Summary
Questo protocollo propone un sistema di prova biassiale romanzo utilizzato su una resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione per determinare lo schema di deformazione (FLD) di lamiere in condizioni di stampaggio a caldo.
Abstract
La stampa a caldo e processo di tempra stampo freddo è sempre più utilizzati per formare complessi componenti strutturali sagomati di lamiere. approcci sperimentali convenzionali come out-of-plane e nel piano test, non sono applicabili alla determinazione di formare limiti in riscaldamento e raffreddamento rapido processi vengono introdotti prima di formare per le prove eseguite in condizioni di stampaggio a caldo. Un sistema di test biassiale romanzo in piano è stato progettato e utilizzato per la determinazione di formare limiti di lamiere a vari percorsi di deformazione, la temperatura e velocità di deformazione dopo il riscaldamento e il raffreddamento processi in una resistenza di riscaldamento macchina di prova uniassiale. La parte principale del sistema di prova biassiale è un apparecchio biassiale, che trasferisce una forza uniassiale fornita dalla macchina di prova uniassiale a una forza biassiale. Un tipo di campione cruciforme stato progettato e verificato per la prova formabilità di lega di alluminio 6082 utilizzando il sistema di prova biassiale proposto. L'im digitaleSistema età correlazione (DIC) con una telecamera ad alta velocità è stata utilizzata per misurazioni di deformazione di un campione durante una deformazione. Al fine di proporre questo sistema di prova biassiale è consentire i limiti di formatura di una lega da determinare a diverse temperature e velocità di deformazione in condizioni di stampaggio a caldo.
Introduction
L'industria automobilistica sta affrontando una grande sfida globale di riduzione dei consumi e ridurre al minimo l'inquinamento ambientale da emissioni dei veicoli. La riduzione del peso è vantaggioso per migliorare le prestazioni delle automobili e può direttamente ridurre il consumo di energia 1. A causa della bassa formabilità di lamiere a temperatura ambiente, stampa a caldo e processi di tempra stampo freddo (denominato caldo timbratura) 2 sono utilizzati per migliorare la formabilità di leghe e quindi di ottenere componenti di forma complessa in applicazioni automobilistiche.
Un diagramma limite di formatura (FLD) è uno strumento utile per valutare la formabilità di una lega 3. Out-of-plane test, come il test Nakazima 4, 5, e nel piano test, come il Marciniak prova 6, 7, 8, unre convenzionali metodi sperimentali per ottenere i Flds di lamiere in varie condizioni 9, 10, 11. Una macchina di prova biassiale servo-idraulico è stato anche utilizzato per studiare la formabilità di leghe a temperatura ambiente 12, 13.
Tuttavia, nessuno dei metodi di cui sopra sono applicabili ai test di formabilità in condizioni di stampaggio a caldo, poiché un processo di raffreddamento prima di formare è richiesto con controllo delle velocità di riscaldamento e raffreddamento. La temperatura di deformazione e velocità di deformazione sono difficili da ottenere con precisione. Pertanto, un nuovo sistema di prova formabilità è proposta in questo studio per determinare sperimentalmente i limiti di formatura di lamiere in condizioni di stampaggio a caldo.
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Protocol
1. Preparazione dei campioni
- Macchina piatto osso di cane e campioni croce da lega di alluminio materiale professionale 6082 (AA6082) usando una taglierina laser e un controllo numerico computerizzato (CNC) fresatrice (per prove di formabilità a diversi percorsi deformazione compreso deformazione uniassiale, aereo, e tendendo equi-biassiale stati).
- Misurare lo spessore di ogni campione cruciformi e ogni esemplare di cane-osso con un calibro a corsoio tre volte nella regione strumentazione centrale e calcolare i valori medi. Assicurarsi che lo spessore della sezione di calibro in un campione cruciforme è 0,7 ± 0,05 mm e che lo spessore del provino monoassiale è di 1,5 ± 0,1 mm.
- Vernice spray l'intera superficie superiore di un esemplare croce utilizzando una vernice spray nera resistente alla fiamma (in grado di resistere a temperature fino a 1.093 ° C). Attendere che la vernice si asciuga e poi spruzzare fiamma resistente, i puntini di vernice bianca da condizioni di mercato per creare uno stocasticospruzzatura pattern di essere riconosciuto dal sistema DIC (vedere l'esempio nella figura 1).
- Saldare un paio di termocoppie al centro della superficie posteriore (quella opposta alla superficie dipinta) del campione. Collegare l'altra estremità della termocoppia al sistema di controllo della temperatura di retroazione della macchina di prova uniassiale per monitorare e controllare la cronologia variazione di temperatura.
