فرآیند تولید مخازن گاز طبیعی فشرده[1] (CNG) نوع اول و آستری های فلزی آن با استفاده از ورق
چکیده
تولید مخازن گاز طبیعی فشرده(CNG)نوع اول، از ورق شامل مراحلی می شود که به شکل دهی ورق می انجامد.ماده اولیه از ورقی از جنس فولاد می باشد که نوع و خصوصیات آن در مقاله ذکر شده است.ابتدا ورق ها توسط دستگاه برش لیزری یا گیوتین به شکل دایره ای بریده می شوند.سپس توسط پرس هیدرولیکی مخصوص،کشش اولیه انجام می شود،پس از درگیری سمبه با ماتریس،ورق به شکل پوکه فلزی مورد نظر در می آید،که این پوکه برای داشتن استحکام لازم باید عملیات حرارتی بروی آن انجام گیرد.در ادامه پوکه در ایستگاههای کشش عمیق به قطر مورد نظر می رسد.برای انطباق دقیق طول و قطر نهایی از حدیده کاری غلتکی یا اتوکاری می توان استفاده کرد.
واژه‌های کلیدی:کشش سرد-باز کشش-اتوکاری-حدیده کاری غلتکی
1- مقدمه:
به طور کل تنوع مخازن گاز فشرده طبیعی که در صنعت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد،چهار نوع می باشد.این چهار نوع مخزن که هر کدام دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند. مخازن نوع اول بدون درز و از جنس فولاد یا آلومینیوم می باشند.نمونه ای از مخازن نوع اول در شکل1 نشان داده شده است.]4[
شکل1- مخزن نوع اول
گر چه نوع آلیاژ مورد استفاده و همچنین تنشهای طراحی اینگونه مخازن در استاندارد مشخص نگردیده است ولیکن اینگونه مخازن فولادی یا آلومینیومی باید آزمونهای کارایی را بگذرانند.آزمونها به دلیل اطمینان از چقرمگی[2]و مقاومت در براثر تنش، خوردگی و ترک در جنس به کار رفته، صورت می گیرند.]5[
2- فرآیند تولید مخازن نوع اول از ورق
در این روش ورق های فولادی از جنس 4130X یا 34CrMo4 با ضخامت های مورد نیاز خریداری شده و جنس و ضخامت آنها در انبار روی هر بسته حک می شود. ورق هایی که به صورت چهار گوش هستند،ابتدا توسط دستگاه آزمون اولتراسونیک بازرسی می شوند. تا عیوب و ترک های احتمالی قبل از تولید نمایان گردند.نظر به این که مخازن به صورت استوانه ای با قطر معین می باشند،لذا در این قسمت ورق ها توسط دستگاه برش لیزری[3] یا گیوتین به شکل دایره ای بریده می شوند.در فرایندهای کشش عمیق اصطکاک عاملی تعیین کننده درمیزان کشش و یکنواختی ضخامت است.بنابراین دیسک ها سپس به قسمت دیسک های آغشته به روغن سرد[4] مرسوم است.]2[
با استفاده از پرس های هیدورلیکی مخصوص،قالب های کشش اولیه انجام می شود.تمام مراحل حمل ورق ها از انبار تا این قسمت توسط حمل کننده های مغناطیسی و یا با استفاده از مکنده های ایجاد خلاء انجام می شود.در این پرس ها با پایین آمدن میز بالایی ورق گیرها،ورق را ثابت نگه داشته و پرس با سطح ورق درگیر می شود.نیروی ورق گیرها متناسب با میزان کشش محاسبه شده دراثر تجربه کالبیره می شوند. پس از درگیری، ورق گیر سمبه را به داخل ماتریس کشانده و ورق به شکل سمبه در خواهد آمد.پس از این که ورق ها به پوکه های فلزی تبدیل شدند،جهت تنش زدایی و یکنواخت سازی ساختار ملکولی پوکه وارد کوره عملیات حرارتی شده و تا دمای حدود گرم و به آرامی سرد می شوند.
