Name: Un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la Determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente Condiciones (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: Aprende a determinar los límites de conformación en metales de lámina bajo condiciones de estampación en caliente mediante un innovador sistema de ensayo biaxial. Este método experimental permite establecer diferentes trayectorias de deformación.

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Esta investigación fue apoyada por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2013) bajo el acuerdo de subvención No. 604240, título del proyecto "Un sistema industrial que permite el uso de una tecnología de procesamiento de materiales patentada y probada en laboratorio para el conformado de bajo costo de estructuras ligeras para las industrias de transporte (LoCoLite)."

1. Preparación de muestras <ol><li> Máquina de hueso de perro plana y especímenes cruciformes de material comercial de aleación de aluminio 6082 (AA6082) utilizando un cortador de láser y un control numérico por computadora (CNC) de la máquina de fresado (para las pruebas de capacidad de deformación en diferentes trayectorias de deformación incluyendo cepa uniaxial, avión, y el esfuerzo equi-biaxial estados). </li><li> Medir el espesor de cada muestra cruciformes y cada espécimen de hueso de perro con un calibrador vernier tres veces en la región de calibre central y calcular los valores medios. Asegúrese de que el espesor de la sección de calibre en un espécimen cruciforme es 0,7 ± 0,05 mm y que el grosor de la muestra uniaxial es de 1,5 ± 0,1 mm. </li><li> Spray-pintar toda la superficie superior de una muestra de cruciformes mediante el uso de una, pintura de aerosol negro resistente a las llamas (capaz de soportar temperaturas de hasta 1093 ° C). Espere hasta que la pintura se seque y luego rociar, puntos de pintura blanca resistentes a la llama de la longitud del brazo para crear un estocásticomodelo de pulverización para ser reconocido por el sistema de DIC (ver el ejemplo de la Figura 1). </li><li> Weld un par de termopares para el centro de la superficie posterior (opuesta a la superficie pintada) de la muestra. Conecte el otro extremo del termopar al sistema de control de temperatura votaciones de la máquina de ensayo uniaxial para monitorear y controlar el historial de cambios de temperatura. </li></ol> 2. Montaje del aparato de ensayo biaxial <ol><li> Montar todas las partes del aparato de ensayo biaxial, que incluye una placa base, un eje central, de entrada y de salida placas giratorias, carros, una abrazadera, carriles de guía, y bielas rígidas (el aparato ensamblado se muestra en la Figura 2). <ol><li> El uso de una varilla de conexión, par la placa giratoria de entrada directamente a la mordaza móvil de una resistencia de calentamiento de la máquina de ensayo de tracción uniaxial, que proporciona la fuerza de tracción uniaxial. Pareja la placa giratoria de entrada al árbol de accionamiento central ypar este árbol central de accionamiento a la placa giratoria de salida. </li><li> Asegúrese de que la rotación de la placa giratoria de entrada en torno al eje de rotación hace girar el árbol de accionamiento, con lo que la rotación de la placa giratoria de salida a la que está acoplado alrededor del eje de rotación. </li><li> En un extremo, un par cada una de las bielas rígidas a uno de los puntos de conexión en la placa giratoria de salida. Pareja el otro extremo a uno de los carros. NOTA: Esto hará que los carros con soportes para muestras para deslizarse hacia atrás y adelante a lo largo de los carriles de guía con baja fricción, que puede aplicar una fuerza biaxial a la muestra cruciformes. </li><li> El uso de pernos roscados, sujetar cada brazo de la muestra cruciformes a un carro con un soporte de la muestra y una placa superior. </li></ol></li><li> Configurar empuñaduras en la cámara de la máquina de ensayo de tracción uniaxial, como se muestra en la Figura 3 (a). Adjuntar cuatro cables de soldadura a cada par de mordazas, que están hechas de acero inoxidable y cobre, Respectively, y así conectar los cables de soldadura a la fuente de alimentación eléctrica. NOTA: El área conductor de los cables de soldadura es de 50 mm 2 y la corriente nominal es 345 A. <ol><li> Poner las mordazas y la abrazadera del aparato de prueba biaxial en las dos mordazas de la máquina de ensayo de tracción uniaxial y apretarlos en el interior (Figura 3 (a)). </li></ol></li><li> Configurar el aparato de ensayo biaxial en la cámara de la máquina de ensayo de tracción uniaxial, como se muestra en la Figura 3 (b). <ol><li> Use dos marcos y atornillar los pernos en la parte superior y los lados inferiores de la placa de base para fijar el aparato en la cámara de la máquina de ensayo de tracción uniaxial. </li><li> Coloque la muestra en el soporte de la muestra en la parte superior