对于仪表温暖回转成型采用定制的工业缩放设备铸铝合金的实验方案提出。实验的考虑包括热和机械作用进行了讨论,以及与汽车车轮的全面处理相似。
高性能,铸铝汽车轮毂被越来越多地通过逐步形成流量/金属旋压在高温下形成,以提高材料的性能。用各种各样的工艺参数可影响这两个形状实现和得到的材料性质,这种类型的处理是非常困难的佣金。这个过程的简化,轻型版本已设计和全尺寸的汽车轮毂实施。该装置的目的是帮助理解变形机制和这种类型的处理的材料的反应。一个试验性协议已经发展到准备,并随后进行成型试验和铸A356轮毛坯描述。热分布达到,连同提供仪器的信息。相似满刻度形成能赋予以更快的速率显著更变形的操作进行讨论。
一位在航空和运输部门目前正在实行的更具挑战性的金属成型操作的是金属旋压,包括衍生产品如剪切成型和流动形成1,2。在此过程中,一个轴对称的工件被放置在代表最后的所需形状的心轴,并纺成与一个或多个冲击辊子接触。工件被辊芯棒和压缩之间再塑性变形,与包括联合弯曲,细化和轴向伸长多样反应。在具有有限的延展性或以其他方式难以形成的材料时,这有时在高温下进行,以减少流动应力和增加的延展性。
从处理的观点来看,也有广泛的可支配的形状和制造组件的性能的参数。许多研究都集中关于用于优化各种参数3,4,5的统计技术。变量包括模具的几何形状,如工具和心轴的形状;形成速度既包括芯棒旋转速度和模具的进给率;以及材料特性。当需要升高的温度,从业者需要评估,同时仍保持良好的产品所需的最低温度。
铸铝合金在各种汽车和航空航天应用中采用,以在汽车轮毂的合金A356。然而,这种合金是不适合于由于其有限的延展性室温6,7形成,并且必须在升高的温度下形成。这引入了处理的复杂性,主要是在控制温度的宿主。由于这种材料的性质改变标志意义ntly随温度8,以执行仪表化试验中,温度条件可以保持在合理的加工窗口内以及被监视它是特别重要的。上铸A356在宽范围的应变速率的范围从环境温度到500℃的热机械行为的详细数据可以在其他地方进行审查。 9
为了支持开发和流动形成车轮制造业务的优化,定制成型设备已经在材料工程在不列颠哥伦比亚大学( 图1)部制定。该装置已被主要由22千瓦的总输出,用82千瓦( 图2)的峰值输出丙烷喷灯加热系统手册,皮带驱动绞盘车床建造。用一个刚性辊组件沿嵌入式热电偶的芯棒( 图3)已经装,其能够形成工件高达330毫米的直径。所述心轴具有一个手工激活夹紧系统,其能够以考虑在工件直径加工( 图4)期间发生大的变化。一种电池操作的含有能形成过程中监测心轴的温度和用于表征加热坯料已安装在车床的主轴的一个微型无线计算机的数据采集系统(DAQ)。而其它流动形成工艺已被使用适于车床合成4,10,本装置是在第一原位加热和热的数据采集来体现。
对于工业上规模成形操作的处理协议已被开发以提供指示处理的条件。随后描述的,该协议包括模具和工件的准备,形成惯例,共同的与成形试运行结束ncluding。
图1: 实验仪器概述。其中已添加到修改的绞盘车床在高温下形成原理的组件。设备(顶部)和标记上的计算机辅助设计的描绘(底部)主要工作方向和元件的照片。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2:供暖系统的细节。以丙烷加热系统从含有气体控制螺线管(顶部和底部左侧)一个中心歧管致动四个离散的燃烧器(顶部和底部右侧)。气体的压力和离散流量到每个燃烧器是可能的,与沿所述坯件放置沿着以符合不同的几何形状。 请点击此处查看该图的放大版本。
图3: 滚轮架装配细节。上的车床已适于保持在任意的辊原工具夹具角相对于心轴的通过锁紧螺母组件的转动轴线。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4: <strong>仪器化芯棒和夹具系统概述。旋转工具已被设计成直接螺栓固定在车床的主轴,而这又是通过在尾座(顶部和底部左侧)一活顶尖支撑。夹持组件/动作也描绘(顶部和底部右侧)。 请点击此处查看该图的放大版本。
上述突出所采用的协议和设备能够形成在高温下铸铝所示的代表性结果,并提供了一个平台,以确定流形成模具轮的加工窗口。表现出的技术可以用来探索形成信封,包括如何都形成和未成形材料响应热处理8的各方面。但是,有改进的余地与该装置的当前处理的协议。
关于进一步的仪器,这将加速过程模型开发,列入机床测力计和摩擦测试仪11,12来测量形成在辊上负荷和摩擦系数将提供关于工艺条件的重要信息。这是为正交加工研究一个广泛采用的仪器技术,并且可以在当前机器上容易实现。这另外的仪器将提供有用的数据,以正确地验证建模工作13,14和支持在此过程中,不断增加的工业利益。为了有效地捕获处理期间的坯料的温度的演变,非接触测量技术是期望的。然而,常见的基于红外的技术由铝的低发射率和如何处理期间表面的变化而受到阻碍。这是主要的原因,一个仪表,调试被采用以捕获与所描述的协议来实现的典型的热响应空白,并担任填充基线传热分析以涉及芯棒表面温度到工件上。
因为它在很大程度上是一种材料的手动成形方法,该方法是敏感的时间在温度,运行之间的一些不一致运行是可以预料的。铝合金有那些对温度高于100℃,由于老化机制高度敏感的微观结构。因此,在协议中最重要的步骤是1.2和3.3-3.7,其中所述坯件是在高温下。拧紧并重新座位夹具必须尽快进行,以形成操作之间保持重复性。
在预加热步骤中使用的原位工件加热是相当低效的,并可能通过辐射加热来提高。在的心轴和刀具运动方面的总体处理速度,可以实现被稍微所采用的车床的能力的限制。更高形成速度需要具有更高的负载能力更刚性的框架,尤其是当一个更强的材料的成形是要尝试。工件夹紧和松开可以与除液压或气动驱动的改进。如从血乳酸传热nk的心轴在很大程度上是由工件上芯棒施加的压力的函数,这另外还可以提高一个基于模型的方法与现有的系统中形成期间,以确定在工件的温度。
描述的装置和过程表明,在这些条件下该材料成形载荷接近那些标准车削操作,并且仍然是一个非常符合成本效益的过程,其中以执行制造试验。研究了不同的制造路线和成形性可以从商业形成设备,这是操作非常昂贵执行程。随着设备和协议说明,加工参数可以建造更大的规模,更高的吞吐量设备之前进行调查,并以作者的知识,是一种独特的方法。
随着开发的协议只被应用于铸造铝合金的一个特定变型,再是它可以用于各种超越汽车车轮的应用程序进行调查,其他铝铸造合金的多种。由于这些合金具有来自温度透视大致类似的处理窗口,开发的协议可以容易地适应。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢罗斯麦克劳德,空间DavidTörök,Wonsang Kim和吴嘉龙对他们的技术支持。 MJ罗伊要感谢苛刻环境中心博士培训和力拓加铝为通过研究奖学金奖励资金支持EPSRC(EP / L01680X / 1)通过材料的支持。
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 |