پوکه ها پس از این مرحله مجدداً توسط دستگاه مخصوص و یا حوضچه های روغن، روغنکاری توسط سمبه هایی با طول بیشتر ولی با قطر کمتر از مرحله قبلی کشیده می شوند. پوکه ها دراین قسمت طویل تر و باریک تر می گردند. تعداد ایستگاه های کشش عمیق با توجه به حد کشش ورق ها به دقت محاسبه می شوند و فرایند های کشش و تنش زدایی براساس آن تکرار می شوند.
پوکه ها پس از رسیدن به قطرو طول نهایی خود بایستی از نظر ضخامت جداره و یکنواختی با محاسبات طراحی مخازن مطابق باشند،لذا پوکه ها وارد دستگاه حدیده کاری غلتکی می شوند. در این دستگاه ضخامت جداره علاوه بر آن که به حد مطلوب می رسد. یکنواخت نیزمی گردد.در فرایند تولید مخزن با ورق می توان به جای استفاده از روش گران قیمت حدیده کاری غلتکی،از روش اتوکاری استفاده نمود.در فرایند اتوکاری، جداره مخازن با استفاده از فرایند کشش، یکنواخت شده و به حد مطلوب می رسد در ذیل به توضیح بیشتر فرایندهای کشش عمیق سرد و اتوکاری که دو فرایند مهم در تولید مخازن از ورق می باشند،پرداخته می شود.
3- فرآیند کشش عمیق سرد
کشش عمیق پوکه های استوانه ای فرایند نسبتاً ساده ای است که درزیرمجموعه عملیات ورقکاری قرار دارد امروزه از این روش برای تولید صنعتی قطعاتی همچون مخازن فولادی تحت فشار یا تحت خلاء،باتری های خشک از جنس روی، بدنه چراغ قوه، فشنگ برنجی و قوطی های کنسرو آلومینومی و فولادی استفاده می شود.
کشش سرد با اغلب فرایند های شکل دادن حجمی تفاوت دارد مکانیزم حاکم در این فرایند کشش است درحالی که فرایندهای شکل دادن حجمی به طور عمده فشاری هستند.بعلاوه غالبا یک سطح یا هر دو سطح نواحی تغییر شکل آزاد هستند (یعنی ابزار آنها را نمی گیرد).درشکل1 فرایند کشش عمیق نشان داده شده و دستگاه مختصات ، و در آن تعریف شده است.دو ناحیه مهم به روشنی دیده میشوند،لبه ای که بخش تغییر شکل در آن رخ می دهد و دیواره که باید نیروی لازم برای تغییر شکل لبه را تحمل کند.اگر قطر قطعه خام خیلی زیاد باشد،نیرویی که باید از طریق دیواره انتقال یابد،بیش از اندازه افزایش یافته و سبب تسلیم و شکست دیواره می شود.]1[
شکل 1- فرایند کشش عمیق
4- فرآیند بازکشش
معمولاً نمی توان با یک عمل کشش، پوکه ای با عمق کافی برای اغلب کاربردها تولید کرد،اما از طریق بازکشش می توان قطر پوکه را کاهش و ارتفاع آن را افزایش داد. در بازکشش مستقیم، برای نگه داشتن لبه از یک بوش استفاده می کنند،حال آن که در بازکشش معکوس پوکه به سبب وارون شدن به قالب فشرده می شود و غالباً برای جلوگیری از چروکیدگی به نگه داشتن لبه قطعه نیازی نیست. اما بازکشش معکوس برای تولید با آهنگ بالا چندان مناسب نیست.در شکل2 فرآیند های بازکشش مستقیم و معکوس نشان داده شده اند.
بازکشش نیز مانند کشش اولیه با یک مقدار کاهش حدی مشخص می شود. اگر نسبت کاهش ضخامت بازکشش خیلی بزرگ باشد،دیواره پوکه درکشش آسیب می بیند. بین این دو فرایند کشش و بازکشش چند اختلاف عمده وجود دارد. به عنوان مثال درکشش نیروی ماکزیمم سمبه در اوایل مسیر ایجاد می شود و سپس با کاهش مقدار ماده ای که تغییر شکل می یابد از مقدار آن کاسته می شود،اما بازکشش عملیاتی تقریباً با حالت یکنواخت است.-