پروژه و مقاله های رشته های مکانیک-ساخت و تولید و ماشین افزار

پروژه , تحقیق و مقاله های رشته مکانیک - ساخت و تولید و ماشین افزار

اکستروژن گرم پــودر آلومینیوم Hot Extrusion

 

دانشکده فني مشهد

( شهيد محمد منتظري )

 

 

پايان نــامه جـهت اخذ درجه کارشناسی

در رشته مهنـدسی مکانيـک – ساخت و تـوليد

 

 

 

عنــوان :

اکستروژن گرم پــودر آلومينيوم

 

 

 

 

 

نگارنـده :

 

سعید محمدی

 

آبـان 1385

 

 

 

دانش بهتر از مال است. زيرا علم نگهبان تو است و مال را تو بايد نگهبان باشي؛ مال با بخشش کاستي پذيرد، اما علم با بخشش فزوني گيرد؛ و شخصيتي که با مال به دست آمده با نابودي مال، نابود مي گردد.

از سخنان گوهربار امام علي (ع)

 

 

 

 

 

اکستـروژن گــرم پـودر آلـومينيـم

 

چکيده:

 

متالورژي پودر يکي از مهم ترين فرايندهاي توليدي است که به دليل شناخت و اثبات ويژگي هاي برتر اين فرايند امروزه با رشد روز افزون مواجه است. در کنار ويژگي هاي خوب اين فرايند مانند: از بين رفتن تقريباً کامل ضايعات ، سرعت بالاي توليد ، دقت نسبتاً بالا و قيمت پايين در توليد انبوه، داراي مشکلاتي نظير تحصيل نشدن چگالي 100% و در پي آن خواص مکانيکي نچندان خوب است.با انجام عمليات ثانويه مانند : آهنگري ، نورد، فشردن ديناميکي و انفجاري و اکستروژن مي توان ضمن بدست آوردن چگالي 100% خواص مکانيکي بسيار مطلوبي را به وجود آورد.

در بين فرايند هاي ثانويه ياد شده، اکستروژن گرم بيشترين کاربرد را در توليد شمشهاي نيمه ساخته آلومينيمي دارد. در اين روش ابتدا پودر را به صورت سرد تا حدود 80% چگالي نظري فشرده و سپس پرس گرم يا تف جوشي مي کنند. قطعه بدست آمده را با روشي مانند شمشهاي ريختگي آلومينيم اکسترود مي کنند.

در اکستروژن گرم بر اثر تلفيق فشردن گرم و کار مکانيکي گرم محصول کاملاً چگال ( بيش از 99% چگالي نظري ) به دست مي آيد. قطعات توليد شده با اين روش در عين داشتن خواص آلومينيم مانند: مقاومت در مقابل خوردگي، هدايت خوب گرما و الکتريسيته داراي خواص ديگري نظير استحکام کششي و فشاري بالاتر، قابليت ماشينکاري و پرداخت کاري بسيار خوب و سبکي وزن نسبت به قطعات آلومينيم ريختگي هستند.

 

 

مقدمه:

در ميان تكنولوژي هاي مختلف قطعه سازي ، متالورژي پودر از كارائي گسترده تري برخوردار مي باشد، يكي از مزاياي اين روش قابليت آن براي توليد قطعات پيچيده با كيفيت بالا و تلرانس هاي دقيق با رعايت جنبه هاي اقتصادي است. مراحل فرايند اتوماتيك ، انرژي مصرفي كم ، ميزان بهره گيري از مواد اوليه بالا و هزينه هاي سرمايه اي كم است. از همين رو است كه آهنگ رشد و گسترش آن در مقايسه با فرايندهاي بديل تندتر مي باشد.

چگالش كامل يكي از ملزومات اصلي براي بهبود بخشيدن كيفيت هاي قطعات متالورژي پودر است. هرچند روشهاي فشردن و تف جوشي براي دستيابي به اين هدف موثر اند ولي قابليت آنها در ارتقاء ويژگي هاي قطعه تا حدي محدود مي باشد.چگالش كامل نياز به اعمال همزمان تنش ( فشار ) و دما براي از بين بردن منافذ قطعه دارد.انواع روشهاي چگالش كامل عبارتند از :

1-     فلزخوراني (Infiltration )

2-     پرسكاري گرم ( Hot Pressing )

3-     آهنگري پودر ( Powder Forging )

4-     نورد پودر ( Powder Rolling )

5-     پاشيدن در پلاسما ( Plasma Spraying )

