Een experimentele protocol voor het geïnstrumenteerde warme roterende het vormen van gegoten aluminium legeringen gebruik van een op maat gemaakte industrieel geschaalde apparaat wordt gepresenteerd. Experimentele overwegingen zoals thermische en mechanische effecten worden besproken, evenals gelijkenis met grootschalige verwerking van autowielen.
Hoge prestaties, gegoten aluminium automotive wielen worden steeds vaker stapsgewijs gevormd via vloeidraaibanken / metal spinnen bij hoge temperaturen materiaal eigenschappen te verbeteren. Met een breed scala aan procesparameters die zowel de vorm bereikt en verkregen materiaaleigenschappen kunnen beïnvloeden, deze signaalverwerking is uitermate moeilijk provisie. Een vereenvoudigd, lichte versie van het proces is ontworpen en geïmplementeerd voor full-size auto wielen. De inrichting is bedoeld om gemakkelijker kan begrijpen vervormingsmechanismen en het materiaal reactie op dit type verwerking. Een experimenteel protocol is ontwikkeld voor te bereiden, en vervolgens uitvoeren vormende studies en wordt beschreven als gegoten A356 wheel blanks. Het temperatuurprofiel bereikt, samen met instrumentatie details worden verstrekt. Gelijkenis met full-scale vormende activiteiten die aanzienlijk meer vervorming bij hogere snelheden te geven wordt besproken.
Een van de meest uitdagende stansen van metaal momenteel toegepast in de ruimtevaart- en vervoer van draaiende metalen, inclusief derivaten zoals afschuiving vormen en flowvormen 1, 2. Bij deze werkwijze wordt een assymmetrische werkstuk geplaatst op een doorn die de gewenste eindvorm, en gecentrifugeerd in contact met één of meer invallende rollen. Het werkstuk wordt samengedrukt tussen de wals en de doorn vervolgens plastisch vervormt, met een gevarieerde respons zoals buiging, uitdunnen en axiale verlenging. In een materiaal dat beperkte vervormbaarheid heeft of anders moeilijk te vormen, dit wordt soms uitgevoerd bij verhoogde temperatuur te verhogen vloeispanning en taaiheid afnemen.
Vanuit processing standpunt, zijn er een groot aantal parameters die de vorm en de eigenschappen van de vervaardigde componenten kan bepalen. Talrijke studies hebben zich geconcentreerdstatistische technieken voor het optimaliseren van verschillende parameters 3, 4, 5. Variabelen tooling geometrie, zoals de vorm van het gereedschap en de doorn; vormen snelheden waaronder zowel doorn rotatiesnelheid en tooling voedingen; en materiaaleigenschappen. Wanneer verhoogde temperaturen nodig zijn, de praktijk moeten beoordelen de minimum temperatuur die nodig is, terwijl nog steeds een goed product te behouden.
Gegoten aluminium legeringen worden gebruikt in een breed scala van automotive en aerospace-toepassingen, met lichtmetalen A356 gebruikt in auto-wielen. Echter, dit product is niet geschikt voor het vormen bij kamertemperatuur 6, 7 door zijn beperkte vervormbaarheid en worden gevormd bij verhoogde temperaturen. Dit introduceert samen met verwerking complexiteit, voornamelijk in regelen van de temperatuur. Aangezien de eigenschappen van het materiaal te veranderen significantly temperatuur met 8, is het bijzonder belangrijk voor geïnstrumenteerde onderzoeken waarbij thermische omstandigheden binnen een redelijke verwerkingsvenster kunnen worden gehouden en gecontroleerd uitvoeren. Gedetailleerde gegevens over het thermomechanische gedrag van as-cast A356 variërend van omgevingstemperatuur tot 500 ° C over een breed scala van stam prijs kan elders worden beoordeeld. 9
Met het oog op de ontwikkeling en optimalisatie van de stroming vormen van operaties voor rolstoelen productie te ondersteunen, heeft aangepaste vormen apparatuur ontwikkeld op de afdeling Materials Engineering aan de University of British Columbia (figuur 1). Deze inrichting is opgebouwd uit een eerste handmatige, riemaandrijving capstan draaibank met een totaal vermogen van 22 kW en een propaantoorts verwarmingssysteem met een piekvermogen van 82 kW (figuur 2). Een doorn met ingebedde thermokoppels samen met een starre rolsamenstel (figuur 3) isgeïnstalleerd, dat inpasbaar werkstukken tot 330 mm in diameter. De doorn heeft een handmatig geactiveerd spansysteem dat in staat is verantwoordelijk voor grote veranderingen in werkstukdiameter optreden tijdens de verwerking (figuur 4). Een batterijen Data Acquisition (DAQ) systeem dat een miniatuur draadloze computer voor de controle van de temperatuur van de doorn tijdens het vormen en de blanco voor het karakteriseren verwarming is geplaatst op de schacht van de draaibank geplaatst. Terwijl andere vloeidraaifuncties werkwijzen zijn gesynthetiseerd onder toepassing aangepaste draaibanken 4, 10, de onderhavige inrichting is de eerste te belichamen in situ verwarming en thermische data acquisitie.
Een protocol voor verwerking op industriële schaal vormingsbewerkingen ontwikkeld indicatieve procesomstandigheden verschaffen. Vervolgens beschreven, dit protocol bestaat uit gereedschappen en werkstuk voorbereiding, de vorming van de praktijk, concluding met einde van de vorming van het proces operaties.
