چكيده فارسي :
فرايند نورد حلقه به دليل ويژگي هايي همچون صرفه جويي در مصرف مواد، بهبود خواص مكانيكي، دستيابي به دقت ابعادي بالا و توانايي
توليد حلقه هاي بزرگ با مقاطع پيچيده، جايگاهي ويژه در صنايعي مانند نفت و گاز، هوافضا، انرژي و خودروسازي دارد. در ميان انواع
حلقه ها، توليد رينگ هاي فلنج دار با مقطع L شكل به علت اهميت كاربردي و چالش هاي فني، از جايگاه ويژه اي برخوردار است. هدف
اصلي اين پژوهش، طراحي و بهينه سازي قالب هاي نورد حلقه براي توليد رينگهاي فلنج دار و شناسايي تأثير پارامترهاي كليدي فرآيند
بر كيفيت محصول بوده است. براي دستيابي به اين هدف، از روش شبيه سازي اجزاي محدود سه بعدي در نرم افزار آباكوس استفاده شد .
در كنار شبيه سازي متداول با غلتك هاي راهنما، روش ميله هاي حرارتي نيز براي ارتقاي پايداري و دقت مدل عددي به كار گرفته شد.
با اين حال، نوآوري اصلي پژوهش نه صرفاً در استفاده از اين روش، بلكه در توسعه يك چارچوب بهينه سازي جامع از طريق تركيب
شبيه سازي عددي و طراحي آزمايش ها بود. در اين تحقيق سه پارامتر كليدي شامل شعاع مندرل، سرعت خطي مندرل و شعاع راكورد
غلتك اصلي انتخاب و در سه سطح مختلف بررسي شدند. خروجي هاي اصلي شامل انرژي مصرفي، انحراف از قطر معيار و بيضيگون
شدن حلقه تعريف شد. طراحي آزمايش ها به صورت تمامعاملي انجام شد و در مجموع 27 شبيهسازي صورت پذيرفت. نتايج نشان داد
كه سرعت مندرل بيشترين تأثير را بر ميزان انرژي مصرفي دارد؛ شعاع مندرل عامل اصلي در كنترل بيضيگون شدن محصول است و
انحراف از قطر معيار رابطه اي غيرخطي و حساس با سرعت مندرل دارد. با بهره گيري از تحليلهاي آماري شامل نمودارهاي اثرات اصلي
و تعاملي، تحليل واريانس (ANOVA (و نمودارهاي درختي تصميمگيري، شرايط بهينه فرآيند تعيين شد. بر اساس اين نتايج، تركيب
بهينه پارامترها شامل سرعت مندرل 1/37ميليمتر بر ثانيه، شعاع مندرل 77 ميليمتر و شعاع راكورد غلتك اصلي41/4 ميليمتر است
كه همزمان موجب كاهش انرژي مصرفي، بهبود دقت ابعادي و كاهش اعوجاج هندسي ميشود . دستاورد اصلي اين پژوهش ارائه يك
رويكرد بهينه سازي سيستماتيك برا ي فرآيند نورد حلقه هاي فلنجدار است. اين چارچوب با ادغام شبيه سازي اجزاي محدود و طراحي
آزمايش ها، امكان پيش بيني دقيق رفتار فرآيند، شناسايي عوامل مؤثر و انتخاب شرايط بهينه را فراهم مي كند. نتايج تحقيق علاوه بر
جنبه هاي علمي، كاربردهاي صنعتي نيز دارد و ميتواند به كاهش هزينه هاي توليد، ارتقاي كيفيت محصول و افزايش بهره وري در صنايع
استراتژيك كمك كند. در نهايت، اين پايان نامه با تلفيق مباني نظري، مدل سازي عددي و تحليل آماري، گامي مهم در جهت توسعه
فناوري هاي نوين شكل دهي فلزات برداشته و ميتواند به عنوان مبنايي علمي و عملي براي طراحي قالب ها و بهينه سازي فرآيندهاي نورد حلقه مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
This thesis, entitled “Design of Rolling Dies for Flanged Ring Rolling”, investigates the ring
rolling process as an advanced metal forming technique for producing seamless L-shaped
flanged rings. Owing to advantages such as material savings, superior mechanical properties,
high dimensional accuracy, and the ability to manufacture large rings, ring rolling has
become a key technology in industries such as oil and gas, aerospace, energy, and
automotive. The main objective of this research was to design effective rolling dies and to
optimize critical process parameters in order to minimize defects and improve product
quality. A three-dimensional finite element model was developed using ABAQUS to
simulate the process. While conventional guide rolls were considered, thermal bar elements
were also employed to enhance the stability of the simulations. More importantly, the study
established a systematic optimization framework by combining finite element simulations
with design of experiments (DOE) and statistical analysis. Three key parameters—mandrel
radius, mandrel speed, and main roll corner radius—were investigated at three levels,
resulting in 27 simulation experiments. Their effects on energy consumption, deviation from
nominal diameter, and ovality were analyzed. Results showed that mandrel speed is the
dominant factor influencing energy consumption, mandrel radius governs ovality, and
deviation from diameter is strongly dependent on mandrel speed with nonlinear behavior.
Statistical analysis identified the optimal conditions as 1/37 mm/s mandrel speed, 77 mm
mandrel radius, and 41/4 mm main roll corner radius, leading to reduced energy use,
improved dimensional accuracy, and stable geometry. The main contribution of this thesis
lies in providing a systematic optimization approach for flanged ring rolling. This framework
can serve as a reliable guideline for reducing costs, improving product quality, and enhancing
efficiency in industrial applications.
