Name: a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions
Uploaded: 2017-04-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions at JoVE.com

This research was supported by the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement No. 604240, project title "An industrial system enabling the use of a patented, lab-proven materials processing technology for Low Cost forming of Lightweight structures for transportation industries (LoCoLite)."

Numunelerin hazırlanması 1. <ol><li> Makine düz köpek kemiği ve bir lazer kesici ve tek eksenli, düzlem şekil dahil olmak üzere farklı gerilme yolları ile şekillendirilebilme testleri için bir bilgisayarlı sayısal denetim (CNC) freze (kullanarak, ticari malzemesi alüminyum alaşım 6082 (AA6082) den haç numuneler ve eş-eksenli germe devletler). </li><li> Merkez ayar bölgesi bir Vernier kaliperi ile üç kez her haç numune ve her bir köpek kemiği numune kalınlığının ölçülmesi ve ortalama değerler hesaplanır. haç biçiminde bir numune içinde ölçer bölümün kalınlığı 0.7 ± 0.05 mm olduğundan emin olun ve tek eksenli numunesinin kalınlığı 1.5 ± 0.1 mm&#39;dir. </li><li> (1.093 ° C&#39;ye kadar olan sıcaklıklara dayanabilen) aleve dayanıklı siyah boya spreyi ile, haç biçiminde bir numunenin tüm üst yüzeyi sprey boya. Boya kuruyana kadar bekleyin ve ardından bir stokastik oluşturmak için kol uzunluğu aleve dayanıklı, beyaz boya noktalar püskürtmedesen püskürtme DIC sistemi tarafından kabul edilmesi için (Şekil 1 &#39;de örnek). </li><li> Kaynak arka yüzeyinin merkezine termokupl, bir çift (karşı boyalı yüzeye) numunenin. izlemek ve sıcaklık değişimi geçmişini kontrol etmek tek eksenli deneyi makinesinin geri besleme sıcaklığı kontrol sistemine termokupl diğer ucunu bağlayın. </li></ol> Çift eksenli Test Düzeneği 2. Montaj <ol><li> Bir taban levhası, bir merkezi şaft, giriş ve çıkış döner levha, arabalar, bir kelepçe, kılavuz raylar ve rijit bağlantı çubukları (birleştirilmiş cihaz, Şekil 2&#39;de gösterilmiştir) da dahil olmak üzere, çift eksenli test cihazının bütün parçalarını bir araya getirin. <ol><li> tek eksenli çekme kuvveti sağlar tek eksenli çekme test cihazı, bir ısıtma direnci hareketli çene giriş döner levha ile doğrudan bir bağlantı çubuğu, çift kullanılması. Çift merkezi tahrik miline giriş dönebilen plakası veçift ​​çıkış dönebilen plakaya bu merkezi tahrik mili. </li><li> dönme ekseni etrafında giriş döner levhanın dönme ve böylece bu da dönme ekseni etrafında bağlı olduğu bir çıkış döner plaka, döner tahrik milini emin olun. </li><li> Bir ucunda, çift çıkış döner plaka üzerindeki bağlantı noktalarından birine esnemez bağlantı çubuklarının her biri. Çift arabaları birine diğer ucunu. NOT: Bu ileri geri haç numune için çift eksenli kuvvet uygulayabilir düşük sürtünme ile kılavuz raylar boyunca kaymaya numune sahipleri ile arabaları neden olacaktır. </li><li> vida cıvataları kullanarak, numune tutucu ve bir üst plakası olan bir taşıyıcıya haç numunenin her bir kolu kelepçe. </li></ol></li><li> Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde çeneler ayarlayın (a). paslanmaz çelik, bakır, respe yapılır kulpları her bir çifti, dört kaynak kablolarınıctively ve böylece elektrik güç kaynağına kaynak kabloları bağlanır. NOT: Kaynak kablolarının iletken alanı 50 mm2 ve geçerli değerlendirme 345 A. <ol><li> Kulpları ve tek eksenli çekme testi makinesinin iki çene içine iki eksenli test cihazının kıskacı koyun ve içinde sıkın (Şekil 3 (a)). </li></ol></li><li> Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde çift eksenli test cihazı ayarlama, (b). <ol><li> iki çerçeve kullanımı ve üst saplama cıvata ve taban levhasının alt kenarları tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde aparatı düzeltmek için. </li><li> çift ​​eksenli test cihazının üst numune tutucu içine örnek koyun. </li><li> numunenin her bir sıkıştırma bölgesine kaynak kablolarının her bir uç