الإجراءات التجريبية للغزل دافئ من مكونات الألومنيوم المصبوب
Summary
ويرد بروتوكول تجريبي لالدوارة دافئ المجهزة تشكيل سبائك الألمنيوم تستخدم جهاز مفصل تحجيم صناعيا. وتناقش الاعتبارات التجريبية بما في ذلك التأثيرات الحرارية والميكانيكية، فضلا عن التشابه مع تجهيز واسعة النطاق من عجلات السيارات.
Abstract
الأداء العالي، يتزايد شكلت يلقي الألومنيوم عجلات السيارات تدريجيا عبر تدفق تشكيل / الغزل المعدنية في درجات حرارة مرتفعة لتحسين خصائص المواد. مع مجموعة واسعة من المعلمات معالجة التي يمكن أن تؤثر على كل شكل حققت وما ينتج عنها من خصائص المواد، وهذا النوع من المعالجة هو بالغ الصعوبة لجنة. وقد تم تصميم A، نسخة مبسطة الخفيف واجب للعملية وتنفيذها للحصول على كامل حجم عجلات السيارات. ويهدف الجهاز للمساعدة في فهم آليات التشوه واستجابة المادية لهذا النوع من المعالجة. تم وضع بروتوكول تجريبي للتحضير ل، وأداء لاحقا المحاكمات تشكيل ويوصف أشكال عجلة A356 كما الزهر. ملف الحرارية يتحقق، جنبا إلى جنب مع تقدم تفاصيل الأجهزة. ويناقش التشابه مع واسعة النطاق العمليات التي نقلها أكثر بكثير تشوه بمعدلات أسرع تشكيل.
Introduction
واحدة من عمليات تشكيل المعادن أكثر تحديا يمارس حاليا في قطاعات الطيران والنقل والغزل المعدنية، بما في ذلك المشتقات مثل القص التشكيل وتدفق تشكيل 1، 2. في هذه العملية، يتم وضع الشغل axisymmetric على مغزل تمثل الشكل المطلوب النهائي، ونسج في اتصال مع واحد أو أكثر تؤثر بكرات. الشغل يتم ضغطها بين الأسطوانة ومغزل ثم بتشوهات اللدن، مع استجابة المتنوعة بما في ذلك جنبا إلى جنب والانحناء، واستطالة رقيق ومحوري. في المواد التي لديها ليونة محدودة أو غير الصعب على خلاف ذلك لتشكيل، ويتم هذا في بعض الأحيان في درجة حرارة مرتفعة لخفض التوتر تدفق وزيادة ليونة.
من وجهة نظر المعالجة، هناك مجموعة واسعة من المعلمات التي يمكن أن تملي على شكل وخصائص المكون المصنعة. وقد ركزت العديد من الدراساتعلى الأساليب الإحصائية لتحسين معايير مختلفة 3، 4، 5. وتشمل المتغيرات هندسة الأدوات، مثل شكل أداة ومغزل. تشكيل سرعات بما في ذلك معدلات معدل دوران مغزل والأعلاف الأدوات. فضلا عن خصائص المواد. عندما يطلب من درجات حرارة مرتفعة، تحتاج الممارسين لتقييم الحد الأدنى من درجة الحرارة المطلوبة مع الاحتفاظ منتج الصوت.
