۱) فیلم روغنی: زمانی که تغذیه محوری جهت انبساط قطعه کم باشد و یا قطعه از نظر شکل از پیچیدگی کمی برخوردار باشد بهترین انتخاب روانکار، فیلم روغنی است. روانکار فیلم روغنی ضریب اصطکاک ۱۵٫۰ تا ۱٫۰ را مهیا می‌کند.
۲) فیلم خشک: در رابطه با بهره گرفتن از این روانکار لازم است باتوجه به امکان مخلوط شدن ذرات روانکار با سیال فشارساز، این سیال جهت افزایش طول عمر، فیلتر گردد. این فیلم عملکر خوبی داشته و دستیابی به ضریب اصطکاک بین ۰۴٫۰ تا ۰۵٫۰ را مهیا می‌کند.
۳) خمیر امولیسونی: از این روانکار به دلیل قیمت پایین در اکثر فرایندهای شکل‌دهی استفاده می‌شود. این روانکار دستیابی به ضریب اصطکاک بین ۰۷٫۰ تا ۱٫۰ امکان‌پذیر می‌کند ]۲۷[.
فصل سوم: طراحی فرایند مبتنی بر حل تئوریک به کمک نرم افزار متلب
۳-۱ مقدمه
در این فصل به کمک حل تحلیلی مبتنی بر روابط تئوریک و برگرداندن آن به زبان برنامه‌نویسی متلب، تاثیر فاکتورهای ورودی فرایند مانند ابعاد لوله و قالب شامل طول محل بالج لوله، ضخامت لوله، شعاع خارجی لوله، شعاع گوشه‌ی قالب و جنس لوله شامل پارامتر توان کار سختی، ضریب استحکام بر فاکتور خروجی یعنی ارتفاع بالج (ارتفاع برآمدگی) که انتخاب مناسب آن در بهبود کیفیت محصول نهایی نقش به سزایی ایفا می‌کند، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
در فرایند بالج آزاد لوله، فشار داخلی به صورت مستقیم بر ارتفاع بالج لوله تاثیر می‌گذارد. این بدان معناست که سیال شکل‌دهی (گاز)، بر دیواره‌ی داخلی لوله فشار وارد کرده و به دلیل درگیری لوله با دو رینگی که در ابتدا و انتهای آن تعبیه شده است، جریان مواد شکل گرفته که در نهایت در ناحیه میانی لوله (محل بالج) منجر به انبساط آن و بادشوندگی در آن قسمت می‌شود.
همانطور که در قبل اشاره شد فشار داخلی بر ارتفاع بالج تاثیر گذار است، در ادامه با استناد بر روابط تئوریک و معادلات ریاضی حاکم بر شکل‌دهی فلزات مشاهده می‌شود که فشار داخلی خود وابسته به فاکتورهای ورودی دیگری چون ابعاد لوله و قالب (طول محل بالج لوله، شعاع گوشه‌ی قالب و …) و فاکتور جنس (توان کار سختی، ضریب استحکام) می‌باشد. پس به طور خلاصه وار می‌توان گفت فاکتورهای ورودی مذکور می‌تواند به طور غیرمستقیم و به واسطه تاثیر بر فشار داخلی، در نهایت به ارتفاع بالج لوله تاثیر بگذارد. در این فصل به کمک تحلیل تئوریک با بهره گرفتن از نرم افزار متلب، دقیقا به بررسی این موارد پرداخته می‌شود.
روش کار بدین صورت است که با تغییر دادن یک پارامتر و ثابت نگه داشتن کلیه‌ی پارامترهای ورودی به تاثیر فاکتور مذکور بر ارتفاع بالج لوله‌ای از جنس Al6063 پرداخته می‌شود. بدین منظور ابتدا روابط تئوریک مورد استفاده آورده خواهد شد، درنهایت پس از تحلیل فرایند، برنامه‌نویسی آن در قالب نرم افزار متلب ارائه خواهد شد.
۳-۲ مدل تحلیلی
اساس کار در آنالیز تحلیلی فرایند بالج آزاد گرم لوله، تئوری پوسته (غشاء) می‌باشد که جهت محاسبه‌ی تنش سیلان در لولههای جدار نازک ( )، به کار می‌رود. فرض اصلی در تئوری پوسته نادیده گرفتن خمشها و تنش‌ها در جهت ضخامت است.
در حل تحلیلی فرایند بالج آزاد لوله از روابط تئوریک بر مبنای تغییر شکل پلاستیک ماده مطابق مقالهی ]۸[ استفاده شده است. رابطه‌ی زیر که به معادله‌ی تعادل هم معروف است ارتباط بین تنش‌ها، فشار داخلی (فشار شکل‌دهی) و هندسه‌ی لوله نشان داده شده است.
(۳-۱)
و به ترتیب تنش‌ها در جهت محیطی و طولی لوله‌ی مذکور می‌باشند.
فشار داخلی است که به جداره‌ی داخلی لوله وارد می‌شود.
و به ترتیب شعاع محیطی و شعاع انحنای لوله می‌باشد.
ضخامت در محل بالج لوله می‌باشد.
در شکل (۳-۱) فاکتورهای هندسی ، ، و برای لوله‌ی مورد آزمایش نشان داده شده است.
