بررسي مراحل شكل‌دهي و ساخت جداره فلزي مخازن CNG به روش المان محدود

Investigation of Manufacturing Processes of the Metallic CNG Pressure Vessels

از مخازن گاز طبيعي فشرده يا CNG، در انواع خودروها استفاده مي‌شود. توليد انبوه اين مخازن، به بررسي دقيق مراحل شكل‌دهي و پارامترهاي موثر بر فرايند ساخت، در هر مرحله از شكل‌دهي نياز دارد. از آن جا كه مخازن تحت فشار، بايد بدون درز ساخته شوند، روش ساخت جداره فلزي اين نوع مخازن، شامل استفاده از يك بلانك اوليه و انجام عمليات شكل‌دهي كشش عميق و بازكشش و نازك كاري و در نهايت شكل‌دهي چرخشي براي شكل‌دهي سر مخزن و گلويي آن مي‌باشد. در اين مقاله ابتدا به مقدمه‌اي از تاريخچه توليد اين مخازن و روشهاي ساخت آنها اشاره شده است. سپس از روش المان محدود، براي شبيه‌سازي مراحل اوليه شكل‌دهي جداره فلزي يك مخزن CNG آلومينيومي، استفاده شده است. شبيه سازي فرايند ساخت، شامل مراحل كشش عميق سرد، بازكشش سرد و در نهايت، دو مرحله نازك كاري ديواره (بدون در نظر گرفتن شكل‌دهي چرخشي داغ، جهت بستن سر مخزن) مي‌باشد. همچنين بين شبيه‌سازي مراحل شكل‌دهي، از فرايند بازپخت (آنيلينگ) جهت تنش‌زدايي استفاده شد. نيروي لازم براي شكل‌دهي و همچنين تغيير ضخامت بلانك در هر مرحله از شكل‌دهي مخزن، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج شبيه سازي با نتايج منتشر شده توسط ساير محققان مقايسه و تطابق خوبي بين نتايج مشاهده شد.

CNG vessels are used in many vehicles. Mass production of CNG pressure vessels requires exact understanding of process effective parameters. In this paper, the numerical analysis has been used to study the manufacturing parameters. The entire manufacturing processes, including deep drawing, redrawing and ironing, of an aluminum liner sample of CNG pressure vessel (without spinning) have been simulated by Finite Element technique. The deep drawing process has been modeled by using flat dies. Then, drawing force and wall thickness variations have been studied. In order to achieve the final diameter of the liner, the redrawing process has been implemented in a flat die. To obtain a uniform wall thickness, the ironing process has been simulated in two stages, and the required force and the change of wall thickness for each process have been recorded. The results of this paper have been compared with the published results obtained by other researcher and found a good correlation between them.