بررسي عددي و تجربي تاثير روش‌هاي طراحي الگوي گل در فرآيند شكل‌دهي غلتكي سرد لوله فولادي با استحكام بالا

Numerical and experimental investigation on flower pattern design methods in cold roll forming process of a high strength steel pipe

در اين مقاله، فرآيند شكل‌دهي غلتكي سرد لوله فولادي با استحكام بالا با استفاده از چهار نوع الگوي گل دايره‌اي، لبه‌اي، دو شعاعي و خمش معكوس به روش اجزاي محدود در نرم‌افزار مارك منتات شبيه‌سازي شده است. با توجه به اهميت كيفيت لوله نهايي و به منظور دست‌يابي به هندسه مطلوب در لوله‌هاي فولادي با استحكام بالا، انتخاب الگوي گل مناسب جهت طراحي خط توليد شكل‌دهي غلتكي لوله مد نظر قرار گرفته است. با استفاده از نتايج شبيه‌سازي اجزاي محدود، تغيير شكل ورق در اين فرآيند مورد مطالعه قرار گرفته و تاثير نوع الگوي گل روي هندسه محصول نهايي كه شامل توزيع انحنا، برگشت فنري و توزيع ضخامت لوله مي‌باشد، بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه استفاده از الگوي گل خمش معكوس منجر به كاهش انحراف از انحناي ميانگين در ناحيه لبه ورق تا حدود 65 درصد مي‌گردد. بررسي توزيع ضخامت نشان مي‌دهد كه الگوي گل دايره‌اي و لبه‌اي به ترتيب موجب له‌شدگي و نازك‌شدگي لبه ورق تا ميزان 0.2 ميلي‌متر مي‌شوند. اما استفاده از الگوهاي دو شعاعي و خمش معكوس موجب مي‌شوند تا ميانگين ضخامت ناحيه لبه به خوبي اصلاح شده و به 2.8 ميلي‌متر برسد. هم‌چنين الگوي گل دايره‌اي، كم‌ترين مقدار برگشت فنري از لحاظ تغيير ميانگين انحناي نسبي به ميزان 0.69 درصد و انحراف لبه به ميزان 0.15 ميلي‌متر را دارد. به منظور صحت‌سنجي شبيه‌سازي اجزاي محدود، آزمايش‌هاي تجربي براي يك ايستگاه شكل‌دهي طراحي و انجام شد. با مقايسه داده‌هاي حاصل از آزمايش‌هاي تجربي با نتايج شبيه‌سازي، صحت شبيه‌سازي اجزاي محدود تاييد شد.

In this paper, cold roll forming process of a high strength steel pipe using four types of flower pattern including circular, edge, double radius and reverse bending is simulated with finite element method in MSC Marc Mentat software. Due to importance of quality of final pipe and in order to achieve the desired geometry in high strength steel pipes, selecting the appropriate flower pattern to design the pipe roll forming production line is considered. Using finite element simulation results, deformation of sheet in this process is studied and effect of flower pattern type on geometry of final product, which includes curvature distribution, spring back and thickness distribution of pipe, is investigated. Results show that implementing reverse bending flower pattern, leads to reduction in deviation from mean curvature at edge of the sheet up to about 65 percent. Thickness distribution analysis shows that circular and edge flower patterns cause upsetting and thinning of edge of the sheet up to 0.2 millimeters, respectively. But, use of double radius and reverse bending patterns cause average thickness of edge to be well adjusted to reach 2.8 millimeters. Also, circular flower pattern has the lowest value of spring back in terms of variation of mean relative curvature of 0.69 percent and edge deviation of 0.15 millimeters. To validate the finite element simulation, experimental tests were designed and conducted using one forming stand. By comparing resultant data of experimental tests with simulation results, validity of finite element simulation confirmed.