Устройство для Novel двухосного Тестирования для определения предельного деформирования при горячей штамповке Условия

Резюме

Этот протокол предлагает новую двухосную систему тестирования, используемую на резистивном нагреве одноосного растяжения испытательной машины для того, чтобы определить предельное деформирование диаграммы (FLD) из листового металла при горячих условиях штамповки.

Аннотация

Горячее тиснение и процесс закалки холодные умирают чаще используются для формирования сложной формы структурных компонент листового металла. Обычные экспериментальные подходы, такие как вне-плоскости и в плоскости испытаний, не применимы к определению формирования пределов при нагревании и быстрые процессы охлаждения вводят перед формованием для испытаний, проведенных в жарких условиях тиснения. Система двухосного испытания нового в плоскости была разработана и использована для определения формирования пределов листового металла на различные траекториях деформации, температурах и скоростях деформации после нагрева и охлаждения процессов в резистивном нагреве одноосной испытательной машины. Основная часть двухосной системы тестирования является двухосным устройством, которое передает одноосное усилие, создаваемое одноосной испытательной машиной с двухосной силой. Один типа крестообразных образца был разработан и проверен для испытания формования алюминиевого сплава 6082 с использованием предлагаемого двухосной системы тестирования. Цифровые имвозраст корреляционная система (ДВС-синдром) с камерой высокоскоростной была использована для проведения измерений деформации образца во время деформации. Цель предлагает эту двухосной систему тестирования, чтобы позволить образующие границы сплава, которые будут определены при различных температурах и скоростях деформации при горячих условиях штамповки.

Введение

Автомобильная промышленность сталкивается с огромной глобальной проблемой сокращения потребления топлива и минимизацией загрязнения окружающей среды от выбросов транспортных средств. Снижение веса является полезным для повышения производительности автомобилей и может непосредственно сократить потребление энергии ^1. Из - за низкой формуемости листовых металлов при комнатной температуре, горячей штамповки и процессов закалки холодной матрицы (называемые горячего тиснения) ² используются для улучшения формуемости сплавов и , таким образом , чтобы получить сложные компоненты формируются в автомобильной промышленности.

Являющаяся диаграммой предельного деформирования (ДПД) является полезным инструментом для оценки формуемость сплава ^3. Вне плоскости тесты, такие как тест Nakazima ^{4, 5,} а в плоскости тесты, такие как тест Марчиняк ^{6, 7, 8,} Aповторно обычных экспериментальных методов для получения FLDS листовых металлов в различных условиях ^{9, 10, 11.} Двухосная испытательная машина сервогидравлической также была использована для исследования формуемости сплавов при комнатной температуре ^{12, 13.}

Тем не менее, ни один из вышеуказанных способов не применимы к испытаниям формуемости при горячих условиях штамповки, так как процесс до формирования требуется наряду с контролем скорости нагрева и охлаждения охлаждения. Температура деформации и скорости деформации трудно получить точно. Таким образом, новая система тестирования формуемости предлагаются в данном исследовании экспериментально определить, образующие границы листовых металлов при нагревании штамповки.

протокол

1. Подготовка образцов

1. Машина плоская собачья кость и крестообразные образцы из коммерческого материала алюминиевого сплава 6082 (AA6082), используя резак лазера и компьютерное числовое программное управление (ЧПУ) фрезерный станок (для формуемости испытаний при различных траекториях деформации, включая одноосные, плоскую деформацию, и оборы-двухосное деформирование состояния).
2. Измерение толщины каждого образца крестообразных и каждая собака костей образца с штангенциркулем три раза в центральной области калибровочной и рассчитать средние значения. Убедитесь, что толщина секции датчика в крестообразном образце составляет 0,7 ± 0,05 мм, а толщина одноосного образца составляет 1,5 ± 0,1 мм.
3. Спрей-краской всю верхнюю поверхность крестообразного образца, используя огнестойкий, черный аэрозольной краской (способной выдерживать температуры до 1,093 ° C). Подождите, пока краска высохнет, а затем распылить огнестойкий, белые краски точки от длины руки, чтобы создать стохастическийраспыления шаблон , чтобы быть распознан системой DIC (см пример на рисунке 1).
4. Сварной шов пара термоэлементов к центру задней поверхности (в отличие от окрашенной поверхности) образца. Подключите другой конец термопары к системе регулирования температуры обратной одноосной испытательной машины для мониторинга и контроля истории изменений температуры.

