بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف شبیهسازی عددی جریان مذاب و انتقال حرارت همراه با انجماد در فرآیند ریخته گری ورق با استفاده از سیستم دوغلتکه، در دو بعد بر پایهی روش المان محدود و با بهرهگیری از نرم افزارهایی مانند پروکست تعریف و اجرا شد. در این تحقیق سیال ناآرام در نظر گرفته شده و از روشی خمیری بهره گرفته شده است. فرمول های مورد استفاده برای انجام این مدلسازی در متن به صورت مشروح بیان شده است. دمای قالب و نقطهی پایان انجماد به صورت تابعی از دمای بارریزی، سرعت ریختهگری مورد بررسی قرار گرفتهاند. در نهایت تأثیر پارامترهای ریختهگری یاد شده بر عملکرد فرآیند و پیشبینی کیفیت محصول ریختگی نهایی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
.1 مقدمه
ریختهگری دوغلتکه روشی مؤثر برای تولید ورق نورد گرم شده به صورت مستقیم از مذاب است. اساس فرآیندهای متفاوت دوغلتکه مشابه است. ابتدا فلز مذاب پس از طی مراحل آلیاژسازی و تصفیه وارد حوضچه یا همان تاندیش میشود که به یک نازل و یا تیپ سرامیکی متصل است. مذاب در نازل جریان مییابد و به صورت کنترل شده وارد منطقهی بین دو غلتک در حال چرخش با سرعت ثابت که از درون به صورت آبگرد خنک میشوند، میشود. انجماد به محض تماس مذاب با غلتک آغاز و پیش از رسیدن به کمترین فاصلهی بین غلتکها - نقطهی نیپ دستگاه - به اتمام میرسد. پس از آن مذاب منجمد شده تحت نورد گرم قرار میگیرد و کاهش ضخامت %15 را با عبور از میان غلتکها تجربه میکند.
اشتیاق برای توسعه و گسترش فرآیند ریختهگری دوغلتکه دارای دو جنبه اقتصادی و متالورژیکی است. چون این فرآیند مراحل انجماد و نورد گرم را در یک مرحله ادغام میکند، هزینهی مصرف انرژی، نگهداری و سرمایهگذاری را تا حد زیادی کاهش میدهد. از نقطه نظر متالورژیکی، نرخ انجماد بالا در این فرآیند، سبب ایجاد ریزساختار متالورژیکی بسیار ظریفی از جمله سلولهای دندریتی بسیار ریز - حدود 5 P - ، ذرات بینفلزی ریز - 1 P - ، افزایش حلالیت جامد و حضور فازهای شبهپایدار و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی میشود.
این فرآیند نیز مانند سایر فرآیندها سبب بروز عیوبی در محصول نهایی میشود. عیوب مهم در ریخته-گری تسمه/ ورق به روش دوغلتکه شامل ایجاد خطوط حرارتی /تشکیل حفره، جدایش خط مرکزی، چسبیدن، رگهای شدن سطح، ترکهای لبهای و ... است. شدت عیوب یاد شده وابسته به شرایط فرآیند خواهد بود، در نتیجه بهینهسازی شرایط فرآیند سبب به حداقل رسیدن این عیوب خواهد شد. از سوی دیگر برای جبران شکاف بین سرعت تولید تئوریکی و عملی نیز، آنالیز جریان سیال و انتقال حرارت برای روشن کردن چگونگی تأثیر متغیرهای فرآیند و بهینهسازی آنها ضروری است.
عمدتا مدلسازی فرآیند دوغلتکه به شبیهسازی پدیدههای فیزیکی در ناحیهی ریختهگری اطلاق می
چهارمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعهی علمی ریختهگری ایران
شود. این مدلها به چهار گروه به شرح زیر طبقهبندی میشوند:
-1 جریان حرارت
-2 جریان سیال همدما
-3 جریان حرارت- سیال
-4 ترمومکانیکی این مدلها به صورت تکی توجه بسیاری را به خود جلب کردهاست. مدلسازی ریختهگری دوغلتکه در
این مطالعه انتقال حرارت، جریان سیال و انجماد را در بر میگیرد که میتوان آن را در دستهی سوم جای داد.
.1-1 مدل جریان حرارت- سیال
موراکامی - 1993 - برای اعمال رفتار سیلان در سه حالت مذاب، خمیری و جامد آلیاژ آلومینیوم فرض کرد مذاب آلومینیوم رفتار غیرنیوتنی، با دما و نرخ کشش وابسته به ویسکوزیته دارد. برای تخمین ویسکوزیته حالت جامد، از رابطهی به دست آمده از جفت کردن نتایج تست کشش استفاده نموده و با سرهم کردن اطلاعات ویسکوزیته در دمای سالیدوس و لیکوئیدوس، رابطهای نمایی برای تابع پیوستهی ویسکوزیته معتبر برای هر سه ناحیهی مذاب، خمیری و جامد به دست آورد. یکی از ضعفهای این روش، فقدان تفسیر فیزیکی برای تغییرات ویسکوزیته در ناحیهی خمیری بود.
ها - 1994 - برنامهای برای آنالیز دوبعدی و ناپایدار پدیدههای انتقال در ناحیهی مذاب ریختهگری دوغلتکه نوشت. از برنامه برای پیشبینی سرعت و دما در طول پروفیل انجمادی برای فولاد مذاب استفاده شد. با وجود اینکه برنامهی کامپیوتری آنها قابلیت پیشبینی انجماد در حفرهی حرارتی گوهای شکل را دارا بود اما محاسبات جریان ناآرام در مدلسازی آنها لحاظ نشده بود. آنها از معادلات جریان آرام حتی در مواردی که جریان اغتشاشی بود استفاده کردند. بنابراین، نتایج آنها برای نرخهای تولید بالا غیرواقعی شناخته میشود.
اچوانگ - 1995 - با در نظر گرفتن مشکل شروع فرآیند در فرآیند دوغلتکه انتقال حرارت و جریان سیال را شبیهسازی عددی کرد. آنها از نرمافزار تجاری پروکست که بر مبنای حل المان محدود بنا شده بود، استفاده کردند.[6] بعدتر در1996 اچوانگ تحقیقاتی بر پایهی تجربی و شبیهسازی برای دستیابی به ارتباط بین مشخصات جریان و کیفیت سطحی برای ماشینهای ریختهگری زاویهدار انجام داد. آنها دریافتند که چروکهای روی سطوح نوار باریک با افزایش عمق حوضچهی مذاب بهبود مییابد.