2. Montaggio dell'Apparato biassiale Testing
- Montare tutte le parti della apparecchiatura di prova biassiale, comprendente una piastra di base, un albero centrale, di ingresso e di uscita piastre girevoli, carrelli, un morsetto, rotaie di guida, e bielle rigide (il dispositivo assemblato è mostrato nella Figura 2).
- Utilizzando una biella, la coppia piastra girevole ingresso direttamente alla ganascia mobile di una resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione, che fornisce la forza di trazione monoassiale. Coppia all'ingresso piastra girevole all'albero motore centrale eCoppia questo albero motore centrale alla piastra girevole uscita.
- Assicurarsi che la rotazione della piastra girevole ingresso intorno all'asse di rotazione fa ruotare l'albero motore, facendo così ruotare la piastra girevole uscita a cui è accoppiato attorno all'asse di rotazione.
- Ad un'estremità, coppia ciascuna delle bielle rigide a uno dei punti di connessione sulla piastra girevole uscita. Coppia l'altra estremità a una delle carrozze.
NOTA: Questo farà sì che i carrelli con portacampioni di scorrere avanti e indietro lungo le guide a basso attrito, che può applicare una forza biassiale al modello a croce. - Utilizzando bulloni, serrare ciascun braccio del campione croce di un carrello con un portacampione e una piastra superiore.
- Impostare prese nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale, come mostrato in figura 3 (a). Collegare quattro cavi di saldatura di ciascuna coppia di morsetti, che sono fatti di acciaio inossidabile e rame, faucibusctively, e quindi collegare i cavi di saldatura per l'alimentazione elettrica.
NOTA: l'area del conduttore dei cavi di saldatura è di 50 mm 2 e la valutazione attuale è 345 A.- Mettere le manopole e il morsetto dell'apparecchio test biassiale nelle due ganasce della macchina di prova di trazione monoassiale e serrarli all'interno (figura 3 (a)).
- Impostare all'apparecchio di prova biassiale nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale, come mostrato in figura 3 (b).
- Utilizzare due telai ed avvitare le viti sulla parte superiore e il lato inferiore della piastra di base per fissare l'apparecchiatura nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale.
- Mettere il campione nel supporto del campione sulla parte superiore del dispositivo di prova biassiale.
- Collegare ogni terminale dei cavi di saldatura a ciascuna regione di bloccaggio del provino.
3. Installazione del sistema di riscaldamento e Tempra
- strettamente connect ciascuna regione di bloccaggio del campione alla piastra superiore acciaio inossidabile, che funge da elettrodo per riscaldamento a resistenza.
- Serrare i cavi di saldatura con terminali ad anello crimp alla piastra superiore di ciascuna regione di bloccaggio.
- Connect svasato ugelli con tubi al sistema di raffreddamento ad alta portata con alimentazione aria regolata a 8.000 kg / m 2 di pressione per il raffreddamento.
- Utilizzare quattro ugelli per soffiare aria dalle braccia del campione alla regione centrale del provino.
NOTA: Gli ugelli non sono diretti sulla sezione manometro per il raffreddamento per evitare il blocco della zona centrale dalla vista della telecamera.
4. Configurazione del Sistema DIC
- Collegare la macchina fotografica ad alta velocità del sistema DIC con un micro lente a un computer. Regolare il frame rate della telecamera a 25 fps, 50 fps e 500 fps dal menu di frame rate (per le prove a tassi di deformazione allungamento di 0,01 / s, 0.1 / s e 1 / s, rispettivamente). Impostare le risoluzioni di tutti imaghi a 1.280 × 1.024 pixel.
NOTA: I frame rate dipendono dal numero di punti di dati da raccogliere; almeno 200 punti di dati possono essere raccolti utilizzando le impostazioni sopra. - Utilizzare un riflettore supplementare con una potenza di 300 W per prove a tassi elevati di deformazione. Puntare il riflettore direttamente nella camera della macchina di prova di trazione monoassiale.
- Regolare la lente telecamera in modo che sia parallela alla superficie superiore del campione nella camera e fuoco la telecamera sulla sezione manometro.
5. Programma Sperimentale
- Eseguire la resistenza di riscaldamento uniassiale macchina di trazione facendo clic sul pulsante di esecuzione triangolare nel software di controllo.