شکل ۳-۱ ابعاد هندسی لوله
به منظور تحلیل تنش سیلان در لوله‌ی تغییر شکل یافته از معادله‌ی لودویک هولمن[۴۶] استفاده می‌شود. این رابطه جهت تحلیل توزیع تنش برای لولههایی که به روش اکستروژن تولید شده‌اند به کار می‌رود.
(۳-۲)
در این رابطه:
تنش سیلان، ضریب استحکام، مقدار کرنش، n توان کار سختی می‌باشد.
برای رسیدن به فشار داخلی از معادله‌ی تعادل (رابطه‌ی ۳-۱)، محاسبه‌ی فاکتورهای تنش محیطی و طولی لوله، شعاع محیطی و انحنای لوله و در نهایت ضخامت در محل برآمدگی لوله (نقطه‌ی p) لازم می‌باشد.
لازم به ذکر است که هر کدام از فاکتورهایی که در رابطه‌ی (۳-۱) وجود دارد (تنش‌ها، ضخامت در نقطه‌ی برآمدگی و پارامترهای هندسی) در جهت رسیدن به فشار داخلی، باید محاسبه شوند.
در ادامه، محاسبات هر کدام از این پارامترها آورده شده است.
باتوجه به معیار لوی میزز[۴۷] نسبت تغییرات کرنش محیطی به کرنش در جهت ضخامت برابر است با تغییرات شعاع محیطی لوله به تغییرات ضخامت در همان ناحیه.]۸[
(۳-۳)
از معادله‌ی (۳-۳)، باتوجه به مساوی بودن نسبت‌های لگاریتم با نسبت‌های تنش وارده به جداره‌ی لوله، و با دانستن مقدار ضخامت در نقطه‌ی برآمدگی (که در ادامه محاسبه‌ی آن آورده شده است)، می‌توان تنش‌های در راستای طولی و محیطی لوله را بدست آورد.
همچنین با دانستن کرنش‌های در جهت ضخامت و محیطی لوله از رابطه‌ی (۳-۳)، کرنش موثر به شکل زیر در می‌آید.]۸[
(۳-۴)
از طرف دیگر تنش سیلان در منطقهی پلاستیک از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید.]۸[
(۳-۵)
باتوجه به معادله‌ی (۳-۱)، محاسبه‌ی شعاع محیطی لوله () و شعاع انحنای لوله () لازم می‌باشد. در زیر محاسبه‌ی آن‌ها آورده شده است.]۸[
(۳-۶)
(۳-۷)
پارامترهای ، ، r، ، ، ، که در روابط (۳-۶) و (۳-۷) به‌کار رفته‌اند بترتیب عبارتند از شعاع محیطی لوله، شعاع انحنا لوله، مقدار تغییرشکل بالج در جهت r، مختصات نقطه‌ی e در جهت R، مختصات نقطه‌ی e در جهت z، شعاع کوچک بیضی و شعاع بزرگ بیضی.
باتوجه به شکل (۳-۱)، موقعیت نقطه‌ی تماس لوله و قالب (e) به عنوان ورودی‌ترین فاکتور در محاسبه‌ی فشار داخلی، بسیار حائز اهمیت است.
شکل ۳-۲ شماتیکی از لوله‌ی بالج شده
باتوجه به شکل (۳-۲) اگر مسیر نقطه‌ی e از دو طرف لوله‌ی بالج شده به صورت نقطه‌چین امتداد داده شود، یک بیضی به وجود می‌آید که شعاع بزرگ این بیضی همان مقدار فرضی و شعاع کوچک آن را نشان می‌دهد که محاسبه‌ی این دو وابسته به مختصات نقطه‌ی e(و زاویه تماس لوله و قالب () می‌باشد. در زیر محاسبه‌ی فاکتورهای مذکور آورده شده است.]۸[
(۳-۸)
(۳-۹)
(۳-۱۰)
(۳-۱۱)
همانطور که از روابط ۳-۸، -۳-۹، ۳-۱۰، ۳-۱۱ مشخص است ۴ فاکتور هندسی مذکور به مقادیر شعاع خارجی لوله ()، شعاع گوشه‌ی قالب ()، طول محل بالج لوله () و زاویه‌ی تماس e () وابسته است.
لازم به ذکر است که ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته از تفاضل شعاع کوچک بیضی () و شعاع خارجی لوله خام () بدست می‌آید. (). این مقدار برای رسیدن به منحنی فشار-ارتفاع لازم است.
نکته‌ی لازم به ذکر این که فاکتور ورودیِ زاویه‌ی تماسی لوله و قالب ()، در هر کدام از روابط بالا کاربرد دارد. در واقع برای رسیدن به منحنی فشار داخلی بر حسب ارتفاع بالج، به کمک حل تحلیلی مبتنی بر مدل هندسی، از مقادیر مختلف زاویه‌ی e () استفاده می‌شود.
اگر ضخامت اولیه لوله و شعاع خارجی آن باشد، کرنش لحظه‌ای محیطی و کرنش در جهت ضخامت به صورت زیر محاسبه می‌شود. ]۲[
همچنین در رابطه‌ی (۳-۱۳) و (۳-۱۲)، و بترتیب ضخامت در محل بالج (نقطه‌ی P) و شعاع کوچک بیضی برای مرحله‌ی i=1 می‌باشد.
(۳-۱۲)
(۳-۱۳)
بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی۹۳- فایل ۶
