آموزش شکل دادن فلزات

هدف اصلی فرایندهای شکل دادن فلزات، ایجاد یک تغییر شکل مطلوب از ماده صلب اولیه با یک هندسه مشخص است. مسلما محصول بایستی از لحاظ خواص مکانیکی، نوع سطح خارجی و دقت ابعادی کیفیت مطلوب را داشته باشد. رسیدن به این اهداف، وابستگی نزدیکی به تکنولوژی فرایند شکل دهی دارد. در این درس شما با انواع فرایندهای شکل دادن فلزات و تکنولوژی های مرتبط با آن آشنا می شوید و محاسبات ریاضی تمامی فرایندها را به طور کامل می آموزید.

این درس یکی از دروس صنعتی رشته مهندسی مواد است که از اطلاعات و آموزش های این درس در صنعت تولید میلگرد، ورق، لوله، سیم و… به طور مستقیم استفاده می شود. صنعت شکل دهی فلزات روز به روز در حال پیشرفت و گسترش است و نیروی محرکه این پیشرفت کاهش هزینه ها، افزایش راندمان، رسیدن به محصولی با دقت ابعادی بالا و کیفیت سطحی بالا است. در این فرادرس، اصول ریاضی حاکم بر فرایندهای شکل دهی فلزات در قالب ۹ درس، تدریس خواهد شد. در هر درس سعی شده است که تدریس مطالب همراه با ارائه یک مثال و حل تشریحی آن باشد تا تکنیک کاربرد فرمول ها و ارزیابی مساله آموزش داده شوند.

