بررسي تجربي و شبيه سازي اجزاي محدود عوامل موثر در فرآيند تيگزوفورجينگ قطعه درپوش گيربكس

Experimental study and FEM simulation of the effect of significant parameters in the thixoforging of the gearbox cap

فرآيند شكل دهي نيمه جامد در ساخت قطعات نزديك به شكل نهايي به ويژه در صنايع خودروسازي و هواپيما سازي استفاده مي شود. به دليل اين كه رفتار آلياژهاي نيمه جامد به صورت غيرنيوتني بوده و وابستگي سيلاني اين آلياژها به پارامترهاي زيادي مانند سيكل حرارت دهي مجدد، روش توليد شمشال اوليه، وغيره مي باشد، شبيه سازي آن ها يكي از مشكل ترين مسايل مهندسي مي باشد. يكي از فرآيندهاي شكل دهي نيمه جامد، روش تيگزوفورجينگ است كه بين دماي خط مذاب (ليكوييدوس ) و خط انجماد (ساليدوس ) ماده انجام مي گيرد و نرخ كرنش، اصطكاك و دماي قالب از جمله عوامل تاثير گذار بر فرآيند هستند. در اين تحقيق به شبيه سازي فرايند تيگزوفورجينگ و بررسي اثر پارامترهاي وابسته به آن از جمله ضريب اصطكاك، دماي فرآيند و سرعت حركت پرس با استفاده از نرم افزار Deform-3D پرداخته شده است. جهت بررسي صحت شبيه سازي، آزمايش هاي عملي تيگزوفورجينگ در حالت هاي مختلف و درحالت ايزوترمال بر روي آلياژ A356 انجام شده است. مقايسه نتايج عددي با تجربي نشان داده است كه در كسرهاي جامد مختلف، شبيه سازي هاي مذكور به خوبي رفتار سيلان را مدل سازي مي كنند. همچنين نتايج نشان داده است كه افزايش دماي قطعه باعث كاهش سختي و نيروي شكل دهي قطعه مي‎گردد كه دليل اين امر رشد دانه ها خواهد بود. در ضمن با كاهش دماي قالب به علت ريزشدن دانه ها و با افزايش نيروي پرس، به علت تراكم فاز آلفا اوليه در دانه ها، سختي افزايش يافته است. دماي قالب بالاتر باعث بروز ريزساختاري درشت تر و ناهمگن در آلياژ گرديد. اين امر به نوبه خود باعث كاهش تقريبي 5/12% در ميزان سختي و 6/20% در مقدار تناژ پرس شد.

Semi-solid forming processes are now used for producing near net shape parts especially in the automotive and aircraft industries. Non Newtonian rheology of semisolid alloys and its dependence on the various parameters such as reheating cycle, method used to produce non-dendritic structure, thermo-shear history etc. have made the simulation of the flow behavior of semisolid material a difficult mater in engineering. One of the semi-solid forming processes is thixoforging process. Thixoforming takes place between liquidous and solidous temperature and liquid phase and solid one that exists at the same time. The significant parameters in this method can be strain rate, friction and temperature terms. In this research, the simulation of thixoforging process is done using Deform-3D software and parameters such as friction factor, process temperature and rams speeds are studied. In order to verify the model, thixoforging tests were conducted with various parameters and under isothermal conditions on the A356 Alloy. The comparison of numerical results at different solid fractions with experimental data is shown.These simulations can provide an accurate model of the process. Also the simulation results had shown the effects of various parameters. Results showed that increasing the mould temperature, causes more inhomogeneous microstructure and therefore the hardness and forming force decreased %12.5 and %20.6 respectively.