NOTA: elettrica passa attraverso il materiale AA6082 e riscalda alla temperatura soluzione di trattamento termico di 535 ° C 14 ad una velocità di riscaldamento di 30 ° C / s. Il materiale viene mantenuto alla temperatura di 535 ° C per 1 minuto, che è sufficiente per la piena risoluzione di precipitati. Air soffia dal sistema di raffreddamento viene utilizzato per spegnere il materiale ad una velocità di raffreddamento di 15 a uno dei 3 elevate temperature di 100 ° C / s designati nella gamma di 370-510 ° C. - Allungare il campione con l'apparecchio di prova biassiale ad una velocità di deformazione costante nell'intervallo di 0,01-1 / s e registrare la storia deformazione manualmente premendo il pulsante a scatto collegato alla telecamera ad alta velocità.
NOTA: Lo spostamento ingresso dalla macchina di prova uniassiale all'apparecchio di prova biassiale era controllata dal software incorporato della macchina di prova uniassiale. - Eseguire i test in diversi percorsi di deformazione costituiti uniassiale, deformazione piana e stati sforzare biassiali 3 regolando la configurazione dell'apparecchiatura test biassiale.
- Scollegare due bielle contrapposte per prove uniassiali. Fissare un campione cane-osso sull'apparato di prova biassiale e collegarlo ai cavi di saldatura, come nei passaggi 3.1-3.4. Ripetere i passaggi 5,1-5,2.
- Fissare due carrelli contrapposti alla piastra di base con bulloni per limitare la deformazione della direzione corrispondente per test in stato di deformazione piana. Bloccare una croce esemplare sull'apparato test biassiale e collegarlo ai cavi di saldatura, come nei passaggi 3,1-3,4. Ripetere i passaggi 5,1-5,2.
- Ripetere i punti 5.3.1-5.3.2 per ogni condizione di prova tre volte, utilizzando il nuovo dog-ossa e campioni cruciformi.
6. Elaborazione dati
- Importare tutte le immagini registrate dalla telecamera ad alta velocità nel software di post-elaborazione e seguire fasi standard per l'analisi dei dati secondo il manuale del software.
- Utilizzare lo standard ISO 3 per determinare i limiti che formano facendo clic sul pulsante Modalità FLC nel software.
NOTA: Questo metodo è già stato integrato nel software di elaborazione delle immagini di correlazione. - Contrassegnare ogni risultato dei limiti di formatura a varie temperatures, velocità di deformazione, e deformazione percorsi in un diagramma.
- Tracciare le curve limite di formatura in tutte le condizioni di prova per ottenere una FLD di una lega in condizioni di stampaggio a caldo.
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Representative Results
Poiché Flds sono ceppo altamente dipendente dal percorso, la linearità del percorso di deformazione per ciascuna condizione di prova è stata verificata analizzando i risultati DIC; i percorsi di deformazione sono proporzionali tutta deformazione per ogni condizione di test. L'intervallo del rapporto sforzo minore a maggiore è di circa -0.37 (condizione uniassiale) a 0,26 (condizioni quasi biassiale). Elaborando i dati per le diverse condizioni di AA6082, formando dati limite per diversi percorsi di deformazione sono stati determinati e quindi le Flds per AA6082 a condizioni di stampaggio a caldo sono stati ottenuti mediante adattamento della curva. Nella Figura 3, dati limite di formatura sono stati ottenuti a varie temperature, velocità di deformazione, e percorsi di deformazione dopo i processi di riscaldamento e raffreddamento. Le linee tratteggiate indicano montati la formabilità di questa lega, AA6082. Una curva limite formando identifica il confine tra deformazione uniforme e l'insorgenza di instabilità plastica o strizione diffusa, che portano al fallimento. La regione al di sopra della curva rappresenta potenziale fallimento, e la regione sotto la curva viene considerata come una regione di sicurezza, in cui la deformazione uniforme avviene alle condizioni di prova corrispondenti. Un più alto FLC indica che il materiale ha una migliore formabilità se la forma rimane la stessa.
test di formabilità utilizzando romanzo in piano biassiale sistema di prova di trazione sono state condotte alle temperature di deformazione designati e velocità di deformazione dopo i processi di riscaldamento e raffreddamento. Si è riscontrato che, quando la velocità di deformazione aumenta dalla velocità di deformazione designato di 0,01 / s a 1 / s, il limite di formatura aumenta AA6082. Il limite di formatura ha un maggiore incremento, da 0,1 / s a 1 / s, che da 0,01 / s a 1 / s, come mostrato in figura 4 (a).
Nella figura 4 (b), v'è un aumento monotono del limite di formatura da 370 ° C a 510 ° C. Questo indicates che elevata formabilità di AA6082 può essere ottenuta ad una temperatura superiore in condizioni di stampaggio a caldo. I tre formano curve limite sono abbastanza vicini l'uno all'altro sul lato sinistro della FLD, il che significa che la sensibilità della dipendenza dalla temperatura è maggiore per i percorsi di deformazione biassiale tensione-tensione che per percorsi di deformazione tensione-compressione.
