بررسی تاثیر کاهش سطح مقطع و زاویه پیچش در توزیع کرنش، آسیب و نیروی فرآیندی در قالب اکستروژن گردابی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 11، شماره 42، بهمن 1399، صفحه 95-106   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گوهر رنجبری¹؛ علی دنیوی²؛ مهرداد شهباز^{* 3}

¹دکتری تخصصی، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه

²دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه

³استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه

تاریخ دریافت: 21 دی 1399،  تاریخ بازنگری: 03 فروردین 1400،  تاریخ پذیرش: 15 اردیبهشت 1400 

چکیده

اکستروژن گردابی یک روش تغییر شکل پلاستیک شدید است که اعمال همزمان کاهش سطح مقطع و پیچش حول محور طولی قطعه کار، در داخل قالب همگرای ثابت منجر به تجمع مقادیر بالایی از کرنش در نمونه می­شود. با توجه به قابلیت های فراوان این فرآیند از قبیل ایجاد کرنش بالا در یک پاس، سادگی و عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و یکنواختی نسبی توزیع کرنش، در این کار تحقیقی اثر همزمان کاهش سطح مقطع، زاویه پیچش و منحنی شیار بر روی کرنش موثر میانگین، فاکتور آسیب بیشینه و نیروی حالت پایدار فرآیندی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می­دهند مقدار کرنش موثر میانگین با افزایش مقادیر کاهش سطح مقطع و زاویه پیچش افزایش یافته و برهم کنش معناداری میان فاکتورهای مذکور وجود دارد. بیشترین مقدار فاکتور آسیب در سطح قطعه کار مشاهده می­شود که با توجه به مقادیر تنش میانگین مثبت در این نقاط می­توان گفت ترکهای به­وجود آمده احتمالی، در اثر تنش کششی انتشار خواهند یافت. کاهش سطح مقطع و زاویه پیچش از فاکتورهای تاثیر گذار بر نیروی حالت پایدار فرآیندی بوده و منحنی شیار تاثیر چندانی برآن ندارد. بیشترین مقدار فاکتور آسیب در قالبی با دندانه های منحنی با کاهش سطح مقطع 30% و زاویه پیچش 30 درجه مشاهده می­شود.

کلیدواژه‌ها

اکستروژن گردابی؛ کرنش موثر میانگین؛ زاویه پیچش؛ انحنای خطوط لغزش؛ آسیب

عنوان مقاله [English]

Investigation of the reduction in area and twist angle effects on the strain distribution, damage and process load of vortex extrusion die

نویسندگان [English]

Gohar Ranjbari¹؛ Ali Doniavi²؛ Mehrdad Shahbaz³

¹Mechanical Engineering Department, School of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

²Mechanical Engineering Department, School of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

³Materials Science and Engineering, School of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

چکیده [English]

Vortex extrusion (VE) is a new severe plastic deformation method that simultaneous reduction in area and twisting around the longitudinal axis of the workpiece, within the fixed convergent die, leads to the accumulation of high amounts of strain on the sample. Due to the many capabilities of this process such as creating high strain in a pass, simplicity and no need for complex equipment and homogeneity of strain distribution, in this paper, the simultaneous effect of reduction in area, twist angle and curvature of slip lines on the mean effective strain, maximum damage factor and the steady state load of the process were investigated. The results showed that the mean effective strain value increased with increasing reduction in area and twist angle and there is a significant interaction between mentioned factors. The maximum damage factor was observed at the surface of work piece, which according to the values of positive mean stress in these points it can be said that the possible initiated cracks propagate under tensile state of stress. Reduction in area and twist angle are the effective factors on steady state load of process but the curvature of the slip lines does not have much effect on it. Maximum of damage factor was determined for VE die with curved streamlines, reduction in area equal to 30% and twist angle of 30 degree.

کلیدواژه‌ها [English]

Vortex extrusion, Mean effective strain, Twist angle, Curvature of slip lines, Damage

مراجع

 [1] R. I. Kuznetsov, V. I. Bykov, V. P. Chernyshov, V. P. Pilyugin, N. A. Yefremov, V. V. Posheyev, Plastic deformation of solid bodies under pressure, Sverdlovsk, IFM UNTS RAN, Vol. 4, No. 85, 1985.