bağlayın. </li></ol></li></ol> Isıtma ve su verme Sisteminin 3. Kur <ol><li> Sıkıca kodirenç ısıtması için elektrot olarak hizmet paslanmaz çelik üst levha, numunenin her birini kavramak bölgesini nnect. </li><li> Her bir sıkma aksamının bölgenin üst plakaya klips halkası terminalleri ile kaynak kabloları sıkıştırın. </li><li> Bağlantı 8000 kg / soğutma için 2 basıncı ayarlı bir hava kaynağı ile yüksek akım söndürme sistemi hortum memeleri şevli. </li><li> Numunenin merkezi bölgesine numunenin kollarından hava üflemek için dört supabı kullanın. Not: memeler kameranın görüş ile ilgili merkezi bölge engelleyen soğutma ölçer bölümü üzerine yönelik değildir. </li></ol> DIC Sisteminin 4. Kur <ol><li> Bir bilgisayara bir mikro lens ile DIC sisteminin yüksek hızlı kamera bağlayın. 25 kare, 50 kare, ve (0.01 / s, 0.1 / s ve 1 / sn, sırasıyla germe gerilme oranlarında testler için), çerçeve oranlarının menüden 500 fps kameranın kare hızı ayarlayın. tüm i kararlarını Set1.280 x 1.024 piksele büyücü. NOT: kare hızları veri noktaları toplanacak sayısına bağlıdır; en az 200 veri noktaları yukarıdaki ayarlar kullanılarak toplanabilir. </li><li> Yüksek gerilme oranlarında testler için 300 W gücündeki ek spot kullanın. şirketinden tek eksenli çekme testi makinesinin haznesi de spot etmektedir. </li><li> o odasında numunenin üst yüzeyine paralel olacak şekilde kamera lensini ayarlayın ve gösterge bölümünde kamerayı odaklanır. </li></ol> 5. Deneysel Programı <ol><li> Kontrol yazılımı üçgen çalıştırma butonuna tıklayarak tek eksenli çekme testi makinesi dirençli ısıtma çalıştırın. Not: Elektrik AA6082 malzeme boyunca çalışır ve 30 ° C / s arasında bir ısıtma hızında 535 ° C&#39;de 14 çözeltisi ısıl işlem sıcaklığına kadar ısıtır. Malzeme çökeltilerin tam çözünürlük için yeterlidir 1 dakika süreyle, 535 ° C &#39;de ıslatılır. Air, söndürme sistemi üfleme 370-510 ° C arasında 100 ° C / s 15 3 bir için belirtilen yüksek sıcaklıklarda bir soğutma oranında malzemeyi gidermek için kullanılır. </li><li> 0.01-1 / s aralığı içinde bir sabit gerilme hızında çift eksenli test cihazları ile numune Stretch ve el ile yüksek hızlı kameraya bağlı tetikleme düğmesine basarak deformasyon kaydet. Not: iki test cihazının için tek eksenli test makinesi giriş yerinden tek eksenli test makinesi yerleşik yazılım ile kontrol edilmiştir. </li><li> Çift eksenli test cihazının konfigürasyonunu ilaveten ayarlamak suretiyle, farklı tek eksenli oluşan gerilme yolları, düzlem soyu, ve çift eksenli germe durumları 3 de testleri. <ol><li> tek eksenli testler için iki karşıt bağlantı çubuklarını ayırın. çift ​​eksenli test düzeneğinin bir köpek kemiği numune Kelepçe ve adımları 3.1-3 gibi, kaynak kablolarına bağlamak.4. tekrarlayın 5.1-5.2 adımları tekrarlayın. </li><li> düzlem şekil durum altında test edilmesi için, karşılık gelen bir yönde deformasyonu sınırlamak için vidalı cıvata ile taban plakasına iki zıt arabaları sabitleyin. çift ​​eksenli test cihazında, haç biçiminde bir numune Kelepçe ve adımları 3.1-3.4 gibi, kaynak kablolarına bağlamak. Tekrarlayın 5.1-5.2 adımları tekrarlayın. </li></ol></li><li> Tekrarlayın yeni köpek kemiği ve haç örnekler kullanılarak, her bir test durumu için üç kez 5.3.1-5.3.2 adımları tekrarlayın. </li></ol> 6. Veri İşleme <ol><li> post-processing yazılımına yüksek hızlı kamera tarafından kaydedilen tüm görüntüleri aktarın ve yazılım kılavuzuna göre veri analizi için standart adımları izleyin. </li><li> Yazılımda FLC Modu düğmesine tıklayarak oluşturan sınırlarını belirlemek için ISO standardı 3 kullanın. NOT: Bu yöntem zaten görüntü korelasyon işleme yazılımı entegre edilmiştir. </li><li> Çeşitli sıcaklıkta şekillendirme sınırlarının her sonucu işaretleyinbir diyagram s, gerilme oranları ve şekil değiştirme yolları. </li><li> sıcak damgalama koşulları altında bir alaşımdan seçilen bir FLD elde etmek üzere tüm test koşullarında oluşturan sınır eğrileri çizilir. </li></ol>

