Finite element simulation of lubrications of aluminum by cold forward extrusion

โดย สันติ เขียววิจิตร

ปี 2558

บทคัดย่อ

กระบวนการอัดขึ้นรูปเย็นแบบไหลตาม เป็นเทคนิคการขึ้นรูปที่นิยมใช้กับวัสดุหลายชนิด เช่น อลูมิเนียม, ตะกั่ว, ทองแดง และเหล็ก เป็นต้น การออกแบบแม่พิมพ์ สารหล่อลื่น ความเร็วในการขึ้นรูป และวัสดุ คือตัวแปรที่สำคัญที่มีผลต่อชิ้นงานที่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารหล่อลื่นซึ่งถือเป็นตัวแปรที่มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณภาพของชิ้นงาน การนาวิธีการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ มาช่วยในการวิเคราะห์ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะสามารถช่วยในการออกแบบแม่พิมพ์ได้อย่างถูกต้อง งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์อิทธิพลของสารหล่อลื่นที่มีต่อชิ้นงานอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอัดขึ้นรูปแบบไหลตามโดยการ จำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ อลูมิเนียมเกรดที่ใช้ศึกษาได้แก่เกรด 1100, 2011 และ 6063 โดยเบื้องต้นได้ทาการทดลองแหวนอัด เพื่อหาค่าสัมประสิทธ์แรงเสียดทานของการขึ้นรูปภายใต้สภาวะสารหล่อลื่น 3 ชนิด คือ น้ามันแร่, น้ามันมะพร้าว และ น้ามันถั่วเหลืองรวมทั้งสภาวะไม่ใช้สารหล่อลื่น ค่าสัมประสิทธ์แรงเสียดทานที่หาได้ถูกนาไปใช้ในการ จำลองไฟไนเอลิเมนต์ของการอัดขึ้นรูปแบบไหลตาม และวิเคราะห์ผลของ แรงอัดขึ้นรูป ลักษณะการไหลตัวของวัสดุและการกระจายตัวของความเค้น โดยนาผลการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์มาเปรียบเทียบกับผลการทดลองจริง จากผลการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์พบว่าชนิดของสารหล่อลื่นและมุมดาย (Die angle) มีผลอย่างมากต่อแรงที่ใช้ในการอัดขึ้นรูปเย็น สารหล่อลื่นที่ส่งผลให้ใช้แรงอัดขึ้นรูปน้อยที่สุดเรียงตามลำดับ คือ น้ามันแร่ น้ามันมะพร้าว และ น้ามันถั่วเหลือง ส่วนมุมดายที่ทำให้เกิดแรงอัดขึ้นรูปน้อย ที่สุดเรียงตามลาดับ คือ มุมดายที่ 20 องศา 25 องศา และ 30 องศา ตามลาดับ ซึ่งสอดคล้องกับผลทดลองชิ้นงาน นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานของสารหล่อลื่นยังมีอิทธิพลต่อค่าความหยาบผิว ของชิ้นงาน

A direct cold extrusion process is a favorable method of extrusion technic used by different kind of materials such as aluminum, lead, copper, and iron. Die design, lubricant, forming speed, and materials are the main variables affecting finished work, especially the lubricant which has the most influence on the quality of finished work. The Finite Element simulation used in analyzing metal extrusion can correctly aid in the design of the die. The purpose of this research is to study the influence of lubricants on finished work done by direct cold extrusion of aluminum based on Finite Element simulation. The grades of aluminum used in the analysis are 1100, 2011, and 6063. Initially, the test was done by the compression ring test in order to find friction coefficient of the extrusion process by 3 kinds of lubricants: coconut oil, soybean oil, and mineral oil as well as non-lubricant extrusion process. The friction coefficient found during the test will be used in the Finite Element simulation for the direct cold extrusion process. The simulation will also analyze extrusion force, material flow behavior, and stress distribution. The result of Finite Element simulation will be compared with the real experiment. The Finite Element simulation found that types of lubricants and die angles have the most influential effect on the direct cold extrusion. Lubricants showing the least extrusion force are mineral oil, coconut oil, and soybean oil accordingly. The die angles giving the least extrusion force are 20°, 25°, and 30° accordingly which conform to the experimental result. Additionally, the friction coefficient of lubricant effects surface roughness of finished work.

Download : Finite element simulation of lubrications of aluminum by cold forward extrusion