بخشی از مقاله
چکیده
سوپر آلیاژ اینکونل 718 به دلیل استحکام بالا در دماهاي بالا و مقاوم به خوردگی یکی از آلیاژهاي پرکاربرد در صنعت می باشد که البته این خاصیت ها باعث شده،فرم دهی آنها پیچیده تر از دیگر آلیاژها باشد.یکی از روشهاي فرم دهی این آلیاژها، فورج شعاعی است که یک نوع فرآیند فورج قالب باز می باشد. در این تحقیق فرآیند فورج شعاعی به روش المان محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس به منظور پیش بینی نیروهاي فورج بصورت سه بعدي شبیه سازي شده است.قطعه کار به صورت یک ماده الاستو- ویسکوپلاستیک مدلسازي شده است .
یک ترکیب اصطکاك خشک و تنش برشی محدود شونده جهت تماس قطعه کار و قالبها استفاده شده است . در این تحقیق نیروي لازم جهت انجام فرآیند در هر پاس، تغییرات دما در حین فرآیند و اثر دما بر مقدار نیروي فورج مورد بررسی قرار گرفته است . در نهایت نیروهاي بدست آمده از شبیه سازي با نتایج تست تجربی مورد مقایسه قرارگرفته است که تطابق خوبی را بین نتایج عملی و شبیه سازي نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دماي اولیهي قطعه کار، نیروي فورج کاهش یافته، همچنین در فرآیند فورج شعاعی با کاهش سرعت پیشروي قطعهکار و افزایش تعداد مراحل فورج، نیروي لازم جهت انجام فرآیند کاهش مییابد.
-1 مقدمه
فرآیند آهنگري شعاعی یک از انواع فرآیندهاي فورج قالب باز می باشد،که جهت تبدیل قطعهکار اولیه به قطعهکار نهایی با سطح مقطعهاي مربع، مستطیل، مخروطی و شافت هاي پلهدار از دو یا تعداد بیشتري سندان و یا قالب استفاده می شود. این فرآیند میتواند بصورت گرم یا سرد بر روي فلزاتی نظیر فولادهاي ساختمانی، فولادهاي پر آلیاژ و آلیاژهاي مقاوم به حرارت - پایه نیکل و کبالت - انجام شود.
خواص محصولات بدست آمده از این فرآیند عبارتند از تلرانس دقیق،کیفیت سطح خوب، افزایش استحکام محصول، ساختار یکنواخت دانهها و سیکل زمانی کوتاه مدت جهت تولید محصول.[1] طرح اولیهي آهنگري شعاعی، اولین بار در سال 1946 در کشور استرلیا ایجاد شد. نخستین موارد استفاده آهنگري شعاعی براي فورج قطعات کوچک بصورت داغ و فورج سیلندر بصورت سرد بوده است.
آهنگري شعاعی در حال حاضر جهت کاهش قطر شمشهاي ریخته شده، شمشهاي پیش فورج شده،ساخت محور و شافت هاي پلهدار و آهنگري سیلندرها با پروفیل داخلی متفاوت استفاده میشود. شکل1 اصول فرآیند فورج یک قطعهکار توسط ماشین آهنگري شعاعی چهار چکشه را نشان میدهد. آقاي لورنس1 و همکارانش [2] ، در سال 1992 فرآیند فورج شعاعی آلیاژ اینکونل 718 را به منظور بررسی کرنش ها شبیهسازي کردند. نتایج نشان می دهد که کرنش اعمالی به سطح نمونه به مراتب بیشتر از کرنش مرکز قطعه کار می باشد.
آقاي اتوهارر2 و همکارانش [3] ، فرآیند فورج شعاعی را براي آلیاژ اینکونل 718 جهت بررسی تغییرات دما، اندازه دانه در سه دماي اولیه ي 1050،1010،970 درجه سانتی گراد شبیه سازي کردند. آقاي فوده3 و همکارانش [4] ، فرآیند فورج شعاعی داغ را بمنظور بررسی اثر پارامترهاي موثر بر روي نیروي فورج شبیه سازي کردند. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد کاهش سطح مقطع و ضریب اصطکاك ، نیروي فورج بصورت غیر خطی افزایش می یابد، همچنین با افزایش زاویه ورودي قالب و کاهش نرخ تغذیه پیشروي، نیروي مورد نیاز فورج کاهش می یابد.
آقاي خیاط زاده4 و همکارانش [5] ، در سال 2008 فرآیند فورج شعاعی را براي محصولات سیلندر توپر و توخالی جهت بررسی توزیع دما ، توزیع کرنش پلاستیک شبیه سازي سه بعدي کردند. آقاي قائی5 و همکارانش [6] ، در سال 2006 فرآیند فورج شعاعی را جهت بررسی اثر شکل و زاویه هاي قالب بر روي تنش و کرنش بصورت سه بعدي شبیه سازي کردند.
در این تحقیق آلیاژ اینکونل 718 در چهار مرحله توسط دستگاه آهنگري شعاعیSx 55 فورج می گردد. هدف از این تحقیق،پیش بینی نیروي مورد نیاز براي فورج سوپر آلیاژ اینکونل 718 و بررسی امکان تولید این محصول با دستگاه مورد نظر می باشد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازي با نتایج عملی مورد مقایسه قرار گرفته است.
-2 مدلسازي فرآیند فورج شعاعی
فرآیند فورج شعاعی از جمله فرآیندهایی می باشد که تحت تنشهاي حرارتی و تنشهاي تغییر شکل قرار دارند. در این تحقیق براي پیش بینی نیروهاي مورد نیاز فورج از آنالیز کوپل حررات به همراه جابجابی استفاده شده است، همچنین تعدادي از پارامترها از جمله: سرعت پیشروي قطعه کار، ماکزیمم سرعت قالب و شکل هندسی قالبها ثابت در نظر گرفت شده است.
در این شبیه سازي به منظور کاهش زمان تحلیل، قطعهکار بصورت ¼ مدل شده است، در نتیجه نیروهاي بدست آمده از واکنش قالبها را باید 2 برابر در نظر گرفت. در این تحقیق به منظور مدلسازي فرآیند فورج شعاعی و تعیین اثر حرارت بر روي نیروهاي فورج از نرم افزار تجاري المانمحدود آباکوس استفاده شده است.در شکل 2 مدل المانمحدود براي شبیه سازي فرآیند آهنگري شعاعی چهارچکشه نشان داده شده است.
