特注の工業スケールされた装置を用いた鋳造アルミニウム合金で形成計装ウォームの回転のための実験プロトコルが提示されます。熱的および機械的効果などの実験的検討事項は、自動車の車輪の本格処理と相似と同様に、議論されています。
高い性能が、鋳造アルミ自動車ホイールはますます増加的材料特性を改善するために高温で形成する流動/金属スピニングを介して形成されています。形状を達成し、得られた材料の特性の両方に影響を与えることができる処理パラメータの広いアレイと、このような処理は、委員会に悪名高いことは困難です。プロセスの簡略化された、軽量バージョンは、設計とフルサイズの自動車用ホイールのために実装されています。装置は、変形機構と処理のこのタイプの材料の応答の理解を助けることを意図しています。実験プロトコル成形試験を準備し、続いて実行するように開発され、鋳放A356ホイールブランクのために記載されています。熱プロファイルは、インスツルメンテーションの詳細が提供されると一緒に、達成しました。より速い速度で有意に多くの変形を与える本格形成動作との類似が議論されています。
現在、航空宇宙・運輸部門で実践されているより挑戦的な金属成形操作の1つは、せん断成形と流れ1、2を形成するよう誘導体を含む金属紡糸、です。このプロセスでは、軸対称のワークピースは、最終的な所望の形状を表すマンドレル上に配置され、および1つまたは複数の衝突のローラと接触する紡績。ワークは、次に塑性組み合わせ曲げ、間伐および軸方向伸長を含む多様な応答で、変形ローラーとマンドレルとの間で圧縮されています。制限された延性を有するか、または形成する他の方法では困難である材料では、これは時々流動応力を低下させ、延性を増大させるために、高温で行われます。
処理の観点から、形状や製造部品の特性を決定することができるパラメータの広い範囲があります。多くの研究が集中しています各種パラメータ3、4、5を最適化するための統計的手法に関する。変数は、そのようなツールおよびマンドレルの形状とツーリングジオメトリを含み;両方のマンドレルの回転速度と工具の送り速度を含む速度を形成する工程とだけでなく、材料特性。高温が必要な場合、施術者は、まだ音製品を保持しながら、必要な最低温度を評価する必要があります。
鋳造アルミニウム合金は、自動車のホイールに使用される合金A356で、自動車および航空宇宙用途の広範囲に用いられています。しかし、この合金は、その限られた延性により室温6、7で形成するのに適していないと高温で形成されなければなりません。これは主に、温度を制御する際に、処理の複雑さのホストを紹介します。この材料の特性は、significaを変更するとntly温度8と、熱条件が合理的な処理ウィンドウ内に維持することができ、監視されたインストルメント試験を実行するために特に重要です。歪み速度の広い範囲にわたって周囲温度から500℃の範囲としてキャストA356の熱機械的挙動に関する詳細なデータが他の場所で確認することができます。 9
ホイール製造のための操作を形成する流れの開発と最適化をサポートするために、カスタム成形装置は、ブリティッシュコロンビア大学( 図1)での材料工学専攻で開発されました。この装置は、主に22キロワットの総出力、および82キロワット( 図2)のピーク出力を持つプロパントーチ加熱システムとマニュアル、ベルト駆動キャプスタン旋盤から構築されています。剛体ローラアセンブリと一緒に埋め込まれた熱電対とマンドレル( 図3)となっています直径330ミリメートルまでワークピースを形成することが可能である、インストールされています。マンドレルは、( 図4)の処理中に発生するワーク径の大きな変化を考慮することができます手動でアクティブクランプシステムを持っています。バッテリーは、成形時のマンドレルの温度を監視することができる小型の無線コンピュータおよび加熱を特徴づけるための空白を含むデータ集録(DAQ)システムは、旋盤のクイルにインストールされている操作しました。他の流形成のプロセスが適応旋盤4、10を用いて合成されてきたが、本装置は、 その場での加熱と熱データ収集に具現化する最初のものです。
工業的スケールの形成動作の処理手順を示す処理条件を提供するために開発されてきました。続いて記載、このプロトコルは、工具とワークの準備、練習を形成し、共同で構成されてい試運転を形成する端部とncluding。