del aparato de ensayo biaxial. </li><li> Conectar cada terminal de los cables de soldadura a cada región de sujeción de la muestra. </li></ol></li></ol> 3. Configuración del sistema de calefacción y enfriamiento rápido <ol><li> fuertemente connect cada región de sujeción de la muestra a la placa superior de acero inoxidable, que sirve como electrodo para la calefacción de resistencia. </li><li> Apretar los cables de soldadura con terminales de anillo de plegar a la placa superior de cada zona de sujeción. </li><li> Conectar estalló boquillas con mangueras para el sistema de enfriamiento rápido de alto flujo con suministro de aire regulado a 8,000 kg / m 2 de presión para la refrigeración. </li><li> Utilice cuatro boquillas para soplar aire de los brazos de la muestra a la región central de la muestra. NOTA: Las boquillas no están dirigidas a la sección de calibre para la refrigeración para evitar el bloqueo de la zona central de la vista de la cámara. </li></ol> 4. Configuración del Sistema DIC <ol><li> Conecte la cámara de alta velocidad del sistema de la CID con una lente micro a un ordenador. Ajuste las velocidades de cuadro de la cámara a 25 fps, 50 fps, y 500 fps desde el menú de velocidades de cuadro (para los ensayos en las velocidades de deformación de estiramiento de 0.01 / s, 0,1 / s y 1 / s, respectivamente). Establecer las resoluciones de todo lomagos a 1.280 × 1.024 píxeles. NOTA: Las velocidades de cuadro en función del número de puntos de datos para ser recogidos; al menos 200 puntos de datos se pueden recoger usando los ajustes anteriores. </li><li> Use un foco adicional con una potencia de 300 W para las pruebas a altas velocidades de deformación. El punto el punto de mira directamente en la cámara de la máquina de ensayo de tracción uniaxial. </li><li> Ajuste la lente de la cámara para que sea paralela a la superficie superior de la muestra en la cámara y enfocar la cámara en la sección de calibre. </li></ol> 5. Programa Experimental <ol><li> Ejecutar el calentamiento por resistencia máquina de ensayo de tracción uniaxial haciendo clic en el botón de ejecución triangular en el software de control. NOTA: La electricidad se ejecuta a través del material AA6082 y lo calienta a la temperatura de tratamiento térmico en solución de 535 ° C 14 a una velocidad de calentamiento de 30 ° C / s. El material se empapa a 535 ° C durante 1 min, que es suficiente para la resolución completa de precipitados. Air sopla desde el sistema de enfriamiento rápido se utiliza para extinguir el material a una velocidad de enfriamiento de 15 a una de las 3 temperaturas elevadas designadas 100 ° C / s en el intervalo de 370-510 ° C. </li><li> Estirar el espécimen con el aparato de ensayo biaxial a una velocidad de deformación constante en el intervalo de 0,01-1 / s y registrar la historia de deformación presionando manualmente el botón de disparo conectado a la cámara de alta velocidad. NOTA: El desplazamiento de entrada de la máquina de ensayo uniaxial al aparato de pruebas biaxial fue controlado por el software integrado de la máquina de ensayo uniaxial. </li><li> Llevar a cabo las pruebas en diferentes trayectorias de deformación consisten en uniaxial, deformación plana, y estados esfuerzo biaxiales 3 mediante el ajuste de la configuración del aparato de ensayo biaxial. <ol><li> Desconectar dos bielas opuestas para las pruebas uniaxiales. Sujetar una muestra de hueso de perro en el aparato de prueba de dos ejes y conectarlo a los cables de soldadura, como en los pasos 3.1-3.4. Repetir los pasos 5.1 a 5.2. </li><li> Fijar dos carros opuestos a la placa de base con pernos roscados para restringir la deformación en la dirección correspondiente para las pruebas en estado de deformación plana. Abrazadera de un espécimen cruciformes en el aparato de ensayo biaxial y conectarlo a los cables de soldadura, como en los pasos 3.1-3.4. Repita los pasos 5.1-5.2. </li></ol></li><li> Repita los pasos 5.3.1-5.3.2 para cada condición de prueba tres veces, utilizando las nuevas de hueso de perro y las muestras cruciformes. </li></ol> 6. Proceso de Datos <ol><li> Importar todas las imágenes grabadas por la cámara de alta velocidad en el software de post-procesamiento y siga los pasos estándar para el análisis de datos de acuerdo con el manual del software. </li><li> Utilice el estándar ISO 3 para determinar los límites que forman haciendo clic en el botón de modo de FLC en el software. NOTA: Este método ya se ha integrado en el software de procesamiento de correlación de imágenes. </li><li> Marcar cada resultado de los límites que forman a varias temperaturass, velocidades de deformación, y deformación caminos en un diagrama. </li><li> Representar gráficamente las curvas de límite forman en todas las condiciones de prueba para obtener una FLD de una aleación en condiciones de estampación en caliente. </li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

