عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی وتجربی فرآیند شکل دهی مجددلوله های دولایه برای تولید مقاطع غیر گرد
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3397;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77477;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3397;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77477
- تاریخ دفاع
- ۱۷ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- علی تاج یار
- استاد راهنما
- ابوالفضل معصومی
- چکیده
- لوله های چند لایه غیر دوار به طور گسترده در صنایع مختلف مانند هوا فضا، شیمیایی، انتقال سیال، تجهیزات انتقال حرارت و قالب های ریخته گری پیوسته استفاده می‌گردد. تولید قطعات چند لایه در اشکال و هندسه ساده مانند ورق ها، لوله ها و میله های گرد با روش های متدوال اتصال در یک مرحله دست یافتنی است، اما در مورد محصولات چند لایه با سطح مقطع های پیچیده تر، استفاده از فرآیندهای شکل دهی در کنار فرآیند های اتصال می-تواند به عنوان راه حلی ممکن در نظر گرفته شود. در این رساله فرآیند شکل دهی مجدد غلتکی لوله دو لایه آلومینیوم-مس که بوسیله جوشکاری انفجاری تولید شده، مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به بررسی تولید لوله های گرد دو لایه آلومینیوم-مس بوسیله فرآیند جوشکاری انفجاری پرداخته می شود و خواص مکانیکی و مورفولوژی فصل مشترک اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. سپس فرآیند شکل دهی مجدد غلتکی سرد لوله گرد جوش انفجاری شده برای تولید لوله ای دو لایه با مقطع مربعی شکل، طی مراحل مختلف گذر بررسی شده است. تاثیر مورفولوژی فصل مشترک اولیه و میزان شکل دهی بر روی ریزساختار و استحکام فصل مشترک اتصال و توزیع سختی طی فرآیند شکل دهی مورد بررسی قرار گرفته است. سطح شکست نمونه ها در منطقه فصل مشترک به منظور بررسی مکانیزم شکست و نحوه توزیع ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک و تاثیر آنها بر استحکام فصل مشترک توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، تحلیل شیمیایی عناصر(EDS) و تحلیل پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین تغییر شکل الاستیک-پلاستیک لوله دو لایه طی فرآیند شکل-دهی و تاثیر پارامترهایی همچون ضخامت و جنس لایه ها، مقدار کاهش ارتفاع و شعاع غلتک ها بر روی ابعاد محصول نهایی، انرژی تغییر شکل و نیروی جداشونده توسط تحلیل اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی فصل مشترک اتصال لوله های جوش انفجاری شده نشان می دهد که مورفولوژی و استحکام فصل مشترک اتصال نه تنها به نسبت بار انفجاری، بلکه به سختی لوله های ساکن و پرنده نیز بستگی دارد. نتایج آزمون خواص مکانیکی نشان می دهد که با افزایش مقدار کاهش ارتفاع، افزایش قابل توجهی در مقدار سختی در قسمت گوشه دیده نمی شود، در حالی که سختی در قسمت تخت برای هر دو لایه افزایش می یابد و استحکام اتصال متاثر از مورفولوژی فصل مشترک و مقدار ترکیبات بین فلزی در آن است. وجود مناطقی با ظاهری سائیده شده در سطوح شکست نشان دهنده جدایش در برخی مناطق فصل مشترک در مراحل اولیه فرآیند شکل دهی مجدد و سایش این مناطق طی مراحل گذر بعدی است. مقدار این مناطق در سطوح شکست با افزایش ضخامت لایه بین فلزی به طور چشمگیری بیشتر می‌شود. در شکل دهی مجدد لوله های دو لایه با ضخامت یکسان لایه ها، بطوریکه تنها در یکی لایه بیرونی آلومینیومی و لایه داخلی مسی و در دیگری لایه بیرونی مسی و لایه داخلی آلومینیومی می باشد، برای لوله هایی که لایه داخلی آنها از ماده با استحکام بالاتر باشد، انرژی بیشتری مورد نیاز است، نیروی جدا شونده افزایش یافته و شعاع گوشه بزرگتری به دست آمده است. این اختلاف با افزایش کاهش ارتفاع و کاهش قطر لوله اولیه افزایش می یابد.
- Abstract
- Non-circular tubular bimetallic products are being widely used in various industries such as aerospace, chemical, liquid transportation, heat transfer equipment and continuous casting molds. Fabrication of multi-layer products with simple shape and geometry such as sheets, circular pipes, and rods at one stage is achievable with prevalent joining methods but in the case of multi-layer products with more complex cross-sections, using the forming processes beside the cladding processes can be considered as a possible solution. In this thesis, reshaping process of Al/Cu bimetal pipes produced by explosive welding has been investigated. Firstly, the fabrication of Al/Cu circular pipes by the explosive welding process has been investigated and the mechanical properties and morphology of the interface were studied. Then, the reshaping process of bimetal explosive-welded circular pipe to produce square tube in various stages has been investigated. The effect of initial interface morphology and the amount of forming on the microstructure, strength of the bond interface and the distribution of hardness during the reshaping process were investigated. To evaluate the fracture mechanism and distribution of intermetallic compounds at the interface and their effects on the bond strength, the fracture surface of interface have been studied by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction analysis (XRD). Also, the elastic-plastic deformation of two-layer tubes during the reshaping process and the effect of process parameters such as thickness and material of layers, roll gap reduction and roll radius on the final product dimensions, energy and separation force were investigated by finite element analysis. The results of explosive welded pipes interface investigation showed that the morphology and bond strength is dependent not only to the explosive charge, but also on the hardness of parent pipes. The results of mechanical properties tests showed that with the increase of roll gap reduction during the various stages, no significant changes were observed in hardness values of corner part for both copper and aluminum layers, while in flat part hardness values of both layers are increased and the bond strength is affected by the morphology of interface and the amount of intermetallic compounds at the interface. The presence of abraded regions at the fracture surface of specimens revealed that separation has occurred at some regions of the interface in early stages of reshape rolling and these areas in both sides are abraded locally by frictional rubbing of the opposing surfaces during the next stages of forming. The amount of these abraded regions in the fracture surfaces dramatically increases by increasing the thickness of intermetallic layer at the interface. In reshaping of bimetallic tubes with the same thickness layers in which outer layer is aluminum and inner layer is copper or vice versa, pipes which have the inner layer with higher strength material, due to the deformation ratio of the inner layers is greater than the outer layers, the presence of higher strength material in the inner layer causes the more resistant to deformation, which leads to the formation of the square tubes with larger outer corner radius, require more energy and increase of the separation force. These differences increases with increasing the roll gap reduction and decreasing the initial diameter of the pipes. KEYWORDS: Reshape rolling process, Square bimetal tube, Bond interface, Explosive welding.