در پایان هر درس نیز یک جمع بندی از مطالب ارائه شده خواهیم داشت. در پایان آموزش، یک آزمون جامع در نظر گرفته ایم تا دانشجویان بتوانند دانش خود را ارزیابی کنند. مراجع اصلی این درس، کتاب «شکل دادن فلزات» نوشته دکتر حسین تویسرکانی و کتاب معروف هاسفورد – کدل (M. Caddell & F. Hosford) است که از مثال ها و مفاهیم آموزشی آن ها استفاده شده است. انتخاب مثال ها و مفاهیم آموزشی بر اساس تکرر آن ها در امتحانات و اهمیت آموزشی آن ها بوده است. امیدواریم دانشجویان گرامی از این فرصت آموزشی نهایت استفاده را ببرند.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: تنش و کرنش
  • مقدمه ای بر مفهوم شکل دادن فلزات و فرایندهای آن
  • تنش
  • تانسور تنش و معرفی تنش های اصلی
  • بیان برداری تنش
  • معادلات تبدیل بردار و تبدیل تنش
  • محاسبه تنش صفحه ای برمبنای محاسبات ریاضی
  • محاسبه تنش صفحه ای برمبنای ترسیم دایره مور (Mohr’s Circle)
  • معادلات تعادلات تنش
  • تغییر شکل نسبی یا کرنش
  • کرنش دو بعدی برای جا به جایی های جزیی
  • تانسور کرنش و معرفی کرنش های اصلی
  • ثوابت ماده: مدول یانگ (Young’s Modulus)، مدول برشی، مدول حجمی و ضریب پواسون (Poisson’s Ratio)
  • کار در ناحیه الاستیک
  • معادلات سازگاری کرنش
• درس دوم: معیارهای تسلیم
  • معیار ترسکا (Tresca)
  • معیار فون میزز (Von Mises)
  • مقایسه معیار فون میزز و ترسکا
  • تنش در لوله های جدار نازک
  • تنش موثر
  • کرنش موثر
  • کرنش در ناحیه پلاستیک (روابط لوی میزز (Levy-Mises))
• درس سوم: تنش سیلان، نمودار تنش سیلان و قابلیت شکل پذیری
  • آزمون کشش و تحلیل نمودار تنش کرنش
  • روابط تنش مهندسی و حقیقی
  • روابط کرنش مهندسی و کرنش حقیقی
  • آزمایش فشار
  • آزمایش کشش دو محوری متوازن
  • آزمایش پیچش
  • عوامل موثر بر نمودار تنش کرنش
  • سوپرپلاستیسیته (Super-plasticity)
  • ناپایداری پلاستیک
  • ناپایداری در آزمایش فشار تک محوره
  • ناپایداری در آزمایش کشش دو محوره متوازن
  • ناپایداری در آزمایش کره جدار نازک
  • تغییر شکل سرد و گرم
  • بازیابی و تبلور مجدد
• درس چهارم: تعیین نیرو و کار یا انرژی لازم برای تغییر شکل
  • تغییر شکل همگن
  • اصطکاک و کار اضافی
  • افزایش دما حین تغییر شکل
  • تعیین نیروی فشار در حالت کرنش صفحه ای با وجود اصطکاک کم
  • تعیین مقدار متوسط نیروی فشار در عملیات فشار با کرنش صفحه ای
  • تعیین نیروی فشار در حالت کرنش صفحه ای با شرایط اصطکاک زیاد
  • تعیین نیروی فشار لازم برای صفحه مسطح نازک مدور با اصطکاک کم
• درس پنجم: نورد
  • دستگاه های نورد
  • نورد گرم
  • نورد سرد
  • نیروی مورد نیاز جهت نورد
  • محاسبه حداکثر کاهش ضخامت
  • تغییر شکل غلتک ها
  • تعیین نیروی نورد با وجود نیروی اضافی
  • روش اکلاند
  • روش سیمز
  • روش استفاده از روابط فشار تخت
  • روش استفاده از تغییر شکل همگن
  • گشتاور غلتک
  • توان غلتک
  • خمش غلتک ها
  • نورد پروفیل ها
  • نورد مفتول ها
  • نورد ترمومکانیکال (Thermomechanical Rolling)
  • عیوب نورد
• درس ششم: کشش
  • کشش تسمه از داخل قالب گوه ای شکل
  • محاسبه نیروی کشش مفتول از طریق محاسبه تنش در المان
  • رابطه اصطکاک بر اساس تنش برشی ماده
  • کار یا انرژی ایده آل
  • کار یا انرژی اصطکاک
  • کار یا انرژی تغییر شکل برشی
  • بازده کار
  • زاویه بهینه قالب
  • حداکثر کاهش سطح مقطع در یک عبور از داخل قالب در کشش مفتول
  • تاثیر کشش به عقب
  • کشش لوله و محاسبات مرتبط با نیروی لازم
  • اثر دما در فرایند کشش
  • روانکاری در کشش
• درس هفتم: اکستروژن (Extrusion)
  • روش های مختلف اکستروژن
  • مزایا و معایب اکستروژن
  • نیروی مورد نیاز در اکستروژن
  • نظریه پلاستیسیته زیبل
  • اکستروژن توخالی
  • اکستروژن غیر مستقیم فنجانی
  • اکستروژن عرضی
  • اکستروژن نیمه گرم
  • اکستروژن هیدرواستاتیکی (Hydrostatic Extrusion)
  • تاثیر دما در اکستروژن داغ
  • ریزساختار در اکستروژن داغ
  • روانکاری
  • عیوب اکستروژن
  • مواد اکستروژن پذیر
  • مواد اکستروژن سرد
• درس هشتم: آهنگری
  • انواع آهنگری
  • فشار و نیرو
  • انتخاب مواد برای عملیات فورجینگ (Forging)
  • دما در فورجینگ
  • قابلیت فورجینگ
  • روانکاری در فرایند آهنگری
  • فرایند کار
  • انواع فورجینگ
• درس نهم: کشش عمیق
  • فرایند کشش عمیق و قانون های حاکم بر آن
  • آزمایش های شکل پذیری ورق
  • ناهمسانگردی
  • کشش عمیق چند مرحله ای
  • سایر فرایندهای شکل دهی
  • شکل پذیری
• درس دهم: آزمون جامع

مفید برای رشته های

• مهندسی مواد
• مهندسی مکانیک

در ادامه لیست کتب انگلیسی و کتب فارسی منتشر شده در این زمینه معرفی شده اند: