ورق که تغییرات شدهرق کنترل وبسیار حایز اهمیت است. در ضمن جریان ورق به داخل ماتریس توسط نگهدارنده کمتر(
مهم بوده است.زمایش آ
که مشخصات هر زمایش صورت گرفته استآ 7به تعداد و تاثیر میزان هر پارامتر، ها زمایشه بهتر بین نتایج حاصل از انجام آبه منظور مقایس
قطعه تولید شده نیرو باید به گونه ای باشد تا .اینیکی از این پارامتر های نیروی نگهدارنده ورق می باشد ورده شده است.آ 4زمایش در جدول آ
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
و تا ثیرگذار بر رفتار کمترین چروکیدگی را داشته باشد و همچنین باعث پارگی ورق نشود. پارامتر مهم دیگری که تغییرات آن مورد بررسی قرار گرفته
آورده شده 1تولید شده در شکل فنجاني شکل ، قطعات0ل آزمایش ها طبق جدوپس از انجام بوده است.کامپوزیتی می باشد، تغییرات دما ماده
91در حین حرکت تا عمق سنبهنیز نمودار های خروجي از دستگاه ترسیم گردیده است که این نمودار ها بیانگر تغییرات نیروی 7در شکل است.
میلیمتری مي باشد.
مشخصات آزمایش های صورت گرفته – 4جدول
شماره آزمایش (℃دما ) (KNنگهدارنده ورق )نیروی (mmضخامت )
5 9/7 93 5
5 7/1 93 9
9 50 53 0
9 1/56 53 0
5 50 593 1
5 56/1 593 6
9 50 93 7
در نماهای مختلف قطعات کامپوزیتی فنجانی شکل تولید شده در فرآیند کشش عمیق – 7شکل
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
تحلیل داده هانتیجه گیری و . 5
نشان داده 13تا 6نمودار های خروجی نیرو بر حسب جابه جایی سنبه بر اساس آزمایش های صورت گرفته در شکل های ، پس از انجام آزمایش ها
در ذیل به تفسیر نتایج داده ها پرداخته شده است.شده است.
الف( بررسی اثر پارامتر نیروی نگهدارنده ورق
میزان نیروی درجه سانتیگراد( 31به این نکته پی می بریم که با افزایش نیروی نگهدارنده ورق در یک دمای ثابت ) 7و 6مقایسه شکل های با
بسیار مشهود است. علت افزایش نیروی سنبه به این خاطر است که با افزایش نیروی 4و 2سنبه افزایش یافته است.این موضوع در مقایسه شکل های
ه تعداد چروکیدگی در ضمن با محاسب تر شده و احتیاج به نیروی بیشتری برای این کار می باشد.نگهدارنده ورق ، حرکت ورق به داخل ماتریس سخت
های قطعات تولید شده مشخص شده است که با افزایش نیروی نگهدارنده ورق ، میزان چروکیدگی کاهش یافته است و قطعه تولید شده دارای عیب
چروکیدگی کمتری بوده است.
ب(بررسی اثر پارامتر دما
ه نیروی سنبه با افزایش دمای فرآیند کاهش یافته و این کاهش قابل ملاحظه است. این نکته مشخص می شود ک 13و 0با مقایسه بین شکل های
باعث می شود که ورق راحت تر جریان ی ماده نرم تر می شود وسوی، زمینه پیشدن ورق کامپوزیتی تردر تحلیل این موضوع می توان گفت که با گرم
کاهش نیروی شکل دهی و نیروی سنبه است. پیدا کرده و شکل پذیری آن بیشتر می شود که نتیجه آن
نکته مهم در فرآیند انجام شده این است که پس از اینکه قطعه فنجانی شکل تولید شده گرمکن خاموش می شود و پس از چند دقیقه که قطعه
سی که تغییر رفتار قابل ملاحظه ای در برابر دما ویینه پیاصیت ورق های کامپوزیتی زمدوباره به دمای محیط می گردد از قالب خارج می شود.. این خ
5نشان داده شده است قطعات شماره 5در ضمن همانطورکه در شکل .اند در صنعت بسیار کار بردی باشدبسیار مهم بوده و می تو ،از خود نشان می دهند
رآیند نسبت به قطعات دیگر است که شکل پذیری را راحت تر کرده و از دارای چروکیدگی کمتری می باشند که این به دلیل بالاتر بودن دمای ف 6و
شود.در قطعات جلوگیری می یدگیایجاد چروک
در گذشته برای تولید قطعات پیچیده کامپوزیتی به صورت یک مرحله ای احتیاج به تجهیزات پیچیده و گران قیمت بوده و در ضمن کنترل
دهی مورد یند های شکلفرآاز با استفاده ولی با روشی که در این تحقیق ارایه شد می توان ابتدا ورق اولیه را ساخت و سپس باشد.فرآیند هم مشکل می
.قطعات مطلوب را تهیه نمودو تنظیم پارامتر های فرآیند نظر
بر حسب نمودار تغییرات نیروی سنبه -5بر حسب شکل نمودار تغییرات نیروی سنبه -6شکل
(2( جابه جایی سنبه ) آزمایش شماره 1جابه جایی سنبه ) آزمایش شماره
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
بر حسب سنبهنمودار تغییرات نیروی -9شکل بر حسب سنبهنمودار تغییرات نیروی -8شکل
(4جابه جایی سنبه )آزمایش شماره ( 3جابه جایی سنبه )آزمایش شماره
بر حسب سنبهنمودار تغییرات نیروی -11بر حسب شکل سنبهنمودار تغییرات نیروی -11شکل
(6( جابه جایی سنبه )آزمایش شماره 7جابه جایی سنبه )آزمایش شماره
ها در صنعت ساختکابرد کامپوزیت يملّ اولین کنفرانس
دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایي تهران ، عمراندانشکده مهندسي
5021اردیبهشت ماه 03و 92
بر حسب سنبهنمودار تغییرات نیروی -12شکل
(5جابه جایی سنبه )آزمایش شماره
منابع
[5]. Hoseini, S. A. Pol, M. H, Investigation Of The Tensile And The Flexural Properties Of The Glass/Epoxy
Composites Reinforces With Nanocoly Particles, Modares Mechanical Engineering, Vol.50, No. 7, pp. 530-
535, 9350. (In Persian)
[9]. Wu. W, Xie. L, Jiang. B, Ziegmann. G, Simultaneous Binding And Manufacturing Concept For Textile
Reinforced Pcbt Composites: Manufacturing And Flexural Properties, Composite Structures, Vol. 531, pp.
972- 957, 9350 .
[0]. Hwang. H. F ,Hwang .K .J , Stamp Forming Of Locally Heated Thermoplastic Composites, Composites:
Part A , Vol. 00, No.1, Pp. 662-676, 9339 .
[0]. Endo. K ,Synthesis And Structure Of Poly (Vinyl Chloride) , Progress In Polymer Science , Vol. 97, No
.53, pp. 9395- 9310, 9339 .
[1]. Parton. H , Verpoest. I, In Situ Polymerization Of Thermoplastic Composites Based On Cvclic
Oligomers, Polymer Composites, Vol. 96, No. 5, pp. 63- 61, 9331 .
[6]. Rajabi. A , Kadkhodayan . M , Manoochehri . M , Farjadfar. R , Deep-Drawing Of Thermoplastic Metal
– Composite Structures: Experimental Investigation, Statistical Analyses And Finite Element Modeling , J .
Mater . Process. Technol.951 (9351) 519-57 3
