مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی قابلیت تولید قطعه برنجی محوری فلنج‌دار با استفاده از روش اکستروژن شعاعی-غیرمستقیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
حسین جعفرزاده 1
الیاس حدادی 2
محرم شاملی 3
1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
3 پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
10.22034/ijme.2025.533557.2104
چکیده
در پژوهش حاضر قابلیت تولید قطعه محوری فلنج‌دار از جنس آلیاژ برنجی C26000 با استفاده از روش اکستروژن شعاعی-غیرمستقیم به‌صورت سرد و تحت شرایط تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، مجموعه قالب لازم برای تولید نمونه‌ها طراحی و ساخته و سپس با استفاده از پرس هیدرولیکی محصول نهایی تولید شد. به منظور شبیه‌سازی فرایند، از نرم‌افزار DEFORM استفاده شد و اثر هندسه قالب و ضریب اصطکاک بر روی خصوصیات محصول نهایی مانند توزیع سختی، پرشدگی قالب و سیلان مواد و نیروی سنبه تحلیل گردید. بالاترین سختی (71 ویکرز) مربوط به قسمت فلنجی قطعه‌کار بود که به دلیل کارسختی و ریزشدن دانه‌ها به این سختی دست یافت. ضریب اصطکاک از روش اصلاح شده فشردگی استوانه و در شرایط روغن‌کاری با گریس و با توجه به پارامترهای به‌کار گرفته شده محاسبه و مقدار 08/0 به‌دست آمد. بررسی ریزساختار نمونه‌ها نیز نشان داد که اندازه دانه از مقدار اولیه حدود 400 میکرومتر به مقادیر 220 تا 261 میکرومتر در نواحی مختلف قطعه کاهش یافته است که ناشی از کرنش پلاستیک بالا و افزایش چگالی نابجایی‌ها در فرایند شکل‌دهی سرد می‌باشد. نتایج نمودار نیرو-جابه‌جایی تجربی و عددی حاصل از اکستروژن شعاعی-غیرمستقیم با هم‌دیگر تطابق خوبی داشتند، به‌گونه‌ای که اختلاف آن‌ها در بحرانی‌ترین حالت حداکثر 10 درصد بود. نتایج نشان داد که فرایند اکستروژن شعاعی-غیرمستقیم قابلیت بالایی در تولید قطعات فلنج‌دار برنجی در دمای اتاق دارد و شبیه‌سازی عددی می‌تواند به‌خوبی رفتار واقعی ماده را پیش‌بینی نماید.
کلیدواژه‌ها
اکستروژن شعاعی-غیرمستقیم، برنج 70-30، شکل‌دهی سرد، ضریب اصطکاک

عنوان مقاله English

Investigating the feasibility of producing flanged axial brass parts using the radial-backward extrusion method

نویسندگان English

Hossein Jafarzadeh 1
Elyas Haddadi 2
Moharram Shameli 3
1 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Tabriz branch, Tabriz, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
3 Space Thrusters Research Institute, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran
چکیده English

The present research investigates the feasibility of producing a flanged axial component from C26000 brass alloy using the radial-backward cold extrusion process under both experimental and numerical conditions. To this end, a dedicated die set was designed and manufactured to fabricate the samples, and the final product was produced using a hydraulic press. The process was simulated using DEFORM software, analyzing the effects of die geometry and friction coefficient on the final product characteristics, including hardness distribution, die filling, material flow, and punch force. The highest hardness value (71 Vickers) was observed in the flange region of the workpiece, attributed to work hardening and grain refinement. The friction coefficient, determined through a modified cylinder compression test under grease-lubricated conditions, was calculated to be 0.08. Microstructural analysis revealed that the grain size decreased from an initial value of approximately 400 µm to a range of 220–261 µm across different regions of the component, resulting from high plastic strain and increased dislocation density during the cold forming process. The experimental and numerical force-displacement curves obtained from the radial-backward extrusion process exhibited good agreement, with a maximum discrepancy of 10% in the most critical condition. The results demonstrate that the radial-backward cold extrusion process offers high potential for producing flanged brass components at room temperature, and numerical simulation can effectively predict the material's actual behavior.

