اثر شكل هندسي قالب اكستروژن در توليد يك قطعه تقارن محوري آلومينيومي با ضخامت ديواره متفاوت

Influence of extrusion die geometry in the manufacturing of an axisymmetric aluminium part with different wall thickness

در اين مقاله، تأثير شكل هندسي قالب در فرايند اكستروژن مستقيم روي تلرانس ابعادي سطح مقطع يك قطعه بررسي شده و سرعت اكستروژن، جريان فلز، دماي اكستروژن و نيروي اكستروژن، به عنوان متغيرهاي فرايند بهصورت تجربي و عددي مورد مطالعه قرار گرفتند. قطعه كار مورد آزمايش از جنس آلياژ آلومينيوم 2014 با ضخامت ديواره متفاوت مي‌باشد. اين تفاوت در ضخامت ديواره موجب تغييرات در سرعت سيلان ماده هنگام خروج از قالب مي‌شود. در نتيجه قالبي كه براي توليد اين قطعه استفاده مي-شود، بايد قادر به كنترل نرخ جريان فلز باشد. در اين مطالعه، از دو قالب مختلف براي توليد اين قطعه استفاده شده است. در قالب اول براي كنترل سرعت فلز از روش ايجاد طول بيرينگ‌ متغير و در قالب دوم علاوه بر طول بيرينگ از تغذيه كننده نيز در كانال هاي باريك تر بهره برده شده است. از نتايجي كه در آناليز تجربي و عددي بر روي قالب اول به دست آمد، مي‌توان نتيجه گرفت كه اين قالب كارايي لازم را براي توليد اين قطعه ندارد. زيرا قادر به يكسان نمودن جريان ماده در تمام سطح مقطع قطعه نيست. به همين دليل مشكلاتي از جمله كيفيت پايين همراه با عدم دقت لازم در ابعاد قطعه توليد شده، مخصوصاً در مقطع‌هاي باريكتر (به علت پر نشدن گوشه هاي قالب) وجود دارد. نتايج حاصل از آناليز عددي قالب دوم نشان مي‌دهد كه كارايي قالب دوم بسيار بهتر از قالب اول بوده و توانسته سرعت سيلان ماده را در كل سطح مقطع قطعه كار تقريباً برابر كند و موجب بهبود دقت ابعادي در محصول شود.

In this paper, the effect of extrusion die profile on the dimensional tolerance of a cross section of a part in a forward extrusion process was studied. In these experimental and numerical investigations, some parameters such as extrusion speed, metal flow, extrusion temperature and extrusion force were considered as process variables. The specimen was aluminium alloy 2014 with a variable wall thickness. The variable wall thickness causes the metal flow rate to be changed along the die orifice. As a result, the die which is used to produce this part must be suitable to control the flow rate of metal. In this study, two different dies were used to produce this part. In the first die, to control the metal flow, variable bearing length method is used. In the second die, in addition to the bearing length method, a feeder is used in the narrow channels. From the experimental and numerical results, it was found that the first die is not good enough for manufacturing of this part. Because, the first die was not able to control uniform metal flow rate through the die orifice during the extrusion process. This drawback causes the die cavity to remain empty at the sharp corners which results in a low quality and low dimensional accuracy in the product, especially in narrow channels. The numerical analysis results have shown that, the second die performance was much better than the first one. It was able to control uniform metal flow rate which causes high quality products.