Deformations in the nonstationary stage of aluminum alloy rod extrusion process with a low elongation ratio

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. It is noted that extrusion is the main procurement process in the aluminum alloys forming operations. At the same time, the process has such a disadvantage as the nonstationarity of the metal plastic flow. The work aim is to establish the inhomogeneity deformation level of the pressed rod front part by numerical simulation using the finite element method. The study objectives are to formulate the extrusion process boundary conditions, to obtain a solution and to evaluate the inhomogeneity degree. Research methods: the finite element method was used to evaluate the deformed state. The actions sequence included the creation of primary deformation zone shape and the tool configuration. The mutual movement of the tool and the deformable material is set using the appropriate boundary conditions. The deformable medium is a ductile material with power-law hardening, the physical and mechanical properties correspond to the aluminum alloy of the 6000 series. Results and discussion: It is revealed that the strain degree in the pressed rod front part is extremely nonuniform distributed; differences above 300% are recorded. The strain degree distribution dependences in the rod cross sections are constructed depending on the distance from the front end at different relative radial coordinates. It is revealed that the rod central layers acquire a constant level of the strain degree earlier than the peripheral layers. The stationary process is achieved with less metal motion. The work result application scope is the technological study of rational metal cutting of aluminum alloys at the extrusion final stage in order to use recyclable waste more rationally. Conclusions. In the extrusion process with a low elongation ratio, the strain degree is distributed nonuniform both along the press rod cross and along its length. The rod front part remains weakly deformed both at the periphery and in the center in the nonstationary initial extrusion stage. It often forces to send for remelting due to the insufficiently developed metal structure. At the same time, if the limits on the minimum possible degree of deformation are set, then using the results of the calculation by the finite element method, the minimum length of the metal to be removed can be set, thereby reducing the mass of waste sent for remelting.

About the authors

Y. N. Loginov

Email: j.n.loginov@urfu.ru
D.Sc. (Engineering), Professor; 1. Ural Federal University, 19 Mira st., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation; 2. M.N. Miheev Institute of Metal Physics of Ural Branch of RAS, 18 S. Kovalevskaya st., Ekaterinburg, 620137, Russian Federation; j.n.loginov@urfu.ru

G. V. Shimov

Email: g.v.shimov@urfu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Ural Federal University, 19 Mira st., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation, g.v.shimov@urfu.ru

N. I. Bushueva

Email: m0rgondagen@yandex.ru
Ural Federal University, 19 Mira st., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation, m0rgondagen@yandex.ru