<ol>
	<li>Karbasian, H., Tekkaya, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+hot+stamping.">A review on hot stamping.</a> J. of Mater. Process. Tech. 210 (15), 2103-2118 (2010).</li><li>Miller, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+development+in+aluminium+alloys+for+the+automotive+industry.">Recent development in aluminium alloys for the automotive industry.</a> Mater. Sci. and Eng. 280 (1), 37-49 (2000).</li><li>Shao, Z., Li, N., Lin, J., Dean, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+New+Biaxial+Testing+System+for+Generating+Forming+Limit+Diagrams+for+Sheet+Metals+Under+Hot+Stamping+Conditions.">Development of a New Biaxial Testing System for Generating Forming Limit Diagrams for Sheet Metals Under Hot Stamping Conditions.</a> Exp. Mech. 56 (9), 1-12 (2016).</li><li>Ayres, R. A., Wenner, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+and+strain-rate+hardening+effects+in+punch+stretching+of+5182-0+aluminum+at+elevated+temperatures.">Strain and strain-rate hardening effects in punch stretching of 5182-0 aluminum at elevated temperatures.</a> Metall. Trans. A. 10 (1), 41-46 (1979).</li><li>Shao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+forming+limit+curves+and+deformation+features+in+warm+forming+of+an+aluminium+alloy.">Experimental investigation of forming limit curves and deformation features in warm forming of an aluminium alloy.</a> P. I. Mech. Eng. B-J. Eng. , (2016).</li><li>Marciniak, Z., Kuczynski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limit+strains+in+the+processes+of+stretch-forming+sheet+metal.">Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal.</a> Int. J. Mech. Sci. 9 (9), 609-620 (1967).</li><li>Li, D., Ghosh, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biaxial+warm+forming+behavior+of+aluminum+sheet+alloys.">Biaxial warm forming behavior of aluminum sheet alloys.</a> J. of Mater. Process. Tech. 145 (3), 281-293 (2004).</li><li>Palumbo, G., Sorgente, D., Tricarico, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+a+formability+test+in+warm+conditions+for+an+AZ31+magnesium+alloy+avoiding+friction+and+strain+rate+effects.">The design of a formability test in warm conditions for an AZ31 magnesium alloy avoiding friction and strain rate effects.</a> Int. J. Mach. Tool. Manu. 48 (14), 1535-1545 (2008).</li><li>Raghavan, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+technique+to+generate+in-plane+forming+limit+curves+and+selected+applications.">A simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications.</a> Metall. Mater. Trans. A. 26 (8), 2075-2084 (1995).</li><li>Ragab, A. R., Baudelet, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forming+limit+curves:+out-of-plane+and+in-plane+stretching.">Forming limit curves: out-of-plane and in-plane stretching.</a> J. Mech. Work. Technol. 6 (4), 267-276 (1982).</li><li>Fan, X. -. b., He, Z. -. b., Zhou, W. -. x., Yuan, S. -. j. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formability+and+strengthening+mechanism+of+solution+treated+Al-Mg-Si+alloy+sheet+under+hot+stamping+conditions.">Formability and strengthening mechanism of solution treated Al-Mg-Si alloy sheet under hot stamping conditions.</a> J. of Mater. Process. Tech. 228, 179-185 (2016).</li><li>Zidane, I., Guines, D., L&#233;otoing, L., Ragneau, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+in-plane+biaxial+test+for+forming+limit+curve+(FLC)+characterization+of+metallic+sheets.">Development of an in-plane biaxial test for forming limit curve (FLC) characterization of metallic sheets.</a> Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055701 (2010).</li><li>Hannon, A., Tiernan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+planar+biaxial+tensile+test+systems+for+sheet+metal.">A review of planar biaxial tensile test systems for sheet metal.</a> J. of Mater. Process. Tech. 198 (1-3), 1-13 (2008).</li><li>Garrett, R., Lin, J., Dean, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+the+effects+of+solution+heat+treatment+on+mechanical+properties+for+AA+6xxx+alloys:+experimentation+and+modelling.">An investigation of the effects of solution heat treatment on mechanical properties for AA 6xxx alloys: experimentation and modelling.</a> Int. J. Plasticity. 21 (8), 1640-1657 (2005).</li><li>Milkereit, B., Wanderka, N., Schick, C., Kessler, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+cooling+precipitation+diagrams+of+Al-Mg-Si+alloys.">Continuous cooling precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys.</a> Mater. Sci. Eng. A. 550, 87-96 (2012).</li><li>Crammond, G., Boyd, S. W., Dulieu-Barton, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speckle+pattern+quality+assessment+for+digital+image+correlation.">Speckle pattern quality assessment for digital image correlation.</a> Opt. Laser. Eng. 51 (12), 1368-1378 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

