يكي از روش هاي تغيير شكل پلاستيك شديد مواد فرآيند اكستروژن و انبساط سيكلي (CEE) مي باشد كه مواد تحت كرنش هاي بالا، ساختاري فوق ريز دانه و نانو پيدا مي كند. مواد فوق ريزدانه و نانو ساختار داراي خواص مكانيكي استثنايي نسبت به مواد سنتي مي باشند. از مزيت روش اكستروژن و انبساط سيكلي نسبت به ساير روش هاي تغيير شكل پلاستيك شديد، امكان شكل دادن نمونه ها تا تعداد پاس مورد نظر و بدون نياز به خارج كردن آن ها از قالب مي باشد. منتها با توجه به وجود اصطكاك بين قالب و قطعه و افزايش نيروي اصطكاك در نمونه هاي بلند، امكان توليد نمونه هايي با طول هاي بلند در اين فرايند وجود ندارد. لذا محدوديت طول باعث مي شود امكان توليد نمونه هاي در ابعاد صنعتي وجود نداشته ياشد. هدف اين اختراع معرفي و توسعه فرآيند جديدي مي باشد كه مشكل محدوديت طول نمونه را مرتفع نمايد. به همين منظور در اين اختراع فرايند اكستروژن و انبساط سيكلي هيدرواستاتيك (HCEE) معرفي مي شود. در اين فرايند عمليات شكل دهي به واسطه ي وجود سيال تحت فشار انجام گرفته و به واسطه ي حذف اصطكاك، فرايند مستقل از طول نمونه انجام مي گيرد و امكان توليد نمونه هايي با طول هاي بلند فراهم مي شود و محدوديت طول به طور كامل رفع مي شود.

خلاصه اختراع: روش اطوكشي جديد تحت عنوان اطوكشي فشاري براي توليد قوطي هاي ديواره نازك و قطعات با ضخامت يكنواخت ارائه شده است. اين روش بر مبناي تنش فشاري مي تواند به نسبت كاهش ضخامت بيشتري دست يابد بدون اينكه وقفه اي براي فرآيندهاي اضافي ازقبيل اطوكشي چند مرحله اي و آنيل بين پاسي ايجاد شود. هنگام شروع فرآيند اطوكشي فشاري، پانچ تحت نيروي پرس قرار مي گيرد و كاهش ضخامت فنجان از سطح بيروني ديواره آن صورت مي گيرد. وضعيت تنش ها در اين فرآيند جديد، به طور كامل فشاري است در حالي كه در روش اطوكشي معمولي حالت تنش ها كششي است. نتايج نشان داد كه پس از فرآيند اطوكشي فشاري، استحكام كششي و سختي به ترتيب از مقدار اوليهMPa 71 و HV 25 به MPa 204 و HV 85 رسيده است. بنابراين، نسبت كاهش ضخامت بسيار بالا حدود 80٪ تنها در يك مرحله قابل دستيابي است. حذف آنيل بين پاسي و استحكام و سختي بالاتر فنجان اطوشده مزاياي ديگر روش ارائه شده مي باشد. اين فرآيند جديد در آينده براي كاربردهاي صنعتي به عنوان روشي براي جايگزين فرآيند معمولي و به منظور كاهش هزينه محصول نهايي مي تواند بسيار اميدوار كننده باشد.

لوله‌هاي بدون درز يكي از محصولات پركاربرد در صنايع مختلف، از جمله خودروسازي و صنايع هوافضا است. در توليد اين لوله‌ها با افزايش قطر نيروي مورد نياز به شدت افزايش مي‌يابد كه مستلزم تجهيزات پيچيده و گران قيمت است، همچنين براي قطرهاي بزرگ‌تر از 10-12 اينچ (255-305 ميليمتر) محدوديت توليد وجودارد. روش حاضر به عنوان يك روش جديد و ابتكاري با استفاده از فشار سيال و سنبه متحرك قابليت توليد لوله‌هاي بدون درز با نيروي كم‌تر و قطرهاي بزرگ را داراست. همچنين افزايش قطر لوله كه عامل افزايش نيروي مورد نياز در روش‌هاي قبلي است به عنوان يك عامل كاهنده نيرو و فشار مورد نياز فرآيند محسوب مي‌شود و طور كلي عامل محدودكننده در روش‌هاي قبلي به عنوان يك مزيت و تسهيل كننده در روش حاضر محسوب مي‌شود. علاوه بر اين لوله‌هاي توليد شده در اين روش به علت اعمال كرنش‌هاي پلاستيك بزرگ داراي خواص مكانيكي بهبوديافته هستند.