[2] X. Ma, M. R. Barnett, Y. H. Kim, Forward extrusion through steadily rotating conical dies. Part I: experiments, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 46, No. 3, pp. 449-464, 2004.

[3] L. X. Kong, P. D. Hodgson, Constitutive modelling of extrusion of lead with cyclic torsion, Materials Science and Engineering: A, Vol. 276, No. 1, pp. 32-38, 2000.

[4] S. Khoddam, A. Farhoumand, P. D. Hodgson, Axi-symmetric forward spiral extrusion, a kinematic and experimental study, Materials Science and Engineering: A, Vol. 528, No. 3, pp. 1023-1029, 2011.

[5] Y. Beygelzimer, D. Orlov, A. Korshunov, S. Synkov, V. Varyukhin, I. Vedernikova, I. Korotchenkova, Features of twist extrusion: method, structures & material properties, In Solid State Phenomena. Trans Tech Publications, Vol. 114, pp. 69-78, 2006.

[6] M. Shahbaz, N. Pardis, R. Ebrahimi, B. Talebanpour, A novel single pass severe plastic deformation technique: Vortex extrusion, Materials Science and Engineering: A, Vol. 530, pp. 469-472, 2011.

[7] M. Shahbaz, N. Pardis, J. G. Kim, R. Ebrahimi, H. S. Kim, Experimental and finite element analyses of plastic deformation behavior in vortex extrusion, Materials Science and Engineering: A, Vol. 674, pp. 472-479, 2016.

[8] M. Shahbaz, R. Ebrahimi, H. S. Kim, Streamline approach to die design and investigation of material flow during the vortex extrusion process, Applied Mathematical Modelling, Vol. 40, No. 5-6, pp. 3550-3560, 2016.

[9] M. Shahbaz, J. G. Kim, R. Ebrahimi, H. S. Kim, Prediction of Extrusion Pressure in Vortex Extrusion Using a Streamline Approach, Iranian Journal of Materials Forming, Vol. 4, No. 1, pp. 52-62, 2017.

[10] G. Ranjbari, A. Doniavi, M. Shahbaz, R. Ebrahimi, Effect of Processing Parameters on the Strain Inhomogeneity and Processing Load in Vortex Extrusion of Al–Mg–Si Alloy, Metals and Materials International, pp. 1-8, 2020.

[11] G. Ranjbari, A. Doniavi, M. Shahbaz, Numerical Modelling and Simulation of Vortex Extrusion as a Severe Plastic Deformation Technique Using Response Surface Methodology and Finite Element Analysis, Metals and Materials International, pp. 1-12, 2020.

[12] H. Ataei, M. Shahbaz, H. S. Kim, N. Pardis, Finite Element Analysis of Severe Plastic Deformation by Rectangular Vortex Extrusion, Metals and Materials International, pp. 1-7, 2020.

[13] SH. Molaei, M. Shahbaz, R. Ebrahimi, The relationship between constant friction factor and coefficient of friction in metal forming using finite element analysis, Iranian Journal of Materials Forming, Vol. 1, No. 2, pp. 14-22, 2019.

[14] L. X. Kong, P. D. Hodgson, Constitutive modelling of extrusion of lead with cyclic torsion, Materials Science and Engineering: A, Vol. 276, No. 1-2, pp. 32-38, 2000.

[15] M. S. Ghazani, S. Moslemi, The effect of inner corner radius of ECAP die on strain distribution and damage accumulation in deformed sample, Transactions of the Indian Institute of Metals, Vol. 71, No. 4, pp. 971-976, 2018.

]16[ م. شبان، " کاربرد ترکیبی از اکستروژن و پرس در کانال های زاویه دار هم مقطع در فرآوری مواد فلزی ریزدانه و نانوساختار" نشریه مواد نوین، جلد 10، شماره 2، ص 32-17، زمستان 1398.