2. Сборка аппарата двухосных Тестирование

1. Собрать все части двухосной испытательной аппаратуры, в том числе в опорной плите, центральный вал, входных и выходных вращающихся пластин, вагонов, зажим, направляющих и жестких соединительных стержней (собранного устройства показан на фиг.2).
   1. Используя соединительный стержень, пару входной пластины с возможностью поворота непосредственно к подвижной челюсти резистивного нагрева одноосного растяжения тест-машине, которая обеспечивает одноосное усилие на разрыв. Пара вход с возможностью поворота пластины с центральным приводным валом ипара этот центральный приводной вал к выходному поворотной пластине.
   2. Убедитесь, что вращение входной вращающейся пластины вокруг оси вращения вращает приводной вал, таким образом, вращая вращающуюся выходную пластину, к которой он соединен вокруг оси вращения.
   3. На одном конце, пара каждый из жестких соединительных стержней к одной из точек соединения на выходе поворотной пластине. Пара другой конец к одному из вагонов.
      Примечание: Это приведет вагоны с держателями образцов, чтобы скользить назад и вперед по направляющей с низким коэффициентом трением, которые могут применять двухосную силу к крестообразному образцу.
   4. С помощью винтов болтов, зажим каждого рычага крестообразного образца к каретке с держателем образца и верхней пластиной.
2. Установка ручки в камере одноосного испытания на растяжение машины, как показано на фиг.3 (а). Приложить четыре сварочных кабелей к каждой паре ручек, которые изготовлены из нержавеющей стали и меди, respectively, и, таким образом подключить сварочные кабели к сети электропитания.
   Примечание: Область проводника сварочных кабелей 50 мм ² и номинальный ток 345 А.
   1. Поместите захваты и зажим двухосной испытательной установки в двух челюсти одноосного испытания на растяжение машины и затянуть их внутрь (Рисунок 3 (а)).
3. Настройка устройства двухосного тестирования в камере одноосного испытания на растяжение машины, как показано на рисунке 3 (б).
   1. Используйте два кадра и винт болты на верхней и нижней стороны опорной плиты, чтобы закрепить устройство в камере одноосной испытания на растяжение машины.
   2. Поместите образец в держатель образца на верхней части двухосной испытательной аппаратуры.
   3. Подключите каждый терминал сварочных кабелей для каждого зажима области образца.

3. Настройка системы отопления и Тушение

1. Плотно сотрудничествоnnect каждого зажимного участка образца к верхней пластине из нержавеющей стали, которая служит в качестве электрода для нагрева сопротивления.
2. Затянуть сварочные кабели с обжимными кольцевыми клеммами к верхней пластине каждой зажимной области.
3. Подключение расширяющегося форсунок с шлангами с системой резкого охлаждения высокого потока с регулируемой подачей воздуха в 8000 кг / м ² давления для охлаждения.
4. Используйте четыре сопла, чтобы продувать воздух из рук образца в центральную область образца.
   Примечание: Форсунки не направлены на секцию датчика для охлаждения, чтобы избежать блокировок центральной зоны от зрения камеры.