ويعمل سبائك الألومنيوم المصبوب في مجموعة واسعة من تطبيقات السيارات والطيران، مع سبيكة A356 المستخدمة في عجلات السيارات. ومع ذلك، هذه السبائك ليست مناسبة للتشكيل في درجة حرارة الغرفة 6 و 7 بسبب ليونة لها محدودة، ويجب أن تتشكل في درجات حرارة مرتفعة. هذا يقدم مجموعة من معالجة التعقيد، لا سيما في التحكم في درجة الحرارة. كما خصائص هذه المواد وتتغير الهامة فيntly مع درجة الحرارة 8، من المهم بصفة خاصة لإجراء التجارب المجهزة في أي ظروف حرارية يمكن أن تبقى في حدود نافذة معالجة معقول ورصدها. ويمكن استعراض بيانات مفصلة عن السلوك الميكانيكية الحرارية من A356 كما يلقي تتراوح ما بين درجة حرارة الغرفة إلى 500 درجة مئوية خلال مجموعة واسعة من معدلات الإجهاد في أماكن أخرى. 9
من أجل دعم التنمية وتعظيم الاستفادة من تدفق تشكيل عمليات التصنيع عجلة القيادة، وقد تم تطوير معدات تشكيل مخصصة في قسم هندسة المواد في جامعة كولومبيا البريطانية (الشكل 1). وقد تم بناء هذا الجهاز في المقام الأول من دليل، وحزام يحركها مخرطة الرحوية مع الناتج الإجمالي من 22 كيلوواط، ونظام التدفئة البروبان الشعلة مع ذروة الانتاج من 82 كيلو واط (الشكل 2). وكان من مغزل مع المزدوجات الحرارية جزءا لا يتجزأ من جنبا إلى جنب مع جمعية بكرة جامدة (الشكل 3)المثبتة، التي هي قادرة على تشكيل الشغل تصل إلى 330 ملم في القطر. مغزل لديها نظام لقط تفعيلها يدويا التي هي قادرة على حساب تغيرات كبيرة في قطر الشغل التي تحدث أثناء تجهيز (الشكل 4). تعمل بطارية الحصول على البيانات (دق) نظام يحتوي على كمبيوتر لاسلكية مصغرة قادرة على رصد درجة حرارة مغزل خلال تشكيل وتم تثبيت الفراغ لوصف التدفئة على ريشة من مخرطة. في حين تم توليفها العمليات الأخرى تدفق تشكيل استخدام المخارط تكييفها 4، 10، الجهاز الحالي هو أول من تجسد في تسخين الوضع الطبيعي والبيانات الحرارية الاستحواذ.
وقد تم وضع بروتوكول لتجهيز عمليات تشكيل تحجيم صناعيا لتوفير ظروف معالجة الإرشادية. وصفت في وقت لاحق، ويتكون هذا البروتوكول من الأدوات وإعداد الشغل والممارسة تشكيل، وشاركالتسبب مع نهاية تشكيل عمليات المحاكمة.
الشكل 1: نظرة عامة التجريبية الجهاز. مكونات المبدأ التي تم إضافتها إلى مخرطة الرحوية معدلة لتشكيل في درجات حرارة مرتفعة. صورة من المعدات (أعلى) والاتجاهات العمل الرئيسية والمكونات المسمى على تصوير التصميم بمساعدة الكمبيوتر (القاع). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تدفئة التفاصيل. نظام البروبان التدفئة مع أربعة مواقد منفصلة (أعلى وأسفل اليمين) دفعتها من مشعب المركزي الذي يحتوي على الملف اللولبي التحكم في الغاز (أعلى وأسفل اليسار).ضغط الغاز ومعدل التدفق منفصلة لكل من الشعلات ممكن، جنبا إلى جنب مع وضع جنبا إلى جنب الفراغ لتتوافق مع الأشكال الهندسية المختلفة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3): الرول تركيب حامل التفاصيل. حامل أداة الأصلي على لتم تكييفها على مخرطة لعقد الأسطوانة في تعسفيا زوايا نسبة إلى محور تحول مغزل عبر جمعية مربى الجوز. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (4): <strong> المجهزة مغزل ونظرة عامة نظام المشبك. وقد تم تصميم الأدوات الدوارة من ينشق مباشرة إلى مغزل مخرطة، الذي هو بدوره بدعم من مركز الحي على تايلستوك (أعلى وأسفل اليسار). التجمع المشبك / وصفت العملية أيضا (أعلى وأسفل اليمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Protocol
Representative Results
Discussion
نتائج التمثيلية المبينة أعلاه تسليط الضوء على أن البروتوكول والمهمات قادر على تشكيل الألمنيوم في درجات حرارة مرتفعة، وفرت إطارا لتحديد نافذة تجهيز لتدفق تشكيل عجلات. هذه التقنية أثبتت يمكن استخدامها لاستكشاف جوانب تشكيل المظاريف، بما في ذلك كيفية تشكيلها على حد سواء والمواد غير متشكلة تستجيب إلى المعالجة الحرارية 8. ومع ذلك، هناك مجال للتحسن مع بروتوكول المعالجة الحالية مع هذا الجهاز.
