مطالعه عددي پارامترهاي هندسي هسته و پوسته سولنوييد ضربه‌زن در فرآيند قلمزني ورق‌هاي فلزي

Numerical study of geometrical parameters of hammering solenoid plunger and cover in chasing and repoussé of sheet metals

در اين پژوهش مكانيزم طراحي‌شده براي قلمزني ورق‌هاي فلزي بررسي عددي شده است، اين مكانيزم شباهت زيادي به شكل‌دهي تدريجي ورق دارد، در اين روش شكل‌دهي، ورق مقيد شده و ابزار شكل‌دهنده با حركت تدريجي خود، طرح مورد نظر را روي ورق ايجاد مي‌نمايد. تفاوت اصلي مكانيزم طراحي‌شده با شكل‌دهي تدريجي معمولي عبارت است از: امكان كنترل انرژي و زمان ضربه و مقيد كردن ورق به كمك ماده محافظ پشت آن، بجاي گرفتن اطراف ورق. در اين مكانيزم از سولنوييد جهت توليد حركت ضربه‌اي استفاده شده است تا بتوان ضربه را كنترل نمود. با تحريك سولنوييد هسته به سمت مركز سيم‌پيچ حركت مي‌كند. با كنترل ولتاژ مي‌توان قدرت ضربه و با تغيير شيوه تحريك مي‌توان سرعت ضربه را كنترل نمود. در اين مقاله سولنوييد مورد استفاده شبيه‌سازي ‌شده است. بدين منظور نرم‌افزار به كمك معادلات مغناطيس نيروي وارد بر هسته را بدست مي‌آورد، سپس به كمك رابطه نيوتن كه با يك معادله ديفرانسيل درجه دو خطي بيان شده است جابجايي هسته محاسبه مي‌شود، براي ايجاد قابليت جابجايي هسته، در مدل‌سازي از مش انعطاف‌پذير استفاده شده است، براي صحت‌سنجي مدل آزمايشي صورت گرفته است كه نيروي وارد بر هسته را در طول كورس به دست مي‌آورد. هندسه نوك هسته يكي از پارامترهايي است كه بر انرژي ضربه موثر است، ازاين‌رو زاويه مناسب براي نوك هسته بدست آمده است. ازآنجاكه جرم هسته قابل‌تغيير است تاثير اين پارامتر و سوراخ كردن هسته براي كاهش وزن آن مدنظر قرار گرفته است. درنهايت تاثير پوسته دربرگيرنده سيم‌پيچ بر قدرت و انرژي ضربه بررسي شده است.

In this research the designed mechanism for chasing and repoussé of sheet metal is studied. This mechanism is similar to incremental sheet metal forming. In this kind of sheet metal forming, sheet surrounding is fixed and forming tool pastes the desired pattern on sheet metal incrementally. The major differences between designed mechanism and traditional incremental forming are as follows: control on the punch energy and sequence, and fixing the sheet by using protectant material behind it instead of clamping sheet sides. In this mechanism, the solenoid is used as a hammer. The plunger moves to the center of the coil while energized. Striking energy could be controlled by controlling the excitement voltage and punching sequence could be adjusted by manipulating the excitement algorithm. In this paper, the utilized solenoid is simulated. The mechanical and magnetic relations are merged for this. Flexible mesh is used to make it possible for the plunger to have movement. An experimental setup is executed to measure force on the plunger during stroke, this is used for validation. Plunger head is one important parameter affecting strike energy, thus an appropriate plunger head angle is investigated. Plunger mass is changeable, so this parameter is considered and drilled plunger is simulated. Finally, the effect of coil cover on strike energy and power is studied.