مقدمه

فلوفرمينگ يا اسپينينگ سه‌غلتكه يكي از قديمي­ترين فرآيندهاي توليد، براي قطعات متقارن و توخالي فلزي است كه بسيار اقتصادي و ارزان مي­باشد. بنا بر اسناد و مدارك تاريخي، اسپينينگ فلزات از روزگار مصريان باستان شناخته شده بود و براي ساخت بشقاب­هاي نقره اي از آن استفاده مي­شد. اما گفته مي­شود كه پايه­هاي اصلي صنعت اسپينينگ فلزات در ابتداي قرن دهم ميلادي توسط چيني­ها بنا نهاده­شد. از آن زمان سال­هاي زيادي گذشت تا اين فرآيند به جهان غرب آورده‌شد. اين صنعت براي اولين‌بار در زمان سلطنت ادوارد سوم وارد انگلستان شد. پس از يك دوره­ي پانصد ساله، در حدود سال 1840 ميلادي فردي به نام جردن[1] اين صنعت را به آمريكا برد. [1]

با پيشرفت بسيار زياد در طراحي موتور توربين گازي هواپيماها، نياز به فرآيندهاي توليدي همچون اسپينينگ و ديگر فرآيندهاي مرتبط با آنها براي توليد قطعات مورد نياز بيش از پيش احساس­شد و اين مسئله عامل موثر در پيشرفت و توسعه­ي اين فرآيندها گرديد. دقت ابعادي قطعات توليدي و اقتصادي­بودن اين فرآيندها دو عامل بسيار مهم در گسترش گرايش به استفاده از اين فرآيندها در صنايع مختلف به ويژه صنايع نظامي، هوا­فضايي بوده است. متقابلاً به علت اهميت صنايع هوا­فضايي و نيز صنايع تسليحاتي براي قدرت­هاي جهاني گسترش و توسعه­ي فرآيندهاي اسپينينگ روند رو به رشدي پيدا كرد، به گونه اي كه امروزه توليد تسليحات پيشرفته و كليدي مانند موتور موشك­ها بدون استفاده از فرآيندهاي اسپينينگ و فلوفرمينگ ممكن نمي­باشد.

البته امروزه با حساس­شدن نقش اقتصاد در معادلات قدرت، در جهان، استفاده از اين فرآيندها در ساير صنايع نيز رو به افزايش است، به عنوان مثال بسياري از قطعات خودروها مانند قطعاتي از كلاچ يا چرخ توسط اين فرآيندها توليد مي­شوند. امروزه بيشتر تجهيزات و ماشين­آلاتي كه براي اين روش­ها و براي توليد قطعات دقيق­تر صنايع بكار برده­مي­شوند به امكانات كنترل­كننده­هاي عددي، با قابليت­هاي برنامه­پذيري پيشرفته مجهز شده­اند. يكي از مهمترين و حساس­ترين نوع از اين نوع فرآيندها، فرآيند اسپينينگ لوله يا فلوفرمينگ مي­باشد. با توجه به اهميت اين روش در بين انواع روش­هاي ساخت و مزيت­هاي مهم آن و نيز كاربردهاي حساس آن در صنايع نظامي و غيرنظامي، شناخت و توسعه­ي اين فرآيند در كشور ما بايد مورد توجه قرار بگيرد. مطالعه در اين فرايند باعث خواهد ­شد كه توانايي طراحي مناسب در اين فرآيند بالا­رود و در نتيجه از هزينه­هاي اضافي توليد (مثل سعي­و­خطا براي تخمين شكل و ابعاد غلتك­ها يا به­كار­بردن جنس نامناسب براي قطعاتي كه فرآيند روي آن­ها انجام مي­گيرد و در نتيجه پارگي و شكست قطعات) به طور قابل ملاحظه­اي كاسته­شود.

در همين راستا نرم افزارهايي كه قابليت شبيه سازي فرآيندهاي شكل­دهي‌چرخشي را دارا باشند و بتوانند در محيط پلاستيك و از روش­هاي علمي مانند روش اجزاي محدود به حل مسائل بپردازند، امروزه توسه­يافته­اند. از ميان اين نرم افزارها مي توان به اين موارد اشاره نمود : ABAQUS , ANSYS LS-DYNA , MARK و ... ..، در اين پروژه از نرم افزارABAQUS6. 9  استفاده شده است. تا بحال تئوري هاي متعددي در زمــينة تعيين نيروهاي مورد نياز فلوفرمينگ بيان شده است اما درعمل هيچكدام از آنها پاسخگوي كامل نيازهاي صنايع نبوده اند كه اين مسأله بر وجود پارامترهاي بيش ازحد در اين فرآيند برمي گردد. افرادي همچون كوباياشي[2] وتامسن[3] (1961)و هاياما[4] (1966)سعي كرده­اند مقدار نيرو‌هاي فرآيند را با استفاده از روش هاي حل‌عددي و يا با گسترش تحليل تنش بدست آورند ليكن بدليل فرضياتي كه ناچار بودند در حل مساله بكار بگيرند و يا بدليل زمانبر بودن محاسبات ارائه شده چندان در صنعت مورد استقبال قرار نگرفتند. البته آنچه كه مي­تواند عيوب احتمالي را در فرآيند به ما نشان دهد تغييرات نيرو در طول فرآيند مي­باشد كه تنها با شبيه­سازي قابل پيش­بيني مي­باشد.

با توسعه روشهاي عددي و به ويژه روش اجزاء محدود و نيز افزايــش توان محاسباتي كامپيوترها درسالهاي اخير، مي‌توان از روش اجزاء محدود براي بدست آوردن توزيع تنش و كرنش در ناحيه تماس غلتك‌ها با قطعه‌كار و در نتيجه تعيين مكانيزم تغيير شكل در اين‌گونه فرآيندها استفاده نمود. بنابراين سعي شده كه در اين بخش با ارائه شبيه‌ساز ي فلوفرمينگ يك لـــوله از جنس فولاد ماريجينگ و مقايـسه آن با مقالات ارائه شده و آزمايش عملي، فرآيند شبيه‌سازي اين نوع شكل‌دهي پايش گردد.