A Novel Biaxial testapparatuur voor de bepaling van vormingsgrens onder stampen Voorwaarden
Summary
Dit protocol stelt een nieuw biaxiaal testsysteem gebruikt op een weerstandsverwarming uniaxiale trekproef machine om de vormingsgrens diagram (FLD) van plaatmateriaal onder hot stamping omstandigheden te bepalen.
Abstract
De hot stamping en koude matrijs afschrikproces wordt steeds meer gebruikt om complexe vorm structurele componenten van plaatmetaal te vormen. Conventionele experimentele benaderingen, zoals buiten het vlak en in-vlak proeven, zijn niet van toepassing op de bepaling van het vormen beperkingen bij het verwarmen en snel afkoelen processen voorafgaand aan het vormen van proeven uitgevoerd onder hot stamping omstandigheden geïntroduceerd. Een nieuwe in-plane biaxiale testsysteem ontworpen en gebruikt voor het bepalen van het vormen grenzen van plaatmateriaal op verschillende vervormingspaden temperaturen en vervormingssnelheden na verwarming en koeling processen in een weerstandsverwarming uniaxiale testmachine. Het kerndeel van de biaxiale testsysteem is een biaxiale inrichting die een uniaxiale kracht die de uniaxiale testmachine met een biaxiale kracht overdraagt. Eén type kruisvormig monster werd ontworpen en gecontroleerd voor de vervormbaarheid test van aluminium 6082 met de voorgestelde biaxiale testsysteem. De digitale imleeftijd correlatie (DIC) systeem met een hoge-snelheidscamera werd gebruikt voor het maken rekmetingen van een monster bij een vervorming. Het doel van dit voorstel biaxiaal testsysteem is de vorming van een legering grenzen te bepalen bij verschillende temperaturen en spanningssnelheden onder hot stamping omstandigheden mogelijk.
Introduction
De auto-industrie wordt geconfronteerd met een enorme mondiale uitdaging van de vermindering van het brandstofverbruik en het minimaliseren van milieuvervuiling door de emissies van voertuigen. Gewichtsreductie is gunstig voor het verbeteren van de prestaties van de auto's en kan direct het energieverbruik 1 te verminderen. Vanwege de lage vormbaarheid van plaatmateriaal bij kamertemperatuur, warm stampen koude matrijs doofprocessen (hierna warmdruk) 2 worden gebruikt om de vervormbaarheid van de legeringen te verbeteren en daarmee complex gevormde componenten in automobieltoepassingen te verkrijgen.
Een vormingsgrens diagram (FLD) is een nuttig hulpmiddel om de vormbaarheid van een legering 3 evalueren. Out-of-plane testen, zoals de Nakazima proef 4, 5, en in het vlak proeven, zoals de Marciniak proef 6, 7, 8, eenre gebruikelijke experimentele methoden om de FLD's van plaatmetaal onder verschillende omstandigheden 9, 10, 11 te verkrijgen. Een servo-hydraulische biaxiale testmachine werd ook gebruikt om de vervormbaarheid van de legeringen bij kamertemperatuur 12, 13 te onderzoeken.
Geen van de bovenstaande methoden zijn geschikt voor de vormbaarheid proeven onder hot stamping omstandigheden, omdat een koelproces voorafgaand aan het vormen is vereist, samen met regeling van de verwarmings- en afkoelsnelheden. De vervormingstemperatuur en reksnelheid zijn moeilijk nauwkeurig te verkrijgen. Derhalve is een nieuw vervormbaarheid testsysteem in deze studie voorgesteld experimenteel bepalen de grenzen vormen van plaatmateriaal onder hot stamping omstandigheden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gebruikelijke vormbaarheid gebruikte testmethoden om te bepalen grenzen vormen gewoonlijk alleen van toepassing bij kamertemperatuur. De gepresenteerde techniek kan worden gebruikt om de vervormbaarheid van metalen voor warm stempelen aanvragen geëvalueerd door invoeging van een nieuwe biaxiaal testinrichting een weerstandsverwarming uniaxiale testmachine. Dit kan niet worden uitgevoerd met behulp van conventionele methoden voor het hete stempelen toepassingen. De opzet van verwarmings- en koelsystemen en DIC systeem i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).”
Materials
| 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 | 300W |
| 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 |
References
- Karbasian, H., Tekkaya, A. E. A review on hot stamping. J. of Mater. Process. Tech. 210 (15), 2103-2118 (2010).
- Miller, W. S., et al. Recent development in aluminium alloys for the automotive industry. Mater. Sci. and Eng. 280 (1), 37-49 (2000).
- Shao, Z., Li, N., Lin, J., Dean, T. A. Development of a New Biaxial Testing System for Generating Forming Limit Diagrams for Sheet Metals Under Hot Stamping Conditions. Exp. Mech. 56 (9), 1-12 (2016).
- Ayres, R. A., Wenner, M. L. Strain and strain-rate hardening effects in punch stretching of 5182-0 aluminum at elevated temperatures. Metall. Trans. A. 10 (1), 41-46 (1979).
- Shao, Z., et al. Experimental investigation of forming limit curves and deformation features in warm forming of an aluminium alloy. P. I. Mech. Eng. B-J. Eng. , (2016).
- Marciniak, Z., Kuczynski, K. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. Int. J. Mech. Sci. 9 (9), 609-620 (1967).
- Li, D., Ghosh, A. K., et al. Biaxial warm forming behavior of aluminum sheet alloys. J. of Mater. Process. Tech. 145 (3), 281-293 (2004).
- Palumbo, G., Sorgente, D., Tricarico, L. The design of a formability test in warm conditions for an AZ31 magnesium alloy avoiding friction and strain rate effects. Int. J. Mach. Tool. Manu. 48 (14), 1535-1545 (2008).
- Raghavan, K. S. A simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications. Metall. Mater. Trans. A. 26 (8), 2075-2084 (1995).
- Ragab, A. R., Baudelet, B. Forming limit curves: out-of-plane and in-plane stretching. J. Mech. Work. Technol. 6 (4), 267-276 (1982).
- Fan, X. -. b., He, Z. -. b., Zhou, W. -. x., Yuan, S. -. j. Formability and strengthening mechanism of solution treated Al-Mg-Si alloy sheet under hot stamping conditions. J. of Mater. Process. Tech. 228, 179-185 (2016).
- Zidane, I., Guines, D., Léotoing, L., Ragneau, E. Development of an in-plane biaxial test for forming limit curve (FLC) characterization of metallic sheets. Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055701 (2010).
- Hannon, A., Tiernan, P. A review of planar biaxial tensile test systems for sheet metal. J. of Mater. Process. Tech. 198 (1-3), 1-13 (2008).
- Garrett, R., Lin, J., Dean, T. An investigation of the effects of solution heat treatment on mechanical properties for AA 6xxx alloys: experimentation and modelling. Int. J. Plasticity. 21 (8), 1640-1657 (2005).
- Milkereit, B., Wanderka, N., Schick, C., Kessler, O. Continuous cooling precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys. Mater. Sci. Eng. A. 550, 87-96 (2012).
- Crammond, G., Boyd, S. W., Dulieu-Barton, J. M. Speckle pattern quality assessment for digital image correlation. Opt. Laser. Eng. 51 (12), 1368-1378 (2013).
