بررسی شبیه‌سازی تأثیر زوایای کانال و انحنای مختلف بر کرنش مؤثر و نیروی فرآیند در فرآیند فشار در کانال زاویه‌دار لوله‌ای با استفاده از مقطع کانال ذوزنقه‌ای شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

فرآیند فشار در کانال زاویه‌دار لوله‌ای یکی از روش‌های جدید جهت تولید لوله‌های با خواص مکانیکی و ریزساختاری بسیار خوب می‌باشد. مقطع کانال ذوزنقه‌ای شکل در این فرآیند، به دلیل همگنی در کرنش بالا و نیروی کم مورد نیاز، نسبت به مقطع کانال‌های دیگر ترجیح داده می‌شود. در این تحقیق، فرآیند فشار در کانال زاویه‌دار لوله‌ای با مقطع کانال ذوزنقه‌ای شکل با استفاده از زوایای کانال و انحنای مختلف در نرم‌افزار آباکوس مدل‌سازی شد و سپس یک پاس فرآیند بر روی نمونه‌های آلومینیوم 6061 آنیل شده اعمال گردید. پس از آن تاثیر این زوایا بر کرنش موثر و هم‌چنین نیروی فرآیند نشان داده‌ شد. به منظور اعتبارسنجی نیز نتایج حاصل از روش اجزای ‌محدود با نتایج مدل تحلیلی مقایسه و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از نمونه‌های تحت فرآیند قرار گرفته‌ شده نشان داد که با کاهش زوایای کانال و انحنای قالب، کرنش موثر اعمالی افزایش یافته ‌است. با افزایش زاویه‌ی انحنا، همگنی در کرنش بیش‌تر شده و در نتیجه همگنی در سختی و ریزساختار افزایش یافته ‌است. نیروی فرآیند نیز با افزایش زوایای کانال و انحنا، کاهش یافته ‌است. هم‌چنین میان نتایج حاصل از روش اجزای محدود با نتایج مدل تحلیلی توافق خوبی برقرار بوده ‌است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation study of the effect of different channel and curvature angles on the effective strain and process load in the tubular channel angular pressing (TCAP) process using a trapezoidal channel cross-section

نویسندگان [English]

  • Amir Aghababaei 1
  • Mohammad Honarpisheh 2
1 MSc Graduate, Department of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
2 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

Tubular channel angular pressing (TCAP) process is one of the new methods to produce tubes with very good mechanical and microstructural properties. The trapezoidal channel cross-section is preferred in this process due to its high strain homogeneity and low required load compared to other channel cross-sections. In this research, the TCAP process with a trapezoidal channel cross-section was modeled using different channel and curvature angles in Abaqus software and then one pass of the process was applied to annealed aluminum 6061 samples. After that, the effect of these angles on the effective strain as well as process load was shown. For validation, the results of the finite element method (FEM) were compared and analyzed with the analytical model. The results of the processed samples showed that reducing the channel and curvature angles increases the applied effective strain. By increasing the curvature angle, the strain homogeneity has increased, and as a result, the hardness and microstructure homogeneity have increased. The process load has also decreased with the increase of channel and curvature angles. Also, there was a good agreement between the FEM results and the analytical model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tubular Channel Angular Pressing
  • Trapezoidal Channel Cross-section
  • Finite Element Method
  • Channel and Curvature Angles
  • Effective Strain
[1] Bagherpour E, Pardis N, Reihanian M, Ebrahimi R. An overview on severe plastic deformation: research status, techniques classification, microstructure evolution, and applications. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology: 2019 Feb 19; 100:1647-94. doi: 10.1007/s00170-018-2652-z
[2] Honarpisheh M, Dehghani M, Haghighat E. Investigation of mechanical properties of al/cu strip produced by equal channel angular rolling. Procedia materials science: 2015 Jan 1; 11:1-5. doi: 10.1016/j.mspro.2015.11.002
[3] Nazari F, Honarpisheh M. Analytical and experimental investigation of deformation in constrained groove pressing process. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science: 2019 Jun; 233: 3751-9. doi: 10.1177/0954406218809738
[4] Aghababaei A, Honarpisheh M. Experimental and numerical investigation of residual stress distribution in Al-6061 tubes under using tubular channel angular pressing process by new trapezoidal channel. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design: 2023 May; 58: 332-42. doi: 10.1177/03093247221113229
[5] Faraji G, Mashhadi MM, Kim HS. Tubular channel angular pressing (TCAP) as a novel severe plastic deformation method for cylindrical tubes. Materials Letters: 2011 Oct; 65(19-20):3009-12. doi: 10.1016/j.matlet.2011.06.039
[6] Faraji G, Mashhadi MM, Kim HS. Deformation behavior in tubular channel angular pressing (TCAP) using triangular and semicircular channels. Materials transactions: 2012 Jan;53(1):8-12. doi: 10.2320/matertrans.MD201107
[7] Faraji G, Reshadi F, Baniasadia M. A new approach for achieving excellent strain homogeneity in tubular channel angular pressing (TCAP) process. Journal of Advanced Materials and Processing: 2014 Feb;2(1): 3-12. [In Persian]
[8] Aghababaei A, Honarpisheh M. Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Al-6061 Tubes Processed by Tubular Channel Angular Pressing Process Having Trapezoidal Channel Geometry. Iranian Journal of Materials Forming: 2022 Apr; 9(2): 36-45. doi: 10.22099/ijmf.2022.42890.1214
[9] Shagwira H, Obiko JO, Mwema FM. Finite element method simulation of metal flow during Tubular Channel Angular Pressing (TCAP) of aluminium 7075. Advances in Materials and Processing Technologies: 2023 May; 24:1-23. doi: 10.1080/2374068X.2023.2216403
[10] Material Property Data (MatWeb). Aluminum 6061-O [Internet]. 2023 May [cited 2023 Sep 18] Available from: https://www.matweb.com
[11] Xu C, Furukawa M, Horita Z, Langdon TG. Using ECAP to achieve grain refinement, precipitate fragmentation and high strain rate super plasticity in a spray-cast Aluminum alloy. Acta materialia: 2003 Dec;51(20):6139-49. doi: 10.1016/S1359-6454(03)00433-6
[12] Xu C, Horita Z, Langdon TG. The evolution of homogeneity in processing by high-pressure torsion. Acta materialia: 2007 Jan; 55(1):203-12. doi: 10.1016/j.actamat.2006.07.029
[13] Nagasekhar AV, Yoon SC, Tick-Hon Y, Kim HS. An experimental verification of the finite element modelling of equal channel angular pressing. Computational materials science: 2009 Aug; 46(2): 347-51. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.03.018
[14] Bok HH, Lee MG, Kim HD, Moon MB. Thermo-mechanical finite element analysis incorporating the temperature dependent stress-strain response of low alloy steel for practical application to the hot stamped part. Metals and Materials International: 2010 Apr; 16:185-95. doi: 10.1007/s12540-010-0405-0