بهينه‌سازي شكلي قالب‌هاي پيش‌فرم در فرآيند آهنگري دقيق دو مرحله‌اي

Shape optimization of preform dies in two-stage near net forging process

در فرآيند آهنگري، هندسه قالب پيش‌فرم، نقش مهمي در كيفيت قطعه آهنگري شده و كاهش هزينه توليد دارد. پرنشدن كامل قالب، چروكيدگي، خواص متالورژيكي غيريكنواخت و ايجاد پليسه زياد و نامناسب، مهم‌ترين معايب در فرآيند آهنگري هستند كه با طراحي مناسب قالب پيش‌فرم، مي‌توانند از بين رفته يا كاهش يابند. در اين تحقيق، بهينه‌سازي شكل قالب پيش‌فرم در فرآيند آهنگري دو مرحله‌اي، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي اين منظور، كدهاي شبيه‌سازي فرآيند آهنگري به زبان پايتون در نرم‌افزار ABAQUS اجرا ‌گرديده و براي بهينه‌سازي از الگوريتم ژنتيك با شيوه نخبه‌گرا استفاده مي‌شود كه در نرم‌افزار MATLAB توسعه داده شده است. براي صحت سنجي روش فوق، دو مثال حل مي شود. در مثال اول، آهنگري سرد يك سيلندر توخالي آلومينيومي در يك مرحله، سبب ايجاد پديده چروكيدگي در سطح داخلي آن مي‌شود. جهت حذف پديده چروكيدگي، آهنگري در دو مرحله انجام ‌گرديده، شكل قالب پيش‌فرم در مرحله اول به گونه‌اي تعيين مي‌شود كه عيب چروكيدگي برطرف شود. در مثال دوم، با تغيير شكل قالب پيش فرم، پليسه ايجاد شده در توليد دنده متحرك سه و چهار خودرو پژو از مقدار %9/13 به %5/3 كاهش مي‌يابد. براي اعتبارسنجي نتايج بهينه سازي، دنده مذكور در شركت آهنگري خودرو با قالب پيش‌فرم بهينه آهنگري شد و صحت نتايج تاييد گرديد.

In a forging process, geometry of preform die plays an important role in the quality of forging part and decreasing the cost of production. Incomplete die filling, folding, nonhomogeneous metallurgical properties, improper and large amount of flash are the most important defects in the forging process which can be reduced or eliminated with a proper preform die. In this research, shape optimizing of preform die in the two-stage forging process is investigated. For this purpose, PYTHON simulation codes of forging process are run in the ABAQUS software and the genetic algorithm supported by an elitist strategy which is developed in the MATLAB software is used for the optimization. To verify the above method, two examples are studied. In the first example, cold forging of a hollow aluminum cylinder in a single stage, leads to the folding defect in its inner surface. In order to omit the folding defect, the forging process is carried out in two stages and the preform die shape is determined so that the folding defect is removed. In the second example, with changing the shape of preform die, the amount of flash is reduced from 13.9% to 3.5% in forging of a sliding cluster gear 3 and 4 of Peugeot 405 vehicle. For validation of the optimization results, the mentioned gear was forged in Ahangari company by optimum preform die and accuracy of the results was confirmed.