بخشی از مقاله
چکیده
کاهش سطح مقطع مادّ یه فلزی تحت فشار وارده بر آن در قالبی خاص و تشکیل پروفیل خاصّ هندسی در خروجی قالب را اکستروژن می نامند. اکستروژن لوله جهت تولید لوله های بدون درز بسیار مورد استفاده قرار می - گیرددر. این فرایند نیروی مورد نیاز جهت سیلان مادّه در قالب و فرمدهی آنبرای، انتخاب مناسب پرس و طرّاحی قالب بسیار حائز اهمیت است
در این تحقیق با استفاده از روش المان محدود و توسّط نرم افزار شبیه ساز آباکوس تحلیل نیرویی فرایند اکستروژن لوله انجام و مقادیر بدست آمده با نتایج حاصله از روش تئوری و آزمایشگاهی مقایسه شد و انطباق قابل قبولی بدست آمد. قابلیت اطمینان بسیار بالا به تحلیل تئوری نیرو و تحلیل المان محدود این فرایند از نتایج این تحقیق است.
مقدمه
فرایندی را که طیّ آن یک شمش فلزی تحت تأثیر فشار، از داخل قالبی با شکل خاص عبور داده شده و سطح مقطع آن کاهش یابد اکستروژن نامند. این فرایند می تواند به دو صورت گرم و سرد و برحسب نوع تجهیزات به کار گرفته شده، به دو روش »اکستروژن مستقیم«1 و »اکستروژن غیرمستقیم«2 تقسیم بندی شود.
لوله های بدون درز و محصولات مشابه آن عموماً توسط نورد چرخشی و یا تکنیک اکستروژن تولید می شوند
تولید آنها در هر دو روشعموماً با ایجاد درز در مرکز یک شمش 3 یا بیلت4 آغاز میشود و سپس در اثر ادامه ی فرایند به لوله ای با قطر و ضخامت پوسته ی مشخص تبدیل می شود.
محصولات لولهای شکل با سوراخ کوتاه و دیوارهی ضخیم میتواند طیّ یک عملیات یعنی فرایند نورد چرخشی همراه با سوراخکاری ایجاد شود . در این تکنیک که فرایند سوراخکاری Mannesmann نامیده میشود یک بیلت داغ بین دو غلتک سنگین که تحت زاویهای خاص نصب شده اند قرارداده می شود و همزمان به یک ماندرل 5 فشار داده میشود. جزئیات این فرایند و روند توسعهی آن به دو یا سه غلتک چرخان در منابع 4و 5 آمده است
این فرایند نرخ تولید بالا را بدست می-دهد ولی لوله های دیواره ضخیم با کنترل ابعادی ضعیف از معایب آن است که میتواند با انجام فرایندهای بعدی روی محصول لولهای شکل تولیدی توسط آن ؛ نظیر نورد6، کشش7 واتوکشی8 بهبود یابد. روش دوم تولید لولههای بدون درز، فرایند اکستروژن لوله است که در آن با استفاده از ماندرل و ایجاد فضای حلقوی بین قالب و ماندرل، از بیلت میلهای شکل لوله ایجاد می شود . در ابتدا فرایند اکستروژن لوله فقط به فلزاتی نرم نظیر سرب، قلع و یا آلومینیوم محدود می شد.ولی بعدها به علّت پیشرفتهای تکنولوژیکی در طرّ احی ابزار و توسعه ی تکنیک های روانکاری فرایند اکستروژن به مواد با استحکام بالا نظیر فولاد زنگ نزن نیز گسترده شد
وضعیت تنشها و نیروها تحت تأثیر پارامترهای مختلفی نظیر نسبت کاهش مقطع، پروفیل قالب و ماندرل، شرایط اصطکاکی در محل تداخل قالب و ماده، تنش سیلان ماده و غیره قرار دارد . دسترسی به دو خاصیت ضریب اصطکاک وخواصّ ماده تنها توسط تکنیکهای آزمایشگاهی قابل دستیابی است ولی خواصّی نظیر تنش، فشار، نیرو در طیّ فرایند به روش های مختلف تحلیلی، اجزاءمحدود و آزمایشگاهی قابل دستیابیاند که گاهی یافتن حل دقیق ریاضی با استفاده از روابط کلاسیک، به دلیل تقابل و برهم کنش پارامترهای مختلف حاکم بر فرایند، بسیار دشوار است در طیّ چندین سال پژوهش روشهای متفاوتی جهت تحلیل فرایندها ارائه شده است؛ از جمله این روشهای شناخته شده، آنالیز به روشهای قاچی،1حدّ فوقانی2، خطوط لغزش3 و اجزاء محدود4 است که هرکدام بنا بر شرایط شرایط مورد استفاده قرار میگیرند.
تاکنون مطالعات آزمایشگاهی و تئوری زیادی روی فرایند اکستروژن مستقیم لوله با تقارن محوری با استفاده از
ماندرلهای ثابت و شناور انجام شده است .[7-13] در این تحقیق تحلیل نیرویی فرایند اکستروژن لوله به روش
المان محدود توسط نرم افزار شبیه ساز آباکوس 5 انجام و با نتایج تحلیل نیرویی آزمایشگاهی و تئوری حاصل از
روش قاچی انجام شده توسط چیتکارا6 و همکارش[3] اعتبار سنجی شده است
روش تحقیق
در این تحقیق تحلیل نیروی فرایند اکستروژن لولهصرفاً با استفاده از روش المان محدود توسط نرم افزار آباکوس انجام شده است و نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از آزمایش و روابط تئوری حاصل از تحقیقات چیتکارا و همکارش مقایسه و اعتبارسنجی شده است . مراحل کار بدین صورت است که بعد از ذکر نتایج تحلیل نیرویی آزمایشگاهی و تئوری صورت گرفته توسط چیتکارا و همکارش، مراحل و فرضیات شبیه سازی توضیح و اعتباربخشی آن بررسی میگردد.
• تحلیل نیرویی تئوری
در این تحلیل که با استفاده از روش تحلیل قاچی انجام شده است با در نظر گرفتن تقارن محوری 7 مجموعهی اکستروژن شامل پروفیل قالب، ماندرل و بیلت و تعمیم بیلت به بیلت با سوراخ مرکزی ، روابط تئوری بدست آمده است. مجموعهی قالب و ماندرل همراه با بیلت و رم پرس به صورت شماتیک در شکل - 1 - نمایش داده شده است. مدل قاچی نیز در شکل - 2 - آمده است.