Figuur 1: Experimentele hulpmiddelen overzicht. Hoofdcomponenten die een gemodificeerd capstan lathe toegevoegd voor het vormen bij verhoogde temperaturen. Foto van apparatuur (boven) en de belangrijkste werken richtingen en componenten gelabeld op een computer-aided design afbeelding (onderaan). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Verwarming detail. Een propaan verwarmingssysteem met vier discrete branders (boven en rechtsonder) bediend vanuit een centrale verdeler met daarin een gas solenoïdeklep (boven en onder links).Gasdruk en een discrete stroomsnelheid aan elk van de branders mogelijk, samen met de plaatsing langs de blanco te voldoen aan verschillende geometrieën. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Rolbok assemblage detail. De originele gereedschapshouder voor de draaibank is aangepast om een rol bij willekeurige houden hoeken ten opzichte van de draaias van de doorn via een borgmoer samenstel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: <strong> Geïnstrumenteerde doorn en klemsysteem overzicht. De roterende gereedschappen is ontworpen dat het rechtstreeks op de draaibank spindel, die op zijn beurt ondersteund door een levende centrum aan de losse kop (boven en links onder). Klem montage / bediening wordt ook afgebeeld (boven en rechtsonder). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De representatieve resultaten zich boven highlight dat het protocol en gebruikte apparatuur kan vormen gegoten aluminium bij verhoogde temperaturen, en heeft een platform dat een verwerkingsvenster voor vloeidraaifuncties wielen bepalen. De techniek gedemonstreerd kan worden gebruikt om aspecten van het vormen van enveloppen, inclusief hoe beide gevormde en ongevormde materiaal reageert op behandeling 8 verwarmen verkennen. Er is echter ruimte voor verbetering met de huidige verwerking protocol met deze inrichting.
Met betrekking tot verdere instrumentatie, die zou versnellen procesmodel ontwikkeling, de opname van machine-instrument rollenbank en tribometers 11, 12 te meten vorming van belastingen en wrijving factoren op de rol zou belangrijke informatie over het proces omstandigheden. Dit is een veel gebruikt instrumentatie techniek voor orthogonale verspaning studies, en kongemakkelijk worden uitgevoerd op de huidige machine. Deze bijkomende instrumentatie zou nuttige gegevens nauwkeurig valideren modellering inspanningen 13, 14 en ondersteunen de toenemende industriële belangstelling voor dit proces. Om de ontwikkeling van de temperatuur van de blanco effectief te vangen tijdens de verwerking, een contactloze meettechniek is gewenst. Er zijn echter gemeenschappelijke infrarood gebaseerde technieken belemmerd door lage emissiviteit aluminium en hoe het oppervlak verandert tijdens de verwerking. Dit is de voornaamste reden waarom een geïnstrumenteerd, inbedrijfstelling blanco werd gebruikt om de typische thermische respons bereikt met de beschreven protocol vast te leggen, en diende om een basislijn warmteoverdracht analyse bevolken te verhouden doorn oppervlaktetemperatuur op het werkstuk.
Want het is grotendeels een handmatig proces voor het vormen van een materiaal dat gevoelig is om tijd bij een temperatuur, een aantal inconsistenties tussen de run uit te voeren zijnwordt verwacht. Aluminiumlegeringen microstructuren die zeer gevoelig is voor temperaturen boven 100 ° C als gevolg van veroudering mechanismen. Daarom is de meest kritische stappen in het protocol zijn 1,2 en 3,3-3,7, waarbij de plano is bij verhoogde temperaturen. Aanhalen en opnieuw plaatsen van de klemmen moet zo snel mogelijk worden uitgevoerd om reproduceerbaarheid te behouden tussen vormingsbewerkingen.
De in situ verwarmen werkstuk toegepast tijdens de voorverwarmingsstap vrij inefficiënt en kan worden verbeterd via radiatieve verwarming. De totale verwerkingssnelheden qua doorn en gereedschap bewegingen die kunnen worden bereikt zijn enigszins beperkt door de mogelijkheden van de draaibank gebruikt. Hogere snelheden vereisen vormen een stijf frame met een hogere belastbaarheid, vooral als de vorming van een sterker materiaal waren worden geprobeerd. Werkstuk vastklemmen en loslaten kan worden verbeterd met de toevoeging van hydraulische of pneumatische bediening. Zoals warmteoverdracht van de blank van de doorn is grotendeels een functie van de bij het werkstuk op de doorn druk, kan deze toevoeging verbeteren ook een modelgebaseerde benadering van het werkstuk bepalen temperatuur tijdens de vorming van het bestaande systeem.
De inrichting en werkwijze beschreven blijkt dat de vorming van lading van dit materiaal onder deze omstandigheden zal bij stan- draaibewerkingen en blijft een zeer rendabel proces waardoor de productiekosten onderzoek uit te voeren. Onderzoek naar verschillende productieprocessen routes en vervormbaarheid weg kan worden uitgevoerd bij commerciële vormen apparatuur, hetgeen zeer duur is te bedienen. Met het apparaat en protocol beschreven, kan de verwerking van parameters worden onderzocht voorafgaand aan de bouw van grotere schaal, hogere doorvoer apparatuur, en om de kennis van de auteurs, is een unieke aanpak.
Aangezien de ontwikkelde protocol slechts toegepast op een specifieke variant van gegoten aluminiumlegering, hetRe is een veelheid van andere aluminium gieterij legeringen die kunnen worden onderzocht voor verschillende toepassingen buiten autowielen. Aangezien deze legeringen hebben ongeveer soortgelijke bewerkingen ramen van een temperatuur die perspectief, kan het protocol ontwikkeld gemakkelijk worden aangepast.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs willen graag Ross McLeod, David Torok, Wonsang Kim en Carl Ng bedanken voor hun technische ondersteuning. MJ Roy wil de steun van EPSRC (EP / L01680X / 1) door het materiaal te erkennen voor veeleisende omgevingen Centrum voor doctoraatsopleiding en Rio Tinto Alcan voor financiële steun door middel van een Research Fellowship award.
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 |