6-     فشردن ديناميكي و انفجاري ( Dynamic and Explosive Compaction )

7-     اكستروژن پودر ( Powder Extrusion )

اكستروژن پودر در دماي بالا ، يكي از روشهاي دستيابي به چگالي نظري محسوب مي شود. براي نيل به ويژگي هاي بهينه ، از پودر هاي پيش آلياژي كه در اثر اكستروژن تغيير قابل ملاحضه اي پيدا مي كنند استفاده مي شود. در اين روش كه براي توليد شمشال هاي پيش ساخته آلومينيمي استفاده مي شود ابتدا پودر را به صورت سرد فشرده و سپس پرس گرم يا تف جوشي مي نمايند.

در پايان نيز قطعات به روش معمول اكستروژن شمشهاي ريختگي آلومينيم اكسترود مي كنند.

تقريباً در تمامي روش هاي چگالش كامل قطعه در اثر چگالش و از بين رفتن مرزدانه هاي پودر اوليه بهبود مي يابد. اكستروژن پودر نيز مانند ديگر فرايند هاي مبتني بر متالورژي پودر داراي اين مزيت عمده است كه قابليت توليد قطعات به اشكال مختلف را دارا مي باشد، بعلاوه سرعت توليد ، بهره گيري از مواد ، صرفه جويي در مصرف انرژي ، دقت و يكنواختي ريز ساختار قطعات نيز از جمله جاذبه هاي ديگر اين روش به شمار مي آيند.قابليت توليد قطعات تمام شده با شكل و ابعاد مورد نظر و داراي ويژگي هاي مكانيكي مناسب را با شيوه هاي توجيه پذير از نظر اقتصادي امكان پذير كرده است.

 

 

ويژگی های اين روش باعث رشد روز افزون آن است تا جايی که در پاره ای موارد تنها راه توليد و در برخی ديگر اقتصادی ترين راه است.امروزه در يک اتومبيل ممکن است بيش از 50 قطعه به روش متالورژی پودر تهيه شده باشد، وسايل خانگی ، دوچرخه ماشين چمن زن، ماشين های کشاورزی و وسايل صنعتی هيدروليکی از مصرف کننده های عمده فرايند های متالورژی پودر هستند. عملکرد اطمينان بخش تر و کاراتر تعدادی از قطعات هواپيما که از آلياژهای بسيار مرغوب تهيه می شوند، مديون روش متالورژی پودر است. اين روش بسياری از نيازهای صنعتی از قبيل صنايع نظامی و تسليحاتی ، صنايع خودرو سازی ، صنايع هواپيما سازی و . . . را برطرف می نمايد.

مطالب ارائه شده در اين پايان نامه در سه فصل کلی قرار گرفته است. در فصل اول به فرايند متالورژی پودر و مراحل توليد قطعات با اين روش پرداخته شده است. در فصل دوم فرايند اکستروژن گرم فلزات مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. و در فصل سوم در مورد فرايند اکستروژن گرم پودر فلزات به صورت کلی و اکستروژن پودر آلومينيم به طور اختصاصی بحث خواهد شد.

پايان نامه حاضر حاصل تحقيقات و تجربيات ارزشمند تعدادی از دست اند کاران اين صنعت است که تقديم خواندگان می شود، اميد است خدمتی هرچند ناچيز به گسترش اين صنعت در ايران باشد.

 

 

فصل اول:

 

 

متالورژی پودر

Powder Metallurgy

 

 

 

1-1) مقدمه

علي رغم رشد فوق العاده صنعت متالورژي پودر از جنگ جهاني دوم به اين طرف، بيش از پيش روشن شده است كه بسياري از متالورژيستها و مهندسين طراح و شركتهاي مصرف كننده قطعات متالورژي پودر، دانش زيادي در مورد اين فرايند و قابليتهاي آن ندارند. پس از تشخيص اين كمبود، «كميته متالورژي پودر» بخش «شكل دادن و كار مكانيكي» موسسه امريكايي فلزات (ASM) در سمينارهاي يك روزه در مورد متالورژي پودر در بيشتر شعبه­هاي موسسه در سرتاسر كشور برگزار كرده است.