métodos de ensayo de conformabilidad convencionales utilizados para determinar la formación de límites son generalmente aplicables sólo a temperatura ambiente. La técnica presentada puede utilizarse para evaluar la capacidad de conformación de metales para aplicaciones de hoja de estampado en caliente mediante la introducción de un nuevo aparato de ensayo biaxial a una resistencia de calentamiento máquina de ensayo uniaxial. Esto no se puede realizar usando métodos convencionales para aplicaciones de estampación en cali...

La industria del automóvil se enfrenta a un enorme desafío global de reducir el consumo de combustible y reducir al mínimo la contaminación del medio ambiente de las emisiones de vehículos. La reducción de peso es beneficiosa para mejorar el rendimiento de los automóviles y puede reducir directamente el consumo de energía 1. Debido a la baja capacidad de conformado de láminas de metal a temperatura ambiente, estampado en caliente y procesos de enfriamiento rápido de troquel frío (referido como estampación en caliente) 2 se utilizan para mejorar la conformabilidad de las aleaciones y así obtener los componentes de formas complejas en aplicaciones de automoción. Un diagrama de límite de conformado (FLD) es una herramienta útil para evaluar la capacidad de conformación de una aleación 3. Fuera de plano de pruebas, como la prueba Nakazima 4, 5, y en el plano pruebas, como la Marciniak prueba 6, 7, 8, unare métodos experimentales convencionales para obtener los flds de metales de hoja en diversas condiciones 9, 10, 11. Una máquina de ensayo biaxial servo-hidráulico también se ha utilizado para investigar la conformabilidad de las aleaciones a temperatura ambiente 12, 13. Sin embargo, ninguno de los métodos anteriores son aplicables a las pruebas de capacidad de deformación bajo condiciones de estampación en caliente, ya que un proceso de enfriamiento antes de la formación que se requiere, junto con el control de las velocidades de calentamiento y enfriamiento. La temperatura de deformación y velocidad de deformación son difíciles de obtener con precisión. Por lo tanto, se propone un nuevo sistema de pruebas de la capacidad de conformado en este estudio para determinar experimentalmente los límites de formación de láminas de metal en condiciones de estampación en caliente.

<table><tbody><tr><td>Aleación de aluminio&nbsp;</td><td>Smiths Metal</td><td>6082</td><td>Mecanizado de probetas</td></tr><tr><td>Cortadora láser</td><td>LVD Ltd</td><td>HELIUS 25/13</td><td>Probetas de corte por láser</td></tr><tr><td>Máquina CNC</td><td>HAAS Automation</td><td>TM-2CE</td><td>Máquina de probetas por fresado</td></tr><tr><td>Pinza Vernier</td><td>Mitutoyo</td><td>575-481</td><td>Medición de espesores</td></tr><tr><td>Calentamiento por resistencia máquina de ensayos uniaxial</td><td>Dynamic System Inc</td><td>Gleeble 3800</td><td>Simulador de materiales termomecánicos</td></tr><tr><td>Sistema de enfriamiento de alto flujo</td><td>Dynamic System Inc</td><td>38510</td><td>Para refrigeración por aire</td></tr><tr><td>Termopares</td><td>Dynamic System Inc</td> Boquillas <td>tipo</td><td></td>K</tr><tr><td>Indexa</td><td></td><td></td><td>Boquilla abocinada de 1/4 de pulgada</td></tr><tr><td>Cables de soldadura</td><td>LAPP Group</td><td>H01N2-D</td><td></td></tr><tr><td>Cámara de alta velocidad</td><td>Photron</td><td>UX50</td><td>para DIC </td></tr><tr><td>prueba Lente de la cámara</td><td>Nikon</td><td>Micro 200mm</td><td></td></tr><tr><td>Lámpara</td><td>Liliput</td><td>150ce</td><td>300 W</td></tr><tr><td>Portátil</td><td>HP</td><td>Campaq 2530p</td><td>Para la grabación de imágenes</td></tr><tr><td>Aparato de prueba biaxial</td><td>Fabricado de forma independiente</td><td></td><td>Todas las piezas fueron diseñadas y mecanizadas por autores para pruebas biaxiales</td></tr><tr><td>Acero&nbsp;</td><td>West Yorkshire Steel</td><td>H13</td><td>Materiales del aparato de prueba biaxial</td></tr><tr><td>Software de procesamiento de correlación de imágenes</td><td>GOM</td><td>ARAMIS</td><td>Sistema de medición sin contacto y post-procesamiento de datos</td></tr></tbody></table>

