بررسی تحلیلی و عددی فرایند فورج گرم برای تولید قطعات فلزی تقارن محوری

محصولات فورج آلیاژ ti-6al-4v به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. از این آلیاژ بیشتر در صنایع هوافضا استفاده می شود. در ابتدا خصوصیات مکانیکی این آلیاژ و رفتار آن طی فرایند تغییر شکل، توضیح داده شده و سپس مروری بر پیشینه تحقیقات شد. یک دیسک که بخشی از یک موتور هواپیما است، به عنوان قطعه نمونه انتخاب شد. سپس با توجه به ملاحظات ابعادی برای ماشین کاری و تغییر حجم ناشی از دما، قالب مرحله پایانی در نرم افزار solid works طراحی شد. دیسک مذکور دارای شکل تقارن محوری بوده و از آلیاژ ti-6al-4v ساخته می شود. به دلیل اینکه کرنش پلاستیک مضاعف ممکن است سبب گسیختگی قطعه شود، با توجه به مشاهدات حداکثر کرنش پلاستیک معادل در نواحی بحرانی قطعه، قالب پیش فرم نیز طراحی شد. در این پروژه از روشی به نام تغییر شکل معکوس و همچنین در نظر گرفتن جریان ماده برای توزیع یکنواخت آن در طول زمان فورج، قالب پیش فرم طراحی شد. شبیه سازی فرایند فورج گرم با قالب بسته در نرم افزار المان محدود abaqus انجام شد. از تکنیک ale استفاده شد و همچنین مدل کرنش سختی جانسون کوک استفاده شد. اثر سه پارامتر مهم فورج، یعنی سرعت شکل دهی، دمای اولیه قطعه کار و ضریب اصطکاک بین قالب و قطعه کار، روی سه ویژگی مهم محصول و فرایند بررسی شد. این سه ویژگی عبارتند از حداکثر نیروی فورج، میزان پرشدگی قالب و یکنواختی توزیع کرنش پلاستیک. از روش فول فاکتوریال که یکی از روش طراحی آزمایش ها (doe) می باشد، برای کاهش تعداد شبیه سازی ها استفاده شد. به منظور معتبر سازی نتایج المان محدود، نتایج آزمایش های عملی و شبیه سازی عددی دو محقق، با نتایج به دست آمده از شبیه-سازی در این پروژه مقایسه شد. در انتها اثر دمای اولیه قطعه کار، ضریب اصطکاک و سرعت شکل دهی روی نیروی فورج، کیفیت پرشدگی قالب و چگونگی توزیع کرنش مورد بررسی قرار گرفت. علاوه براین نقاطی از قالب که در معرض سایش بالا هستند نیز شناسایی شدند.