روی (2009) بر روی توزیع یکسان کرنش پلاستیک در جهت ضخامت در فرآیند فلوفرم مستقیم لوله، برای تعدادی قطعات از جنس AISI1020 ‌که تحت شرایط متفاوت با استفاده از یک دستگاه فلوفرم تک غلطکه تغییر شکل یافته بود، بررسی انجام داد. او میزان تغییر شکل ماده را با استفاده از موضع اثر سختی سنج میکرونی مورد مطالعه قرار داد. به بیان تجربی میزان سهم غلطک و مندرل را برای کرنش پلاستیک معادل در قطعات فلوفرم شده بررسی کرد و همچنین عوامل موثر بر روند کاهش ضخامت را مورد بحث قرار داد]7[.
پازوکی و همکارانش (2009) فرآیند فلوفرم و فلوفرم پذیری مواد در حین فرآیند فلوفرم مستقیم را بررسی کردند.آن‌ها تغیییرات نسبت طول تماس شعاعی به طول تماس محوری، نرخ پیشروی و زوایای حمله را مدلسازی کرده و نتایج را با معادلات پایه هندسی مقایسه کردند. آن‌ها نتایج این مدل‌سازی را با نتایج تجربی موجود مورد قیاس قراردادند تا با صحه‌گذاری نتایج، میزان تأثیر زاویه حمله و نرخ پیشروی بر فلوفرم پذیری را نشان دهند] [.
پلوینسکی و درنگر (2009) با معرفی فرآیند اسپینینگ و فلوفرمینگ به عنوان فرآیند‌های کهن و راه یافته به تکنولوژی‌‌های شکل دهی امروزی، فلوفرمینگ آلومینیوم 7075، اینکونل625 واسپینینگ نوعی فولاد زنگ‌نزن را به صورت تجربی مورد بحث و بررسی قرار داده اند][.
موهبی و اکبرزاده (2010) به مدلسازی فرآیند فلوفرم مستقیم آلومینیوم 6063 و صحه گذاری و مقایسه آن با آزمایشات تجربی پراختند. آن‌ها نیز سعی در محاسبه نیروهای وارد به غلطک و میزان تنش و کرنش‌های اعمالی به قطعه کار حین انجام فرآیند فلوفرم داشتند.
سیواناندی (2012) مروری جامع بر کلیات فرآیند فلوفرم را به انجام رساند. وی بعد از معرفی فرآیند فلوفرم، جزئیات آن از قبیل میزان کاهش ضخامت، طول نهایی قطعه کار، مواد مورد استفاده، انواع روش فلوفرمینگ و پارامترهای درگیر در فرآیند به بررسی پژوهش های گذشتگان پرداخته است][.
رینز و حق ‌شناس (2014) تحقیقاتی بر روی تأثیر زاویه انحراف غلطک‌ها در فرآیند فلوفرمینگ بامندرل های غیر استوانه‌ای و شکل دار انجام دادند. آن‌ها یکی از مهمترین عوامل فرسودگی و خراب شدن مندرل های شکل دار را نیروی اعمالی از جانب زاویه انحراف غلطک‌ها می دانند و با به حداقل رساندن نیروی مورد نیاز و بهینه سازی زاویه انحراف سعی در کاهش فرسودگی و خرابی مندرل‌ها در این نوع فلوفرمینگ را دارند ][.
به طورکلی با بررسی منابع و مقالات مرتبط مشاهده می‌شود که بیشتر فرآیند فلوفرم مستقیم تک غلطکه و همچنین فولاد‌های کم کربن و آلیاژی مورد مطالعه قرار گرفته‌انده. مشاهده می‌شود که در اکثر پژوهش‌ها مدلسازی با استفاده از نرم افزار ‌Ansys انجام پذیرفته وجهت اطمینان از مدلسازی علی الخصوص در مقالات داخلی بیشتر با استفاده از روش‌های عددی و یا اعتبار سنجی با مقالات دیگران صحه سنجی انجام شده و کمتر شاهد انجام آزمون‌های تجربی توسط دستگاه های فلوفرم هستیم.
شایان ذکر است که در این پژوهش مدلسازی فرآیند فلوفرم سه غلطکه معکوس آلیا‍ژ آلومینیم 7075 با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسی تجربی نیروها را خواهیم داشت.
1-4- مرور بر فصل‌های پایان نامه
در فصل دوم، فرآیند شکل دهی چرخشی، دسته بندی و تجزیه و تحلیل انواع روش اسپینینگ، فلوفرمینگ و مزایا، معایب و زمینه های کاربری آن‌ها معرفی می‌شود. فصل سوم به معرفی مؤلفه‌های نیرویی و تئوری حاکم بر فرآیند اختصاص می‌یابد. در فصل چهارم آلیاژ مورد مطالعه از لحاظ رده ‌بندی، ترکیب و خواص مکانیکی مورد بررس قرار می‌گیرد. روش تحقیق در دو بخش حل عددی و آزمایشات تجربی به طور کامل در فصل پنجم شرح داده می‌شود. در فصل ششم نتایج آزمایشات تجربی با نتایج حل عددی به روش المان محدود مورد قیاس قرار گرفته و مدل توسعه یافته صحه گذاری می شود. سپس با استفاده از مدل صحه گذاری شده اثر پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیش روی، شعاع سر غلطک، کاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آنها بر فرآیند فلوفرم مورد مطالعه قرار می گیرد. در پایان، فصل هفتم، به جمع‌بندی و ارائه پیشنهادات پرداخته می‌شود.
فصل دوم
آشنایی با فرآیند شکل دهی چرخشی
2-1- تاریخچه
اسپینینگ یا فلوفرمینگ یکی از قدیمی‌ترین فرآیند‌ها برای تولید قطعات متقارن و توخالی فلزی می‌باشد. اسپینینگ فلزات از زمان مصریان باستان شناخته شده و برای ساخت بشقاب های نقره‌ای از آن استفاده می‌شده است. به بیان دیگر محققان بنا نهادن پایه‌های اصلی فرآیند اسپینینگ فلزات در ابتدای قرن دهم میلادی توسط چینی‌ها انجام گردیده است. پس از آن این صنعت برای اولین بار توسط انگلیس‌ها در زمان سلطنت ادوارد سوم به جهان غرب نیز معرفی گردید و پس از یک دوره پانصد ساله در حدود سال 1840 میلادی توسط فردی به نام جردن ‌وارد آمریکا شد][. این فرآیند به دلیل دارا بودن مزایایی از جمله ارزان و اقتصادی بودن، دقت ابعادی قطعات و تحت کنترل بودن ابعاد آن‌ها به مرور در صنایع مهم و استراتژیک به ویژه در صنایعی چون صنایع هوا فضا، نظامی و هسته ای به صورت چشمگیری مورد توجه و استفاده قرار گرفت.
2-2- معرفی فرآیند اسپینینگ و فلوفرم
یکی از شاخه‌های پر‌اهمیت در شکل دهی فلزات، شکل دهی بزرگ بدون براده ‌برداری، اقتصادی و بدون دورریز مانند فورج، خم کاری، نورد و اکسترود کردن می‌باشد که سطح تماس بین قطعه‌کار و ابزار در تمامی این روش‌ها بزرگ است. میزان توان ونیروی مورد نیاز در هر تجهیز مورد استفاده در فرآیندهای فرآوری فلزات یکی از موضوعات پراهمیت می باشد. یکی از روش های مورد توجه کاهش نیرو و توان مورد نیاز در فرآیند و افزایش میزان تغییر شکل به صورت نقطه ای یا محلی می‌باشد. اسپینینگ یا فلوفرمینگ یکی از بهترین روش های این نوع شکل دهی‌است. شاید فرآیند اسپینینگ یکی از گسترده‌ترین روش‌های شکل‌دهی باشد که با استفاده از ماشین‌های دوار و ترکیب نیرو و چرخش، اشکالی تو خالی با محور تقارن و گاهی صفحه تقارن و بدون درز، قابل تولید می باشد.[]
2-3- تئوری فرآیند اسپینینگ
