بررسی پارامترهای موثر در فرایند نورد ساندویچی و معمولی ورق نازک فولادی به کمک روش اجزاء محدود
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
ولی علی میرزالو
1
(استادیار گروه مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه ارومیه، ارومیه)
کلید واژه: تغییر شکل پلاستیک, نورد ساندویچی, اجزامحدود, ورق نازک, DEFORM2D,
چکیده مقاله :
در این پژوهش فرایند نورد ساندویچی و معمولی نوعی ورق نازک فولادی با لایه‌های آلومینیومی، بررسی و مقایسه شده است. ورق از جنس فولاد ضدزنگ SUS304 و لایه‌های آلومینیومی از جنس آلومینیوم 1050 است. هر دو روش نورد به روش المان محدود با رفتار مکانیکی کرنش سخت تحلیل و سپس با استفاده از نتایج تجربی، صحت سنجی شده است. هم‌چنین دو روش نورد از لحاظ توزیع کرنش، فشار، نیرو و گشتاور لازم مقایسه و اثر درصد تغییر شکل، نیروهای کششی، فاکتور اصطکاک و شعاع غلتک‌ها در نورد ساندویچی بررسی گردیده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که نتایج تحلیل المان محدود تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. نورد ساندویچی در مقایسه با نورد معمولی، درلایه فولادی توزیع کرنش‌ها یکنواخت‌تر است و نیز فشار و نیروی وارده بر غلتک‌ها کاهش قابل توجهی دارد؛ اما گشتاور نورد مقداری افزایش می یابد. هم‌چنین در نورد ساندویچی با افزایش درصد کارسرد، ضخامت لایه‌های خروجی به صورت خطی کاهش می‌یابد. با اعمال تنش کششی، نیروی نورد کاهش یافته و تاثیر نیروی کشش از عقب در کاهش نیرو، بیش‌تر می‌شود. با افزایش مقدار فاکتور اصطکاک، نقطه ماکزیمم فشار(نقطه خنثی) به سمت ورودی نورد جابجا شده و توزیع کرنش‌ها غیریکنواخت‌تر می‌شود. هم‌چنین با افزایش شعاع غلتک‌ها، فشار نورد افزایش یافته و نقطه خنثی به سمت ورودی نورد جابجا می‌شود و ضخامت لایه‌ها تغییر قابل توجهی نمی‌کند.
In this paper, sandwich rolling of a thin steel sheet with aluminum layers and its conventional rolling process have been investigated and compared. Stainless steel SUS304 for the sheet and aluminum 1050 for the output layers have been used. Both the rolling procedures have been analyzed by the finite element (FE) method with work harden material behavior and FE model has been verified using the experimental results. Then strain, pressure distribution, required rolling force and moment for the rolling processes have been compared. The affect of the sandwich rolling parameters such as deformation ratio, tension forces, friction factor and roll radius have been investigated. Results show that the FE model is in good agreement with the experimental results. Uniformity of the strain distribution in the steel layer for the sandwich rolling is better and the rolling force is considerably smaller than the conventional rolling process but the rolling moment is larger in the sandwich rolling. In the sandwich rolling, by increasing the deformation ratio, output layers thickness decrease linearly. Applying the tension forces on the sheet causes the rolling force decreases and affect of the back tension is more than the front tension. By increasing the friction coefficient, maximum pressure point (neutral point) transmitted to the entrance of the roll gap and uniformity of the strain distribution decreases. Increasing the radius of the rolls, increases the rolling pressure and transmits the neutral point to the entrance of the roll gap without much change in the thickness of the layers.
References:
1- A.A.Afonja and D.H.Sansome, “A theoretical analysis of the sandwich rolling process”, Int.J.Mech.Sci. 15 1-14, (1973).
2- Yasunori Harada and Masanobu Ohmori, “Sandwich rolling of sintered compacts of pure chromium” ,J.Mat.Proc. Tech. 137 117–122, (2003).
3- Zone-Ching Lin andTang-Guo Huang, “Hot rolling of an aluminum-copper sandwich ¯at strip with the three-dimensional finite element method”, J.Mat.Proc. Tech. 99 154-168, (2000).
4- Yeong-Maw Hwang, Hung-Hsiou Hsu and Yuh-Lin Hwang, “Analytical and experimental study on bonding behavior at the roll gap during complex rolling of
sandwich sheets”, Int.J.Mech.Sci. 42 2417-2437, (2000).
5- H. DaneshManesh and A. KarimiTaheri, “Theoretical and experimental investig- ation of cold rolling of tri-layer strip”, J.Mat.Proc. Tech. (2004).
6-G.Y.Tzou,” Theoretical study on the cold sandwich sheet rolling considering Coulombfriction”, J.Mat.P.Tech .(114) 41-50, (2001).
7- M.N. Huang ,G.Y. Tzou and S.W. Syu, “Investigation on comparisons between two analytical models of sandwich sheet rolling bonded before rolling”, J.Mat.Proc. Tech. 140 598–603, (2003).
8- Y.M Hwang,H.H.Hsu,H.J.lee, ”Analysis of sandwich sheet rolling by stream function method”, Int.J.Mech.Sci.37(3) 297-315, (1995).
9-H. Arabi, S.H. Seyedein, A. Mehryab, and B. Tolaminejad, Mathematical modeling and simulation of the interface region of a tri-layer composite material, brass-steel-brass, produced by cold rolling, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 16(2), 189-196, 2009.
10-Zone-Ching Lin, Tang-Guo Huang, Hot rolling of an aluminum-copper sandwich at strip with the three-dimensional finite element method, Journal of Materials Processing Technology, 99 154-168, (2000).
11-H.J.Kim,J.C.Bae, E.S.Park,M.Y.Huh,D.H.Kim, Production of Zr-based bulk metallic glass thin strips by means of sandwich rolling in the supercooled liquid region,J.Alloys and compounds,504S S271-S274, (2010).
12-W.F.Hasford,M.Caddell, Metalforming(Mechanics and Metalurgy), second edition, Prentice Hall, 1993.