4. Настройка системы DIC

1. Подключите камеру высокоскоростной системы DIC с микро объектив к компьютеру. Регулировка частоты кадров камеры до 25 кадров в секунду, 50 кадров в секунду и 500 кадров в секунду из меню частоты кадров (для испытаний на валентным скоростях деформирования 0,01 / с, 0,1 / с и 1 / с, соответственно). Установите разрешения всех Iмаги до 1280 × 1024 пикселей.
   Примечание: Частота кадров зависит от числа точек данных, которые должны быть собраны; по крайней мере 200 точек данных могут быть собраны с использованием вышеуказанных параметров.
2. Используйте дополнительный прожектор с мощностью 300 Вт для испытаний при высоких скоростях деформации. Направьте внимания непосредственно на камере одноосного испытания на растяжение машины.
3. Отрегулируйте объектив камеры так, чтобы она была параллельна верхней поверхности образца в камере и фокус камеры на участке калибровочного.

5. Программа Experimental

1. Выполнить сопротивление нагревательного одноосный тест на растяжение машину, нажав на треугольную кнопку запуска в программном обеспечении управления.
   Примечание: Электричество проходит через материал AA6082 и нагревает его до температуры раствора термообработки 535 ° C ¹⁴ со скоростью нагрева 30 ° С / сек. Материал замачивают при 535 ° С в течение 1 мин, что является достаточным для полного разрешения преципитатов. искусственный интеллектг дует из системы резкого охлаждения используются для гашения материала при скорости охлаждения от ¹⁵ до один из 3 назначенных повышенных температур 100 ° С / с в диапазоне 370-510 ° С.
2. Stretch образца с двухосной испытательной установки при постоянной скорости деформации в интервале 0,01-1 / с и записывать историю деформации вручную нажатием на кнопку триггера подключен к камере с высокой скоростью.
   Примечание: Входное смещение от одноосной испытательной машины для двухосной испытательной установки контролировались при помощи встроенного программного обеспечением в одноосной испытательной машине.
3. Выполнение тестов на различные траекториях деформации , состоящие из одноосных, плоской деформации и двухосных напрягаясь состояниями ^3, регулируя конфигурацию двухосной испытательной аппаратуры.
   1. Отсоедините два противоположных шатун для одноосных испытаний. Зажим собачьей кости образца на двухосной испытательной установке и подключить его к сварочным кабелям, как на этапах 3.1-3.4. Повторите шаги 5.1-5.2.
   2. Закрепить две противоположные каретки на опорную пластину с резьбовыми болтами, чтобы ограничить деформацию на соответствующем направлении для испытаний в состоянии плоской деформации. Зажим крестообразного образца на двухосной испытательной установке и подключить его к сварочным кабелям, как на этапах 3.1-3.4. Повторите шаги 5.1-5.2.
4. Повторите шаги 5.3.1-5.3.2 для каждого условия испытания три раза, используя новую собачью кость и крестообразные образцы.

6. Обработка данных

1. Импорт всех изображений, записанные с помощью камеры на высокой скорости в программное обеспечение постобработки и следовать стандартным шагам для анализа данных в соответствии с инструкцией программного обеспечения.
2. Использование стандарта ISO ³ , чтобы определить , образующие границы, нажав кнопку ФЛК Mode в программном обеспечении.
   Примечание: Этот метод уже интегрирован в программное обеспечение изображения корреляционной обработки.
3. Отметьте каждый результат предельных штамповочных размеров при различных температурахс, скорости деформации и деформации пути в виде диаграммы.
4. Участок формных предельные кривые при всех условиях испытаний, чтобы получить ДПД сплава при нагревании штамповки.

Результаты

Так как ЛПР сильно Штамм путь-зависимой, линейность траектории деформации для каждого условия испытаний была подтверждена путем анализа результатов DIC; пути деформации пропорциональны по всей деформации для каждого условия испытаний. Диапазон коэффициента деформац...

Обсуждение

Обычные методы испытаний формуемости, используемые для определения пределов формирования, как правило, применимы только при комнатной температуре. Представленная методика может быть использована для оценки формуемости металлов для горячего тиснения приложений листа путем введения...

Материалы

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