A Novel Biaxial Testvorrichtung für die Bestimmung der Grenzformänderung unter Hot Stamping Bedingungen

Zusammenfassung

Dieses Protokoll schlägt ein neuartiges System biaxialen Tests auf einen Widerstand verwendet einachsigen Zugversuch Maschine, um Erhitzen der Grenzformänderungsdiagramm (FLD) von Blechen unter Heißprägebedingungen zu bestimmen.

Zusammenfassung

Die Heißprägung und Kaltform Abschreckvorgang wird zunehmend verwendet, komplex geformte Bauteile von Blechen zu bilden. Herkömmliche experimentelle Ansätze, wie aus der Ebene und in der Ebene liegenden Tests, sind nicht anwendbar auf die Bestimmungsgrenzen des Ausbildens beim Heizen und schnelle Abkühlen Prozesse werden vor der Bildung für die Tests durchgeführt unter Heißprägebedingungen eingeführt. Eine neue in-plane biaxialen Prüfsystems wurde für die Bestimmung von Formgebungsgrenzen von Blechen an verschiedenen Dehnungsweg, Temperaturen und Verformungsgeschwindigkeiten nach dem Erhitzen und Kühlprozess in einem Widerstandsheizelement uniaxial Prüfmaschine entworfen und verwendet. Der Kernteil des biaxialen Prüfsystems ist eine biaxiale Vorrichtung, die eine uniaxiale Kraft, die von der einachsigen Prüfmaschine bereitgestellt auf eine biaxiale Kraft. Eine Art von Kreuzprobe wurde konstruiert und für den Umformbarkeit Test der Aluminiumlegierung 6082 mit dem vorgeschlagenen biaxialen Prüfsystems verifiziert. Die digitale imAlters Korrelation (DIC) System mit einer Hochgeschwindigkeitskamera wurde für die Aufnahme Dehnungsmessungen einer Probe während einer Verformung verwendet. Das Ziel schlägt diese biaxiale Prüfsystems ist die Formgebungsgrenzen einer Legierung zu ermöglichen, bei verschiedenen Temperaturen und Verformungsgeschwindigkeiten unter Heißprägebedingungen bestimmt werden.

Einleitung

Die Automobilindustrie steht vor einer große globale Herausforderung der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und die Umweltbelastung durch Emissionen von Kraftfahrzeugen zu minimieren. Gewichtsreduzierung ist von Vorteil , um die Leistung der Autos zu verbessern und kann direkt den Energieverbrauch ¹ reduzieren. Aufgrund der geringen Formbarkeit von Blechen bei Raumtemperatur werden die Warmumformung und Kaltform Abschreckverfahren (bezeichnet als Heißpräge) ² verwendet , um die Formbarkeit von Legierungen zu verbessern und somit komplex geformte Bauteile in Automobilanwendungen zu erhalten.

Ein Grenzformänderungsdiagramm (FLD) ist ein nützliches Werkzeug , um die Verformbarkeit einer Legierung ³ zu bewerten. Out-of-plane - Test, wie der Nakazima Test ^{4, 5} und in der Ebene liegende Tests, wie der Marciniak Test ^{6, 7, 8,} einemre konventionelle Methoden , um die experimentellen flds von Blechen unter verschiedenen Bedingungen ^{9, 10, 11} zu erhalten. Eine servohydraulischen Prüfmaschine biaxialen hat auch die Formbarkeit der Legierung bei Raumtemperatur ^{12, 13} zu untersuchen , verwendet worden.

Jedoch ist keines der obigen Verfahren sind anwendbar auf Formbarkeit Tests unter Heißprägebedingungen, da ein Kühlvorgang vor der Bildung benötigt wird zusammen mit der Steuerung der Heiz- und Kühlraten. Die Verformungstemperatur und Verformungsgeschwindigkeit lassen sich nur schwer genau zu erhalten. Daher wird ein neuartiges Umformbarkeit Prüfsystems in dieser Studie vorgeschlagen, experimentell die Formgebungsgrenzen von Blechen unter Heißprägebedingungen zu bestimmen.

Protokoll

1. Herstellung der Proben

1. Maschine flache Hundeknochen und Kreuz Proben aus handelsüblichen Material Aluminiumlegierung 6082 (AA6082) mit Hilfe eines Laser-Schneideinrichtung und eine numerische Computersteuerung (CNC) Fräsmaschine (für Umformbarkeit Tests bei unterschiedlichen Dehnungswege einschließlich uniaxial, plane strain und gleichwinklig biaxialen Spann Staaten).
2. Messen Sie die Dicke jeder Kreuzprobe und jeder Hund-Knochenprobe mit einer Schieblehre dreimal im zentralen Kalibrierbereich und berechnen die Mittelwerte. Stellen Sie sicher, dass die Dicke des Kalibrierabschnitt in Kreuzprobe 0,7 ± 0,05 mm ist, und dass die Dicke der uniaxial Probe betragen 1,5 ± 0,1 mm.
3. Sprühfarbe die gesamte obere Oberfläche einer Kreuzprobe durch die Verwendung einer flammbeständigen, schwarz Sprühfarbe (geeignet für Temperaturen von bis zu 1.093 ° C widerstehen). Warten, bis die Farbe trocknet, und dann schwer entflammbare, weiße Farbe von Punkten Armlänge sprüht einen stochastischen zu erstellendurch das DIC - System erkannt werden (siehe das Beispiel in 1) Sprühbild.
4. Weld ein Paar Thermoelemente an der Mitte der Rückseite (entgegengesetzt zu der lackierten Oberfläche) der Probe. Das andere Ende des Thermoelementes mit dem Rückkopplungstemperatursteuersystem der uniaxialen Prüfmaschine zu überwachen und die Temperaturänderungshistorie zu steuern.

