مطالعه تجربي و تحليلي عوامل موثر بر فرآيند تراكم پودر آلومينيومي تحت بار ضربه‌اي با سرعت پايين

Experimental and Analytical Study of Effective Factors on Compaction Process of Aluminium Powder under the Impact Load by Low Speed

هدف از اين مقاله، بررسي تجربي و تحليلي چگالي نهايي، درصد تخلخل و توزيع چگالي قطعات توليدشده با فرآيند تراكم پودر، تحت بارگذاري ضربه‌اي با نرخ پايين توسط سامانه چكش پرتابه‌اي است. در بخش تجربي، با استفاده از پودر آلومينيوم خالص، به بررسي تاثيرپذيري چگالي از اندازه دانه و سطوح انرژي متفاوت پرداخته مي‌شود. در اين راستا با تغيير مقادير جرم و ارتفاع چكش اثر سطوح مختلف انرژي مورد آزمايش قرار مي‌گيرد. در بخش تحليلي، با در نظر گرفتن يك المان كوچك از قطعه در حال تراكم و استفاده از معادلات تعادل، معادله بقاي جرم و معيار لوي ميزز، رابطه‌اي براي چگالي نهايي قطعه به‌دست مي‌آيد. با استفاده از تحليل آماري، تاثير اندازه دانه و ضريب اصطكاك به‌عنوان دو عامل تاثيرگذار، به‌طور هم‌زمان روي چگالي نهايي به‌دست‌آمده از حل تحليلي، بررسي مي‌شود. در گام بعدي، درصد تخلخل و توزيع چگالي در قطعات توليدي به روش تحليلي محاسبه و با مقادير تجربي آن مقايسه مي‌شود. تطابق قابل‌قبول بين نتايج تجربي و تحليلي، صحت نتايج تحليلي ارايه‌شده را نشان مي‌دهد. همچنين با به‌كارگيري دو كميت ثابت ضريب شكل و كار سختي در روابط تحليلي، به بررسي اثرات اين دو عامل بر درصد تخلخل و توزيع چگالي قطعات توليدشده، پرداخته مي‌شود.

The aim of this paper is to investigate the green density, the percentage of porosity and the density distribution of materials which have been produced by powder compaction procedure under low rate impact loading by using drop hammer both experimentally and analytically. Effect of grain size and different level of energy on density is carried out in the experimental section. In this regard, the effect of different level of energy is investigated by changing mass and height of hammer. The analytical section presents a relation for green density considering a small element of compacting piece and using equilibrium equation, continuity equation and Levy-Mises equation. Using the statistical analysis leads to investigation of the effect of grain size and friction coefficient simultaneously as two impressive factors on analytical green density. In the next step, the percentage of porosity and density distribution was calculated analytically and compared with experimental values. The satisfactory agreement between Experimental results and analytical ones validates the presented analytical results. Also, by applying two constant quantities, shape factor and work hardening in analytical relations, the effect of these factors on percentage of porosity and density distribution of products have been investigated.