一种新型双轴试验设备的成形极限的下烫印条件的决定

摘要

该协议提出上的电阻，以确定热冲压条件下的金属板的成形极限图（FLD）加热单轴拉伸试验机中使用的新颖的双轴测试系统。

摘要

热冲压和冷模淬火工艺越来越多地用于形成金属片的复杂形状的结构部件。常规的实验方法，如外的平面和平面内的测试中，并不适用于加热和快速冷却处理之前形成用于热冲压条件下进行测试时引入成形极限的确定。一种新颖的平面内双轴测试系统的设计和用于形成在电阻加热单轴试验机加热和冷却过程后的不同应变路径，温度和应变率的金属板的限制的确定。双轴测试系统的核心部分是一个双轴设备，其传送由单轴试验机提供到双轴力的单轴力。十字形样品的一种类型被设计和验证的使用提出的双轴测试系统铝合金6082的成形性试验。数字IM使用年龄相关性（DIC）系统用高速照相机对变形期间采取的试样的应变测量。提出该双轴测试系统的目的是使合金的成形极限，在热冲压条件下各种温度和应变速率来确定。

引言

汽车行业正面临着降低燃油消耗和车辆排放减少环境污染的一个巨大的全球性挑战。轻量化对提高汽车的性能是有益的，并且可以直接降低能耗^1。由于金属板在室温下，热冲压和冷模淬火工艺低的可成形性（称为热冲压^）2用于改进合金的成形性并因此获得在汽车应用中复杂形状的部件。

成形极限图（FLD）是评价的合金³的成形性的有用工具。外的平面的测试，如测试Nakazima ^{4， 图5}和面内测试，如测试Marciniak ^6，7，8，一个再常规的实验方法，以获得各种条件^9，10，11下的金属板的成形极限。甲伺服液压双轴测试机也已经用于研究合金在室温下^12，13中的可成形性。

然而，没有上述方法适用于热冲压条件下的可成形性的测试中，因为与加热和冷却速率的控制一起，需要成形之前的冷却过程。变形温度和应变速率很难获得准确。因此，一种新的成形性的测试系统是在本研究中提出的通过实验来确定片材金属的热冲压条件下成形极限。

研究方案

1.试样的制备

1. 机平坦狗骨和使用激光切割机和一个计算机数字控制（CNC）铣床（对于在不同的应变路径包括单轴，平面应变成形性试验从市售材料的铝合金6082（AA6082）十字形标本和等双轴应变状态）。
2. 测量每个十字形试和每个狗骨样品的厚度用游标卡尺三次在中央计区域，并计算平均值。确保在一个十字形试测量部分的厚度为0.7±0.05mm与该单轴试样的厚度为1.5±0.1毫米。
3. 通过使用耐火，黑色喷漆（能够承受的温度高达1093℃下的）喷漆十字形样品的整个顶表面。等到油漆变干，然后从手臂的长度来创建一个随机喷洒阻燃，白色油漆点喷雾图案由DIC系统识别（参见图1中的例子）。
4. 焊接的一对热电偶到后表面的中心（相对的涂漆的表面）的样品的。将热电偶连接到单轴试验机的反馈温度控制系统的另一端，以监视和控制的温度变化的历史。

2.双轴试验设备的组装

1. 组装该双轴测试装置的所有部分，包括一个底板，一个中心轴，输入和输出可旋转板，车厢，夹具，导轨，和刚性的连接杆（组装装置示于图2）。
   1. 输入可旋转板直接使用连接杆，连接到电阻加热单轴拉伸试验机，它提供了单轴拉伸力的可动夹爪。耦合输入可旋转板的中心驱动轴和夫妇该中心驱动轴与输出可旋转板。
   2. 确保围绕旋转轴线的可旋转输入盘的旋转而旋转的驱动轴，从而旋转输出旋转板其所围绕旋转轴线被耦合。
   3. 在一个端部，一对每个刚性连接杆对输出可旋转板连接点中的一个的。夫妇的另一端连接到车厢中的一个。
      注意:这将引起车厢与试样保持器滑动来回沿导轨以低摩擦，这可以应用双轴力到十字形样品。
   4. 使用螺栓，所述十字形样品的每个臂夹紧到与试样保持器和顶板的滑架。
2. 在单轴拉伸试验机的腔室设置把手， 如图3（a）中 。将四个焊接电缆到每对夹具的，这是由不锈钢和铜，respe沉着应对，因此，焊接电缆连接到电源。
   注意:所述焊接电缆的导体面积为50mm ²和电流额定值是345 A.
   1. 把夹具和双轴测试设备到单轴拉伸试验机的两个夹具的夹具和他们的内部拧紧（ 图3（a））。
3. 在单轴拉伸试验机的腔室设置双轴测试装置， 如图3（b）中 。
   1. 使用两个帧，并且在顶部螺栓与底板的底侧固定装置在单轴拉伸试验机的腔室。
   2. 把样品插入到样品支架上的双轴测试装置的顶部。
   3. 所述焊接电缆的每个端子连到检查体的每个夹紧区域。