2-3-1- اسپینینگ
اسپینینگ یکی از روش‌های شکل دهی فلزات است که در آن با استفاده از ترکیب نیرو و چرخش، اشکال توخالی با محور/ صفحه تقارن و بدون درز قابل تولید می‌باشد. در این روش مواد اولیه که عمدتاً به شکل ورق یا همان بلنک‌ها و یا قطعه از پیش شکل دهی شده (از این به بعد برای سادگی از واژه پریفرم استفاده می‌شود) می‌باشد، که بین مندرل و ابزار شکل دهی تحت فشار قرار گرفته و شکل می‌گیرد. تغییر شکل بلنک در حین فرآیند اسپینینگ شامل جابجایی های محلی در زیر ناحیه تماس موضعی غلطک‌ها می‌باشد. با چرخش ممتد و یکنواخت بلنک و حرکت محوری غلطک‌ها، تغییر شکل ممتد رخ می‌دهد که در نتیجه کاهش ضخامت و افزایش طول (قانون حجم ثابت حین تغییر شکل پلاستیک) بوجود می‌آید. در این فرآیند به دلیل تغییر شکل محلی و جابجایی های چرخشی تحلیل تغییر شکل قطعه کار بسیار دشوار می‌باشد ][. با این روش قطعاتی که با اشکال مخروط، نیم کره، لوله، استوانه یا گاهاً بیضوی و یا ترکیبی از این‌ها که توخالی هم می‌باشند، در تنوع گسترده‌ای از اندازه و کانتور ساخته و حتی در سالیان اخیر بر روی تولید قطعات نا‌متقارن نیز فعالیت‌های زیادی انجام داده‌اند (شکل 2-1).
شکل(2-1) کانتورهای قابل تولید با روش اسپینینگ][
با توجه به اینکه در پرسکاری یا کشش عمیق، همواره هزینه زیاد انبار و قالب نکته مهمی است، اسپینینگ به عنوان فرآیندی اقتصادی، کارا و با قابلیت فراوان روشی جایگزین‌ و قابل قبول در تولید تعداد محدود قطعات مطرح است ]1 [.
2-3-2- شرایط تماس
در فرآیند فلوفرم همانطور که در شکل(2-2) مشاهده می‌شود یک بلنک (ورقه‌های گرده بری شده) با سر یک مندرل چرخان جفت شده است و غلطک ها در راستای محوری به بلنک نزدیک می‌شوند و فلز را به صورت پلاستیک زیر نقطه تماس به جریان می‌اندازند و به این روش ضخامت دیواره را کاهش داده و ماده قطعه کار را به سوی افزایش طول محوری سوق می‌دهد.
شکل(2-2) نمایی از اجزاء و روند فرآیند اسپینینگ]16[
جریان ماده زیر غلطک‌ها در حین انجام فرآیند فلوفرمینگ به دو عامل تماس محیطی و محوری بستگی دارد. اگر طول تماس محیطی غلطک ها خیلی بزرگتر از تماس محوری باشد آنگاه جریان پلاستیک محوری بر جریان محیطی غلبه می‌کند که در این حالت کاهش ضخامت شبیه به کرنش های صفحه‌ای اکسترود می‌‌باشد. اما کاهش ضخامت بیش از حد موجب بوجود آمدن برآمدگی‌هایی در جلو غلطک‌ها می‌شود که به موجب آن شکست و پارگی رخ می‌دهد. اگر طول تماس محوری غلطک خیلی بیشتر از تماس محیطی آن باشد در این حال جریان پلاستیک محیطی گسترش یافته و باعث رشد قطری می‌گردد. بنابر‌این یکی از مهمترین پارامتر‌های مؤثر بر نرخ جریان پلاستیک ماده زیر بار غلطک‌ها جهت‌های محیطی و محوری و میزان تماس آن‌هاست. بنابراین می‌توان نرخ یا نسبت تماس بین غلطک و قطعه کار را برای ماده تخمین زد و از طرفی وقتی که حجم قطعه کار ثابت است با چشم پوشی مقدار ناچیزی جریان مماسی میزان نهایی طول از طریق فرمول زیر محاسبه می‌گردد ]6و.[
(2-1)
L1 طول نهایی قطعه کار S0 ضخامت اولیه di قطر داخلی