بررسي هندسه سطح مقطع سيم برنجي نورد تخت شده

محمد خدائي1* و محسن خليليان2
عضو هيأت علمي دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شهر مجلسي، گروه مهندسي مواد، اصفهان، ايران
كارشناس ارشد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد خمينيشهر، گروه مهندسي مواد، اصفهان، ايران
*khodai1358@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 04/11/1389، تاريخ پذيرش: 10/02/1390)

چكيده
از فرآيند نورد تخت سيمها براي ساخت برخي اجزاي قطعات الكترونيكي، برخي فنرها و رينگهاي پيستون استفاده ميشود. به علت شرايط هندسي سيم در لحظه شروع نورد، تغيير شكل ايجاد شده غير همگن ميباشد. پيشبيني هندسه سيمهاي نورد تخت شده حين توليد مهم و ضروري ميباشد، بنابراين در اين پژوهش از فرآيند نورد تخت سيم با كرنشهاي مختلف براي ايجاد تغيير شكل غير همگن در نمونههاي برنجي استفاده شده است. نمونهها با مقادير مختلف كاهش سطح مقطع داده شدهاند. از طرفي فرآيند نورد تخت سيم توسط نرمافزار ABAQUS مدلسازي شده است. با مقايسه نتايج شبيهسازي فرآيند نورد و اطلاعات هندسي نمونههاي نورد شده و نتايج محققين پيشين دقت روابط ارائه شده و نتايج شبيهسازي براي سيم برنجي بررسي گرديد. همچنين روابط جديدي براي هندسه سطح مقطع و طول سيمهاي برنجي نورد شده، ارائه شده است. نتايج نشان ميدهند كه روابط ارائه شده در اين زمينه به جنس ماده مورد تحليل بستگي دارد و رابطه تجربي جديد براي پيشبيني طول، دقت مناسبي به ويژه در كاهش ارتفاعهاي بيشتر دارد.

واژههاي كليدي:
نورد تخت، پروفيل سطح مقطع، شبيهسازي نورد، پيشبيني طول.