2. Zusammenbau der zweiachsigen Prüfvorrichtung

1. Montieren Sie alle Teile der biaxialen Testvorrichtung, einschließlich einer Grundplatte, eine zentrale Welle, Eingangs- und Ausgang drehbarer Platten, Schlitten, eine Klammer, Führungsschienen und starre Verbindungsstangen (die zusammengebaute Vorrichtung ist in 2 gezeigt).
   1. Verwendung eines Pleuels, koppeln die Eingangs drehbare Platte direkt an der beweglichen Backe eines Widerstands uniaxial Zugprüfmaschine Heizung, die die uniaxiale Zugkraft zur Verfügung stellt. Koppeln die Eingangs drehbare Platte an der zentralen Antriebswelle undGepaart zentrale Antriebswelle auf den Abtrieb drehbare Platte.
   2. Stellen Sie sicher, dass die Drehung der drehbaren Antriebsplatte um die Drehachse der Antriebswelle dreht sich, wodurch die Ausgangsdreh drehbare Platte, an das es gekoppelt um die Drehachse.
   3. An einem Ende jedes Paar der starren Verbindungsstangen mit einem der Verbindungspunkte auf der Abtriebs drehbaren Platte. Paar das andere Ende an einem der Wagen.
      HINWEIS: Dadurch werden die Wagen mit Probenhaltern verursachen hin und her entlang der Führungsschienen mit geringer Reibung gleiten, die eine biaxiale Kraft auf die Kreuzprobe anwenden können.
   4. Verwendung von Schraubenbolzen klemmen jeden Arm der kreuzförmigen Probe zu einem Wagen mit einem Probenhalter und einer oberen Platte.
2. Richten Sie Griffe in der Kammer der einachsigen Zugversuch - Maschine, wie in Abbildung 3 (a). Befestigen vier Schweißkabel an jedes Paar von Griffen, die aus rostfreiem Stahl und Kupfer hergestellt sind, RESPEctively und so die Schweißkabel an die Stromversorgung angeschlossen werden.
   HINWEIS: Der Leiterbereich der Schweißkabel 50 mm ² und die Stromstärke beträgt 345 A.
   1. Setzen Sie die Griffe und die Klemme der biaxialen Testvorrichtung in die beiden Backen der einachsigen Zugprüfmaschine und ziehen diese nach innen (Figur 3 (a)).
3. Stellen Sie die biaxiale Testvorrichtung in der Kammer der einachsigen Zugversuch - Maschine, wie in 3 (b) gezeigt.
   1. Verwenden zwei Rahmen und Schraubenbolzen an dem oberen und unteren Seiten der Basisplatte, die die Vorrichtung in der Kammer der einachsigen Zugversuchs Maschine zu fixieren.
   2. Setzen Sie die Probe in den Probenhalter auf der Oberseite der biaxial Testvorrichtung.
   3. Verbinden jeden Anschlusses der Schweißkabel an jeden Klemmbereich der Probe.

3. Aufbau der Heizung und Abschrecksystems

1. dicht connect jeden Klemm Bereich der Probe auf die Edelstahldeckplatte, die für die Widerstandsheizung als Elektrode dient.
2. Ziehen Sie die Schweißkabel mit Crimpring Klemmen an der oberen Platte jedes Klemmbereich.
3. Connect aufgeweiteten Düsen mit Schläuchen an den hohen Strömungs Abschrecksystem mit geregelter Luftzufuhr bei 8.000 kg / m ² Druck für die Kühlung.
4. Verwenden vier Düsen Luft aus den Armen der Probe auf den zentralen Bereich der Probe zu blasen.
   HINWEIS: Die Düsen sind nicht auf den Kalibrierabschnitt gerichtet zu vermeiden Kühlen die zentrale Zone aus der Sicht der Kamera blockiert.

