بررسي تاثير محلول نانو ذرات در رفتار اصطكاك كولمبي در شكل دهي آلياژ آلومينيوم به روش آزمون فشار حلقه

Effect of the Nano Particle Solution on the Coulomb Friction Behavior of Aluminum Alloy Forming Process Using the Ring Compression Test

اصطكاك يكي از مهم ترين فاكتورهاي مؤثر بر فرآيندهاي شكل دهي فلزات است. علاوه بر رعايت يك سري اصول اساسي، انجام روانكاري صحيح، بهترين روش كنترل اصطكاك و سايش در يك فرآيند است. يكي از روشهاي ارزيابي تاثير روانكارها بر اصطكاك در فرآيندهاي شكل دهي، آزمون فشار حلقه است. با استفاده از منحني هاي كاليبراسيون در فرآيند فشار حلقه، ضريب اصطكاك محاسبه مي شود. در اين مقاله تأثير محلول نانو ذرات اكسيد مس و آلومينا در روانكارهاي پايه پارافين و روغن 10 در تاثير بر اصطكاك طبق مدل اصطكاك كولمب بررسي شده است. از روش تاگوچي و آرايه متعامد L8 با توجه به تعداد عوامل مورد بررسي، جهت طراحي آزمايش ها و بدست آوردن حالت بهينه استفاده شده است. با انجام آزمايشات پيشنهادي و بكارگيري منحني هاي كاليبراسيون براي ماده A17xxx ضرايب اصطكاك كولمب براي روانكارهاي مختلف بدست آمده است. پارامترهاي درصد وزني نانو ذرات، نوع روانكار پايه و نوع نانو ذرات افزودني، به عنوان متغيرهاي ورودي، و ضريب اصطكاك كولمب به عنوان متغيرهاي هدف در نظر گرفته شدند. با روش آناليز واريانس ميزان تاثيرگذاري هر متغير ورودي بر روي پارامتر هدف بررسي شد و مقادير پارمترهاي ورودي جهت كمينه كردن مقدار ضريب اصطكاك با روش سيگنال به نويز تاگوچي استخراج شدند. نتايج نشان مي دهد كه بيشترين تاثير را در صد وزني نانو ذرات با سهم درصد 62/15 روي ضريب اصطكاك دارد و با افزايش درصد وزني نانو ذرات، ضريب اصطكاك افزايش مي يابد. همچنين بهترين تركيب براي به حداقل رساندن ضريب اصطكاك، تركيب %0/8 نانو ذرات آلومينا در روانكار روغن 10 بدست آمد.

Friction is one of the important factors influencing metal forming processes e.g. forging. Besides considering a set of basic principles, efficient lubrication is the best way to control friction and wear. One way to evaluate the effect of lubricants on the friction in forming processes, is ring compression test. By using calibration curves in the forging process, friction coefficient is calculated. In this paper, the effects of nano- particles solution including copper oxide and alumina within paraffin and oil-10 as the base lubricants on the Coulomb friction model has been studied. In order to obtain the optimal design of experiments Taguchi method has been used and considering the number of investigating factors, L8 orthogonal array selected. After carrying out all suggested tests and using calibration curves for Al7xxx, Coulomb friction coefficients for different lubricants have been obtained. Weight percentage of nano-particles and the type of both base lubricant and nano-particles additives, considered as input variables, and the Coulomb friction coefficient selected as objective variable. Through variance analysis the effectiveness of each input variable on the objective evaluated and values of the input parameters to minimize friction coefficient by Taguchi signal-to-noise method were extracted. The results show that the greatest impact belongs to weight percentage of nanoparticles with a share of 62.15 percent on the friction coefficient and increasing the weight percentage of nanoparticles lead to increasing the friction coefficient. Also, the best combination to minimize friction coefficient is 0.8% solution of alumina nanoparticles with oil 10 as base lubricant.