sınırlarını oluşturan belirlemek için kullanılan geleneksel şekillendirilebilirlik test yöntemleri genellikle sadece oda sıcaklığında uygulanabilir. sunulan teknik tek eksenli test makinesi bir ısıtma direnci için yeni bir iki eksenli test cihazı sokulmasıyla sıcak levha presleme uygulamaları için metallerin şekillendirilebilirliğini değerlendirmek için de kullanılabilir. Bu sıcak baskı uygulamaları için geleneksel yöntemler kullanılarak yapılamaz. Isıtma ve soğutma sistemleri ve DIC s...

Otomotiv endüstrisi, yakıt tüketimini azaltan ve araç kaynaklı çevre kirliliğini minimize büyük bir küresel karşı karşıya. Kilo kaybı otomobil performansının geliştirilmesi için faydalıdır ve direkt olarak enerji tüketimini 1 azaltabilir. Nedeniyle, oda sıcaklığında, sıcak damgalama ve soğuk kalıp soğutma süreçleri sacları düşük şekillenebilirlik için 2 alaşımların şekillendirilebilirliğini artırmak için kullanılan ve bu nedenle, otomotiv uygulamalarında karmaşık şekilli bileşenlerin elde edilmesi için (sıcak presleme anılacaktır). Bir şekillendirme sınır diyagramı (FLD) bir alaşım 3 şekillendirilebilirliğini değerlendirmek için yararlı bir araçtır. Örneğin Nakazima testi gibi İşlemleri düzlem testleri, 4, örneğin Marciniak testi 6, 7, 8, bir şekilde 5 ve düzlem testleri,Geleneksel deneysel yöntemler yeniden çeşitli koşullar 9, 10, 11 altında tabaka metallerin FLDs elde edildi. Bir servo-hidrolik test makinesi çift eksenli da oda sıcaklığında 12, 13 de alaşımlar şekillendirilebilirliğini araştırmak için kullanılmıştır. Bununla birlikte, yukarıda yöntemlerden hiçbiri önceki ısıtma ve soğutma oranlarının kontrolü ile birlikte gerekli olan oluşturulması için bir soğutma işlemi için, sıcak damgalama koşulları altında şekillendirilebilirlik testleri için de geçerlidir. deformasyon sıcaklık ve çekme oranının doğru elde etmek zordur. Bu nedenle, yeni bir şekillenebilirlik test sistemi deneysel sıcak damgalama koşullar altında tabaka metal şekillendirme sınırlarını belirlemek için bu çalışmada önerilmiştir.

