Un nouvel appareil d'essai biaxiale pour la détermination de la limite de formage à chaud sous conditions Stamping

Résumé

Ce protocole propose un nouveau système d'essai biaxial utilisé sur une résistance de chauffage machine d'essai de traction uniaxiale dans le but de déterminer le diagramme de limite de formage (FLD) de tôles dans des conditions de marquage à chaud.

Résumé

Le marquage à chaud et le processus de trempe de la filière à froid est de plus en plus utilisés pour former des éléments de structure en forme de complexes de métaux en feuilles. approches expérimentales classiques, tels que des essais hors du plan et dans le plan, ne sont pas applicables à la détermination des limites de formage lors du chauffage et des processus de refroidissement rapide sont mis en place avant la formation des essais effectués dans des conditions de marquage à chaud. Un nouveau a été conçu et utilisé système d'essai biaxial dans le plan pour la détermination des limites de formage de tôles à différents chemins de déformation, des températures et des vitesses de déformation après chauffage et les processus de refroidissement dans une résistance de chauffage machine d'essai uniaxial. La partie centrale du système d'essai biaxial est un appareil biaxial, qui transfère une force uniaxiale fournie par la machine d'essai uniaxial à une force biaxial. Un type d'échantillon cruciformes a été conçu et vérifié pour le test de formabilité en alliage d'aluminium 6082 à l'aide du système de test biaxial proposé. L'im numériquesystème de corrélation d'âge (DIC) avec une caméra à grande vitesse a été utilisé pour effectuer des mesures de déformation d'un échantillon au cours d'une déformation. Le but de proposer ce système d'essai biaxial est de permettre des limites de formage d'un alliage à déterminer à diverses températures et vitesses de déformation dans des conditions de marquage à chaud.

Introduction

L'industrie automobile est confrontée à un énorme défi mondial de réduire la consommation de carburant et réduire la pollution de l'environnement des émissions de véhicules. La réduction du poids est bénéfique pour améliorer les performances des automobiles et peut réduire directement la consommation d'énergie ^1. En raison de la faible aptitude au formage de tôles à la température ambiante, l' estampage à chaud et les procédés de trempe de la filière froide (dénommé estampage à chaud) ² sont utilisés pour améliorer la formabilité des alliages et d'obtenir ainsi des composants de forme complexe dans les applications automobiles.

Un diagramme de limite de formage (FLD) est un outil utile pour évaluer l'aptitude au formage d'un alliage ^3. Out-of-plane tests, tels que le test Nakazima ^{4, 5,} et des tests dans le plan, tels que le test Marciniak ^{6, 7, 8,} unre méthodes expérimentales classiques pour obtenir les flds de tôles dans diverses conditions ^{9, 10, 11.} Une machine d'essai servo-hydraulique biaxial a également été utilisée pour étudier la formabilité des alliages à température ambiante ^{12, 13.}

Cependant, aucune des méthodes ci-dessus sont applicables aux essais de formabilité dans des conditions de marquage à chaud, car un processus de refroidissement avant la formation est nécessaire ainsi que le contrôle des vitesses de chauffage et de refroidissement. La température de déformation et la vitesse de déformation sont difficiles à obtenir avec précision. Par conséquent, un nouveau système de test de formabilité est proposé dans cette étude afin de déterminer expérimentalement les limites formant des tôles dans des conditions de marquage à chaud.

Protocole

1. Préparation des échantillons

1. Machine d'os de chien plat et d'échantillons cruciformes à partir d'alliage d'aluminium et de matière commerciale 6082 (AA6082) en utilisant un dispositif de coupe au laser et une commande numérique par ordinateur machine de fraisage (CNC) (pour les essais de formabilité à différents chemins de contrainte compris uniaxiale, déformation plane, et déformation équi-biaxial États).
2. Mesurer l'épaisseur de chaque éprouvette cruciforme et chaque échantillon d'os de chien avec un pied à coulisse à trois reprises dans la région de la jauge centrale et de calculer les valeurs moyennes. Assurez-vous que l'épaisseur de la section de jauge dans un échantillon cruciforme est de 0,7 ± 0,05 mm et que l'épaisseur de l'échantillon uniaxial est de 1,5 ± 0,1 mm.
3. Pulvérisation de peinture toute la surface supérieure d'un spécimen en utilisant une cruciformes résistant à la flamme, la peinture par pulvérisation noir (capable de résister à des températures allant jusqu'à 1093 ° C). Attendre jusqu'à ce que la peinture sèche, puis pulvériser des points de peinture résistant à la flamme, des blancs d'un lien de dépendance pour créer un stochastiquemotif de pulvérisation d'être reconnu par le système DIC (voir l'exemple de la figure 1).
4. Souder une paire de thermocouples au centre de la surface arrière (opposée à la surface peinte) de l'échantillon. Connectez l'autre extrémité du thermocouple au système de contrôle de la température de retour de la machine d'essai uniaxial pour surveiller et contrôler l'historique des changements de température.