مقدمه
سيمهاي نورد تخت شده به مقدار وسيعي در ساخت تيغههاي اره، فنرها و رينگ پيستونها كاربرد دارند [1 و 2]. در حين تغيير شكل پلاستيك سرد فلزات، دانسيته نابجاييها به ميزان چند برابر افزايش مييابد. بنابراين انرژي ذخيره شده و همچنين نيروي محركه براي فرآيند آنيل افزايش مييابد. همين مسئله منجر ميشود تا استحكام افزايش يافته و فرمپذيري فلز كاهش يابد. در نتيجه فلز تغيير فرم يافته، تحت عمليات آنيل قرار ميگيرد تا دانسيته نابجاييها و انرژي ذخيره شده در فلز كاهش يابد. فرآيند آنيل اندازه دانه فلز تغيير فرم يافته را تحت تأثير قرار داده و خواص مكانيكي و فيزيكي را تغيير ميدهد. اين مسئله براي طراحان مواد از آن جهت اهميت دارد تا بتوانند توزيع اندازه دانه را بعد از تبلور مجدد ماده تغيير فرم يافته پيشبيني كنند. از آنجا كه در فرآيند تغيير فرم فلزات، تغيير فرم ناهمگن وجود دارد و انرژي ذخيره شده به تناسب ناهمگني تغيير فرم در نقاط مختلف فرق ميكند، لذا بررسي تأثير پارامترهاي مختلف بر توزيع ناهمگني و نيز بررسي از بين بردن ناهمگني ايجاد شده حين تغيير فرم ضروري است. تغيير فرم ناهمگن در فرآيندهاي بسياري مانند كشش سيم، اكستروژن و نورد تخت تختال توسط تعيين توزيع سختي و محاسبهي ميزان كرنش مطالعه شده است. براي توليد يك سيم تخت همانگونه كه در بالا توضيح داده شد، يك سيم از ميان غلتكها عبور داده ميشود تا يك نسبت ضخامت به عرض به دست آيد. اما بر خلاف نورد صفحات، در اين فرآيند پهنشدگي فقط در راستاي طول نبوده و در جهت عرضي نيز فلز دچار پهن شدگي ميشود. محققين روابط تجربي و تحليلي بسيار براي پيشبيني هندسه سطح مقطع سيم نورد تخت شده ارائه دادهاند [5-3].
پيش از اين محققان به اين نتيجه دست يافتند كه سختي از مركز به سمت لبهي سطح مقطع كاهش مييابد. اين محققين به اين نتيجه رسيدند كه در يك اندازه دانه اوليه ثابت، با افزايش مقدار تغيير فرم، فاكتور ناهمگني كاهش مييابد. همچنين نتايج آزمايشات آنها نشان داد كه با افزايش دما و يا زمان آنيل، توزيع سختي در سطح مقطع سيم نورد شده، همگنتر ميگردد [9-6]. در اين پژوهش از فرآيند نورد تخت سيم با كرنشهاي مختلف براي ايجاد تغيير شكل غير همگن در نمونههاي برنجي استفاده شده است. نمونهها با مقادير مختلف كاهش سطح مقطع داده شدهاند. از طرفي فرآيند نورد تخت سيم توسط نرمافزار
جدول (1): آناليز و خواص آلياژ مورد مطالعه.
دماي ذوب
◦C دماي كارگرم
◦C دماي آنيل
◦C
Cu% تركيب شيميايي آلياژ
Pb% Fe% Zn% نام آلياژ
900 625 -800 425 -600 59-63 0/3 > 0/07 باقيمانده Muntz Metal Or C28000
مواد و روش تحقيق
در اين پژوهش از سيمهاي برنجي با شماره آلياژ C28000 (Muntz Metal) استفاده شده است كه آناليز اسمي و برخي خواص فيزيكي آلياژ در جدول (1) مشاهده ميشود. نمونهها به صورت استوانههايي با قطر 1 و طول 65/6 سانتيمتر تهيه گرديده و در كاهش ارتفاعهاي 15، 30، 45 و 60 درصد نورد تخت شدند. دستگاه نورد مورد استفاده داراي ظرفيت 20 تن و قطر غلتكها 13 سانتيمتر بوده است و سرعت چرخش غلتكها RPM 10 تنظيم شد. سپس قسمت مركزي قطعات برش داده
شدند و سطح مقطع نمونهها توسط دستگاه Profile Projector مورد مطالعه ابعادي قرار گرفته است.
2-1- شبيهسازي
از طرفي فرآيند نورد تخت سيم توسط نرمافزار ABAQUS و به روش Dynamic Explicit و به صورت سه بعدي مورد تحليل قرار گرفت [10]. اساس كار اين نرمافزار روش اجزاي محدود1 ميباشد. براي شبيهسازي المانهاي قطعه از المان C3D8R و براي المانهاي غلتك از المان R3D4 استفاده شده است. ضريب اصطكاك براي تمام شبيهسازيها 2/0 = µ در نظر گرفته شده است [6]. شكل (1) مدل اوليه شبيهسازي نورد تخت سيم برنجي را نشان ميدهد. با استفاده از شبيهسازي ابعاد نهايي سيم و كرنش معادل براي كاهش ارتفاعهاي مختلف نورد به دست آمد.
ABAQUS/Explicit مورد مدلسازي قرار گرفته است.
محلهاي صفحات برشي تعيين و همچنين روابط جديدي براي 3- نتايج و بحث
هندسه سطح مقطع سيمهاي برنجي نورد شده ارائه گرديده است. شكل (2) كرنش معادل در كاهش ارتفاعهاي 15، 30، 45 و 60 در اين تحقيق پيشبيني تغييرات طول توسط ارائه رابطه جديد درصد نورد تخت حاصل از شبيهسازي را نشان ميدهد.
تجربي نيز انجام شده است.

بررسي هندسه سطح مقطع سيم برنجي نورد تخت شده 65

شكل (1): مدل شبيهسازي شده نورد تخت سيم.

شكل (2): سطح مقطع و كرنش معادل شبيهسازي شده در كاهش ارتفاعهاي مختلف.

همان طور كه از شكل (2) مشاهده ميشود خطوط حداكثر كرنش معادل به صورت ضربدري است كه نشان ميدهد محل خطوط لغزش در روي يكي از اين دو خط خواهد بود. خطوط حداكثر كرنش معادل در نمونههاي با كاهش ارتفاعهاي 30 و
45 درصد مشهودتر است.
در شكل (3) سطح مقطع و طول قطعات نورد شده مشاهده ميگردد. از سطح مقطع نمونه 60 درصد، به علت صدمه ديدن نمونه تصوير در دسترس نيست. تركهاي مايل در سطح مقطع نمونههاي 30 و 45 درصد نورد شده، بيانگر محل خطوط لغزش در سطح مقطع هستند كه اين محلها همخواني مناسبي با نتايج شبيهسازي (شكل 2) دارند. همچنين پهناي سيم نورد شده (1w) و پهناي سطح تخت ايجاد شده روي قطعات (b) اندازهگيري شدهاند و به همراه ابعاد به دست آمده از محاسبات شبيهسازي و در قياس با دادههاي روابط تجربي كوباياشي2 [3] و كاظمينژاد – كريميطاهري [9]، در نمودار شكلهاي (4) و (5) آمدهاند. البته ماده مورد بررسي توسط محققين مذكور، مس
76962-2517221

شكل (3): طول و سطح مقطع سيمهاي برنجي نورد شده.

4
6
8
10
12
14
16
18
20
3
4.5
6
9
7.5
h
1
(mm)
w
1
(
mm
)
Kazeminezhad Experiment
Experiment
kobayashi 87
Simulation

4

6

8

10

12

14

16

18



قیمت: تومان


پاسخ دهید