Влияние формы наконечника инструмента при сварке трением с перемешиванием на выходные параметры процесса

А.Х. Ахунова, М.Ф. Имаев, А.Х. Валеева показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 27 июня 2019; Исправлена: 04 сентября 2019; Принята: 17 сентября 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.Х. Ахунова, М.Ф. Имаев, А.Х. Валеева. Влияние формы наконечника инструмента при сварке трением с перемешиванием на выходные параметры процесса. Письма о материалах. 2019. Т.9. №4. С.456-459
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-456-459

Аннотация

Компьютерное моделирование процесса сварки трением с перемешиванием (СТП) листовых заготовок из алюминиевого сплава АМг6В работе провели трехмерное конечно-элементное моделирование процесса сварки трением с перемешиванием (СТП) листовых заготовок из алюминиевого сплава АМг6 в программной среде DEFORM-3D с целью выбора оптимальной геометрии наконечника на основе расчета перемещения и скорости перемещения точек материала. Рассматривались наконечники в форме цилиндра и усеченного конуса с углом уклона конуса  - 10, 20 и 30о. Диаметр нижней части наконечника во всех случаях составлял 2 мм. Коэффициент трения принимали равным 0.5. В качестве материала для инструмента выбрали инструментальную сталь AISI-D2. Для уменьшения времени вычислений и избегания неустойчивости решения, модель свариваемых заготовок строили единым телом толщиной 3 мм, длиной и шириной 40 и 30 мм. Поведение сплава АМг6 описывали с помощью модели Джонсона-Кука, входящей в стандартную библиотеку DEFORM-3D. СТП проводили при скорости перемещения инструмента v=2 мм/с, частоте вращения =1000 об/мин и осевом усилии P=25 кН. Начальная температура заготовки и инструмента составляла 20°С. При сварке заготовки задавали условия теплообмена с окружающей средой. Результаты моделирования показали, что течение материала свариваемой заготовки зависит от формы наконечника и отличается по толщине заготовки. Материал в нижней области заготовки практически не подвергается перемешиванию для всех углов уклона конуса наконечника, в отличие от средней и верхней области заготовки, где материал заметно перемешивается. Из всех рассмотренных наконечников наиболее предпочтительным для СТП является наконечник в форме усеченного конуса с углом уклона конуса 10о, т.к. он обеспечивает хорошее перемешивание в плоскости заготовки, максимальное перемещение материала по направлению к корню шва, а также позволяет получать наиболее симметричный шов.

Ссылки (21)

1. S. Mironov, Y. S. Sato, H. Kokawa. Journal of Materials Science & Technology. 34, 58 (2018). Crossref
2. H. Zhang, D. Wang, P. Xue, L. H. Wu, D. R. Ni, B. L. Xiao, Z. Y. Ma. Journal of Materials Science & Technology. 34, 2183 (2018). Crossref
3. M. Elyasi, H. A. Derazkola, M. Hosseinzadeh. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: J. of Engineering Manufacture. 230 (7), 1234 (2016). Crossref
4. K. K. Ramachandran, N. Murugan, S. Shashi Kumar. Materials Science and Engineering: A. 639, 219 (2015). Crossref
5. M. Assidi, L. Fourment, S. Guerdoux, T. Nelson. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 50 (2), 143 (2010). Crossref
6. X. He, F. Gu, A. Ball. Progress in Materials Science. 65, 1 (2014). Crossref
7. M. Mehta, G. M. Reddy, A. V. Rao, A. De. Defence Technology. 11, 229 (2015). Crossref
8. H. Su, C. S. Wu, M. Bachmann, M. Rethmeier. Materials and Design. 77, 114 (2015). Crossref
9. Y. Zhu, G. Chen, Q. Chen, G. Zhang, Q. Shi. Materials and Design. 108, 400 (2016). Crossref
10. G. Chen, Q. Shi, Y. Fujiya, T. Horie. Journal of Materials Engineering and Performance. 23 (4), 1321 (2014). Crossref
11. R. Jain, S. K. Pal, S. B. Singh. Journal of Manufacturing Processes. 23, 278 (2016). Crossref
12. R. Jain, S. K. Pal, S. B. Singh. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 94, 1781 (2018). Crossref
13. A. L. Maystrenko, V. M. Nesterenkov, V. A. Dutka, V. A. Lukash, S. D. Malt, V. N. Tkach. Avtomaticheskaya Svarka. 1, 5 (2015). (in Russian) [А. Л. Майстренко, В. М. Нестеренков, В. А. Дутка, В. А. Лукаш, С. Д. Заболотный, В. Н. Ткач. Автоматическая сварка. 1, 5 (2015).].
14. G. Buffa, A. Ducato, L. Fratini. Finite Elements in Analysis and Design. 47, 470 (2011). 2010.12.018. Crossref
15. A. G. Boytsov, A. V. Lyushinsky, A. A. Baranov. Aerospace Instrumentation. 7, 3 (2015) (in Russian) [А. Г. Бойцов, А. В. Люшинский, А. А. Баранов. Авиакосмическое приборостроение. 7, 3 (2015).].
16. I. V. Sitnikov, E. S. Salomatov. Master’s journal. 2, 84 (2014). (in Russian) [И. В. Ситников, Е. С. Саломатова. Master’s journal. 2, 84 (2014).].
17. P. P. Kotlyshev. Friction stir welding. Rostov-on-Don, DGTU (2012) 137 p. (in Russian) [P. P. Котлышев. Сварка трением с перемешиванием. Ростов-на-Дону, ДГТУ (2012) 137 с.].
18. G. Chen, H. Li, G. Wang, Z. Guo, S. Zhang, Q. Dai, X. Wang, G. Zhang, Q. Shi. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 124, 12 (2018). Crossref
19. G. Chen, Z. Feng, Y. Zhu, Q. Shi. Journal of Materials Engineering and Performance. 25 (9), 4016 (2016). Crossref
20. S. Ji, Q. Shi, L. Zhang, A. Zou, S. Gao, L. Zan. Computational Materials Science. 63, 218 (2012). Crossref
21. A. H. Clausen, T. Børvik, O. S. Hopperstad, A. Benallal. Materials Science and Engineering: A. 364, 260 (2004). Crossref

Финансирование

1. The present work was accomplished according to the state assignment of IMSP RAS. - The present work was accomplished according to the state assignment of IMSP RAS.