2. Assemblée des essais biaxiale Appareil

1. Assembler toutes les parties de l'appareil d'essai biaxial, comprenant une plaque de base, un arbre central, l' entrée et les plaques tournantes de sortie, des chariots, un dispositif de serrage, des rails de guidage, et des tiges rigides de liaison (le dispositif assemblé est représenté sur la figure 2).
   1. Utilisation d'une bielle, coupler la plaque rotative d'entrée directement à la mâchoire mobile d'une machine d'essai de traction uniaxiale de chauffage par résistance, qui fournit la force de traction uniaxiale. Couple du plateau rotatif d'entrée à l'arbre d'entraînement central etcouple, cet arbre d'entraînement central de la plaque rotative de sortie.
   2. Assurez-vous que la rotation de la plaque rotative d'entrée autour de l'axe de rotation fait tourner l'arbre d'entraînement, faisant ainsi tourner le plateau rotatif de sortie auquel il est couplé autour de l'axe de rotation.
   3. A une extrémité, chacune des deux tiges rigides de liaison à l'un des points de connexion sur la plaque rotative de sortie. Couple l'autre extrémité à l'un des chariots.
      NOTE: Cela entraînera des chariots avec des porte-échantillons pour coulisser d'avant en arrière le long des rails de guidage à faible frottement, qui peut appliquer une force biaxial à l'échantillon cruciformes.
   4. Utilisation de boulons filetés, serrer chaque bras de l'échantillon cruciformes à un chariot avec un porte-échantillon et une plaque supérieure.
2. Mettre en place des poignées dans la chambre de la machine d'essai de traction uniaxiale, comme représenté sur la figure 3 (a). Fixer les quatre câbles de soudage à chaque paire de pinces, qui sont faites d'acier inoxydable et le cuivre, respectively, et ainsi connecter les câbles de soudage à l'alimentation électrique.
   REMARQUE: La zone conductrice des câbles de soudage est de 50 mm ² et l'estimation actuelle est de 345 A.
   1. Mettre les poignées et la pince de l'appareil d'essai biaxial dans les deux mâchoires de la machine d'essai de traction uniaxiale et les serrer à l' intérieur (figure 3 (a)).
3. Mettre en place l'appareil d'essai biaxial dans la chambre de la machine d'essai de traction uniaxiale, comme représenté sur la Figure 3 (b).
   1. Utiliser deux cadres et visser les boulons sur le dessus et les côtés inférieurs de la plaque de base pour fixer l'appareil dans la chambre de la machine d'essai de traction uniaxiale.
   2. Mettre l'échantillon dans le porte-échantillon sur le dessus de l'appareil d'essai biaxial.
   3. Connecter chaque borne des câbles de soudage à chaque zone de serrage de l'éprouvette.

3. Configuration du système de chauffage et Trempe

1. étroitement connect chaque zone de serrage de l'échantillon à la plaque supérieure en acier inoxydable, qui sert d'électrode pour le chauffage par résistance.
2. Serrer les câbles de soudage avec bornes à bague de sertissage à la plaque supérieure de chaque zone de serrage.
3. Connect évasé buses avec les tuyaux du système de refroidissement à débit élevé avec une alimentation d'air régulée à 8000 kg / m ² de pression pour le refroidissement.
4. Utilisez quatre buses pour souffler de l'air des bras de l'échantillon à la région centrale de l'échantillon.
   REMARQUE: Les buses ne sont pas dirigés vers la section de jauge de refroidissement pour éviter le blocage de la zone centrale de la vue de la caméra.