図1: 実験装置の概要。高温で形成するために改変キャプスタン旋盤に追加された原理コンポーネント。機器(上)とコンピュータ支援設計の描写にラベルされた主な作業方向とコンポーネント(下)の写真。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2:暖房システムの詳細。ガス制御ソレノイド(上部と左下)を含む中央マニホールドから作動4つの別々のバーナー(上部と下部の右)とプロパン暖房システム。ガス圧及びバーナのそれぞれに個別の流量は異なる形状に適合するようにブランクに沿って配置するとともに、可能です。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3: ローラースタンドの組立詳細。旋盤のためにオリジナルの工具ホルダは、ジャムナットアセンブリを介して、マンドレルの回転軸に対して任意の角度でローラーを保持するようになってきました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4: <strong>インストルメントマンドレルとクランプシステムの概要。回転工具は、順番に心押し台(上部と下部の左側)にはライブ中心でサポートされている旋盤の主軸に直接ボルトで固定するように設計されています。クランプアセンブリ/動作も描かれている(上部と下部の右)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
代表的な結果は、使用プロトコルおよび装置が高温で鋳造アルミニウムを形成することが可能であり、車輪の形成フローのためのプロセスウィンドウを決定するためのプラットフォームを提供していることを強調表示の上に示します。実証された技術は、エンベロープを形成する双方が形成され、未材料が処理8を加熱するためにどのように応答するかなどの側面を探求するために使用することができます。しかし、この装置では、現在の処理プロトコルで改善の余地があります。
プロセス条件に関する重要な情報を提供するローラー上の形成荷重と摩擦係数を測定するために12、工作機械の動力計とtribometers 11を含めることがプロセスモデルの開発を加速するであろうさらなる計装、について。これは、直交加工研究のために広く使用されている計装技術であり、可能性容易に現在のマシン上で実施すること。この追加の計測を正確にモデリング努力13,14を検証し、この過程で増加産業関心をサポートするための有用なデータを提供するであろう。効果的に処理中のブランクの温度の変化を捕捉するために、非接触測定技術が望ましいです。しかし、一般的な赤外線ベースの技術は、処理中に表面変化のアルミニウムの低放射によって、どのように妨げられています。これは、記載されたプロトコルを用いて達成典型的な熱応答を捕獲するために使用された空白の試運転、計装、およびワークにマンドレル表面温度を関連付けるために、ベースライン伝熱解析を移入するのに役立った主な理由です。
それが大きく温度で時間に敏感である材料の手動形成のプロセスであるように、実行するための実行の間にいくつかの矛盾があります予想されます。アルミニウム合金は、経年変化のメカニズムに100℃以上の温度に非常に敏感である微細構造を持っています。ブランクは高温であるため、プロトコル内で最も重要なステップは、1.2と3.3から3.7です。締め付けおよび再座席クランプが形成動作間再現性を維持するために、可能な限り迅速に行われなければなりません。
予備加熱工程の間に使用さその場で加工物の加熱は非常に非効率的であり、放射加熱を介して改善することができます。達成することができる心棒と工具の動きの面で全体の処理速度がやや採用旋盤の能力によって制限されています。高い形成速度はより強い材料の形成を試みたことがしていた場合は特に、高負荷容量で、より剛性のフレームを必要とします。ワーククランプと解放は、油圧または空気圧作動の添加により向上させることができました。 BLAからの熱伝達としてマンドレルへのNKが大きくマンドレル上にワークによって課せられた圧力の関数であり、このほかにも、既存のシステムとの成形時のワークの温度を把握するためのモデルベースのアプローチを向上させることができます。
記載された装置および手順は、これらの条件下でこの物質の負荷を形成することが示されている標準的な旋削用のものに近づき、製造試験を実行することにより、非常に費用対効果の高いプロセスのまま。異なる製造ルートや成形性の研究は、操作が非常に高価である商業成形装置から離れて行うことができます。記載された装置およびプロトコルでは、処理パラメータは、前大規模、より高いスループット設備を構築する、と著者らの知識に調査することができる、ユニークなアプローチです。
開発されたプロトコルは、鋳造アルミニウム合金の一つの特定の変形に適用されているように、再は、自動車の車輪を超えた様々なアプリケーションのために調査することができ、他のアルミニウム鋳造合金の多数です。これらの合金は、温度の観点からほぼ同様の処理ウィンドウを有するように、開発されたプロトコルを容易に適合させることができます。
The authors have nothing to disclose.
著者は、彼らの技術サポートのためにロス・マクラウド、デビッドTorok、Wonsangキムとカール・ンに感謝したいと思います。 MJロイはリサーチフェローシップ賞を通じて金融支援のための博士トレーニングとリオ・ティント・アルキャンのための環境センターを要求の厳しい材料を通してEPSRC(EP / L01680X / 1)からの支援を感謝したいです。
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 |