3.加热淬火系统的设置

1. 紧密合作nnect试样的每个夹紧区域到不锈钢顶板，其用作电阻加热的电极。
2. 拧紧与压接环端子焊接电缆连接到每个夹紧区域的顶板。
3. 连接在8000公斤/米²的压力，用于冷却喇叭形与软管喷嘴与调节的空气供给高流量骤冷系统。
4. 使用四个喷嘴以从试样的臂吹送空气到样本的中心区域。
   注:喷嘴不引导到测量部分，用于冷却以避免阻塞从相机的视图中的中央区域。

4. DIC系统的设置

1. 该DIC系统的高速相机连接用微透镜到计算机。调整相机的帧速率，以每秒25帧，50帧，并且从帧速率的菜单（用于以0.01 / s时，0.1 / s和1 / s时，分别在拉伸应变速率下测试）500帧。将所有我的决议法师到1280×1024像素。
   注:帧速率取决于数据点收集的数量;至少200个数据点可以使用上述的设置来收集。
2. 使用一个额外的聚光灯下300 W的在高应变率测试电源。直接在单轴拉伸试验机的腔室指向聚光灯。
3. 调整相机镜头，使得它平行于所述室中的样品的顶部表面和聚焦相机上的测量部分。

5.实验计划

1. 运行阻力通过点击在控制软件的三角运行按钮加热单轴拉伸试验机。
   注:电力贯穿AA6082材料和以30℃/秒的加热速率加热到49的535°C ¹⁴的固溶热处理温度。该材料在535℃下浸泡1分钟，这是足够的析出物的全分辨率。嗳ř从急冷系统吹用于在在370-510℃的范围内100℃/秒¹⁵到一个3指定升高的温度下的冷却速度，淬灭材料。
2. 伸展用双轴测试装置试样在0.01-1 /秒的范围内的恒定应变速率和通过手动按压连接到高速照相机触发按钮记录变形历史。
   注:从单轴试验机的输入位移双轴试验装置由单轴试验机的内置软件控制。
3. 在由单轴不同应变路径，平面应变，和双轴应变状态³通过调整双轴测试装置的结构进行测试。
   1. 断开单轴测试两个相对的连接杆。夹紧在双轴测试装置狗骨样品，并将其连接到焊接电缆，如在步骤3.1-3。4.重复步骤5.1-5.2。
   2. 固定两个相对的滑架与螺栓的底板，以限制对平面应变状态下的检测相应的方向上的变形。夹紧在双轴测试装置十字形样品，并将其连接到焊接电缆，如步骤3.1-3.4。重复步骤5.1-5.2。
4. 对于每个测试条件重复步骤5.3.1-5.3.2三次，使用新的狗骨和十字形标本。

6.数据处理

1. 导入由高速照相机记录到后处理软件的所有图像和根据软件手册遵循标准步骤进行数据分析。
2. 使用ISO标准^3，以确定通过点击软件的FLC模式按钮形成限制。
   注:此方法已经被集成到图像相关处理软件。
3. 标记在不同温度下的成形限制每个结果在图中S，应变率，和应变路径。
4. 绘制在所有测试条件下的成形极限曲线，得到的合金的FLD热冲压条件下进行。

结果

由于成形极限是高度应变路径依赖性的，对于每个测试条件下的应变路径的线性通过分析DIC结果验证;应变路径是整个变形对于每个测试条件成比例的。次要到主应变比的范围是约-0.37（单轴条件）至0.26（近双轴条件）。通过处理用于不同AA6082条件的数据，形成用于不同应变路径限制数据被确定并且因此，是通过曲线拟合获得的热冲压条件AA6082的成形极限。在图3

讨论

用于确定成形限制常规的成形性的测试方法是通常只在室温下适用。所呈现的技术可用于通过引入新颖的双轴测试设备到电阻加热单轴试验机来评价金属用于热片冲压应用的可成形性。这可以不使用用于热冲压应用的常规方法来进行。加热和冷却系统和DIC系统的设置是为了控制在样品温度分布的均匀性，并因此记录拉伸试样的变形历史的关键。

在该技术中，加热和冷却速率?...

材料

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