References

  1. Energy dissipation characteristics modelling for hot extrusion forming of aluminum-alloy components / H. Li, Y. Wu, H. Cao, F. Lu, C. Li // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing – Green Technology. – 2022. – P. 1–23. – doi: 10.1007/s40684-021-00410-y.
  2. Effect of spinning deformation on microstructure evolution and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu (7075) alloy / F. Zheng, H. Chen, W. Wang, R. Liu, J. Lian // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2022. – doi: 10.1007/s11665-022-06705-8.
  3. Дмитрюк А.И., Григорьев А.А. Совершенствование технологии прессования алюминиевых заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. – 2020. – Т. 18, № 8. – С. 353–358.
  4. Li F., Chu G.-n.., Liu X.-j. Deformation division of metal flow behavior during extrusion process of 7075 aluminum alloy // Journal of Central South University of Technology. – 2009. – Vol. 16. – P. 738–742. – doi: 10.1007/s11771-009-0122-3.
  5. Li F., Yuan S., He Z. Effect of guiding angle on metal flow and defects in extrusion deformation // Cailiao Kexue yu Gongyi / Material Science and Technology. – 2007. – Vol. 15, N 1. – P. 15–18.
  6. Бережной В.Л. Анализ и формализация представлений о неравномерности деформации для технологического развития прессования // Технология легких сплавов. – 2013. – № 1. – С. 40–57.
  7. Plastic deformation analysis of accumulative back extrusion / S.C. Yoon, A.V. Nagasekhar, S.-Y. Kang, H.S. Kim // International Journal of Materials Research. – 2009. – Vol. 100 (12). – P. 1715–1719. – doi: 10.3139/146.110236.
  8. Меркулова С.М., Бер Л.Б., Ростова Т.Д. Изменение микроструктуры прутков из сплава 1561 в процессе прессования c увеличенной сдвиговой компонентой // Технология легких сплавов. – 2015. – № 3. – С. 85–89.
  9. Щербель Р.Д., Меркулова С.М. Исследование возможности формирования равномерных по длине механических свойств крупногабаритных полос из сплава МА2-1 пч при прессовании с малыми вытяжками // Технология легких сплавов. – 2012. – № 4. – С. 103–109.
  10. Колмогоров В.Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. – М.: Металлургия, 1970. – 229 с.
  11. Логинов Ю.Н., Антоненко Л.В. Изучение напряженно-деформированного состояния для предупреждения образования продольных трещин в прессованных трубах // Цветные металлы. – 2010. – № 5. – С. 119–122.
  12. Hawryluk M., Suliga M., Wieclaw M. Application of physical modeling with the use of soft model materials for the analysis and optimization of metal extrusion processes // Physical Mesomechanics. – 2022. – Vol. 25. – P. 57–71. – doi: 10.1134/s1029959922010076.
  13. Koloskov S., Sidelnikov S., Voroshilov D. Modeling process of semi-continuous extrusion of hollow 6063 aluminum alloy profiles using QForm extrusion // Solid State Phenomena. – 2021. – Vol. 316. – P. 288–294.
  14. Ershov A.A., Kotov V.V., Loginov Yu.N. Capabilities of QForm-extrusion based on an example of the extrusion of complex shapes // Metallurgist. – 2012. – Vol. 55 (9–10). – P. 695–701. – doi: 10.1007/s11015-012-9489-8.
  15. Numerical modeling of the extrusion process of aluminum alloy 6xxx series section / A. Kawalek, T. Bajor, M. Kwapisz, S. Sawicki, J. Borowski // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. – 2021. – Vol. 56, iss. 2. – P. 375–381.
  16. The development of grain structure during axisymmetric extrusion of AA3003 aluminum alloys / Y. Mahmoodkhani, M.A. Wells, W.J. Poole, L. Grajales, N. Parson // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2015. – Vol. 46, iss. 12. – P. 5920–5932. –doi: 10.1007/s11661-015-3168-x.
  17. Numerical simulation and die structure optimization of an aluminum rectangular hollow pipe extrusion process / X. Wu, G. Zhao, Y. Luan, X. Ma // Materials Science and Engineering: A. – 2006. – Vol. 435–436. – P. 266–274. – doi: 10.1016/j.msea.2006.06.114.
  18. Simulation study on equal channel right angular extrusion process of aluminum alloy 6061 / W. Jiang, L. Wen, H. Yang, M. Hu, P.K.-L. Song // Light Metals 2020. – Cham: Springer, 2020. – P. 433–439. – (Minerals, Metals and Materials Series). – doi: 10.1007/978-3-030-36408-3_61.
  19. Логинов Ю.Н., Полищук Е.Г., Тугбаев Ю.В. Особенности моделирования процесса прессования труб из сплавов на основе циркония // Цветные металлы. – 2018. – № 9. – С. 82–87. – doi: 10.17580/tsm.2018.09.13.
  20. Каргин В.Р., Дерябин А.Ю. О конечно-элементном анализе напряженно-деформированного состояния при прессовании крупногабаритных прутков с малыми вытяжками // Технология легких сплавов. – 2016. – № 3. – С. 62–68.
  21. Каргин В.Р., Дерябин А.Ю. Моделирование температурного поля при прессовании крупногабаритных прутков из труднодеформируемого алюминиевого сплава ENAW2014 с использованием программы Deform-2D // Технология легких сплавов. – 2016. – № 4. – С. 61–67.
  22. Баузер М., Зауер Г., Зигерт К. Прессование: пер. с нем. – М.: Алюсил МВиТ, 2009. – 922 с.
  23. Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 447 с.
  24. Dynamic mechanical behavior of 6061 al alloy at elevated temperatures and different strain rates / X. Fan, T. Suo, Q. Sun, T. Wang.// Acta Mechanica Solida Sinica. – 2013. – Vol. 26, N 2. – P. 111–120. – doi: 10.1016/S0894-9166(13)60011-7.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».