عنوان پایان‌نامه
توسعه یک مدل تحلیلی و مطالعه تجربی فرآیند پرسکاری در کانالهای زاویه دار به کمک امواج فراصوتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3320;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76237;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3320;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76237
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- سعید باقرزاده
- استاد راهنما
- کارن ابری نیا
- چکیده
- یکی از روشهای کاربردی برای ایجاد ساختارهای فوق ریزدانه جهت نیل به خواص مکانیکی مطلوب در فلزات، روشهای اعمال تغییر شکل پلاستیکی شدید به صورت کار سرد می باشد که در بین آنها، فرآیند پرسکاری در کانالهای مقطع همسان زاویه دار (ECAP) یکی از موثرترین روشها می باشد. استفاده از روش ECAP علاوه بر فواید آن، محدودیتهایی همچون نیروی زیاد لازم برای شکل دهی، تنشهای اصطکاکی بالا در سطوح تماس، راندمان پایین روش (محدودیت در ریز شدن دانه ها در هر مرحله)، ناپیوسته بودن فرآیند، محدودیت در ابعاد نمونه ها ، ناهمگنی نسبی کرنش در حجم ماده، محدودیت در دقت ابعادی و صافی سطح را دارد. امروزه بکارگیری ارتعاشات التراسونیک در فرآیند های تغییرشکل فلزات جهت بهبود راندمان فرآیندهای سنتی بدلیل اثرات مطلوب حجمی و سطحی آن بر فلزات در حال توسعه است. براین اساس موضع پژوهش حاضر توسعه روش ترکیبی استفاده از ارتعاشات التراسونیک در فرآیند ECAP جهت بهبود محدودیت های روش سنتی آن می باشد. در این پژوهش، آنالیز تحلیلی فرآیند برپایه تئوری حد بالا با کمک توسعه یک مدل ساختاری برای پیش بینی رفتار تنش-کرنش آلومینیوم خالص تحت تحریک ارتعاشات التراسونیک ارائه گردید. با استفاده از این مدل، نیروی لازم، کرنش و نرخ کرنش فرآیند، منطقه تغییرشکل و چگالی نابجایی پیش بینی گردید. همچنین مدلسازی عددی فرآیند بکمک نرم افزار المان محدود برای بررسی توزیع پارامترهای فرآیند و مقایسه نتایج دو حالت بدون و با بکارگیری ارتعاشات التراسونیک مورد مقایسه قرار گرفت. برای اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده و همچنین بررسی تغییرات ریزساختار و سختی و مقاومت ماده، مجموعه تجربی کامل قالب بهمراه تجهیزات اعمال ارتعاشات التراسونیک برای انجام آزمون های فشار و ECAP بکمک ارتعاشات التراسونیک طراحی و ساخته شد. نتایج نشان داد که بکارگیری ارتعاشات طولی بر روی آلومینویم خالص حین تغییرشکل باعث نرم شوندگی آکوستیکی و کاهش تنش جریان آن متناسب با توان ارتعاشات اعمالی و پس از توقف ارتعاشات باعث افزایش چگالی نابجاییها و سخت شوندگی پسماند ماده گردید. همچنین نتایج نشان داد که بکارگیری ارتعاشات التراسونیک با توان بالا در فرآیند ECAP باعث کاهش نیروی لازم فرآیند، افزایش مقدار کرنش پلاستیکی، افزایش چگالی نابجاییها ، متمرکزتر شدن منطقه تغییرشکل، افزایش سختی و مقاومت فشاری ماده و همچنین کاهش بیشتر اندازه دانه در نمونه آلومینیومی در مقایسه با فرآیند سنتی گردید که این اثرات با بکارگیری ارتعاشات با توان بالاتر (دامنه نوسانات بزرگتر) تقویت گردید. همچنین بکارگیری ارتعاشات التراسونیک در جهت عمودی و در خلاف جهت اکستروژن ماده موثر تر از حالت بکارگیری ارتعاشات عرضی می باشد.
- Abstract
- The severe plastic deformation (SPD) method is one of the applicable methods for producing ultra-fined grain (UFG) structures to attain desirable mechanical properties in metals as cold metal working in which the equal channel angular pressing (ECAP) is known as one of its common techniques. Besides benefits of ECAP method, this process has limitations such as high required forming load, high contact frictional stresses, low efficiency (limitation on grain refinement), non-continuous process, and limited sample size, comparative strain inhomogeneity and poor dimensional accuracy and surface finish. Recently, the application of ultrasonic vibration in metal forming processes due to significant volume and surface effects has increasingly developed to enhance limitations of the conventional processes. The main objective of this research is development of new hybrid method by combining ultrasonic vibration with ECAP to eliminate limitations of conventional method. In this research, an analytical analysis has been developed based on the upper bound theorem enhanced by a constitutive equation to predict stress-strain behavior of pure aluminum under ultrasonic excitation. The required forming load, strain and strain rate, dislocation density values and plastic deformation zone were calculated by analytical model. Also, numerical simulation of the hybrid method was prepared to predict distribution of process parameters and comparison between ECAP without and with assisting ultrasonic vibration. To verify the developed models and investigation on microstructural evolution and strength and hardness of processed aluminum samples, experimental setups were designed and fabricated to preform both ultrasonic-assisted compression and ECAP tests. The results showed that application of high-intensity ultrasonic vibration causes temporary acoustic softening as decrease in flow stress of pure aluminum while the residual hardening phenomenon was appeared after the vibration was turn off. Also, the results demonstrated that the application of high-intensity ultrasonic vibration with ECAP causes decrease in forming force, increase in plastic strain, and increase in dislocation density, more centralized plastic deformation zone, higher hardness value and compression strength and more grain refinement in comparison with conventional ECAP method so that this effect is enhanced by using higher ultrasonic power (higher amplitude). Moreover, the applied ultrasonic vibration in vertical direction opposite to extrusion direction was more effective than the laterally applied vibration. Keywords: ECAP, Ultrasonic vibration, analytical model, Experimental tests, Fined grain structure.
