بهينه سازي فرآيند شكل دهي غلتكي مقاطع U شكل با روش تركيبي رويه پاسخ و تابع مطلوبيت

Optimization of the roll forming process of U channels using a hybrid response surface and desirability function approach

در فرآيند شكل دهي غلتكي، كنترل پارامترهاي ورودي جهت حفظ كيفيت پروفيل نهايي ضروري ميباشد. در اين پژوهش به منظور بهينه سازي فرآيند شكل دهي غلتكي، از يك روش تركيبي مبتني بر شبيه سازي اجزاي محدود استفاده شده است. نخست فرآيند با استفاده از روش اجزاي محدود مدلسازي شده و صحت مدل ايجاد شده در مقايسه با نتايج تجربي تاييد شده است. سپس با روش طراحي مركب مركزي، آزمايشهاي لازم طراحي شده است. در اين طراحي، قطر غلتك، فاصله ايستگاه، تعداد ايستگاه و سرعت خطي ورق به عنوان متغيرهاي ورودي و حداكثر كرنش طولي پلاستيكي و دقت زاويه اي (بيانگر عكس برگشت فنري)، به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شده اند. در ادامه با استفاده از روش رويه پاسخ و اجزاي محدود، فرآيند مدلسازي شده و سپس مدل رويه پاسخ براي هر يك از توابع پاسخ بدست آمده است. در پايان با انجام بهينه سازي چند هدفه با استفاده از روش تابع مطلوبيت بر اساس مدل رويه پاسخ، نقطه بهينه پارامترهاي ورودي بدست آمده و سپس نقطه بهينه مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان ميدهد كه روش رويه پاسخ با دقت مناسبي تاثير پارامترهاي ورودي بر توابع پاسخ را مدلسازي ميكند. طبق اين مدل افزايش فاصله ايستگاه ها، افزايش قطر غلتكها باعث كاهش كرنش طولي پلاستيكي بيشينه و افزايش سرعت خطي ورق باعث افزايش حداكثر كرنش طولي پلاستيكي ميشود. كاهش فاصله و افزايش تعداد ايستگاه ها و افزايش قطر غلتكها منجر به افزايش دقت زاويه اي و افزايش سرعت خطي ورق باعث كاهش دقت زاويه اي ميشود. همچنين نتايج بهينه سازي بيانگر افزايش دقت زاويه اي و كاهش حداكثر كرنش طولي پلاستيكي است.

In the roll forming process, control of input parameters is essential in order to maintain the quality of the final profile. In this investigation, a new hybrid approach is used for optimization of the roll forming process. That is based on the finite element simulation. Firstly, the process was modeled using the finite element method and then verified with the experimental results. Then necessary experiments have been designed using the central composite design method. In this design roll diameter, distance and number of stands and linear velocity of the sheet are considered as input variables and maximum plastic longitudinal strain and angle precession (reverse of spring back) are considered as response functions. Then the response surface model of the objective functions was obtained using the response surface method based on the finite element outputs of the runs. Finally, optimum point of the input parameters has been obtained using the desirability function approach. Results show that the response surface method can model the effect of the input parameters on the objective functions precisely. According to this model, increasing of distance of the stands and roll diameter, lead to decreasing of maximum plastic longitudinal strain. Increasing the linear velocity of the sheet leads to decreasing the maximum plastic longitudinal strain. Decreasing distance and increasing number of stands cause to increase the angle precession and increasing the linear velocity of the blank leads to decreasing of the angle precession. Also optimization results represent increasing of the angle precession and decreasing of the maximum plastic longitudinal strain in comparison to conventional results.