بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش به ارزیابی تأثیر روانکارهای مختلف در فرآیند آهنگری رینگ از جنس فولاد ST37، توسط آزمون فشار حلقه به روش شبیهسازی پرداخته شده است. هدف از این کار پیدا کردن روانکار مناسب و تأثیر آنها بر نحوه تغییرشکل، کاهش نیروی آهنگری و مقدار بشکهای شدن رینگ حین آهنگری میباشد، که در آن با استفاده از روش تحلیل اجزای محدود اثر روانکارهای مختلف در نیروی آهنگری، کاهش ضریب اصطکاک، و تغییر ابعاد رینگ مورد بررسی قرار گرفته است. زمانی که از روانکارپودر شیشه استفاده شود، نیروی لازم برای آهنگری کمتر شده و مقدار بشکهای شدن نیز کاهش یافته، و همچنین قطر داخلی حلقههای تستشده بدون روانکارکوچکتر از قطر حلقههای آزمایش شده با روانکار و قطر اولیه حلقهها است. لازم به ذکر است که این کاهش قطر داخلی تا یک حدی ادامه پیدا خواهد کرد، و بیشتر از آن درکاهش قطر داخلی بیتأثیر است.
کلمات کلیدی: ضریب اصطکاک، روانکار، آزمون حلقه، المان محدود، رینگ تست.
.1 مقدمه
بهترین روش در شکلدهی فلزات برای تخمین ضریب اصطکاک آزمایش حلقه است. این آزمایش بهطورگستردهای برای تعیین شرایط اصطکاک در مراحل شکلدهی و تعیین روانکارها استفاده میشود، فشردگی حلقه اولین بار برای مطالعه اصطکاک توسط کونجی [1]، انجام گرفت. و بعد از آن توسط مل ودیپرر [2]، رائو [3]، وونگ [4] توسعه یافت. ذکر این نکته لازم است که آزمون فشار حلقه مقدار متوسطی از اصطکاک سطحی را اندازه میگیرد. بنابراین این آزمون برای بررسی جزئیات اصطکاک یک فرآیند ناکافی است، ولی برای پیشبینی رفتار قطعه بر اثر اصطکاک و مقایسهی تأثیر روان کارهای مختلف مناسب است .[5]
در فرآیند آزمون حلقه به دلیل وجود تغییر فرم الاستیک و پلاستیک معادلات حاصل بسیار پیچیده است، بنابراین برای سادهسازی محاسبات با توجه به کوچک بودن میزان تغییر فرم الاستیک نسبت به تغییر فرم پلاستیک از آن صرفنظر میشود. دراین پژوهش فرض میشود که ماده فورجشده دارای خواص همگن بوده و منحنی تنش و کرنش بهصورتکاملاً پلاستیک است. در روشهای سنتی شکلدهی، روابط تجربی و فعالیتهای انجام گرفته در گذشته مبنای طراحی بوده، تحقیق حاضر از این نظر که با استفاده از برنامههای رایانهای از هدر رفت زمان و مواد اولیه در فرآیند آهنگری جلوگیری میکند و میتواند پارامترهای بهینه را تأمین نماید، دارای اهمیت است. هدف از انجام این تحقیق به دست آوردن ضریب اصطکاک و بررسی اثر روانکار توسط آزمون فشار حلقه، از جنس فولاد ST37 با نرمافزار تحلیل اجزای محدود میباشد. به این منظور از رینگ بانسبت ابعاد استاندارد - ضخامت، قطر داخلی، قطر خارجی - ، - 6:3:1 - ، استفاده شده است.
تعیین کمی شرایط اصطکاکی طی عملیات شکلدادن، منجر به انجام آزمایشهای ارزیابی مختلف میشود. در یک آزمایش خوب باید دمای نمونه و قالب، مدتزمان تماس و سرعت نسبی بین نمونه و ابزار و همچنین انبساط سطحی نمونه تقرباًی مشابه فرآیند موردمطالعه باشد .[6] آزمایشهای شبیهسازی نیمهصنعتی زیادی برای بررسی اصطکاک وجود دارد که متداولترین آنها عبارتاند: آزمون فشار حلقه، آزمون اکستروژن پسرو دوفنجانی، آزمون اکستروژن پسرو قالب باز و آزمون فشار پیچی که طراحی شدهاند، تا اصطکاک و روان کاری در عملیات آهنگری را ارزیابی کنند 7] و .[8 حضور نیروی اصطکاک وقتی احساس میشود که قطعه نسبت به قالب حرکت کند. در فرآیند فورج اگر از قسمت الاستیک کرنش در مقابل قسمت پلاستیک آن صرفنظر گردد، حجم ثابت است، بنابراین با کاهش ارتفاع، قطر نمونه افزایش خواهد یافت. پس دیواره آزاد بهصورت شعاعی منبسط میشود و همین مسئله سبب حرکت قطعه کار نسبت به قالب و درنتیجه ایجاد تنشهای اصطکاکی در سطح تماس خواهد شد .[9] تنشهای اصطکاکی مانع از حرکت ماده در انتهای آزاد استوانه میشود، بنابراین فشار در فصل مشترک قطعه و قالب افزایش مییابد. با افزایش فاصله از انتهای آزاد به سمت مرکز استوانه فشار قالب بیشتر شده و باعث به وجود آمدن تپه اصطکاکی میشود. در شکل 1 شارش ماده و ایجاد تپه اصطکاکی نشان داده شده است.
شکل -1 تاثیراصطکاک و پدیده بشکهای شدن در فرایند آهنگری، الف - : شکل قطعه کار قبل و بعد از
کودو [10] اولین کسی بود که ایده روش حد بالایی را مطرح کرد. او با معرفی المانها در حال تغییر فرم استوانهای واحد برای حل سیلان صلب قطعات دارای تقارن محوری ارائه کرد. کودو در آنالیزش دو نحوه تغییر فرم، یکی سیلان بهطرف داخل و دیگری سیلان شعاعی بهطرف خارج را مطرح نمود. و این روش را برای چندین پروسه بکار برد و ارتباط منطقی میان تئوری و آزمایش پیدا نمود، نتایج وی تشابه خوبی با نتایج تجربی داشت.
کوبایاشی [11] روش حد بالایی المانی را توسعه داد و علاوه بر المانهای معرفیشده از طرف کودو المانهای دارای سطوح انحناء را مورداستفاده قرار داد. روش وی به علت پیچیدگی بیشازحد و فرضیات ساده کننده متعدد چندان موفق نبود. روشهای فوق بهطورکلی ازلحاظ تقسیمبندی سطح مقطع قطعه کار دچار ضعف بودند.
مکدرمت [12] با طراحی المانهای جدید که رینگی با مقاطع مستطیلی، مثلثی و منحنی بودند. اشکال فوقالذکر را تا حد زیادی برطرف نمود. علیرغم آنکه مکدرمت، سادهسازی مهمی در استفاده از تکنیک حد فوقانی انجام داد ولی بااینحال میدان سرعت حاصل از این آنالیز غیرواقعی بود، دلیلش عدم امکان سیلان از تمام وجه المانهای مورداستفاده بود.
کرامپهورن و همکاران [13] با کاهش تعداد المانهای مکدرمت به پنج المان چهارگوش و مثلثی و بهبود روش کمینهسازی تابع انرژی موفق شدند جوابهای مناسبتری به دست آورند، دراین المانها امکان سیلان از تمام وجوه و در تمام جهات امکانپذیر بوده، بنابراین با محدودیتهای ذکرشده مواجه نمیباشند.
کیوچی و همکاران [14] با استفاده از المانهای کرامپهورن، میدانهای سرعت کلی ارائه نموند و با سازگار کردن این میدانهای سرعت برای فرایندهای مختلف، جوابهای خوبی به دست آوردند.
لی و همکاران [15] از روش فوق برای طراحی فورج دقیق استفاده کردند. همچنین از این روش برای تحلیل فرایندهای کرنش صفحهای و سهبعدی استفاده کردند.
هو [16] با استفاده از شیوه فوق به بررسی جریان مواد در آهنگری قالب بسته پرداخت. وی جریان مواد را در یک قالب آهنگری با حفره عمیق و بر روی مرز منطقه مرده فلز در منطقه تغییر شکل با روش کرنش صفحهای موردمطالعه قرار داد. مارتین وهمکاران [17] بررسی کردند تست فشردهسازی رینگ را با روش کران بالایی، آنهادرمطالعه خود با استفاده از روش حدبالایی و تخمین زدن موقعیت شعاع خنثی و به دست آوردن سرعت بیرونی و درونی جریان مواد و رسم دیاگرام