<table><tbody><tr><td>Aluminium Alloy&amp;nbsp;</td><td>Smiths Metal</td><td>6082</td><td>Specimens machining</td></tr><tr><td>Laser cutter</td><td>LVD Ltd</td><td>HELIUS 25/13</td><td>Laser cutting specimens</td></tr><tr><td>CNC machine</td><td>HAAS Automation</td><td>TM-2CE</td><td>Machine specimens by milling</td></tr><tr><td>Vernier caliper</td><td>Mitutoyo</td><td>575-481</td><td>Thickness measurement</td></tr><tr><td>Resistance heating uniaxial testing machine</td><td>Dynamic System Inc</td><td>Gleeble 3800</td><td>Thermo-mechanical materials simulator</td></tr><tr><td>High flow quench system</td><td>Dynamic System Inc</td><td>38510</td><td>For air cooling</td></tr><tr><td>Thermocouples</td><td>Dynamic System Inc</td><td>K type</td><td></td></tr><tr><td>Nozzles</td><td>Indexa</td><td></td><td>Nozzle flared 1/4 inch bore</td></tr><tr><td>Welding cables</td><td>LAPP Group</td><td>H01N2-D</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Photron</td><td>UX50</td><td>For DIC testing</td></tr><tr><td>Camera lens</td><td>Nikon</td><td>Micro 200mm</td><td></td></tr><tr><td>Lamp</td><td>Liliput</td><td>150ce</td><td>300 W</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>HP</td><td>Campaq 2530p</td><td>For images recording</td></tr><tr><td>Biaxial testing apparatus</td><td>Manufactured independently</td><td></td><td>All parts were designed and machinced by authors for biaxial testing</td></tr><tr><td>Steel&amp;nbsp;</td><td>West Yorkshire Steel</td><td>H13</td><td>Mateials of the biaxial testing apparatus</td></tr><tr><td>Image correlation processing software</td><td>GOM</td><td>ARAMIS</td><td>Non-contact measuring system and data post-pocessing</td></tr></tbody></table>

a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions

sıcak damgalama ve soğuk kalıp su verme işlemi, saçların metallerin kompleks biçimli yapısal bileşenlerini oluşturmak için kullanılır. bu düzlem Çıkış ve düzlem testleri gibi geleneksel deney yaklaşımlar, ısıtma ve hızlı soğutma işlemleri, sıcak damgalama koşulları altında yürütülen testler için şekillendirme işleminden önce zaman sınırlarını oluşturan belirlenmesi için geçerli değildir. Bir yeni düzlem çift eksenli bir test sistemi tasarlanmış ve tek eksenli test makinesi bir ısıtma direnci prosesleri ısıtma ve soğutma sonrasında çeşitli gerilme yolları, sıcaklıklar ve gerilme oranlarında sacları sınırlarını oluşturan belirlenmesi için kullanılmıştır. çift ​​eksenli test sisteminin temel kısmı bir çift eksenli kuvvetine tek eksenli test makinesi tarafından temin edilen bir tek eksenli bir kuvvet aktaran bir çift eksenli düzenek vardır. Haç biçiminde örnek bir tipi tasarlanmış ve önerilen iki eksenli test sistemi kullanılarak alüminyum alaşım 6082 şekillenebilirliği testi için doğrulanmıştır. dijital imyüksek hızlı kamera ile yaş korelasyon (DIC) sistemi deformasyon sırasında numunenin gerilme ölçümleri yapmak için kullanıldı. Bu çift eksenli bir test sistemi teklif amacı sıcak damgalama koşullar altında çeşitli sıcaklıklarda ve gerilme oranlarında belirlenecek bir alaşımın oluşturan sınırları sağlamaktır.

FLDs yüksek gerilme yolu bağımlı olduğu için, her bir test koşulu için soy yolu doğrusallığı DIC sonuçları analiz ile doğrulanmıştır; gerinim eğrileri her deney koşulu için deformasyon boyunca orantılıdır. önemsizden büyük gerilme oranı aralığı (çift eksenli durumda yakın) 0.26, yaklaşık -0.37 (tek eksenli durum) &#39;dir. Farklı AA6082 koşulları için veri işleme farklı suş yolları için sınır verileri oluşturulmasıyla belirlenmiştir ve dol...

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions at JoVE.com

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

Bu protokol, sıcak damgalama koşullar altında tabaka metal şekillendirme sınırı şeması (FLD) belirlemek amacıyla, tek eksenli çekme test cihazı bir ısıtma direnci üzerinde kullanılan yeni bir iki eksenli bir test sistemi önermektedir.

Sıcak Baskı Koşullarında Şekillendirme Limit belirlemesi için yeni bir iki eksenli Test Aparatı

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

a-novel-biaxial-testing-apparatus-for-determination-forming-limit

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Bending

SCIENTISTS IN ACTION

7.5K Görüntüleme.  Imperial College London.  Bu protokol, sıcak damgalama koşullar altında tabaka metal şekillendirme sınırı şeması (FLD) belirlemek amacıyla, tek eksenli çekme test cihazı bir ısıtma direnci üzerinde kullanılan yeni bir iki eksenli bir test sistemi önermektedir. 

