ホットスタンプの条件の下で成形限界の決意のための新しい二軸試験機

サマリー

このプロトコルは、ホットスタンピング条件下で金属薄板の成形限界線図（FLD）を決定するために、一軸引張試験機を抵抗加熱に使用される新規な二軸試験システムを提案しています。

要約

ホットスタンプとコールドダイ急冷プロセスはますます板金の複雑な形状の構造要素を形成するために使用されます。このようなの面アウト面内テストなどの従来の実験的アプローチは、加熱及び急冷プロセスはホットスタンプ条件下で実施された試験のために形成する前に導入されたときに制限を形成する決意には適用できません。新規な面内二軸試験システムを設計し、一軸試験機を抵抗加熱の処理を加熱及び冷却後の様々なひずみ経路、温度、及び歪み速度でシート金属の限界を形成する決意のために使用しました。二軸試験システムのコア部分は、軸力を一軸試験機によって提供される一軸力を伝達する二軸装置、です。十字形試験片の1つのタイプは、提案された二軸試験システムを用いて、アルミニウム合金6082の成形性試験のために設計され、検証されました。デジタルイム高速度カメラと年齢相関（DIC）システムは、変形時に試験片のひずみ測定を行うために使用しました。この二軸試験システムを提案の目的は、ホットスタンピング条件下で、種々の温度及び歪み速度で決定される合金の成形限界を可能にすることです。

概要

自動車業界は燃料消費量を削減し、自動車排出ガスによる環境汚染を最小限に抑えるの巨大なグローバルな課題に直面しています。軽量化は、自動車の性能向上に有益であると直接エネルギー消費量^1を削減することができます。室温、ホットスタンプやコールドダイ急冷プロセス（ホットスタンピングと呼ばれる^）2で金属薄板の低い成形性に合金の成形性を改善し、従って、自動車用途で複雑な形状の部品を得るために使用されます。

成形限界線図（FLD）が合金³の成形性を評価するための有用なツールです。面外ようNakazima試験⁴としてテスト^、5、及びそのようなMarciniak試験^{6、7、8、A}と面内試験、様々な条件の下で⁹枚の金属のFLDを得るための従来の実験方法^、10、11再。サーボ油圧式二軸試験機はまた、室温^12、13における合金の成形性を調査するために使用されてきました。

成形前に、冷却工程は、加熱及び冷却速度の制御に伴って必要とされるので、上記の方法のいずれも、ホットスタンピング条件下で成形性の試験に適用されません。変形温度及び歪み速度を正確に得ることは困難です。したがって、新規な成形性試験システムは、実験的にホットスタンピング条件下で金属薄板の成形限界を決定するために、本研究で提案されています。

プロトコル

試料の調製

1. 機械平坦ドッグボーン及びレーザーカッターや一軸、平面ひずみを含む異なるひずみ経路における成形性試験のためのコンピュータ数値制御（CNC）フライス盤を（使用して商業的材料のアルミニウム合金6082（AA6082）から十字形試験片、及び、等二軸ひずみ状態）。
2. 中央ゲージ領域にノギスで三回それぞれ十字試料と各ドッグボーン試験片の厚さを測定し平均値を計算します。十字形試料におけるゲージ部の厚さが0.7±0.05mmで一軸試験片の厚さが1.5±0.1mmであることをことを確認してください。
3. （1,093°Cまでの温度に耐えることができる）、難燃性、黒色スプレー塗料を使用して十字形試験片の上面全体をスプレーペイント。ペイントが乾燥するまで待ち、その後、確率的に作成するために、アームの長さから、難燃性、白色塗料の点をスプレー（ 図1の例を参照）、DICシステムによって認識されるパターンを噴霧します。
4. 溶接試験片の（反対側の塗装面に）裏面の中央に熱電対の一対。温度変化の履歴を監視し、制御するための一軸試験機のフィードバック温度制御システムに熱電対のもう一方の端を接続します。