متالورژي پودر اين ويژگي را دارد كه قديميترين و در عين حال جديدترين روش شناخته شده توليد قطعات فلزي است. در دوران ماقبل تاريخ از روشهاي متالورژي پودر براي شكل دادن فلزاتي با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان مي­توانستند به وجود آورند (يا در پاره­اي موارد عملي بوده) استفاده مي­شد. احتمالا پيشرفت اين فن با ساختن آهن اسفنجي از طريق احياء اكسيد آهن در كوره­هاي ذغال سنگي همزمان بود. اين ماده بعدا با آهنگري به شكل آهن جامد يا فولاد درمي­آمد. پيشينيان با استفاده از اين روشها مواد نسبتا غير عادي توليد مي­كردند. به عنوان مثال اعراب شمشيرهاي تحسين برانگيز خود را با اين روش مي­ساختند.

اول بار در اوايل قرن نوزدهم بود كه پودر فلزات با روشي مشابه آنچه امروزه به كار مي­رود، با فشار به صورت يكپارچه در آورده شد. كاربرد حقيقي اين فرآيند و فنون مربوط به آن در مقياس تجارتي، با ساخت بوشهاي متخلخل برنجي در دهه 1920 آغاز شد.

اين فرآيند به مفهوم وسيعتر خود طيف بسيار گسترده­تري از صنعت جديد را در بر مي­گيرد. در اينجا برخي از اين موارد فهرست شده­اند:

-        چاپهاي زركوب (طلايي يا نقره­اي) روي جلد كتاب، كارتهاي تبريك و بر چسب برخي اجناس با استفاده از نوع خاصي پودر بسيار ظريف آلومينيم و برنز صورت مي­گيرد.

-        كاربيدهاي سمانته كه تقريبا در همه نوع ابزار تراش و در بسياري از كارهايي كه ميزان سايش بالاست به كار مي­روند. از پودر كاربيد و كبالت يا پودرهاي ظريف مشابه تهيه مي­شوند.

-        بسياري از انواع پيلها يا ديگر وسايل توليد يا ذخيره انرژي (از جمله باتريهاي قابل شارژ مجدد نيكل – كادميم) به پودر فلزات، به عنوان ماده اوليه قطعات متخلخل مورد استفاده در آنها وابسته­اند.

-        صابون سبك و بتن سبك به خاطر خاصيت سبكي خود به پودر ظريف آلومينيم نياز دارند تا طي واكنش شيميايي با ماده اصلي حبابهاي ظريف هيدروژن توليد كند و اين هيدروژن لابه­لاي ساختار ماده حبس مي­شود.

-        كاتاليزورها كه در امر پالايش نفت و بسياري از فرآيندهاي توليدي شيميايي ديگر نقش حياتي دارند عموما از پودر فلزات ساخته مي­شوند.

-        براي افزايش آهن موجود در آرد نانوايي و ديگر مصارف خوراكي، مستقيما گرد آهن را كه به روش خاصي تهيه شده است به آن مي­افزايند.

-        لامپ روشنايي از زمان پيدايش خود متكي به سيم تنگستن بوده است كه اين سيم تقريبا از آغاز از پودر اين فلز ساخته مي­شود.

 

 

 

فصل دوم :

 

اکستروژن گرم

Hot Extrusion

 

 

مقدمه:

فرايندي را که طي آن يک شمش فلزي تحت تاثير فشار از داخل قالبي با شکل خاص عبور داده و سطح مقطع آن را کاهش مي­دهند، اکستروژن نامند.

فرايند اکستروژن در مقايسه با ديگر روشهاي شکل دادن، روشي نسبتا جديد است. اکستروژن براي اولين بار در اوايل قرن نوزدهم مطرح و ابتدا لوله­هاي سربي از اين طريق توليد شد. اواخر قرن نوزدهم، يعني حدود سال 1894، با ساخت دستگاههاي پرس با قدرت بالا دستيابي به نيروهاي فشاري در حد بسيار بالا ميسر گشت و لوله­هاي برنجي از اين طريق توليد شد. از طرفي ديگر مشکل دستيابي به فشارهاي بالا نيز تا حدودي از طريق گرم کردن شمش اوليه و نتيجتا کاهش تنش سيلان فلز و همچنين استفاده از روانکارهاي مناسب رفع گرديد. در صورتيکه شمش اوليه قبل از شروع شکل دهي حرارت داده شود، اکستروژن را گرم و در غير اينصورت، سرد نامند.

