פרוטוקול הניסוי עבור רוטרי חם המאובזרת להרכיב של סגסוגות אלומיניום יצוק העסקת מנגנון בקנה מידה תעשייתי העידו מוצג. שיקולים ניסוייים כולל אפקטים תרמיים ומכאניים נדונים, וכן דמיות עם עיבוד בקנה מידה מלאה של גלגלי רכב.
ביצועים גבוהים, גלגלי רכב אלומיניום יצוק יותר ויותר מתהווים באופן הדרגתי באמצעות זרימה להרכיב / לחצנות בטמפרטורות גבוהות כדי לשפר את תכונות חומר. עם מגוון רחב של פרמטרי עיבוד שיכול להשפיע הוא על הצורה השיגה ומאפיינים וחומריים, זה סוג של עיבוד הוא לשמצה קשה עמלה. גרסה פשוטה יותר, אור-חובה בתהליך תוכננה ויושמה גלגלי רכב בגודל מלא. המנגנון נועד לסייע בהבנת מנגנוני עיוות ואת תגובת החומר לסוג זה של עיבוד. פרוטוקול ניסוי פותח כדי להתכונן, ולאחר מכן לבצע ניסויים להרכיב מתואר על חסר הגה כמו יצוק A356. פרופיל התרמית השיג, יחד עם פרטי מכשור מסופקים. דמיות עם בקנה מידה מלאה ויצר פעולות אשר להקנות עיוות משמעותית יותר בשיעורים מהר נדונה.
אחד המבצעים מתכת יוצר המאתגרים יותר כיום להיות מתורגלים בענפים והחלל והתחבורה הוא לחצנות, לרבות נגזרים כגון להרכיב גזירה וזרימה להרכיב 1, 2. בתהליך זה, לחומר axisymmetric מושם על mandrel המייצג את הצורה הרצויה הסופית, וסובב במגע עם גלילים אחד או יותר מתנגשים. לחומר להיות דחוס בין ההרים mandrel אז ומעוות plastically, עם תגובה מגוונת כולל כיפוף בשילוב, דלילה ואת ההתארכות צירית. בשנת חומר אשר יש משייכות מוגבלות או אחר קשה ליצור, זה לפעמים מתבצע בטמפרטורה גבוהה כדי להפחית רמות זרימת משייכות עלייה.
מבחינת עיבוד, יש מגוון רחב של פרמטרים אשר יכול להכתיב את הצורה ואת המאפיינים של רכיב יוצר. מחקרים רבים התמקדועל שיטות סטטיסטיות לייעול פרמטרים שונים 3, 4, 5. משתנים כוללים גיאומטריה נוסע, כגון צורת הכלי mandrel; להרכיב מהירויות כולל שני שיעורי שיעור ולהאכיל נוסע סיבוב mandrel; כמו גם תכונות החומר. כאשר טמפרטורות גבוהות נדרשות, מתרגל צריכים להעריך את הטמפרטורה המינימאלית הנדרשת תוך שמירת מוצר קול.