二軸試験装置の2組立

1. ベースプレート、中心軸、入出力回転可能なプレート、キャリッジ、クランプ、ガイドレール、及び剛性連接棒（組み立てられた装置は、 図2に示されている）を含む、二軸試験装置のすべての部品を組み立てます。
   1. 一軸引張力を与える一軸引張試験機を、抵抗加熱の可動ジョーに直接接続ロッド、カップル入力回転板を用いました。中央駆動シャフトに結合入力回転板と夫婦出力回転板に、この中央ドライブシャフト。
   2. それによってそれは回転軸の周りに結合される出力回転板を回転させ、回転軸の周りの入力回転板の回転が駆動軸を回転させることを確認してください。
   3. 出力回転板上の接続点のいずれかに剛性連結ロッドの一端に、夫婦それぞれ。カップルキャリッジのいずれかにもう一方の端。
      注：これは、試料ホルダーとキャリッジが十字型試験片に軸力を適用することができ、低摩擦でガイドレールに沿って前後にスライドするようになります。
   4. スクリューボルトを用いて、試料ホルダと天板とキャリッジに十字形の片の各アームをクランプ。
2. 図3（A）に示すように、一軸引張試験機のチャンバー内でグリップを設定します。ステンレス鋼及び銅から作られているグリップ、各対の4本の溶接用ケーブルを取り付け、respectively、従って電力供給に溶接ケーブルを接続します。
   注：溶接ケーブルの導体面積を50mm ²であり、電流定格は345 Aです。
   1. 一軸引張試験機の2つのジョーに把持し、二軸試験装置のクランプを入れて（ 図3（A））の内部に締め。
3. 図3（B）に示すように、一軸引張試験機のチャンバー内で二軸試験装置を設定します。
   1. 2つのフレームを使用して、上部にボルトねじとベースプレートの下側​​には、一軸引張試験機のチャンバ内に装置を固定します。
   2. 二軸試験装置の上部に試料ホルダーに試料を入れました。
   3. 検体の各クランプ領域に溶接用ケーブルの各端子を接続します。

暖房および焼入れシステムの3.セットアップ

1. 密コ抵抗加熱のための電極として機能ステンレス天板に被検体のnnect各クランプ領域。
2. 各クランピング領域の上部プレートにクリンプリング端末との溶接ケーブルを締め。
3. Connectは、8000キロ/冷却用m ²の圧力で調整された空気供給源と高流量急冷システムへのホースとノズルをフレア。
4. 試料の中央領域に検体の腕から空気を吹き出すように4個のノズルを使用します。
   注：ノズルは、カメラの視野から中央ゾーンを阻止避けるために、冷却用ゲージセクション上に向けていません。

DICシステムの4.セットアップ

1. コンピュータにマイクロレンズをDIC系の高速カメラを接続します。 25のFPS、50のFPS、及び（0.01 /秒、0.1 /秒及び1 / sで、それぞれの延伸歪み速度でのテストのために）フレームレートのメニューから500 fpsにカメラのフレームレートを調整します。すべてのIの解像度を設定します。1280×1024ピクセルの魔術師。
   注：フレームレートが収集するデータポイントの数によって異なります。少なくとも200個のデータポイントは、上記の設定を使用して収集することができます。
2. 高歪速度でのテストのための300 Wのパワーで追加のスポットライトを使用してください。一軸引張試験機の室に直接スポットを指します。
3. それは、チャンバ内の試料の上面と平行になるようにカメラのレンズを調整し、ゲージ部にカメラの焦点を合わせます。

5.実験プログラム

1. 制御ソフトウェアの三角形の実行]ボタンをクリックして、一軸引張試験機を抵抗加熱を実行します。
   注：電気はAA6082材料を通して実行され、30℃/秒の加熱速度で535°C ¹⁴の溶体化処理温度までそれを加熱します。材料は、析出物の完全な解像度のために十分で1分間、535℃で浸漬されます。人工知能R急冷システムから吹いは370から510℃の範囲の100℃/秒¹⁵ 3のいずれかに指定された高温の冷却速度で材料を急冷するために使用されます。
2. 0.01 / sの範囲内の一定の歪み速度で二軸試験装置で試料を延伸し、手動で高速カメラに接続されたトリガボタンを押して変形履歴を記録します。
   注：二軸試験装置に一軸試験機からの入力変位が一軸試験機の内蔵ソフトウェアによって制御しました。
3. 二軸試験装置の構成を調整することにより、異なる一軸からなる歪み経路、平面ひずみ、二軸ひずみ状態³で試験を行います。
   1. 一軸試験のための2つの対向する連結ロッドを外し。二軸試験装置上のドッグボーン試料をクランプし、ステップ3.1-3のように、溶接ケーブルに接続します。4.繰り返して、5.1から5.2を繰り返します。
   2. 平面ひずみ状態で試験するための対応する方向に変形を制限するスクリューボルトとベースプレートに対向する二つのキャリッジを固定します。二軸試験装置上の十字片をクランプし、ステップ3.1から3.4のように、溶接ケーブルに接続します。繰り返しは、5.1から5.2を繰り返します。
4. 繰り返しますが、新しい犬の骨と十字型の試験片を使用して、各試験条件について3回5.3.1-5.3.2を繰り返します。

6.データ処理

1. 後処理ソフトウェアに高速度カメラによって記録されたすべての画像をインポートし、ソフトウェアのマニュアルに従って、データ分析のための標準手順に従います。
2. ソフトウェアにおけるFLCモードボタンをクリックすることで形成限界を決定するためにISO標準^3を使用してください。
   注：このメソッドは、既に画像相関処理ソフトウェアに統合されています。
3. 種々の温度で形成限界の各結果をマーク図中のS、歪み率、および歪みのパス。
4. ホットスタンピング条件下合金のFLDを得るために、全ての試験条件で成形限界曲線をプロットします。

結果

FLDが高いひずみ経路に依存しているので、各試験条件についてひずみ経路の直線性はDICの結果を分析することによって確認しました。ひずみ経路は各試験条件の変形を通して比例します。マイナー・ツー・主要なひずみ比の範囲は約-0.37（一軸条件）0.26（二軸延伸条件に近い）です。 、異なるAA6082条件のためのデータを処理する異なる歪みパスの制限データを形成することによって決定し、従って、ホットプレス条件でAA6082ためのFLDは、カーブフィッティングにより得られました。 図3では、成形限界データは、加熱及び冷却工程後、種々の温度、ひずみ速度、及び歪み経路で得られました。嵌合破線はこの合金、AA6082の成形性を示します。成形限界曲線は、故障につながる均一変形と塑性不安定又は拡散ネッキングの発症との間の境界を識別する。曲線上の領域は、潜在的な障害を示し、そして曲線下の領域は、均一な変形は、対応する試験条件で起こる安全領域、とみなされます。高いFLC材料は形状が同じであれば、より良い成形性を有していることを示しています。

ディスカッション

限界を形成するかを決定するために使用される従来の成形性の試験方法は、通常は室温で適用可能です。提示された技術は、一軸試験機を抵抗加熱するための新規な二軸試験装置を導入することにより、ホットシートスタンピングアプリケーションのための金属の成形性を評価するために使用することができます。これは、ホットスタンピングアプリケーションのための従来の方法を用いて行うことができません。加熱および冷却システムのセットアップ及びDICシステムは、試料の温度分布の均一性を制御し、したがって試料の延伸変形履歴を記録するために重要です。

この技術では、加熱および冷却速度を正確に錯体形成プロセスアプリケーション用一軸引張試験機によって制御することができます。二軸機構は、従来の二軸試験と比較して二軸引張試験のコストと複雑さを低減し、比較的簡単な構成を有していますメカニズム。しかしながら、抵抗加熱によって行わ温度フィールドは、この試験システムにおける検体の設計によって影響され、試料の温度勾配を避けることができません。既存の標準試料のデザインは、二軸テストのこのタイプのために利用可能ではありません。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
アルミニウム合金	スミスメタル	6082	試料加工
レーザーカッター	LVD Ltd	HELIUS 25/13	レーザー切断
試料 CNCマシン	HAASオートメーション	TM-2CE	フライス加工による試験片の機械
ノギス	ミツトヨ	575-481	厚さ測定
抵抗加熱一軸試験機	ダイナミックシステム株式会社	グリーブル3800	熱機械材料シミュレータ
流量急冷システム	ダイナミックシステム株式会社	38510	冷用
熱電対	ダイナミックシステム株式会社	Kタイプ
ノズルインデックス	ノズル		ア1/4インチボア
溶接ケーブル	LAPPグループ	H01N2-DDIC
高速カメラ	フォトロン	UX50	テスト
カメラレンズ	ニコン	マイクロ 200mm
ランプ	Liliput	150ce	300 W
ラップトップ	HP	Campaq 2530p	画像記録用
二軸試験装置	独立して		すべての部品は、二軸試験のために著者によって設計および機械加工されました
鋼	ウェストヨークシャースチール	H13	二軸試験装置の材料
画像相関処理ソフトウェア	GOM	ARAMIS	非接触測定システムとデータポストポセッシング

化 高空フレ用製造