بررسي تجربي و عددي آهنگري گرم هم‌دماي قطعه پيچيده صنعتي از آلياژ آلومينيوم 6061

Experimental and Numerical Investigation of Isothermal Hot Forging of a Complex Industrial Part of AA6061 Aluminum Alloy

فرآيند آهنگري هم‌دما قابليت توليد قطعات پيچيده صنعتي از آلياژهايي كه داراي قابليت شكل‌پذيري بالايي نيستند مانند آلياژهاي آلومينيوم را دارا است. حذف اختلاف دمايي بين قطعه و قالب در اين روش، باعث از بين‌بردن مشكل سردشدن قطعه در اثر انتقال حرارت به قالب‌ها مي‌شود. در اين پژوهش آهنگري هم‌دماي آلياژ آلومينيوم 6061 در شرايط مختلف فرآيندي شامل نوع روانكار، ابعاد و اندازه شمش اوليه، دما و سرعت تغيير شكل، براي توليد يك قطعه صنعتي پيچيده به‌صورت عددي و تجربي بررسي شد. براي انجام شبيه‌سازي اين فرآيند از نرم‌افزار المان محدود Deform 3D استفاده شد. مقايسه نتايج تجربي و عددي آهنگري هم‌دما تطابق خوب نتايج را نشان داد. بهترين ابعاد شمش اوليه براي قطعه مورد مطالعه، استوانه‌اي با قطر اوليه 35 و ارتفاع اوليه 32ميلي‌متر است. افزايش دما، كاهش سرعت تغيير شكل و استفاده از روانكار مناسب مقدار نيروي لازم براي آهنگري را كاهش داد. كاهش سرعت تغيير شكل از 25 به 2/5ميلي‌متر بر ثانيه، نيروي لازم جهت آهنگري را تا 1/8 برابر كاهش داد. افزايش دماي آهنگري از 380 به 530درجه سانتي‌گراد مقدار نيروي آهنگري را تا حدود 3/5 برابر و سختي قطعه را تا حدود 20% كاهش داد. نتايج نشان داد به‌دليل پيچيدگي قطعه آهنگري‌شده، نواحي مختلف قطعه تحت تاثير مقادير كرنش مختلف قرار مي‌گيرد كه اين امر موجب تغيير درصد فازهاي ثانويه همچون فاز Mg2Si در اين نواحي مي شود

The isothermal forging process has the ability to produce complex industrial parts from alloys that do not have high formability, such as aluminum alloys. Eliminating the temperature difference between the part and the die in this method eliminates the problem of cooling the part due to heat transfer to the die. In this study, the hot isothermal forging of AA6061 aluminum alloy in different conditions of process including lubricant type, dimensions and size of primary ingot, temperature and rate of deformation, to produce a complex industrial part numerically and experimentally was investigated. Deform 3D software was used to simulate this process. Comparison of experimental and numerical results showed a good agreement of results. The best dimension of the primary ingot for the studied piece is cylindrical with an initial diameter of 35mm and an initial height of 32mm. Increasing the temperature, reducing the deformation rate and using the appropriate lubricant reduced the amount of required forging force. Reducing the deformation rate from 25-2.5mm/s reduced the required forging force to 1.8 times. Increasing the forging temperature from 380 to 530℃ reduced the amount of forging force about 3.5 times and reducing the hardness of the part about 20%. The results showed that due to the complexity of the forging part, different areas of the part were affected by different strain values, which changes the percentage of secondary phases such as Mg2Si phase in these areas