وفيما يتعلق مزيد من الأجهزة، والتي من شأنها تسريع التنمية نموذج عملية، وإدراج المقوى آلة أداة وtribometers 11 و 12 لقياس تشكيل الأحمال وعوامل الاحتكاك على الأسطوانة من شأنه أن يوفر معلومات هامة حول الظروف العملية. هذا هو أسلوب القياس المستخدمة على نطاق واسع للدراسات بالقطع المتعامدة، ويمكنتنفذ بسهولة على الجهاز الحالي. وهذا من شأنه أجهزة إضافية توفر بيانات مفيدة للتحقق من صحة بدقة من جهود النمذجة 13 و 14 و دعم الفائدة الصناعية المتزايدة في هذه العملية. من أجل القبض على نحو فعال تطور درجة حرارة الفراغ أثناء المعالجة، وهي تقنية قياس عدم الاتصال أمر مرغوب فيه. ومع ذلك، ما يعرقل التقنيات التي تعتمد الأشعة تحت الحمراء المشتركة التي الابتعاثية الألومنيوم المتدنية، وكيف أن التغييرات السطحية أثناء معالجة. هذا هو السبب الرئيسي لوالمجهزة، والتكليف فارغة كان يعمل للقبض على الاستجابة الحرارية نموذجية تحقق مع بروتوكول وصفها، وعملت على تعبئة تحليل انتقال الحرارة الأساسي لربط مغزل درجة حرارة سطح الأرض إلى الشغل.
كما هو إلى حد كبير عملية تشكيل اليدوية لمادة وهي حساسة للوقت في درجة الحرارة، وبعض التناقضات بين المدى لتشغيل لمن المتوقع. سبائك الألومنيوم لها المجهرية التي تعتبر حساسة للغاية لدرجة حرارة أعلى من 100 درجة مئوية بسبب آليات الشيخوخة. ولذلك، فإن الخطوات الأكثر أهمية في البروتوكول هي 1.2 و 3،3-3،7، حيث الفراغ هو في درجات حرارة مرتفعة. تشديد ويجب أن تتم إعادة جلوس-المشابك في أسرع وقت ممكن للحفاظ على التكرار بين عمليات تشكيل.
وفي الشغل الموقع التدفئة المستخدمة أثناء الخطوة قبل التدفئة غير فعالة للغاية ويمكن أن تتحسن عن طريق التسخين الإشعاعي. بسرعة معالجة شاملة من حيث الحركات مغزل والأدوات التي يمكن أن يتحقق تقتصر إلى حد ما من قدرات مخرطة المستخدمة. تتطلب سرعات تشكيل أعلى إطار أكثر جامدة مع الحمولة أعلى، خاصة إذا كان تشكيل من مادة أقوى كان لا بد من محاولة. يمكن تحسين لقط الشغل وإطلاق مع إضافة يشتغل الهيدروليكي أو بالهواء المضغوط. كما نقل الحرارة من بلوخNK للمغزل هو إلى حد كبير وظيفة من الضغوط التي تفرضها الشغل على مغزل، وهذا يمكن إضافة أيضا تحسين النهج القائم على نموذج للتأكد من درجة حرارة الشغل خلال تشكيل مع النظام القائم.
وقد أظهرت أجهزة والإجراء الموضح أن تشكيل الأحمال لهذه المواد في ظل هذه الظروف نهج تلك لعمليات تحول القياسية، والتي ما زالت عملية فعالة جدا من حيث التكلفة التي يمكن من خلالها إجراء تجارب التصنيع. بحث في طرق التصنيع المختلفة والقابليه للتشكيل لا يمكن أن يؤديها بعيدا عن معدات تشكيل التجارية، وهو أمر مكلف للغاية للعمل. مع الجهاز وبروتوكول وصفها، يمكن التحقيق المعلمات للتجهيز قبل بناء نطاق أوسع، وارتفاع المعدات الإنتاجية، ومعرفة المؤلفين، هو نهج فريد.
كما تم تطبيق البروتوكول وضعت فقط لمتغير واحد محدد من سبائك الألمنيوم، وإعادة هو عدد وافر من سبائك الألومنيوم الصب الأخرى التي يمكن أن يتم التحقيق لمجموعة متنوعة من التطبيقات وراء عجلات السيارات. ولما كانت هذه السبائك لها نوافذ معالجة مماثلة تقريبا من منظور درجة الحرارة، وبروتوكول المتقدمة يمكن تكييفه بسهولة.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر روس ماكلويد، ديفيد توروك، Wonsang كيم وكارل نغ عن دعمها التقني. سوف MJ روي أحب أن أنوه بدعم من EPSRC (EP / L01680X / 1) من خلال المواد للمطالبة مركز البيئات للتدريب الدكتوراه وريو تينتو ألكان للحصول على الدعم المالي من خلال منح الزمالة البحثية.
