يك روش جديد اصطكاكي تغيير شكل پلاستيك شديد لوله و بهبود خواص مكانيكي و ريزساختاري

دكتري

يكي از چالش هاي پيش رو براي تغيير شكل پلاستيك شديد لوله¬ها، ارائه روشي براي افزايش طول لوله-هاي فراوري شده به منظور استفاده آنها در مقياس صنعتي مي¬باشد. بدين منظور در اين رساله از توان اصطكاك براي گرمايش موضعي و كاهش نيروهاي لازم براي اعمال كرنش به لوله¬ها و افزايش طول آنها استفاده شده است. به اين ترتيب فرايندهاي اصطكاكي تغيير شكل پلاستيك شديد لوله(FATS) ، شكل-دهي اصطكاكي لوله(FATF) و اكستروژن اصطكاكي لوله (FATE)براي فراوري لوله هاي استحكام بالا معرفي شدند. فرايندهاي ارائه شده روي لوله¬هايي از جنس برنج و مس خاص تجاري انجام شده و امكان پذيري آنها براي توليد لوله¬هايي با استحكام بالا نشان داده شد. مطالعه ريز ساختار لوله¬هاي فراوري شده با 7 پاس فرايندFATS كاهش قابل ملاحظه اندازه دانه و افزايش چشمگير خواص مكانيكي را نشان مي¬دهد. به طوري كه اندازه دانه اوليه ازμm30 به μm3/1كاهش يافته و استحكام تسليم لوله از MPa45 به MPa374 افزايش يافته است. روند مشابهي براي سختي و استحكام نهايي با افزايش 5/3 و 4/1 برابري نسبت به حالت آنيل مشاهده مي¬شود. به منظور دست¬يابي به ميدان دمايي، توزيع كرنش و ساير متغيرهاي خروجي، فرايند اصطكاكي با استفاده از تكنيك مش مجدد خودكار شبيه سازي شد. بدين منظور، قابليت مش مجدد خودكار براي حل مشكل اعوجاج المان¬ها با استفاده از برنامه نويسي به نرم افزار تحليل اضافه شد. نتايج حاصل از شبيه سازي اجزاي محدود با نتايج آزمايش¬هاي تجربي براي اندازه گيري دما، نيروي اكستروژن وتوزيع سختي مقايسه شده و دقت و صحت شبيه سازي ها تاييد شدند. اثر متغيرهاي ورودي فرايند مانند نرخ پيشروي، سرعت دوراني و زاويه قالب روي ريز ساختار و خواص مكانيكي لوله¬هاي فراوري شده با فرايند اصطكاكي با استفاده از طراحي آزمايشات و روش تاگوچي بررسي شد. نتايج نشان داد كه با افزايش نرخ پيشروي و كاهش سرعت دوراني اندازه دانه لوله¬هاي فراوري شده كاهش و استحكام تسليم آنها افزايش مي¬يابد و زاويه قالب اثري روي اين خواص ندارد. حل تحليلي فرايند با ارائه ميدان سرعت، محاسبه توان و استخراج معادله انتقال حرارت و كوپل كردن معادلات مكانيكي و دمايي انجام شد. نتايج حل تحليلي نشان داد، با افزايش ضريب اصطكاك شكل منطقه تغيير شكل تغيير كرده و شيب آن افزايش مي¬يابد. علاوه بر اين، مقايسه حل تحليلي براي حالت كوپل و غير كوپل نشان داد، با كوپل كردن معادلات، دماي منطقه تغيير شكل و نيروي اكستروژن كاهش مي¬يابند. مقايسه زاويه پيچش، نمودارهاي نيروجابجايي براي نيم سيكل اول و دوم به همراه تاريخچه دمايي فرايند براي حل تحليلي، شبيه سازي اجزاي محدود و آزمايش¬هاي تجربي انطباق خوبي بين نتايج نشان مي¬دهد. بررسي هاي عددي و تجربي روي فرايندهاي اصطكاكي شكل¬دهي و اكستروژن اصطكاكي روي لوله¬هاي مسي افزايش 4 برابري استحكام تسليم ، كاهش 5 برابري اندازه دانه ، كاهش6 برابري بيشينه نيرو، افزايش 6/2 برابري كرنش و افزايش قابل ملاحظه راندمان را در اين فرايند در مقايسه با ساير فرايندها نشان مي¬دهد

192479

دانشگاه علم و صنعت ايران

ساخت و توليد

دكتر محمد صديقي