Video: A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Mühendislik

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

Yeni nesil Griggs tipi cihazlar kullanarak yüksek basınç, yüksek sıcaklık deformasyon deney

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Çevre

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

Sac Metal Şekillendirme Süreçlerinin Bilgi Tabanlı Bulut FE Simülasyon

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Cast Alüminyum Bileşenlerinin Sıcak Spinning için Deneysel Yöntem

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Ultrasonik yorgunluk gerginlik-sıkıştırma modunda test

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

Yüksek sıcaklık Normal yürütülmesi de basınç-makaslama plaka etkisi deneyler makat uç Sabot kalorifer sistemi ile kombine

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be cost-prohibitive, often priced in the $100,000 - $200,000 price range. At the other extreme are stand-alone manual devices that often lack repeatability and accuracy (e.g., a manual crank device). However, if a single use is indicated, it is over-engineering to design and machine something overly elaborate. Nonetheless, there are occasions where machines are designed and built in-house to accomplish a motion not attainable with the existing machines in the laboratory. Described in detail here is one such device. It is a loading platform that enables pure uniaxial loading. Standard loading machines typically are biaxial in that linear loading occurs along the axis and rotary loading occurs about the axis. During testing with these machines, a load is applied to one end of the specimen while the other end remains fixed. These systems are not capable of conducting pure axial testing in which tension/compression is applied equally to the specimen ends. The platform developed in this paper enables the equal and opposite loading of specimens. While it can be used for compression, here the focus is on its use in pure tensile loading. The device incorporates commercial load cells and actuators (movers) and, as is the case with machines built in-house, a frame is machined to hold the commercial parts and fixtures for testing.

Here we present a protocol to develop a pure uniaxial loading machine. Critical design aspects are employed to ensure accurate and reproducible testing results.

Uygulama tasarım yönlerini Uniaxial yükleme makinesi geliştirme

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

Atriyoventriküler kalp kapakları biaxial mekanik karakterizasyonu

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...

Biyomühendislik

Layer Microdissection of Tricuspid Valve Leaflets for Biaxial Mechanical Characterization and Microstructural Quantification

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three leaflets, each with unique mechanical behaviors. These variations among the three TV leaflets can be further understood by examining their four anatomical layers, which are the atrialis (A), spongiosa (S), fibrosa (F), and ventricularis (V). While these layers are present in all three TV leaflets, there are differences in their thicknesses and microstructural constituents that further influence their respective mechanical behaviors. 
This protocol includes four steps to elucidate the layer-specific differences: (i) characterize the mechanical and collagen fiber architectural behaviors of the intact TV leaflet, (ii) separate the composite layers (A/S and F/V) of the TV leaflet, (iii) carry out the same characterizations for the composite layers, and (iv) perform post-hoc histology assessment. This experimental framework uniquely allows the direct comparison of the intact TV tissue to each of its composite layers. As a result, detailed information regarding the microstructure and biomechanical function of the TV leaflets can be collected with this protocol. Such information can potentially be used to develop TV computational models that seek to provide guidance for the clinical treatment of TV disease.

This protocol describes the biaxial mechanical characterization, polarized spatial frequency domain imaging-based collagen quantification, and microdissection of tricuspid valve leaflets. The provided method elucidates how the leaflet layers contribute to the holistic leaflet behaviors.

Çift Eksenli Mekanik Karakterizasyon ve Mikroyapısal Niceleme için Triküspid Vana Broşürlerinin Katman Mikrodiseksiyonu

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three ...

Stress-Strain Characteristics of Steels

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
The importance of materials to human development is clearly captured by the early classifications of world history into periods such as the Stone Age, Iron Age, and the Bronze Age. The introduction of the Siemens and Bessemer processes to produce steels in the mid-1800s is arguably the single most important development in launching the Industrial Revolution that transformed much of Europe and the USA in the second half of the 19th century from agrarian societies into the urban and mechanized societies of today. Steel, in its almost infinite variations, is all around us, from our kitchen appliances to cars, to lifelines such as electrical transmission networks and water distribution systems. In this experiment we will look at the stress-strain behavior of two types of steel that bound the range usually seen in civil engineering applications - from a very mild, hot rolled steel to a hard, cold rolled one.