بررسي عمر خستگي قالب هاي فشرده سازي پودر با استفاده از مدل پلاستيسيته دراكرپراگر كپ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده فشرده‌سازي مواد پودري در قالب‌ يكي از روش‌هاي مهم شكل‌دهي صنعتي است كه موجب افزايش بهره‌وري انرژي، صرفه‌جويي در زمان و هزينه و در نتيجه افزايش نرخ توليد شده است. در پژوهش حاضر با استفاده از روش المان محدود، شبيه‌سازي فرآيند تراكم پودر فلزي Ag35Cu32Zn33 به منظور محاسبه توزيع تنش و كرنش در پودر متراكم‌شده و قالب انجام شد. مهم‌ترين چالش‌ شبيه‌سازي، انتخاب يك مدل ساختاري مناسب براي تغيير شكل پلاستيك پودر است كه ثوابت مجهول آن با انجام آزمايشهاي كاليبراسيون به‌آساني و به طور دقيق محاسبه شود. در اين پژوهش از مدل ساختاري دراكر پراگر كپ تعميم يافتهي وابسته به چگالي براي تخمين رفتار پلاستيك پودر ديرگداز استفاده شد كه طبق اتحاديه اروپايي متالورژي پودر بهترين عملكرد را بين مدل‌هاي ساختاري موجود دارد. پارامترهاي مدل شامل ضرايب الاستيسيته، سطح تسليم و سطح شكست برشي و اصطكاك در چگالي‌هاي مختلف پودر به روش تجربي از تركيب تست تراكم در قالب تجهيز شده استوانه‌اي و تست استحكام شكست محوري و قطري اندازه‌گيري شد. وابستگي ثوابت مدل دراكر پراگر كپ به چگالي پودر در زيربرنامه Usdfld نرم‌افزار آباكوس تعريف شد. نتايج شبيه‌سازي از تطابق خوبي با داده‌هاي منتشرشده در مراجع مرتبط برخوردار است. مطابق نتايج، توزيع ناهمگن چگالي نسبي و تنش در پودر حين بارگذاري و باربرداري ايجاد مي‌شود كه وابسته به ضريب اصطكاك بين پودر و قالب است. ضريب اصطكاك در مقايسه با خواص مادي قالب تأثير بيشتري روي ميزان تنش در پودر و قالب داشته و بيشترين تنش در پودر در نواحي مجاور سنبه بالايي و ديواره قالب اتفاق مي‌افتد. با افزايش اصطكاك ميانگين چگالي نسبي پودر كاهش و فشار مورد نياز براي تراكم و تنش ايجاد شده در پودر و قالب افزايش مي‌يابد. مقدار تنش‌هاي به وجود آمده در قالب در ناحيه الاستيك مي‌باشد و در مرحله باربرداري 35 درصد نسبت به مرحله پاياني تراكم كاهش دارند. پيش‌بيني عمر خستگي قالب، با وارد كردن نتايج تنش قالب استوانه‌اي در نرم‌افزار Fe-safe، تعريف چرخه بارگذاري و نسبت دادن خواص خستگي قالب براي جنس‌هاي مختلف، انجام گرفت. نتايج مدل‌هاي تنش-عمر و كرنش-عمر با در نظر گرفتن اثر تنش چند محوره، اثر تنش ميانگين و نيز شرايط كاركرد واقعي قالب در كارگاه‌هاي صنعتي نشان داد كه قالب‌هاي ساخته‌شده از جنس SAE4340 نسبت به SKD11 و CK45 عمر خستگي بالاتري دارند. هم‌چنين افزايش ضخامت جداره‌ي قالب موجب افزايش قابل ملاحظه عمرخستگي قالب مي‌شود. به نحوي كه با افزايش ضخامت قالب از 5/2 به 5 ميلي‌متر در قالب از جنس SAE4340 و CK45 هيچ آسيبي ناشي از خستگي ايجاد نمي‌شود. نتايج اين بررسي به افزايش كيفيت محصول نهايي و طراحي مناسب قالب و انتخاب صحيح جنس آن كمك خواهد كرد و از خسارت‌هاي زيادي كه در نتيجه طراحي نا‌مناسب قالب تحت بارگذاري نوساني به بخش‌هاي صنعتي در اين حوزه تحميل مي‌شود، جلوگيري مي‌كند.

218978

طراحي كاربردي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان