Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Salimi,Mahmoud Farzin
محمود سلیمی (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyed hojat Moosavi
سیدحجت اله موسوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Analysis of Forging Process Using Dual Stream Functions(DSF)
Among the manufacturing processes, metal forming is commonly used for its minimum material waste and better mechanical properties. Forging is probably the simplest and one of the widely used metal forming process and generally carried out incrementally. Open die forging is the process of deforming a metal in order to shape a product into the given desired configuration. This process is often associated with larger, simpler shaped parts such as shafts, bars, blocks or rings or early stage of closed die forging. In forging operations the prediction of metal flow is an important consideration, since it will greatly influence the formed configuration, mechanical properties of the work piece. The main factors affecting metal flow are friction, yield strength of the metal, and the geometry work piece. During forging of a polygonal block between a pair of flat dies, the material flow developed is non-uniform both in the plane section of the block and along its thickness. The non-uniformity of flow in the plane section is called bulging and that along the thickness of the block as barreling. Both these effects are invariably present during forging of any non-circular block. Analytical solutions are likely to take long time and even sometimes exact solutions may not be found. By using numerical methods, estimations with accuracy and high speed would be made possible by reducing calculation time. In this thesis, a mathematical model for open die forging of regular polygonal blocks using the dual stream functions and also upper bound method has been proposed to examine three-dimensional plastic deformation behaviour of the block between two flat dies. The velocity field derived from the developed dual stream functions can automatically satisfy the incompressibility condition. The non-uniform velocity field was employed for simulating the inhomogeneous deformation and the effect of barreling during the forging. In addition in this study an upper bound solution is developed for forging of such blocks using other velocity field in cylindrical coordinate, taking into account the bulging of sides. Numerical calculations have been carried out to compute the total energy consumption, which consists of the energy required to overcome the internal deformation and the frictional resistance between the die. The upper-bound forging load is determined by minimizing the total power consumption. Using these two models various effects of forming parameter such as the friction factor, reduction, etc upon the non-dimensional forging pressure and barrelling of the blocks. For the sake of illustration, numerical results are given for forging of triangular, square and hexagonal blocks and the results of the velocity field derived from the developed dual stream functions are compared with the results of other velocity field. The theoretical predictions of forging pressure are shown to be in good agreement. The results obtained from the present analysis investigations are compared with the result of the finite element software using Abaqus 6.10 and experimental results. Through the comparison between the results, the validity and reliability of the proposed method was verified. Experiments were conducted using copper alloy and showed to be in good correlation with the theoretical analysis by the dual stream functions. Keywords : Forging, Dual stream functions, Upper bound method, Barreling effect
فرایند فورجینگ به علت قابلیت های مطلوب از جمله دور ریز کم مواد اولیه و افزایش مشخصات مکانیکی قطعه به عنوان یکی از پرکاربرد ترین روش های شکل دهی فلزات است و به همین علت روش های مختلفی در راستای تحلیل فرایندهای شکل دهی از جمله فورجینگ ارائه شده است. در این پایان نامه با استفاده از توابع دوتایی جریان از مکانیک سیالات و قضیه کران بالایی از تئوری های شکل دهی فلزات روشی در تحلیل فرایند فورجینگ قالب باز بلوک های چندضلعی ارائه شده است. از جمله مزایای این روش می توان به فرمول بندی ساده تر و سرعت محاسباتی بسیار بالا در مقایسه با دیگر روش های تحلیلی از جمله روش المان محدود نام برد. در این روش ابتدا برای ناحیه مورد نظر در تحلیل کران بالایی، با توجه به شرایط مرزی ناحیه دو تابع جریان پیشنهاد می شود. میدان سرعت سینماتیکی و میدان نرخ کرنش در هر نقطه از جسم با استفاده از توابع جریان پیشنهادی معین می شود که شامل ثابت های مجهولی خواهد بود و می توان این مجهولات را با روش مینیمم سازی تابع نرخ انرژی مصرفی تعیین نمود. در نتیجه میدان سرعت و میدان نرخ کرنش به صورت کامل در هر مرحله از فرایند در دسترس خواهد بود.از قابلیت های توابع جریان پیشنهادی در این پایان نامه پیش بینی میزان پدیده بشکه ای شدن سطوح آزاد بلوک در راستای ضخامت می باشد. هم چنین اثر پارامترهایی مانند ثابت اصطکاک و درصد کاهش ارتفاع بلوک بر فشار نسبی و نیروی فورج و میزان تحدب اضلاع بلوک بررسی شده است. در پایان نتایج تحلیل فورجینگ بلوک های مثلثی، مربعی و شش ضلعی حاصل از این روش با نتایج شبیه سازی در نرم افزار المان محدود آباکوس6.10 و نتایج تجربی دیگران مقایسه شده اند که یکدیگر را به خوبی تایید می نمایند. کلمات کلیدی : فورجینگ بلوک های چندضلعی، توابع دوتایی جریان، روش کران بالایی، اثر بشکه ای شدن.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی