Un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la Determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente Condiciones
Summary
Este protocolo propone un nuevo sistema de pruebas biaxial utilizado en una resistencia de calentamiento de la máquina de ensayo de tracción uniaxial con el fin de determinar el diagrama de la formación de límite (FLD) de láminas de metal en condiciones de estampación en caliente.
Abstract
El estampado en caliente y el proceso de enfriamiento rápido de troquel frío se utiliza cada vez más para formar componentes estructurales de formas complejas de metales de hoja. enfoques experimentales convencionales, tales como fuera de plano y en el plano pruebas, no son aplicables a la determinación de la formación de límites cuando el calentamiento y los procesos de enfriamiento rápido se introduce antes de la formación de ensayos realizados en condiciones de estampación en caliente. Un sistema de prueba biaxial novela en el plano fue diseñado y utilizado para la determinación de la formación de límites de metales de hoja en varios caminos de deformación, las temperaturas y velocidades de deformación después del calentamiento y de enfriamiento procesos en una resistencia de calentamiento máquina de ensayo uniaxial. La parte central del sistema de ensayo biaxial es un aparato biaxial, que transfiere una fuerza uniaxial proporcionada por la máquina de ensayo uniaxial a una fuerza biaxial. Un tipo de espécimen cruciformes fue diseñado y verificado para la prueba de capacidad de conformación de la aleación de aluminio 6.082 usando el sistema de ensayo biaxial propuesto. El IM DIGITALSe utilizó el sistema de la edad de correlación (DIC) con una cámara de alta velocidad para la toma de medidas de deformación de una muestra durante una deformación. El objetivo de proponer este sistema de ensayo biaxial es permitir a los límites de formación de una aleación que se determinen a diversas temperaturas y velocidades de deformación en condiciones de estampación en caliente.
Introduction
La industria del automóvil se enfrenta a un enorme desafío global de reducir el consumo de combustible y reducir al mínimo la contaminación del medio ambiente de las emisiones de vehículos. La reducción de peso es beneficiosa para mejorar el rendimiento de los automóviles y puede reducir directamente el consumo de energía 1. Debido a la baja capacidad de conformado de láminas de metal a temperatura ambiente, estampado en caliente y procesos de enfriamiento rápido de troquel frío (referido como estampación en caliente) 2 se utilizan para mejorar la conformabilidad de las aleaciones y así obtener los componentes de formas complejas en aplicaciones de automoción.
Un diagrama de límite de conformado (FLD) es una herramienta útil para evaluar la capacidad de conformación de una aleación 3. Fuera de plano de pruebas, como la prueba Nakazima 4, 5, y en el plano pruebas, como la Marciniak prueba 6, 7, 8, unare métodos experimentales convencionales para obtener los flds de metales de hoja en diversas condiciones 9, 10, 11. Una máquina de ensayo biaxial servo-hidráulico también se ha utilizado para investigar la conformabilidad de las aleaciones a temperatura ambiente 12, 13.
Sin embargo, ninguno de los métodos anteriores son aplicables a las pruebas de capacidad de deformación bajo condiciones de estampación en caliente, ya que un proceso de enfriamiento antes de la formación que se requiere, junto con el control de las velocidades de calentamiento y enfriamiento. La temperatura de deformación y velocidad de deformación son difíciles de obtener con precisión. Por lo tanto, se propone un nuevo sistema de pruebas de la capacidad de conformado en este estudio para determinar experimentalmente los límites de formación de láminas de metal en condiciones de estampación en caliente.
Protocol
Representative Results
Discussion
métodos de ensayo de conformabilidad convencionales utilizados para determinar la formación de límites son generalmente aplicables sólo a temperatura ambiente. La técnica presentada puede utilizarse para evaluar la capacidad de conformación de metales para aplicaciones de hoja de estampado en caliente mediante la introducción de un nuevo aparato de ensayo biaxial a una resistencia de calentamiento máquina de ensayo uniaxial. Esto no se puede realizar usando métodos convencionales para aplicaciones de estampaci?…
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).
