مطالعه عددي توزيع تنشهاي پسماند در فرايند غلتكزني عميق آلومينيوم 7075

Studying the distribution of residual stresses in deep rolling process of Al 7075

تنشهاي پسماند به تنشهايي گفته ميشوند كه پس از برداشته شدن تمام نيروهاي خارجي همچنان در ماده باقي ميمانند. بر اساس نوع بارگذاري تنشهاي پسماند مي-توانند به دو صورت كششي و فشاري در ماده باقي بمانند. تنشهاي پسماند فشاري در جسم ميتوانند استحكام ماده در برابر بارهاي وارده به ويژه استحكام خستگي را بهبود ببخشند. يكي از روشهاي ايجاد تنشهاي پسماند فشاري استفاده از فرايند غلتكزني عميق است كه با توجه به سادگي و پايين بودن هزينه بهطور گسترده در صنايع مورد استفاده قرار ميگيرد. در اين مقاله مدلسازي فرايند غلتكزني آلومينيوم 7075و شبيهسازي آن به كمك روش اجزا محدود مورد بررسي قرار ميگيرد و تاثير عوامل مهمي همچون قطر ساچمه در ابزار غلتكزن، گام پيشروي، عمق نفوذ و تعداد عبور بر روي توزيع تنش پسماند بررسي ميشوند. از الگوي سخت شوندگي چرخهاي شابوش در شبيهسازيها استفاده شده است. ثابتهاي اين الگو از آزمايش چرخهاي كرنش كنترل آلومينيوم 7075 محاسبه شدهاند. براي راستي آزمايي نتايج شبيهسازيهاي اجزا محدود از نتايج آزمايش و شبيهسازيهاي پژوهشهاي پيشين استفاده شده است. نتايج اين مقاله نشان ميدهد كه عمق و ميزان تنش پسماند فشاري با افزايش قطر ساچمه غلتكزن، ميزان عمق نفوذ و تعداد عبور غلتك افزايش مييابد ولي با افزايش گام پيشروي ميزان تنش پسماند و يكنواختي توزيع تنش پسماند كاهش مييابد. همچنين الگوي مومسان شابوش ميتواند رفتار ماده در بارگذاريهاي كمچرخه مانند فرايند غلتكزني را پيشبيني نموده و به‌كارگيري روش اجزا محدود در محاسبه تنش پسماند به جاي روشهاي تجربي علاوه بر كاهش هزينه و زمان توزيع تنش پسماند در عمق بيشتري را نمايان ميسازد.

Residual stresses are those which remain in the material even after removing the entire external load. Residual stresses may be compressive or tensile depending on the type of the loading. Compressive residual stresses improve the mechanical properties particularly the fatigue life of material. Compressive residual stresses can be induced by different techniques. Due to its easiness and low cost, deep rolling is one of the widely used techniques in industry to create compressive residual tresses. Deep rolling process is numerically simulated in this work and the effects of some important rolling parameters such as ball diameter, feed rate, penetration depth and number of passes on the distribution of residual stress are investigated. Chaboche cyclic plasticity model is used in the simulations. The constants of the Chaboche model are calculated from the strain control cyclic tests on Al 7075. The results are validated using the experimental and numerical results reported in the literature. The results indicate that the depth and magnitude of the compressive residual stress increase with increase in the ball diameter, depth of penetration and number of passes. Also, the value of residual stress and its uniformity decrease by increasing the feed rate. In addition, Chaboche cyclic plasticity model can simulate material behavior in a low cycle loading such as deep rolling and using finite element method instead of experimental methods for measuring residual stresses reduces cost and time of solution and reveals more depth of residual stress distribution.