סגסוגות אלומיניום: יציקה מועסקות במגוון רחב של יישומי רכב ותעופה, עם A356 סגסוגת המשמש גלגלי רכב. עם זאת, סגסוגת זו אינו מתאים להרכיב בטמפרטורת החדר 6, 7 בשל משיכות שלה מוגבל חייב להיווצר בטמפרטורות גבוהות. זה מציג שורה של עיבוד מורכב, בעיקר שליטה על הטמפרטורה. כפי המאפיינים של החומר הזה לשנות significantly עם טמפרטורה 8, חשוב במיוחד לבצע ניסויי instrumented שבו תנאים תרמיים יכולים להישמר עד בתוך חלון עיבוד סביר להיות במעקב. נתונים מפורטים על ההתנהגות טרמומכני של A356 כמו יצוק החל טמפרטורת הסביבה עד 500 מעלות צלזיוס על פני טווח רחב של שיעורי זן יכולים להיבדק במקום אחר. 9
על מנת לתמוך בפיתוח ואופטימיזציה של זרימת להרכיב פעולות לייצור גלגל, ציוד להרכיב מותאם אישית פותחה במחלקה להנדסת חומרים באוניברסיטת קולומביה הבריטית (איור 1). מנגנון זה כבר בנוי בעיקר מחרטה ידנית, כנן מונחה חגורה עם תפוקה כוללת של 22 כ"ס, ומערכת חימום פרופאן לפיד עם תפוקת שיא של 82 כ"ס (איור 2). Mandrel עם צמדים מוטבעים יחד עם הרכבת רולר נוקשה (איור 3) כברמותקן, שהיא מסוגלת ליצור workpieces עד 330 מ"מ קוטר. Mandrel יש מערכת הידוק פעילה באופן ידני אשר מסוגל לתת דין וחשבון על שינויים גדולים בקוטר לחומר המתרחשים במהלך העיבוד (איור 4). סוללה מופעלת קליט נתונים (DAQ) במערכת המכילה מחשב אלחוטי זעיר יכול לנטר את הטמפרטורה של mandrel במהלך להרכיב את הכרטיס ריק חימום מאפיינת הותקן על הקולמוס של המחרטה. בעוד להרכיב תהליכי זרימת אחרים היו מסונתזים באמצעות מחרטות מותאמות 4, 10, המנגנון הנוכחי הוא הראשון לגלם חימום באתרו ונתוני תרמית רכישה.
פרוטוקול עיבוד עבור פעולות גיבוש תעשייתית בקנה מידה פותחה כדי לספק תנאי עיבוד מעידים. תאר לאחר מכן, פרוטוקול זה מורכב נוסע והכנה לחומר, בפועל להרכיב, שיתוףncluding עם סוף להרכיב פעולות בדיקה.
איור 1: סקירה כללית מנגנון ניסיוני. רכיבי עיקרון אשר נוספו מחרטת כנן שונה לעיצוב בטמפרטורות גבוהות. תצלום של ציוד (למעלה) עיקריים הפועלים כיוונים ורכיבים שהכותרת על תיאור תכנון בעזרת מחשב (למטה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: פירוט מערכת חימום. מערכת חימום פרופאן עם ארבעה מבערים בדידים (עליון ימני תחתון) ומונעים מתוך סעפת מרכזי המכילה סולנואיד שליטת גז (עליון ותחתון משמאל).לחץ גז בקצב זרימה דיסקרטי לכל המבערים אפשריים, יחד עם מיקום לאורך ריק כדי להתאים בגיאומטריות שונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: רולר לעמוד בפירוט הרכבה. בעל הכלי המקורי על עבור המחרטה הותאמה לקיים רולר ב שרירותי זוויות ביחס ציר הסיבוב של mandrel באמצעות הרכבת אגוז ריבה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4: <strong> Mandrel המאובזרת ואת סקירה כללית של מערכת מהדק. נוסע רוטרי תוכנן כדי להבריח ישירות ציר מחרטה, שהוא בתורו נתמך על ידי מרכז חי על tailstock (העליון השמאלי התחתון). קלאמפ הרכבה / פעולה גם מתוארת (עליון ימני תחתון). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
תוצאות הנציג שמוצגות למעלה שיא שהפרוטוקול והציוד המועסק הוא מסוגל להרכיב אלומיניום יצוק בטמפרטורות גבוהות, ספקה פלטפורמה לקבוע חלון עיבוד זרימה להרכיב גלגלים. הטכניקה הפגינה יכולה לשמש כדי לחקור היבטים של יצירת מעטפות, כוללים איך הן נוצרו חומר מעוצב מגיב לחום טיפול 8. עם זאת, יש מקום לשיפור עם פרוטוקול העיבוד הנוכחי עם מנגנון זה.