un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente condiciones

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

El estampado en caliente y el proceso de enfriamiento rápido de troquel frío se utiliza cada vez más para formar componentes estructurales de formas complejas de metales de hoja. enfoques experimentales convencionales, tales como fuera de plano y en el plano pruebas, no son aplicables a la determinación de la formación de límites cuando el calentamiento y los procesos de enfriamiento rápido se introduce antes de la formación de ensayos realizados en condiciones de estampación en caliente. Un sistema de prueba biaxial novela en el plano fue diseñado y utilizado para la determinación de la formación de límites de metales de hoja en varios caminos de deformación, las temperaturas y velocidades de deformación después del calentamiento y de enfriamiento procesos en una resistencia de calentamiento máquina de ensayo uniaxial. La parte central del sistema de ensayo biaxial es un aparato biaxial, que transfiere una fuerza uniaxial proporcionada por la máquina de ensayo uniaxial a una fuerza biaxial. Un tipo de espécimen cruciformes fue diseñado y verificado para la prueba de capacidad de conformación de la aleación de aluminio 6.082 usando el sistema de ensayo biaxial propuesto. El IM DIGITALSe utilizó el sistema de la edad de correlación (DIC) con una cámara de alta velocidad para la toma de medidas de deformación de una muestra durante una deformación. El objetivo de proponer este sistema de ensayo biaxial es permitir a los límites de formación de una aleación que se determinen a diversas temperaturas y velocidades de deformación en condiciones de estampación en caliente.

Desde flds son altamente dependiente de la trayectoria de deformación, la linealidad de la trayectoria de deformación para cada condición de ensayo se verificó mediante el análisis de los resultados DIC; las trayectorias de tensión son proporcionales a lo largo de deformación para cada condición de ensayo. El rango de la relación de deformación-menor a mayor es de aproximadamente -0,37 (condición uniaxial) a 0,26 (cerca de condición biaxial). Mediante el procesamiento de datos para difer...

Este protocolo propone un nuevo sistema de pruebas biaxial utilizado en una resistencia de calentamiento de la máquina de ensayo de tracción uniaxial con el fin de determinar el diagrama de la formación de límite (FLD) de láminas de metal en condiciones de estampación en caliente.

Un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la Determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente Condiciones