فرايند اکستروژن گرم به منظور توليد محصولات فلزي نيمه تمام با طول نسبتا زياد و مقطع ثابت (مانند انواع پروفيل­هاي توپر و توخالي، متقارن و غير متقارن فولادي، الومينيمي و مسي و آلياژهاي آنها) و اکستروژن سرد، به دليل وجود مقاومت تغييرشکل بالا در تغيير شکل سرد، براي توليد قطعات نسبتا فرايندي را که طي آن يک شمش فلزي تحت تاثير فشار از داخل قالبي با شکل خاص عبور داده و سطح مقطع آن را کاهش مي­دهند، اکستروژن نامند.

فرايند اکستروژن در مقايسه با ديگر روشهاي شکل دادن، روشي نسبتا جديد است. اکستروژن براي اولين بار در اوايل قرن نوزدهم مطرح و ابتدا لوله­هاي سربي از اين طريق توليد شد. اواخر قرن نوزدهم، يعني حدود سال 1894، با ساخت دستگاههاي پرس با قدرت بالا دستيابي به نيروهاي فشاري در حد بسيار بالا ميسر گشت و لوله­هاي برنجي از اين طريق توليد شد. از طرفي ديگر مشکل دستيابي به فشارهاي بالا نيز تا حدودي از طريق گرم کردن شمش اوليه و نتيجتا کاهش تنش سيلان فلز و همچنين استفاده از روانکارهاي مناسب رفع گرديد. در صورتيکه شمش اوليه قبل از شروع شکل دهي حرارت داده شود، اکستروژن را گرم و در غير اينصورت، سرد نامند.

فرايند اکستروژن گرم به منظور توليد محصولات فلزي نيمه تمام با طول نسبتا زياد و مقطع ثابت (مانند کوچک و کوتاه و متقارن (مانند مفتول، تسمه، لوله و بوش) و به تعداد زياد و با سطح مرغوب و دقت ابعادي به کار مي­رود. شکل (2-1).

شکل 2-1 نمونه هايی از پروفيل توليد شده از طريق اکستروژن

قطعاتي که از طريق اکستروژن سرد توليد مي­شوند، به دليل داشتن سطح مرغوب و دقت ابعادي بالا ديگر نيازي به کار اضافي ندارند و يا فقط مقدار بسيار جزئي پرداختکاري براي آنها ضروري است. به اين ترتيب هم در مواد مصرفي و هم در وقت، صرفه جويي به عمل مي­آيد. امروزه اکستروژن سرد بيشتر براي توليد قطعاتي از وسائل نقليه، تجهيزات نظامي، ماشين آلات صنعتي و تجهيزات الکترونيکي، به صورت توليد انبوه، به کار مي­رود. بنابراين اکستروژن سرد يک عمليات ثانوي و يا نهايي بر روي قطعاتي است که به صورت نيمه تمام از طريق روشهاي ديگر، از قبيل ريخته گري، اکستروژن گرم، نورد، توليد مي­شوند. در توليد قطعات کوچک با انتخاب مواد مناسب مي­توان بازده فرايند اکستروژن سرد را با استفاده از عمليات پيش پرس، در درجه حرارتي معمولا زير 400 و روانکاري مناسب در حد قابل ملاحظه­اي افزايش داد و يا به عبارتي ديگر ميزان تغيير شکل موثر را بالا برد.

قابل توجه است که در اکستروژن گرم و سرد به دليل وجود درجه حرارتهاي مختلف، ضريب اصطکاک  و نتيجتا نيروي اصطکاک متفاوت است. در اکستروژن سرد تنش سيلان نسبتا بالا و ضريب اصطکاک  کم است، در صورتيکه در اکستروژن گرم خلاف اين مطلب است.

از آنجا که اکستروژن اصولا نوعي فرايند صرفا فشاري است از آن مي­توان براي شکل دادن آلياهايي که شکل پذيري چندان بالايي ندارند مانند فولاد زنگ نزن و آلياژهاي پايه نيکل، استفاده نمود.

2-1 روشهاي مختلف اکستروژن

فرايند اکستروژن بسيار ساده است، بدين ترتيب که ابتدا شمش آماده شده­اي را در محفظه دستگاه اکستروژن قرار مي­دهند. سپس اين شمش با اعمال فشار بالايي که به صورت هيدروليکي يا مکانيکي به آن وارد مي­شود از داخل قالبي که در اتصال با محفظه است به سمت بيرون سيلان مي­يابد. شکل 2-2.

 

 

با عرض سلام خدمت شما خواننده عزیز اگر شما مایل به داشتن کامل پروژه هستید میتوانید با این شماره(09353512844) با مدیر وبلاگ تماس گرفته و فایل پروژه را به صورت کامل دریافت نمائید.