לגבי מכשור נוסף, אשר יאיץ את פיתוח מודלי תהליך, הכללת דינמומטר מכונית-כלי tribometers 11, 12 למדוד להרכיב המון וגורם חיכוך על רולר יספק מידע חשוב על תנאי התהליך. זוהי טכניקה ומכשור מועסקת נרחב עבור מחקרי עיבוד מאונכים, ולא יכלהייושם בקלות במחשב הנוכחי. מכשור נוסף זה יספק מידע שימושי כדי לאמת של מאמצי בניית מודלים במדויק 13, 14 ולתמוך העניין תעשייתי הגדלה בתהליך זה. על מנת ביעילות ללכוד את האבולוציה של טמפרטורה של ריק במהלך עיבוד, טכניקת מדידה ללא מגע רצויה. עם זאת, טכניקות אינפרא אדומות מבוסס משותף הם הקשו על ידי emissivity הנמוך של האלומיניום וכיצד שינויי השטח במהלך עיבוד. זוהי הסיבה העיקרית מדוע מאובזרת, מזמין ריק הועסק כדי ללכוד את תגובת התרמית האופיינית שהושגה עם הפרוטוקול המתואר, ושירת לאכלס ניתוח העברת חום בסיס להתייחס טמפרטורה פני mandrel כדי לחומר.
כמו כן, הוא במידה רבה תהליך ידני להרכיב עבור חומר שהוא רגיש לעת בטמפרטורה, כמה סתירות בין הריצה לרוץ הןצפוי. סגסוגות אלומיניום יש microstructures רגישים מאוד בטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס בשל מנגנוני הזדקנות. לכן, את השלבים הקריטיים ביותר בתוך הפרוטוקול הם 1.2 ו 3.3-3.7, שבה מתחילה חלל הריק הוא בטמפרטורות גבוהות. הידוק מחדש ישיבת המהדק חייב להתנהל מהר ככל האפשר כדי לשמור על דירות בין פעולות גיבוש.
לחומר באתרו החימום המועסק במהלך שלב קדם-החימום הוא יעיל למדי יכול להשתפר באמצעות חימום קרינה. מהירויות העיבוד כוללות במונחים של תנועות mandrel כלי שניתן להשיג מוגבלות במידה מה על ידי היכולות של המחרטה המועסקת. במהירויות להרכיב גבוהות דורשות מסגרת נוקשה יותר עם קיבולת עומס גבוהה, במיוחד אם גיבושה של חומר חזק היו להיות ניסה. הידוק ושחרור לחומר יכולים להיות שיפור בתוספת actuation ההידראולי או פנאומטיים. כמו העברת חום מן blank אל mandrel הוא בעיקר פונקציה של לחץ שהטיל לחומר על mandrel, בנוסף זה יכול גם לשפר גישה מודל מבוסס לברר את הטמפרטורה לחומר במהלך גיבוש עם המערכת הקיימת.
המנגנון ואת ההליך המתואר הוכיח כי להרכיב המון חומר זה בתנאים אלה גישות אלה לפעולות מפנה סטנדרטיות, ונשאר תהליך מאוד וחסכוני שבאמצעותו לבצע ניסויים וייצור. מחקר לתוך מסלולי formability ייצור שונים ניתן לבצע הרחק ציוד להרכיב מסחרי, שהוא יקר מאוד לתפעול. עם מנגנון הפרוטוקול מתואר, פרמטרי עיבוד יכולים להיחקר לפני הבנייה בקנה מידה גדולה יותר, ציוד תפוקה גבוה יותר, ואת הידע של המחברים, הוא גישה ייחודית.
כמו פרוטוקול שפותח יושם רק גרסה אחת ספציפית של סגסוגת אלומיניום יצוק,מחדש הוא שפע של סגסוגות יציקת אלומיניום אחרות, העשויות להיחקר עבור מגוון רחב של יישומים מעבר גלגלי רכב. סגסוגות אלה יש חלונות עיבוד דומות כ מנקודת מבט טמפרטורה, הפרוטוקול שפותח ניתן להתאים בקלות.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות רוס מקלאוד, דוד טורוק, Wonsang קים וקרל Ng עבור התמיכה הטכנית שלהם. MJ רוי רוצה להכיר את התמיכה של EPSRC (EP / L01680X / 1) דרך חומרי דרישת מרכז סביבות להכשרת הדוקטורט וריו טינטו Alcan לתמיכה כספית דרך פרס מלגת מחקר.
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 |