تحلیل عددی و تجربی اثر روانکار در فرآیند آهنگری دقیق هم‌دمای پره تیتانیومی با استفاده از آزمون فشار قالب باز میله استوانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق شاغل در دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 دانشجوی کارشناسی ارشد/دانشگاه صنعتی مالک اشتر/ مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‏های ساخت

چکیده

اصطکاک نقش مهمی در چگونگی جریان پلاستیک مواد در حین فرآیند آهنگری و همچنین تعیین میزان نیروی مورد نیاز فرآیند دارد. به همین دلیل، به منظور بالا بردن دقت نتایج شبیه‌سازی‌های عددی در مرحله طراحی قالب آهنگری و پیش‌بینی نیروی مورد نیاز فرآیند، ضرورت دارد تا آزمون­های اصطکاکی مناسبی جهت برآورد ضریب اصطکاک فرآیند انجام شوند. در این تحقیق، یک آزمون جدید به نام آزمون فشار قالب باز میله استوانه‌ای برای ارزیابی اصطکاک معرفی شده و منحنی‌های کالیبراسیون آن به دست آمده‌اند. این آزمون به همراه آزمون فشار حلقه برای پیش‌بینی ضریب اصطکاک در فرآیند آهنگری هم­دمای یک نمونه پره کمپرسور توربین گاز از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V به کار می‌رود. ضریب اصطکاک حاصل از آزمون فشار حلقه برای ناحیه ریشه پره و ضریب اصطکاک حاصل از آزمون فشار میله برای ناحیه ایرفویل پره مورد استفاده قرار می‌گیرند. سپس فرآیند آهنگری پره مذکور با روش‌های عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است و مقایسه مقادیر به دست آمده برای حداکثر نیروی مورد نیاز فرآیند، انطباق قابل قبولی را نشان می‌دهد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که آزمون فشار قالب باز میله استوانه‌ای روش قابل قبولی برای ارزیابی اصطکاک است. اختلاف بین مقادیر ضریب اصطکاک به دست آمده از دو روش مذکور، وابستگی ضریب اصطکاک به حالت تغییرفرم قطعه‌کار را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Investigation of Lubricant Effect in an Isothermal Precision Forging Process of a Titanium Blade Using Open Die Compression of Cylindrical Rod Test

نویسندگان [English]

  • Hamid Arabi 1
  • Mohammad Beig Mohammadi 3
3 MSc Student at Malek Ashtar University of Technology/ Materials and Manufacturing Proceeses Complex
چکیده [English]

 
 Friction has an important role in both plastic flow of workpiece material and the determination of the required force during the forging process. Therefore, in order to increase the accuracy of the numerical simulation results in the process of die designation as well as predicting the required force, it is necessary to perform suitable tests to estimate the friction coefficient of the process. In this research, a new testing method called open die compression of a cylindrical rod has been presented and the calibration curves have been developed. Then, this test and the well-known ring compression test have been used to predict the friction coefficient in the isothermal forging of a gas turbine compressor Ti-6Al-4V blade sample. The friction coefficient determined by the ring compression test has been applied for the root region and the coefficient determined by the rod compression test was employed for the airfoil region of the blade. Finally, the forging process was numerically and experimentally investigated. Comparison of the maximum forces from the numerical and the experimental results showed an acceptable agreement. The results showed that the open die compression of cylindrical rod test is a reliable method for evaluating the friction. The difference between the friction coefficients determined by the two mentioned testing methods showed the dependence of friction coefficient value on the deformation condition of the workpiece.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Isothermal forging
  • Friction
  • Ring compression test
  • open die compression of cylindrical rod test
  • compressor blade

مراجع

[1]  T. Altan, S.-I. Oh, G. Gegel, Metal forming fundamentals and applications, American Society for Metals, 1983, (1983) 353.
[2]  G. Shen, A. Vedhanayagam, E. Kropp, T. Altan, A method for evaluating friction using a backward extrusion-type forging, Journal of Materials Processing Technology, 33(1-2) (1992) 109-123.
[3]     B. Buchner, G. Maderthoner, B. Buchmayr, Characterisation of different lubricants concerning the friction coefficient in forging of AA2618, Journal of materials processing technology, 198(1-3) (2008) 41-47.
[4]  H. Kim, T. Altan, Effects of surface finish and die temperature on friction and lubrication in forging, Procedia Engineering, 81 (2014) 1848-1853.
[5]  Q. Zhang, N.-y. Ben, K. Yang, Effect of variational friction and elastic deformation of die on oscillating cold forging for spline shaft, Journal of Materials Processing Technology, 244 (2017) 166-177.
[6]  C. Hu, Q. Yin, Z. Zhao, A novel method for determining friction in cold forging of complex parts using a steady combined forward and backward extrusion test, Journal of Materials Processing Technology, 249 (2017) 57-66.
[7]  T. Altan, G. Ngaile, G. Shen, Cold and hot forging: fundamentals and applications, ASM international, 2004.
[8] Y. Zhu, W. Zeng, X. Ma, Q. Tai, Z. Li, X. Li, Determination of the friction factor of Ti-6Al-4V titanium alloy in hot forging by means of ring-compression test using FEM, Tribology International, 44(12) (2011) 2074-2080.
[9] T. Robinson, H. Ou, C.G. Armstrong, Study on ring compression test using physical modelling and FE simulation, Journal of Materials Processing Technology, 153 (2004) 54-59.
[10] A.D. Santos, J.F. Duarte, A. Reis, B. da Rocha, R. Neto, R. Paiva, The use of finite element simulation for optimization of metal forming and tool design, Journal of Materials Processing Technology, 119(1-3) (2001) 152-157.
[11] C. Lv, L. Zhang, Z. Mu, Q. Tai, Q. Zheng, 3D FEM simulation of the multi-stage forging process of a gas turbine compressor blade, Journal of Materials Processing Technology, 198(1-3) (2008) 463-470.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 5
آذر و دی 1398
صفحه 1089-1096

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار