چکیده

فرایند اکستروژن لولههاي فولادي زنگنزن همراه با تغییر فرمهاي بسیار شدید در دماي بالا انجام میگیرد. این تغییرفرمها که با تغییرات دمایی بسیار زیادي همراه هستند چالشهاي اصلی در مدلینگ این فرایند به شمار میروند. روشهاي المان محدود امروزه به عنوان ابزار مهمی در آنالیز پدیدهها در حین فرایند اکستروژن کاربرد دارند. در این مقاله با استفاده از همین روشها فرایند اکستروژن لولههاي فولادي زنگنزن شبیهسازي شده است. در این شبیهسازي به دلیل تغییر فرمهاي شدید در نمونه، آنالیز در حالت دینامیکی و Explicit و از نوع Temperature-displacement انتخاب شده است. مدلسازي فرایند با استفاده از نرم افزار تجاري ABAQUS/CAE انجام شده که در نهایت نیروي اکستروژن بدست آمده از شبیهسازي با نیروي تجربی مقایسه شده است. اختلاف نیروي اکستروژن بدست آمده از شبیهسازي با نیروي تجربی، چیزي در حدود %۳/۲ میباشد که دلالت بر انتخاب مناسب شرایط مرزي و شرایط اولیهي شبیهسازي دارد. در ادامه، یک کار آماري با نرم افزار MODDE و بر پایه رگرسیون خطی چندگانه به هدف تعیین میزان تاثیر هشت پارامتر ورودي در فرایند بر نیروي اکستروژن انجام شده است. با ایجاد این مدل رگرسیونی در نهایت نشان داده شد که دماي اولیه بیلت و ضریب اصطکاك بیلت-محفظه به ترتیب بیشترین تاثیر را روي نیروي اکستروژن دارند.

واژه هاي کلیدي: اکستروژن، المان محدود، آباکوس، رگرسیون خطی، طراحی آزمایشات

-۱ دانشجوي دکتري مهندسی مواد – شناسایی و انتخاب مواد فلزي، مجتمع مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

-* نویسنده مسئول: Salihomarim@gmail.com

-۲ استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

مقدمه

شبیهسازي المانمحدود ابزار بسیار مهمی در طراحی و پیشرفت فرایند اکستروژن فلزات به شمار میرود. البته چالشهایی که این فرایند به همراه دارد باعث شده که شبیه سازي آن کمتر از دیگر فرایندهاي شکلدهی مورد توجه قرار گیرد.[۱] از مهمترین این چالشها تغییرفرمهاي شدیدي است که حین فرایند در قطعه ایجاد میشود. درك صحیح از نحوه رفتار ماده در این تغییرفرمها بسیار دشوار است. در مدلینگ فرایند، براي جلوگیري از تخریب مش ها در اثر این تغییرفرمهاي شدید از مشبنديهاي مجدد۱ و متوالی در نمونه استفاده میشود. چالش مهم دیگري که با آن رو به رو هستیم دقت بسیار بالایی است که براي اطلاعات ورودي در شبیه سازي نیاز داریم. پس انعکاس مناسب خصوصیات ماده در هر لحظه و تغییراتی که به همراه دارد بسیار حائز اهمیت است. از طرفی اطلاعات خیلی کمی از خصوصیات و رفتار ماده در دما و کرنشهاي بالا موجود است. براي حل این مشکل میتوان اطلاعات مربوط به ماده در دما و کرنشهاي بالا را از برونیابی اطلاعات موجود در دما و کرنشهاي پایین براي ماده بدست آورد.

اکستروژن فولادها براي اولین بار در سال ۱۹۵۰ میلادي تحت پروسه Ugine-sejournet انجام شدSejournet .[2] به این موضوع پی برد که امکان اکستروژن فولادها در حضور روانساز شیشه بسیار زیاد است. امروزه این پروسه یکی از مهمترین روشها براي اکستروژن فولادها به شمار میرود، هر چند که نحوه ي فلوي روانساز شیشهي در قالب همچنان از مجهولات این پروسه به شمار می رود.[۳] مشاهدات تجربی حاکی از این موضوع بوده که استفاده از روانساز شیشه شرایط مشابه با حالت frictionless را بر پروسه حاکم میکند پس در این حالت دیگر خبري از ناحیه مرده در قالب نخواهد بود۲]و.[۴ تلاشها براي فهمیدن نحوه فلوي روانساز شیشه در قالب اکستروژن براي اولین بار در سال ۱۹۵۵ توسط Sejournet آغاز شد.[۵] این روانساز علاوه بر کاهش اصطکاك بین سطوح نقش عایق حرارتی را نیز بازي میکند و از انتقال حرارت به ابزار جلوگیري میکند.[۶] پس دیگر نیازي به سرد کردنهاي متوالی در ابزار نخواهد بود. دما پارامتر بسیار مهمی در فرایند اکستروژن به حساب میآید، بویژه در اکستروژن فولادها که اختلاف بسیار زیادي بین دماي ابزار و بیلت وجود دارد. تغییرات دمایی در حین فرایند تحت تاثیر تغییرات دمایی بیلت، نحوهي انتقال حرارت ما بین بیلت و قالب و اصطکاك بین سطوح تماس است، پس دانستن دماي هر یک از ابزارها و دماي بیلت در حین فرایند بسیار اهمیت دارد. در سال ۱۹۹۷ دو شخص به نامهاي Damodaram و Shivpuri یک مدل ساده عددي را براي آنالیز دما در حین اکستروژن تعریف کردند[۷] و با مدلینگ نحوه انتقال حرارت، دماي پایانی نمونه و نیروي اکستروژن را تخمین زدند. در مقاله حاضر براي سهولت در آنالیز فرایند دماي اولیه بیلت یکنواخت فرض شده است، هر چند که در واقعیت یک گرادیان دمایی در بیلت وجود دارد.[۴] در سال ۱۹۹۴ کاري توسط Pugliano و Misiolek انجام شده که دلیل اصلی پدیده خروج از مرکز را در فرایند اکستروژن همین گرادیان دمایی معرفی کردهاند.[۸] با معلوم بودن دماي اولیه بیلت و سرعت حرکت پرس میتوان تغییرات نیروي اکستروژن را در فرایند اکستروژن تخمین زد. به طور کلی از میان کارهایی که در زمینه شبیه سازي فرایند اکستروژن فولادها انجام شده است کمتر کاري بوده که تاثیر پارامترهاي ورودي را روي فرایند بررسی کرده باشد.[۹] پارامترهاي ورودي از جمله دماي اولیه بیلت،