روش ابداعي تلفيقي از علوم متالورژي و مكانيك مي باشد كه تحت عنوان “ افزايش و كاهش تناوبي قطر” براي توليد لوله هاي ريزدانه شده نازك با طول بلند معرفي شده است. مواد ريزدانه شده خواص مكانيكي فوق العاده اي از خود نشان مي دهند و كاربرد فراواني در صنايع مختلف دارند. در دهه اخير با توجه به نياز روز افزون قطعات لوله اي در صنايع مختلف، تحقيقاتي در جهت توليد لوله هاي نانوساختار با استفاده از روش هاي تغييرشكل پلاستيك شديد(SPD) كه اساس آنها بر اعمال كرنش زياد بدون تغيير ابعادي است، صورت گرفت. لزوم بهينه سازي روش هاي توليد لوله هاي ريزدانه شده يكي از دغدغه هاي محققين علم شكل دهي بوده است. همگني كرنش اعمالي ، پايين بودن مقدار نيروي تغيير شكل و ساختار ساده مكانيزم انجام فرآيند جهت استفاده در صنعت از موارد مهم در زمينه توليد اين نوع لوله ها مي باشد. در اين روش ابداعي با حذف نيروهاي اصطكاك اضافي و اعمال تدريجي كرنش مي تواند علاوه بر عدم نياز به تجهيزات با توناژ بالا ، باعث يكنواختي بيشتر خواص مكانيكي لوله در امتداد ضخامت شود. اين روش از دو نيم سيكل تشكيل شده است. در ابتدا لوله بر روي ماندرل افزايش قطر فشار داده مي شود كه بدين ترتيب دو ناحيه اعمال كرنش روي لوله ايجاد مي شود و قطر لوله نيز افزايش يابد. در نيم سيكل بعدي لوله درون قالب كاهش قطر با همان نواحي اعمال كرنش رانده مي شود تا بتوان ضمن عدم تغيير قطر لوله ، كرنش پلاستيك بالايي اعمال كرد. اين فرآيند مي‌تواند به صورت متناوب بر روي لوله اجرا شود تا به كرنش اعمالي بيشتر و به تبع آن اندازه دانه ريزتر و در نهايت خواص مكانيكي بهتر دست يافت.

مواد فوق ريزدانه ونانوساختار موادي هستند كه داراي استحكام به وزن بالاتري نسبت به مواد ساخته شده با روشهاي سنتي شكلدهي مي باشند. از اين رو مورد توجه بسياري از محققان و مراكز صنعتي و تحقيقاتي در كشورهاي مختلف خصوصا كشورهاي پيشرفته دنيا قرار دارند. از اختراعات مختلفي جهت ساخت مواد بالك شكل ثبت شده ولي تا بحال روشي صنعتي وموثر براي توليد لوله هاي فوق ريزدانه در دنيا ارائه نشده است. هدف اين اختراع توسعه روشي صنعتي، با هزينه پايين، بدون محدوديت ابعاد، با اعمال كرنشهاي برشي پلاستيك شديد، با اعمال فشار هيدرواستاتيك بسيار بالا و با قابليت توليد ريزساختار فوق ريزدانه و نانوساختار براي توليد صنعتي لوله هاي فلزي استحكام بالا مي باشد. در اين اختراع روشي مناسب و موثر براي توليد لوله هاي فوق ريزدانه ارائه مي شود. ايده اوليه اين روش از روش ECAP كه براي توليد قطعات بالكي استفاده مي شود گرفته شده است. در روش ECAP سنتي مواد اوليه با مقطع دايروي، مربعي يا مستطيلي و يا طول دلخواه از داخل يك كانال داراي يك گوشه با زاويه معلوم (معمولا 90 درجه) تحت فشار عبور داده مي شود. دراين اختراع كه مخصوص توليد قطعات لوله اي شكل است، لوله فلزي توسط يك قالب داخلي و يك قالب خارجي مطابق شكل شماتيك محصور مي گردد. قالب داخلي داراي يك برآمدگي و قالب خارجي داراي يك فرورفتگي مي باشد. گوشه ها داراي زواياي به ترتيب 90، 135 و 135 درجه مي باشند. لوله فلزي توسط سنبه استوانه اي توخالي به داخل اين كانال هدايت مي شود. زمانيكه مواد لوله از گوشه ها عبور مي كند تحت كرنشهاي شديد برشي قرار گرفته وفرايند ريزدانه شدن در اثر كرنشهاي برشي پلاستيكي شديد انجام مي گيرد.

دستگاه هاي نورد سنتي كاهش ضخامت در حدود 1/2 را در بهترين شرايط دارا مي باشند. اين دستگاه قابليت ايجاد كاهش ضخامت در حدود 30 برابر (1/20) يا ده برابر بيشتر از نورد سنتي را دارا مي باشد. تعداد مراحل توليد در نورد سنتي براي ايجاد چنين كاهش ضخامتي در حدود 12 مرحله و بيشتر مي باشد كه در اين دستگاه اين مقدار كاهش در يك مرحله انجام مي گيرد. يكي از قابليت هاي مهم اين دستگاه توليد ورقهاي فلزي با استحكام بالاتر از روش نورد سنتي مي باشد چرا كه در يك مرحله نورد قابليت ايجاد كاهش ضخامت 1/20 را دارا مي باشد. در دستگاه هاي سنتي اين رقم در ماكزيمم مقدار خود حدود 1/2 مي باشد. هزينه و زمان توليد با استفاده از دستگاه مذكور به طور قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد. با استفاده از اختراع مذكور مشكلات موجود در تليد انبوه ورق ها كه شامل تعدد ايستگاه هاي كاري افزايش هزينه توليد مي باشد حل شده است. هدف از ساخت اين دستگاه كاهش هزينه و زمان توليد ورقها و همچنين افزايش استحكام و كيفيت ورقهاي توليدي مي باشد.

ود.