Materials
| Reagent/Material | |||
| High temperature grease | Dow Corning | Molycote M-77 | |
| High temperature lubricant | Superior Graphite | sureCOAT | |
| High temperature die coat | Vesuvius/Foseco | DYCOTE 32 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Live center | Riten Industries | 17124 | Bell-head, spring loaded |
| Live center adapter | Riten Industries | 431 | Adapter for lathe |
| Impact wrench | Chicago Pneumatic | CP7749-2 | 1/2" drive, 0-545 ft-lb |
| Torque wrench | Westward Tools | 6PAG0 | 1/2" drive, 0-250 ft-lb |
| Air-powered paint sprayer | Cambell Hausfeld | DH4200 | For die coat |
| Air-powered paint sprayer | Cambell Hausfeld | DH5500 | For graphite-based lubricant, high volume low pressure (HVLP) type |
| Data acquisition unit | Measurement Computing | USB-2416 | |
| Reed thermocouple | Omega Engineering | 88108 | |
| Propane tank | Generic | 20/40 lb, POL fitted | |
| Solenoid valve | Aztec Heating | SV-S121 | |
| Gas regulator | Aztec Heating | 67CH-743 | 0-30 psi |
| Burner tips | Exact | 3119 | Qty: 4 |
| Roller bearings | SKF | 32005 X/Q | Qty: 2 |
Referenzen
- Wong, C., Dean, T. A review of spinning, shear forming and flow forming processes. Int. J Mach Tool Manu. 43 (14), 1419-1435 (2003).
- Music, O., Allwood, J. M., Kawai, K. A review of the mechanics of metal spinning. J Mater Process Tech. 210 (1), 3-23 (2010).
- Razani, N. A., Jalali Aghchai, A., Mollaei Dariani, B. Flow-forming optimization based on hardness of flow-formed AISI321 tube using response surface method. Int J Adv Manuf Tech. 70 (5), 1463-1471 (2014).
- Abedini, A., Rash Ahmadi, S., Doniavi, A. Roughness optimization of flow-formed tubes using the Taguchi method. Int J Adv Manuf Tech. 72 (5), 1009-1019 (2014).
- Davidson, M. J., Balasubramanian, K., Tagore, G. R. N. Experimental investigation on flow-forming of AA6061 alloy-A Taguchi approach. J Mater Process Tech. 200 (1-3), 283-287 (2008).
- Cheng, Y. C., Lin, C. K., Tan, A. H., Lin, J. C., Lee, S. L. Effect of Spinning Deformation Processing on the Wear and Corrosion Properties of Al-7Si-0.3Mg Alloys. Mater Manuf Process. 25 (7), 689-695 (2010).
- Mori, K., Ishiguro, M., Isomura, Y. Hot shear spinning of cast aluminium alloy parts. J Mater Process Tech. 209 (7), 3621-3627 (2009).
- Roy, M. J., Maijer, D. M. Response of A356 to warm rotary forming and subsequent T6 heat treatment. Mat Sci Eng A-Struct. 611, 223-233 (2014).
- Roy, M. J., Maijer, D. M., Dancoine, L. Constitutive behavior of as-cast A356. Mat Sci Eng A-Struct. 548, 195-205 (2012).
- Molladavoudi, H. R., Djavanroodi, F. Experimental study of thickness reduction effects on mechanical properties and spinning accuracy of aluminum 7075-O, during flow forming. Int J Adv Manuf Tech. 52 (9), 949-957 (2011).
- Smolenicki, D., Boos, J., Kuster, F., Roelofs, H., Wyen, C. F. In-process measurement of friction coefficient in orthogonal cutting. CIRP Ann-Manuf Techn. 63 (1), 97-100 (2014).
- Xu, W., Zhao, X., Ma, H., Shan, D., Lin, H. Influence of roller distribution modes on spinning force during tube spinning. Int J Mech Sci. 113, 10-25 (2016).
- Roy, M. J., Maijer, D. M. Analysis and modelling of a rotary forming process for cast aluminium alloy A356. J Mater Process Tech. 226, 188-204 (2015).
- Lu, P., Zhang, Y. K., Ma, F. Finite element analysis on multi-step rolling process and controlling quality defect for steel wheel rim. Adv Mech Eng. 7 (7), 1-11 (2015).