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

El objetivo general de este experimento es determinar los límites de conformado de los metales en lámina bajo condiciones de estampado en caliente mediante el uso de un novedoso sistema de ensayo biaxial. Las principales ventajas de esta técnica son que permite determinar experimentalmente los límites de conformado de los metales en lámina y lograr condiciones de conformado. Por lo general, los ensayos convencionales de conformabilidad no son aplicables al estampado en caliente por dos razones.Primero, el proceso de enfriamiento ocurre antes de la deformación y, segundo, controlar los parámetros de conformado es muy difícil. Fuimos los primeros en el campo en tener la idea de utilizar un sistema novedoso de ensayo biaxial para medir los límites de conformado y las condiciones complejas de conformado. Para una prueba de conformabilidad, establezca diferentes trayectorias de deformación que incluyan estados de deformación plana uniaxial y deformación equibiaxial.Elabore especímenes planos de máquina y con forma de cruz de hueso a partir de material comercial de aleación de aluminio 6082. Utilice un cortador láser y una fresadora controlada por ordenador. De cada espécimen, tome el promedio de tres mediciones de espesor realizadas con calibradores vernier o micrómetros en la región central de medición de cada espécimen.La muestra en forma de cruz debe medir 0,7 milímetros más o menos cinco micras y la muestra uniaxial debe medir 1,5 milímetros más o menos 10 micras. Ahora, aplique con aerosol una capa de pintura negra resistente al fuego sobre toda la superficie superior de una muestra en forma de cruz. La pintura debe soportar temperaturas superiores a 1.000 grados Celsius.Después de que la pintura se seque, utilice pintura en aerosol blanca resistente al fuego para agregar puntos que permitan el reconocimiento por parte del sistema DIC. Rocíe desde una distancia de un brazo para crear un patrón estocástico. Luego suelde un par de termopares en el centro de la superficie posterior sin pintar.Primero, ensamble todas las partes del aparato de prueba biaxial, incluyendo una placa base, un eje central, placas rotativas de entrada y salida, carros, una abrazadera, rieles guía y varillas rígidas de conexión. A continuación, conecte cuatro cables de soldadura a cada par de mordazas de acero inoxidable y cobre. Luego, conecte los cables de soldadura a la fuente de alimentación eléctrica.Ahora asegure las mordazas del aparato de ensayo biaxial en la máquina de ensayo de tracción uniaxial y, para mayor seguridad, fije el aparato con tornillos a la parte superior y a la parte inferior de la placa base. A continuación, coloque la probeta en los portamuestras del aparato de ensayo y conecte los termopares al sistema de control de temperatura con retroalimentación de la máquina de ensayo para monitorear y controlar la temperatura. A continuación, configure el sistema de calentamiento y enfriamiento rápido.Conecte cada terminal de los cables de soldadura a cada región de sujeción de la probeta. Luego, apriete cada región de sujeción a la placa superior, que sirve como electrodo para el calentamiento por resistencia. Para enfriar, conecte mangueras con boquillas abocinadas a un sistema de temple de alto flujo.Configure el sistema para producir una presión de aire de 8.000 kilogramos por metro cuadrado. Ahora, coloque cuatro boquillas para mover el aire desde los brazos del espécimen hacia su región central. Asegúrese de colocar las boquillas de manera que no obstruyan la vista de la cámara hacia la zona central.Ahora, coloque la micro lente en la cámara de alta velocidad del sistema DIC y ajústela para visualizar la zona central. Luego, conecte la cámara a una computadora portátil. Ajuste la frecuencia de cuadros a la prueba según la deformación de estiramiento.Planifique recolectar al menos 200 cuadros de datos por prueba. Establezca la resolución de captura en 1.280 por 1.024. Enfoque ahora la cámara en la sección de medición con el objetivo paralelo a la superficie superior de la muestra.Para pruebas de alta deformación, dirija un foco adicional de 300 vatios directamente hacia la cámara de prueba. Para iniciar la máquina de prueba de tracción uniaxial con calefacción por resistencia, haga clic en el botón triangular de ejecución en el software de control. Luego, inicie la cámara utilizando un botón de disparo para que registre la historia de la deformación.El espécimen se somete ahora a tratamiento térmico y se estira a la temperatura y velocidad de deformación constantes seleccionadas. Realice las pruebas en diferentes trayectorias de deformación que incluyan estados uniaxiales, de deformación plana y biaxiales, ajustando la configuración del aparato de ensayo biaxial. Para las pruebas uniaxiales, desconecte las dos varillas de conexión opuestas y sujete un espécimen con forma de hueso al aparato.Luego conecte los cables de soldadura y repita los otros pasos preparatorios. Para pruebas en estado de deformación plana, fije dos carros opuestos a la placa base con tornillos. Esto restringe la deformación en la dirección correspondiente.Luego, proceda a recopilar los datos. Se realizaron pruebas de conformabilidad utilizando el nuevo sistema de ensayo de tracción biaxial simple a las temperaturas de deformación y tasas de deformación designadas, tras los procesos de calentamiento y enfriamiento. Una curva de límite de conformado identifica el límite entre la deformación uniforme y el inicio de la inestabilidad plástica o el estrechamiento difuso, lo que conduce a la falla.A medida que aumentó la velocidad de deformación, aumentó el límite de conformado de la aleación. Un aumento monótono del límite de conformado desde 370 hasta 510 grados Celsius indica que se puede obtener una alta conformabilidad de la aleación a temperaturas más elevadas bajo condiciones de conformado en caliente. Las tres curvas de límite de conformado están bastante próximas entre sí.Por lo tanto, la sensibilidad de la dependencia de la temperatura es mayor para trayectorias de deformación biaxial de tracción-tracción que para trayectorias de deformación de tracción-compresión. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo configurar un experimento y realizar la prueba de conformabilidad a diversas temperaturas y velocidades de deformación utilizando el sistema propuesto. Siguiendo este procedimiento, también se pueden determinar los límites de conformado de láminas metálicas de aleación como la aleación de magnesio o el acero al boro, en condiciones de estampado en caliente.

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