Thermo-mechanical modeling of tool and workpiece interface in metal forming process

Abstract

في عملية تشكيل المعادن ، يحصل التغير اللدائني (البلاستيكي) لشكل القطعة ، المراد تصنيعها ، في السطح المشترك (البيني) بين أداة التصنيع والقطعة المصنعة . وتعتبر أداة التصنيع أحد أهم المتغيرات المؤثرة في التحكم للمصانع . وينتج عن التغير في شكل المعادن ، الخاضعة للتصنيع ، والاحتكاك في منطقة التلامس بين أداة التصنيع والقطعة المصنعة كمية كبيرة من الحرارة ، جزء من تلك الحرارة ينتقل عن طريق التوصيل الحراري إلى أداة التصنيع ويتم إزالة هذه الحرارة عن طريق الحمل الحرارية بواسطة غاز أو سائل مسلط . وفي إحدى عمليات التصنيع المسماة بالدرج أو الرق ، ينتج في النهاية عن العمليات المتكررة للتبريد والتسخين تغير ضخم في توزيع درجة الحرارة في أداة الدرج . في الجزء الأول من هذا العمل ، عملت محاولة لدراسة توزيع الحرارة والتدفق الحراري في أداة الدرج باعتبار تدفق حراري غير منتظم في السطح المشترك بين أداة الدرج والقطعة المدرجة . وباختيار طريقة أولية ، تم اقتراح طريقة لعمل نموذج يحاكي التدفق الحراري الغير منتظم في السطح البيئي . لقد وضح بجلاء أن الطريقة المستخدمة حالياً لعمل هذا النموذج تعتبر أعم وأشمل من تلك الموجودة في الأبحاث المطبوعة سابقاً . فعلى سبيل المثال ، فإن الدراسة الحالية قد أوضحت أن التدفق الحراري المنتظم في المنطقة البينية الذي أعتبره عدد من الباحثين في دراستهم إنما هو حالة خاصة من البحث المدروس حالياً ، وخاصة عندما يكون التغير في الشكل والسرعة النسبية صغيرة جداً . بالإضافة إلى ذلك ، فقد عرضت هذه الدراسة التغير في التدفق الحراري الناتج عن الاحتكاك في السطح البيني وكذلك الطاقة الناتجة عن تغير شكل القطعة المصنعة . إن توزيع درجة الحرارة مع الحمل الميكانيكي ينتج عنه تغير في شكل أداة الدرج مع إجهاد واسع متمركز في أماكن معينة منها . وقد أصبح تغير شكل آلة الدرج ظاهرة مهمة ليس فقط في التحكم في الشكل والمقاسات النهائية للقطعة المصنعة ولكن أيضاً للتقليل من تكلفة استبدالها . وبافتراض أداة درج مصنوعة من معدن مرن قابل للتمدد واعتبار تأثيرات الانتقال الحراري ، فإنه في الجزء الثاني من هذه الدراسة قد عمل نموذج يمثل توزيع التغير في الشكل للمعدن المرن لأداة الدرج باستخدام طريقة العناصر المحدودة لحرارة المعدن المرن . وقد قرن النموذج الحراري ونموذج التغير في الشكل وأنشأت طريقة حسابية تعتمد على التكرار التخميني من أجل حساب قطر أداة الدرج . وأخيراً فإن نصف قطر أداة الدرج المتغيرة الشكل استخدم لحساب سماكة صفيحة معدنية خارجة من التصنيع . وبعمل مقارنة بين قياس سماكة الصفيحة المعدنية المصنعة والخاضعة للحمل الميكانيكي الحراري وبين نتائج التجارب في الأبحاث السابقة للنشر ، وجد أن هناك توافقاً في القيم بدرجة كبيرة جداً .