بخشی از مقاله
چکیده
اکستروژن به سبب خواص فیزیکی ایجادشده در محصول مانند سختی سطح، خواص مکانیکی، صافی سطح و دقت ابعادی مناسب یکی از روشهای پرکاربرد در تولید قطعات میباشد . پارامترهای زیادی در تولید قطعات به روش اکستروژن تأثیر دارند.
در این مقاله به بررسی اکستروژن مرکب از دو جنس مس و آلومینیوم در قالبهای استوانه ای از طریق شبیهسازی المان محدود پرداخته شده و همچنین با استفاده از دو نوع قالب با هندسه مخروطی و منحنی، تأثیر زاویه و پروفیل داخلی قالب بر نیروی اکستروژن بررسی شد، ضمن اینکه با تغییر در ضریب اصطکاک تأثیر آن بر نیروی اکستروژن نیز بررسیشده است.
نتایج نشان داده است که هرچه زاویه پروفیل قالب مخروطی بیشتر شود موجب افزایش نیروی اکستروژن شده و برعکس استفاده از قالب منحنی باعث کاهش نیروی اکستروژن خواهد شد. استفاده از قالب منحنی موجب نزدیک شدن نتایج حاصل از اکستروژن هسته مس/ پوسته آلومینیوم ازنظر نیروی اکستروژن میشود. بررسی تأثیر ضریب اصطکاک نیز نشان میدهد که افزایش آن با افزایش تنش برشی سیلان مواد، موجب افزایش نیروی اکستروژن میشود. در انتها نتایج به دستآمده با یک پژوهش مشابه که حاوی آزمایش تجربی و نتایج حاصل است، مقایسه و صحه گذاری شده است.
-1 مقدمه
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به قطعات با طول عمر و خواص بهبودیافته و همچنین کاهش هزینههای تمامشده محصول استفاده از لولههای دولایه به منظور مقاومت در برابر خوردگی محیطهای صنعتی و افزایش استحکام و... نسبت به لولههای تک فلزی، رواج یافتهاند. نحوهی تولید این لولهها به دودسته فرآیندهای اتصال متالورژیکی و فرآیندهای مکانیکی تقسیم بندی میشوند که گروه اول به زیرگروه: اکستروژن، اکستروژن چند شمشی، اتصال انفجاری، اتصال نفوذی و ریختهگری گریز از مرکز تقسیمبندی می شوند . در این تحقیق از فرآیند اکستروژن که فرآیند مناسبی برای تولید لوله های دوفلزی است، استفاده میشود.
فرآیند اکستروژن برای لولههای دولایه پیچیدهتر از لولههای ساده است، ناهمگنی مواد در ریزساختار و جریان تنش موجب ایجاد مشکل در حصول تغییر شکل یکنواخت در هر دولایه پوسته و هسته میشود، اما در کنار این مشکلات از مزایایی چون کاهش اتلاف مواد خام، افزایش سرعت شکلدهی، افزایش مقاومت به سایش و افزایش مقاومت به خستگی بهرهمنداست. از عوامل تأثیرگذار بر روی فرآیند اکستروژن میتوان: فشار اکستروژن، نسبت اکستروژن، شرایط اصطکاک، شکل قالب و تنش سیلان را نام برد. بهطور مثال با کاهش فشار اکستروژن علاوه بر اینکه عمر قالب زیاد می شود، امکان استفاده از پرس با ظرفیت کمتر وجود دارد و این امر باعث کاهش در هزینههای تولید میشود .
کرنش به وجود آمده در فرآیند اکستروژن لولههای دولایه باید به حدی باشد که پیوند بین فلز پوسته و هسته بهطور کامل برقرار شود. با توجه به کاربرد قطعات تولیدشده مقطع شکل قالب به شکلهای مختلفی نظیر مخروطی، تخت، ساده، هایپربولیک، کسینوسی و میتواند باشد. در طراحی قالبهای اکستروژن لولههای دولایه به حداقل رساندن بار وارده و تنشهای قالب بهصورتی که اطمینان از پیوند بین دو فلز حاصل شود از اهداف طراحان محسوب میشود.
فرامرز صنیعی و همکارش [1] بامطالعه اکستروژن مستقیم میله های مرکب مس / آلومینیم دریافتند که نسبت اکستروژن کلی فرآیند و زاویهی قالب تأثیری بر نسبت شعاع هسته در محصول ندارند ولی زاویهی قالب تأثیر فراوان بر نیروی اکستروژن دارد.
سید تقی مؤمنی و همکاران [2] با استفاده از بررسی فرآیند اکستروژن بر روی لولههای دولایه آلومینیم / مس اثر تغییر زاویه قالب بر نیروی موردنیاز اکستروژن و کیفیت ظاهری لوله تولیدشده را بررسی کردند و دریافتند که با کاهش زاویهی قالب نیروی لازم اکستروژن کاهش و کیفیت ظاهری لوله تولیدشده نیز افزایش مییابد.
حشمت الله حقیقت و همکارش [3] با انجام تحلیل کرانهی بالایی فرآیند اکستروژن مستقیم توخالی با فرض منحنی سینوسی برای مرز ناحیهی مرده یک میدان سرعت جدید در دستگاه مختصات کروی تعیین کردند و مقادیر کرنشها را در هر ناحیه محاسبه نمودند و همچنین توان داخلی، توان برشی و توان اصطکاکی را به دست آوردند، آنها نیز با بهینهسازی توان کل خارجی لازم نسبت به طول ناحیه مرده فشار اکستروژن را محاسبه کردند و اثر شعاع سنبه و ضریب اصطکاک بر طول ناحیهی مرده بررسی شد و دریافتند که با افزایش ثابت اصطکاک طول قالب بهینه کاهش و با افزایش درصد کاهش سطح مقطع طول قالب بهینه افزایش و با افزایش شعاع سنبه طول قالب بهینه کاهش مییابد.
محمدمهدی سمندری و همکاران [4] با استفاده از اتصال چرخشی اقدام به تولید لولههای دولایه فولاد /آلومینیم کردند و به بررسی اثر پارامترهای مختلف بر استحکام لایهها پرداختند و دریافتند که تماس مواد خام دارای اتصالی ناپایدار است که این اتصال با افزایش تغییر شکل به اتصالی پایدار تبدیل میشود و همچنین با افزایش درصد کاهش ضخامت، استحکام اتصال بهسرعت افزایش مییابد تا اینکه به استحکام فلز ضعیفتر برسد.
آلکاز و همکاران [5] یک تجزیه عددی از فرآیند اکستروژن دمای بالا بر روی لولههای دوفلزی ساختهشده انجام دادند، آنها تأثیر متغیرهای مختلف اکستروژن همچون نسبت تنش جاری، محل و ضخامت نسبی لایهها و زاویه قالب را بر محصول نهایی ارزیابی کردند، آن ها برای تجزیه تحلیل کار خود از کد المان محدود استفاده نمودند