کلیدواژه‌ها English

Radial-Backward Extrusion, 70-30 Brass, Cold Forming, Friction Coefficient
[1] Modanloo V, Akhoundi B, Dadgar Asl Y. Minimizing the required forming force in the sheet hydroforming process using a fractional factorial design. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023;9(12):1- 9. doi: 10.22034/IJME.2023.400065.1788 [in Persian]
[2] Modanloo V, Alimirzaloo V, Elyasi M. Optimal design of stamping process for fabrication of titanium bipolar plates using the integration of finite element and response surface methods. Arabian Journal for Science and Engineering. 2020 Feb;45(2):1097-107. doi: 10.1007/s13369-019-04232-8
[3] Negendank M, Jain N, Hanaor D, Gurlo A, Mueller S. Effect of Extrusion Processing on Mechanical Properties of Aluminum/Graphene Nanoplatelet Composites. Journal of Materials Engineering and Performance. 2025 Mar 24:1-8. doi: 10.1007/s11665-025-11016-9
[4] Ahmadi F, Foroughi A. Design and manufacture of Cyclic Expansion Extrusion (CEE) die and investigation of microstructure and strength of aluminum 1050 under the process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Aug 22;11(6):42-53. doi: 10.22034/IJME.2024.466177.1982 [In Persian]
[5] Estrin Y, Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science. Acta materialia. 2013 Feb 1;61(3):782-817. doi: 10.1016/j.actamat.2012.10.038
[6] Jafarzadeh H, Shalchi E, Shameli M. Fabrication and characterization of the mechanical properties of Al1050-CNT composites using accumulative channel-die compression bonding process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Apr 20;11(2):69-81. doi: 10.22034/IJME.2024.437634.1922 [In Persian]
[7] Ebrahimzadeh S, Jafarzadeh H. The influences of radial-forward-backward extrusion on the microstructure and mechanical evolution of AM60 magnesium alloy by experimental and finite element micromechanical based cellular automaton approach. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 Nov 21;7(9):25-41. [In Persian]
[8] Orangi S, Abrinia K, Bihamta R. Process parameter investigations of backward extrusion for various aluminum shaped section tubes using FEM analysis. Journal of Materials Engineering and Performance. 2011 Feb;20(1):40-7. doi: 10.1007/s11665-010-9655-8
[9] Kalpakjian S, Schmid S. Manufacturing, Engineering and Technology SI 6th Edition-Serope Kalpakjian and Stephen Schmid: Manufacturing, Engineering and Technology. Digital Designs; 2006.
[10] Pale JA, Altan T. Development of equipment and capabilities for investigation of the multi-action forming of complex parts. 1989.
[11] Lin FC, Lin SY. Radius ratio estimation and fold situation prediction of the deformation profile in forging–extrusion process. Computers & structures. 2002 Sep 30;80(24):1817-26. doi: 10.1016/S0045-7949(02)00220-1
[12] Choi HJ, Choi JH, Hwang BB. The forming characteristics of radial–backward extrusion. Journal of materials processing technology. 2001 Jun 15;113(1):141-7. doi: 10.1016/S0924-0136(01)00705-1
[13] Buschhausen A, Weinmann K, Lee JY, Altan T. Evaluation of lubrication and friction in cold forging using a double backward-extrusion process. Journal of materials processing technology. 1992 Aug 1;33(1-2):95-108. doi: 10.1007/s40544-022-0717-3
[14] Shim JH, Ok JH, Choi HJ, Koo HS, Hwang BB. A process sequence design of multi-step cold extrusion process for hollow parts. In Materials Science Forum 2005 Jan 15;475:4195-4198. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.475-479.4195
[15] Cho HY, Min GS, Jo CY, Kim MH. Process design of the cold forging of a billet by forward and backward extrusion. Journal of materials processing technology. 2003 Apr 20;135(2):375-81.
[16] Jafarzadeh H, Barzegar S, Babaei A. Analysis of Deformation Behavior in Backward–Radial–Forward Extrusion Process. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2015 Apr 1;68(2):191-199. doi: 10.1007/s12666-014-0441-4
[17] Jafarzadeh H, Zadshakoyan M, Abdi Sobbouhi E. Numerical studies of some important design factors in radial-forward extrusion process. Materials and Manufacturing Processes. 2010 Jul 30;25(8):857-863. doi: 10.1080/10426910903536741
[18] Farhoumand A, Ebrahimi R. Analysis of forward–backward-radial extrusion process. Materials & Design. 2009 Jun 30;30(6):2152-2157. doi: 10.1016/j.matdes.2008.08.025
[19] American Society for Metals. Metallography and microstructures. In: ASM handbook. Vol. 9. Metals Park (OH): ASM International; 1985.
[20] Ebrahimi R, Najafizadeh A. A new method for evaluation of friction in bulk metal forming. Journal of Materials Processing Technology. 2004 Oct 20;152(2):136-143. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.03.029