Figura 1: Un esempio di un modello stocastico in una croce provino prima stiro biassiale (a) e dopo stiro biassiale (b). Il modello con i puntini bianchi su sfondo nero viene catturato dalla macchina fotografica ad alta velocità durante il test. Le dimensioni e la densità dei granelli all'interno di un modello sono sottoposti ai requisiti dello standard di analisi DIC 15. Cliccate qui per vedere una grandela versione R di questa figura.
Figura 2: L'apparato di test biassiale assemblato. Il dispositivo comprende una piastra di base, un albero centrale, piastre girevoli, carrelli, rotaie di guida, e bielle. È montato nella camera della resistenza di riscaldamento macchina di prova uniassiale. I componenti chiave sono stati segnati in figura. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Configurazione di morsetti e all'apparecchio di prova biassiale nella camera della macchina di prova uniassiale. (A) Le maniglie e il morsetto. (B) L'apparato di test biassiale e ugelliper il raffreddamento dell'aria. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Flds di AA6082 in (A) diverse velocità di deformazione e (b) temperature diverse in condizioni di stampaggio a caldo. I simboli sono i risultati dei limiti di formatura in condizioni diverse. Le linee tratteggiate sono stati ottenuti attraverso l'algoritmo di adattamento polinomiale. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Convenzionali metodi di prova formabilità utilizzati per determinare formare limiti sono generalmente applicabili solo a temperatura ambiente. La tecnica presentata può essere utilizzato per valutare la formabilità di metalli per applicazioni di stampaggio a caldo foglio introducendo un apparecchio di prova biassiale romanzo ad una resistenza di riscaldamento macchina di prova uniassiale. Questo non può essere eseguita con metodi convenzionali per applicazioni di stampaggio a caldo. L'installazione di sistemi di riscaldamento e raffreddamento e il sistema DIC è fondamentale per controllare l'uniformità di distribuzione della temperatura in un campione e quindi registrare la storia deformazione di allungamento campioni.
In questa tecnica, la velocità di riscaldamento e raffreddamento può essere controllato con precisione dalla macchina prova di trazione monoassiale per complesse applicazioni di processo di formatura. Il meccanismo biassiale ha una configurazione relativamente semplice, che riduce il costo e la complessità delle prove di trazione biassiale rispetto ai test tradizionali biassialemeccanismi. Tuttavia, i campi di temperatura effettuate mediante riscaldamento resistenza risentono provino design in questo sistema di prova, e gradienti di temperatura su un campione non può essere evitato. Nessun disegno esemplare standard esistente è disponibile per questo tipo di test biassiale.
In sintesi, questa è la prima volta che un FLD delle leghe in condizioni di stampaggio a caldo è stato ottenuto. Elevate velocità di formatura ed elevate temperature all'interno degli intervalli indicati sono benefiche per migliorare i limiti di formatura di AA6082 in condizioni di stampaggio a caldo. Questa nuova tecnica può essere usata per determinare i limiti di formatura di lamiere in condizioni di prova complesse. I risultati sperimentali ottenuti possono essere utilizzati per sviluppare un modello di materiale che prevede il comportamento termomeccanico e la formabilità di una lega. Il meccanismo dell'apparecchio può essere modificato per effettuare prove di formabilità sottoposti a percorsi di deformazione non lineari in futuro.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminium Alloy | Smiths Metal | 6082 | Specimens machining |
| Laser cutter | LVD Ltd | HELIUS 25/13 | Laser cutting specimens |
| CNC machine | HAAS Automation | TM-2CE | Machine specimens by milling |
| Vernier caliper | Mitutoyo | 575-481 | Thickness measurement |
| Resistance heating uniaxial testing machine | Dynamic System Inc | Gleeble 3800 | Thermo-mechanical materials simulator |
| High flow quench system | Dynamic System Inc | 38510 | For air cooling |
| Thermocouples | Dynamic System Inc | K type | |
| Nozzles | Indexa | Nozzle flared 1/4 inch bore | |
| Welding cables | LAPP Group | H01N2-D | |
| High-speed camera | Photron | UX50 | For DIC testing |
| Camera lens | Nikon | Micro 200mm | |
| Lamp | Liliput | 150ce | 300 W |
| Laptop | HP | Campaq 2530p | For images recording |
| Biaxial testing apparatus | Manufactured independently | All parts were designed and machinced by authors for biaxial testing | |
| Steel | West Yorkshire Steel | H13 | Mateials of the biaxial testing apparatus |
| Image correlation processing software | GOM | ARAMIS | Non-contact measuring system and data post-pocessing |
References
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