مدلسازی و شبیه سازی فرایند تیگزواکستروژن معکوس و بررسی تاثیر دما بر رفتار سیلان ماده در فاز خمیری

فرایند شکل دهی اکستروژن معکوس در حالت نیمه جامد فلزات (backward thixoextrusion) یک تکنولوژی جدید در تولید قطعات جدار ضخیم و نازک می باشد. این فرایند همچنین برای مشخص نمودن خصوصیات ریولوژیکی و رفتار سیلانی خمیرهای نیمه جامد کاربرد دارد. در کلیه فرایندهای شکل دهی نیمه جامد میکروساختار غیر دندریتی ذرات جامد معلق در زمینه مایع و تداخل این ذرات درحین شکل دهی منجر به رفتار تیگزوتروپی در فاز نیمه جامد شده و در حین اعمال تنش خمیر نیمه جامد با ویسکوزیته نزدیک به سیال نیوتنی، سیلان لایه ای از خود نشان خواهد داد. تا به حال روشهای مختلفی برای کروی کردن ساختار دندریتی بیلت اولیه ارایه شده است که در این تحقیق از بین روشهای موجود، روش ریخته گری توسط سطح شیبدار اتخاذ گردیده است. رفتار سیلانی و خصوصیات ریولوژیکی خمیرهای نیمه جامد نیاز به بررسی بیشتری داشته و مدلسازی و شبیه سازی کامپیوتری فرایند تیگزواکستروژن معکوس بعنوان یکی از روشهای کلیدی در این امر، ضروری به نظر می رسد. در حالت نیمه جامد، بیلت با فاز جامد غیر دندریتی یک رفتار تیگزوتروپیک داشته و ویسکوزیته وابسته به سیکل حرارت دهی مجدد، روش تولید بیلت اولیه ،نرخ برش و زمان و ... می باشد. در این پروژه آزمایشات اکستروژن معکوس در شرایط شبیه حالت تیگزوفرمینگ صنعتی انجام شده است، تا امکان بررسی رفتار سیلانی، مقاومت در برابر سیلان به ازای دماهای نیمه جامد متفاوت و میکروساختار قطعات تولید شده در این روش فراهم گردد. در حالت آزمایشات گذرای سریع مانند فشار و یا اکستروژن معکوس که در آن کرنش به اندازه کافی بزرگ می باشد و امکان شکستگی ساختار مواد بیشتر است، نیاز به یک مدل ترکیبی از رفتار تیگزوتروپی و ویسکوالاستیسیته، امری بدیهی است. با استخراج نمودار تنش-کرنش از مدل مربوطه به ازای 5 دمای متفاوت که مرتبط با کسرهای جامد متوسط می باشد، فرایند از طریق نرم افزار المان محدود abaqus شبیه سازی شد و رفتار سیلانی آلیاژ a356 با نیروهای اندازه گیری شده در حالت تجربی مقایسه گردیده است. جهت انجام آزمایشات عملی تیگزواکستروژن بر روی آلیاژ a356 آلومینیوم، از پرس هیدرولیک سرعت بالا که می تواند سرعتهای صفر تا 1m/s را فراهم نماید، به همراه سنسور اندازه گیری سرعت، سطح شیبدار برای تولید بیلت اولیه غیر دندریتی، کوره حرارت دهی مجدد بیلت ها دور قالب، قالب اکستروژن معکوس قطعه کار و نیز از سیستم اندازه گیری نیرو با قابلیت ثبت 1000 نمونه در ثانیه را برای اندازه گیری سیگنالهای نیرو در حین فرایند استفاده گردید. آزمایشات برای 4 نسبت اکستروژن 78/2، 60/3، 26/5 و 29/2 در پنج دمای 591 c, 591 c, 584 c, 580 c, 576 c و 595c انجام شد. نمونه های بدست آمده از وسط مقطع زده شده و متالوگرافی و آنالیز تصویری شدند. مقایسه نتایج عملی و شبیه سازی نشان می دهد که مدل ارایه شده می تواند با تقریب خوبی برای بیان رفتار سیلان ماده در فاز خمیری به کار رود. نتایج شبیه سازی و تجربی این واقعیت را اثبات کرده و مشخصات ریولوژیکی محاسبه شده از نمودارهای نیرو-جابجایی تصدیق کننده این موضوع می باشد.