4. Configuration du système DIC

1. Raccorder la caméra à haute vitesse du système DIC avec une micro-lentille sur un ordinateur. Ajuster les taux de trame de la caméra à 25 images par seconde, 50 images par seconde, et 500 images par seconde à partir du menu de fréquences de trame (pour les tests sur les taux de déformation d'étirage de 0,01 / s, 0,1 / s et 1 / s, respectivement). Définissez les résolutions de tous les images à 1,280 x 1024 pixels.
   NOTE: Les taux de trame dépendent du nombre de points de données à collecter; au moins 200 points de données peuvent être collectées en utilisant les paramètres ci-dessus.
2. Utiliser un projecteur supplémentaire avec une puissance de 300 W pour des essais à des vitesses de déformation élevées. Le point le projecteur directement à la chambre de la machine d'essai de traction uniaxiale.
3. Ajuster la lentille de la caméra de sorte qu'il est parallèle à la surface supérieure de l'échantillon dans la chambre et mise au point sur la section de jauge.

5. Programme expérimental

1. Exécutez la résistance de chauffage machine d'essai de traction uniaxiale en cliquant sur le bouton Exécuter triangulaire dans le logiciel de contrôle.
   NOTE: L' électricité traverse le matériau AA6082 et il se réchauffe à la température de traitement thermique en solution de 535 ° C ¹⁴ à une vitesse de chauffage de 30 ° C / s. Le matériau est trempé à 535 ° C pendant 1 min, ce qui est suffisant pour la résolution complète des précipités. Air soufflage à partir du système de refroidissement est utilisé pour refroidir le matériau à une vitesse de refroidissement de 100 ° C / s ¹⁵ à l' une des trois températures élevées désignées dans la plage de 370-510 ° C.
2. Étirer l'échantillon avec l'appareil d'essai biaxial à une vitesse de déformation constante dans la plage de 0,01-1 / s et enregistrer l'historique de déformation en appuyant manuellement sur le bouton de déclenchement connecté à la caméra à grande vitesse.
   REMARQUE: le déplacement d'entrée de la machine d'essai uniaxial à l'appareil d'essai biaxial a été contrôlé par le logiciel intégré de la machine d'essai uniaxial.
3. Effectuer les tests à différents chemins de contrainte uniaxiale, consistant en déformation plane, et les états de forcer biaxiale ³ en réglant la configuration de l'appareil d'essai biaxial.
   1. Déconnecter deux bielles opposées pour des tests uniaxiaux. Fixer un échantillon d'os de chien sur l'appareil d'essai biaxial et le raccorder à des câbles de soudage, comme dans les étapes 3.1-3.4. Répétez les étapes 5/1 à 5/2.
   2. Fixer deux chariots opposés à la plaque de base avec des boulons filetés pour limiter la déformation de la direction correspondante pour les essais sous état de déformation plane. Fixer un échantillon cruciformes sur l'appareil d'essai biaxial et le raccorder à des câbles de soudage, comme dans les étapes 3.1-3.4. Répétez les étapes 05.01 à 05.02.
4. Répétez les étapes 5.3.1-5.3.2 pour chaque condition d'essai à trois reprises, en utilisant de nouveaux échantillons d'os de chien et cruciformes.

6. Traitement des données

1. Importez toutes les images enregistrées par la caméra à haute vitesse dans le logiciel de post-traitement et suivez les étapes standards pour l'analyse des données selon le manuel du logiciel.
2. Utilisez la norme ISO ³ pour déterminer les limites de formation en cliquant sur le bouton Mode FLC dans le logiciel.
   REMARQUE: Cette méthode a déjà été intégré dans le logiciel de traitement de corrélation d'images.
3. Marquer chaque résultat des limites de formage à diverses températuress, des vitesses de déformation et chemins déformation dans un diagramme.
4. Tracer les courbes limites de formage à toutes les conditions d'essai pour obtenir un FLD d'un alliage dans des conditions de marquage à chaud.

Résultats

Depuis flds sont très-chemin dépend de la souche, la linéarité du trajet de déformation pour chaque condition d'essai a été vérifiée par l'analyse des résultats DIC; les chemins de déformation sont proportionnelles à travers la déformation pour chaque condition d'essai. La plage du rapport à majeur-mineur souche est d'environ -0,37 (condition uniaxial) à 0,26 (à proximité de la condition biaxial). Par traitement de données pour différentes conditions de...

Discussion

méthodes d'essai classiques formabilité utilisées pour déterminer la formation des limites sont généralement applicables uniquement à la température ambiante. La technique présentée peut être utilisée pour évaluer l'aptitude au formage de métaux pour des applications d'estampage de feuilles à chaud par l'introduction d'un nouvel appareil d'essai biaxial à un chauffage par résistance machine d'essai uniaxial. Cela ne peut pas être effectuée en utilisant des méthodes convent...

matériels

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