4. Aufbau des DIC-System

1. Schließen Sie die High-Speed-Kamera des DIC-Systems mit einer Mikrolinse auf einen Computer. Stellen Sie die Bildraten der Kamera 25 Bilder pro Sekunde, 50 fps, 500 fps und aus dem Menü der Frameraten (für die Tests an den Streck Dehnraten von 0,01 / s, 0,1 / s und 1 / s, jeweils). Stellen Sie die Auflösung aller iMages bis 1.280 × 1.024 Pixel.
   HINWEIS: Die Bildraten sind abhängig von der Anzahl der Datenpunkte gesammelt werden; mindestens 200 Datenpunkte können unter Verwendung der oben genannten Einstellungen gesammelt werden.
2. Verwenden einer zusätzlichen Strahler mit einer Leistung von 300 W für die Tests bei hohen Dehnungsraten. Weist die Scheinwerfer direkt an der Kammer der einachsigen Zugversuch-Maschine.
3. Justieren der Kameralinse, so dass es an der oberen Oberfläche der Probe in der Kammer und die Kamera auf dem Spurabschnitt parallel ist.

5. Experimentelle Programm

1. Führen Sie den Widerstand uniaxial Zugprüfmaschine Erwärmung durch die dreieckförmigen Lauftaste in der Steuersoftware klicken.
   HINWEIS: Strom läuft durch das Material AA6082 und erhitzt es auf die Lösungswärmebehandlungstemperatur von 535 ° C ¹⁴ bei einer Heizrate von 30 ° C / s. Das Material wird bei 535 ° C für 1 min eingetaucht, die für die vollständige Auflösung der Ausscheidungen ausreichend ist. Air Einblasen aus dem Abschreckungssystem wird verwendet , um das Material mit einer Abkühlrate von 100 ° C / s von ¹⁵ bis einem von 3 bezeichneten erhöhten Temperaturen im Bereich von 370 bis 510 ° C quenchen.
2. Strecken, um die Probe mit der biaxialen Testvorrichtung mit konstanter Dehnungsrate im Bereich von 0,01-1 / s und Aufzeichnungshistorie der Verformung durch manuell den Auslöseknopf auf die Hochgeschwindigkeitskamera verbunden drücken.
   HINWEIS: Die Eingang Verschiebung von der einachsigen Prüfmaschine zur biaxialen Testvorrichtung wurde von der integrierten Software des einachsigen Prüfmaschine gesteuert.
3. Durchführen der Tests an unterschiedlichen Dehnungswege aus uniaxial, plane strain und biaxiales Spann Zustände ³ durch die Konfiguration der biaxialen Testvorrichtung anzupassen.
   1. Trennen zwei gegenüberliegenden Pleuelstangen für uniaxiale Tests. Klemme eine dog-bone Probe auf der biaxialen Testvorrichtung und verbindet es mit Schweißkabel, wie in den Schritten 3.1-3.4. Wiederholen Sie die Schritte 5,1-5,2.
   2. Fix zwei gegenüberliegende Schlitten an der Grundplatte mit Schraubbolzen zum Testen gegen ebene Verformung des Verformungszustand an die entsprechende Richtung zu beschränken. Klemme eine Kreuz Probe auf der biaxialen Testvorrichtung und verbindet es mit Schweißkabel, wie in den Schritten 3,1-3,4. Wiederholen Sie die Schritte 5,1-5,2.
4. Wiederholen Sie die Schritte 5.3.1-5.3.2 für jede Testbedingung dreimal mit neuen Hundeknochen und Kreuzproben.

6. Datenverarbeitung

1. Importieren Sie alle Bilder von der High-Speed-Kamera in die Nachbearbeitungssoftware aufgezeichnet und folgen Standardschritten für die Datenanalyse nach dem Software-Handbuch.
2. Verwenden Sie die ISO - Norm ³ die Formgrenzen zu bestimmen , indem die FLC - Modus - Taste in der Software klicken.
   Hinweis: Diese Methode wurde bereits in die Bildkorrelationsverarbeitungssoftware integriert.
3. Markiert jedes Ergebnis der Formgrenzen bei verschiedener Temperaturs, Dehnraten und Dehnungspfade in einem Diagramm.
4. Zeichnen Sie die Grenzformänderungskurven bei allen Testbedingungen eine FLD aus einer Legierung unter Heißprägebedingungen zu erhalten.

Ergebnisse

Da flds hochDehnungs wegabhängige sind, wurde die Linearität der Dehnungspfad für jede Testbedingung durch Analysieren der Ergebnisse DIC überprüft; die Dehnungswege sind im gesamten Verformung für jede Prüfbedingung proportional. Der Bereich des kleineren zu größeren Dehnungsverhältnis beträgt ca. -0.37 (uniaxial Zustand) bis 0,26 (bei biaxialer Bedingung). Von Daten für verschiedene Bedingungen AA6082 Verarbeitung Grenzformänderungsdaten für verschiedene Dehnungswege wurd...

Diskussion

Herkömmliche Formbarkeit verwendete Testverfahren zur Bestimmung Grenzen bilden, sind in der Regel nur anwendbar bei Raumtemperatur. Die dargestellte Technik kann verwendet werden, um die Formbarkeit von Metallen für die Heißprägefolie Anwendungen zu bewerten, indem eine neuartige biaxialen Testvorrichtung zu einem Widerstand Einführung uniaxial Prüfmaschine erhitzt wird. Dies kann mit konventionellen Methoden nicht für Heißpräge Anwendungen durchgeführt werden. Der Aufbau der Heiz- und Kühlsysteme und der DI...

Materialien

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