بهينه‌سازي عددي يك روش تغييرشكل پلاستيك شديد جديد تحت عنوان "اكستروژن در كانال هاي زاويه‌ دار پيچشي صفحه‌اي" به روش طراحي آزمايش ‌ها

Numerical optimization of “Planar twist channel angular extrusion” as a novel severe plastic deformation method by DOE method

يكي از مناسب‌ترين روش‌هاي بالا به پايين براي ساخت ساختارهاي نانومتري، اعمال تغيير شكل پلاستيك شديد (SPD) است. از پارامترهاي اصلي در فرايندهاي SPD رسيدن به ميزان كرنش پلاستيكي بالا در يك سيكل است. در اين تحقيق آزمايشات عددي بر روي روش تركيبي فرايندهاي پرس در كانالهاي زاويه‌دار با مقاطع يكسان (ECAP) و اكستروژن برشي ساده (SSE) تحت عنوان فرايند "فرايند اكستروژن در كانالهاي زاويه‌دار پيچشي صفحه‌اي (PTCAE)" بر اساس روش رويه پاسخ (RSM)، به عنوان شيوه طراحي آزمايشات آماري، به منظور بررسي تاثير پارامترها بر چگونگي تغيير پاسخ‌ها ، بدست آوردن معادلات رياضي، پيش‌بيني نتايج و بهينه‌سازي روش تركيبي اين فرايندها انجام گرفته‌اند، تا از اين طريق كرنش پلاستيك بيشتري را اعمال نمود. چهار پارامتر زاويه α، زاويه Φ ، شعاع و ضريب اصطكاك به عنوان متغيرهاي ورودي فرآيند در نظر گرفته شدند. درحالي كه كرنش ميانگين، كرنش مينيمم، كرنش ماكسيمم و نيروي ماكسيمم وارد شده به سنبه به عنوان پاسخ‌هاي خروجي مساله لحاظ گرديدند. پس از تحليل داده‌هاي شبيه سازي به كمك نرم‌افزار Minitab معادلات رگرسيون حاكم بر داده‌ها استخراج گرديد. با انجام بهينه‌سازي شرايط بهينه بدست آمد كه پارامترهاي بهينه فرآيند عبارتند از زاويه 400=α درجه، زاويه 450= Φ درجه، شعاع 2mm و ضريب اصطكاك 0.1. صحه‌سنجي نتايج بهينه‌سازي در شرايط پارامترهاي بدست‌آمده با انجام آزمايش شبيه‌سازي صورت پذيرفت. نتايج حاكي از تطابق خوب بهينه‌سازي با شبيهسازي و همچنين نتايج آزمايشگاهي دارد.

The most successful ‘‘top–down’’ approach to produce bulk ultrafine grained or nanostructured materials involves the use of severe plastic deformation (SPD) processing. The amount of higher effective plastic strain per pass plays a key role on the final microstructure of SPD processed samples. In the present study the numerical experiments of the combination of the equal channel angular pressing (ECAP) and simple shear extrusion (SSE) as a new process entitled “planar twist channel angular extrusion (PTCAE)” was performed based on the Response Surface Methodology (RSM), as a statistical design of experiment approach, in order to investigate the effect of parameters on the response variations, achieving the mathematical equations, predicting the results to impose higher effective plastic strain values. Α and ϕ angles, radius and friction coefficient was imposed as the input parameters while average, minimum and maximum effective strain and maximum load was imposed as the output parameters. Governing regression equations obtained after analysis of the simulation data by Minitab software. Optimum process parameters are: α=450, Φ =450, r=2 mm and µ=0.1. Verification of the optimum results using simulation experiment was done. Good agreement between simulation, experimental and optimization was occurred.