Ein experimentelles Protokoll für die instrumentierte warme Dreh aus Aluminiumguss-Legierungen bilden eine maßgeschneiderte industriell skalierten Vorrichtung verwendet, wird vorgestellt. Experimentelle Überlegungen einschließlich der thermischen und mechanischen Effekte werden diskutiert, sowie similitude mit Full-Scale-Verarbeitung von Kfz-Räder.
Hohe Leistung, Aluminiumguss Automobil-Räder werden zunehmend schrittweise über Fließformen / Metalldrücken bei erhöhten Temperaturen gebildet, um Materialeigenschaften zu verbessern. Mit einer breiten Palette von Verarbeitungsparametern, die sowohl die Form erreicht und die daraus resultierenden Materialeigenschaften beeinflussen kann, ist diese Art der Verarbeitung ist notorisch schwierig zu beauftragen. Eine vereinfachte, leichte Last Version des Verfahrens wurde für Full-Size-Automobil-Räder entwickelt und umgesetzt werden. Die Vorrichtung soll das Verständnis der Verformungsmechanismen und die Reaktion des Materials auf diese Art der Verarbeitung zu unterstützen. Eine experimentelle Protokoll wurde, vorzubereiten entwickelt und anschließend auszuführen Bildung Studien und wird für so Guss A356 Radrohlinge beschrieben. Das thermische Profil erreicht, zusammen mit Instrumentierung Details werden zur Verfügung gestellt. Similitude mit Vollbetrieb bilden, die bei höheren Geschwindigkeiten deutlich mehr Verformung verleihen wird diskutiert.
Eine der schwierigeren Umformtechnik derzeit in der Luftfahrt- und Transportsektor ist Spinnerei Metall praktiziert, einschließlich Derivate, wie Scher bilden und fließen Bildung 1, 2. In diesem Verfahren wird eine achsensymmetrische Werkstück auf einem Dorn angeordnet, um die endgültige gewünschte Form darstellt und versponnen, in Kontakt mit einem oder mehreren auftreffende Walzen. Das Werkstück zwischen der Rolle und dem Dorn zusammengedrückt wird dann plastisch verformt, mit einer vielfältigen Antwort einschließlich kombinierter Biege-, Ausdünnung und axiale Längung. In einem Material, das eine begrenzte Duktilität oder sonst schwierig zu bilden, wird dies manchmal bei erhöhter Temperatur durchgeführt, Fließspannung und eine Erhöhung der Duktilität zu verringern.
Von einem Verarbeitungsstandpunkt, gibt es eine Vielzahl von Parametern, die die Form und die Eigenschaften des hergestellten Komponente diktieren können. Zahlreiche Studien haben konzentriertüber statistische Techniken für verschiedene Parameter 3, 4, 5 zu optimieren. Variablen umfassen Werkzeuggeometrie, wie beispielsweise die Form des Werkzeuges und des Dorns; Geschwindigkeiten einschließlich der beiden Dorndrehrate und Werkzeugvorschubgeschwindigkeiten bilden; sowie Materialeigenschaften. Bei erhöhten Temperaturen erforderlich sind, müssen Praktiker die erforderliche Mindesttemperatur zu beurteilen, während immer noch ein einwandfreies Produkt erhalten bleibt.
Aluminium-Gusslegierungen werden in einer Vielzahl von Automobil- und Luftfahrt-Anwendungen, mit Legierung A356 verwendet in der Automobil-Räder eingesetzt. Jedoch ist diese Legierung nicht geeignet für die bei Raumtemperatur 6, 7 bilden seiner begrenzten Duktilität aufgrund und muß bei erhöhten Temperaturen gebildet werden. Dies führt zu einer Vielzahl von Komplexität der Verarbeitung, vor allem in der Temperatur zu steuern. Da dies Eigenschaften des Materials ändern significantly mit der Temperatur 8, ist es besonders wichtig instrumentierten Versuche durchzuführen , in dem thermische Bedingungen Fenster innerhalb einer angemessenen Verarbeitung gehalten werden und überwacht werden. Detaillierte Daten über die thermomechanische Verhalten im Gußzustand A356 im Bereich von Umgebungstemperatur bis 500 ° C über einen weiten Bereich von Verformungsraten können an anderer Stelle überprüft werden. 9
Um die Entwicklung und Optimierung der Strömung zu unterstützen Operationen für Räderherstellung bilden, kundenspezifische Formanlagen wurde am Institut für Werkstofftechnik an der University of British Columbia (Abbildung 1) entwickelt. Dieses Gerät ist in erster Linie von einem manuellen, riemengetriebenen Revolverdrehbank mit einer Gesamtleistung von 22 kW und einem Propangasbrenner Heizungsanlage mit einer Spitzenleistung von 82 kW (Abbildung 2) gebaut. Ein Dorn mit eingebetteten Thermoelemente zusammen mit einem starren Walzenanordnung (Abbildung 3) wurdeinstalliert ist, die zur Bildung von Werkstücken bis zu 330 mm Durchmesser geeignet ist. Der Dorn hat einen manuell Spannsystem aktiviert , die für große Änderungen in Werkstückdurchmesser zu berücksichtigen , ist in der Lage bei der Verarbeitung (4) auftritt. Eine batteriebetriebene Datenerfassung (DAQ) System eine drahtlose Miniatur Computer enthält, die die Temperatur des Dorns Überwachung während des Formens und der Rohling zur Charakterisierung Erhitzen wurde auf der Pinole der Drehmaschine installiert. Während andere Strömungs Umformprozesse wurden synthetisiert unter Verwendung von Drehmaschinen angepasst 4, 10, ist die vorliegende Vorrichtung die erste in situ Heiz- und thermische Datenerfassungs- zu verkörpern.
Ein Verarbeitungsprotokoll für industriell skalierten Erzeugungsvorgänge wurde Richtverarbeitungsbedingungen zu schaffen, entwickelt. Beschrieben anschließend besteht dieses Protokoll von Werkzeugen und Werkstückvorbereitung, Bildung Praxis, concluding mit Ende des Probebetriebs bilden.
Abbildung 1: Experimentelle Geräte – Übersicht. Hauptkomponenten, die zu einer modifizierten Revolverdrehbank hinzugefügt wurden bei erhöhten Temperaturen zu bilden. Fotografie von Ausrüstung (oben) und der Hauptarbeitsrichtungen und markierten Komponenten auf einem Computer-Aided-Design-Darstellung (unten). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Heizsystem Detail. Ein Propan Heizungsanlage mit vier diskreten Brenner (rechts oben und unten) betätigt von einem zentralen Verteiler eine Gasregelmagnet (oben und links unten) enthalten.Gasdruck und eine diskrete Strömungsrate zu jedem der Brenner möglich ist, zusammen mit der Platzierung entlang der Rohling an unterschiedliche Geometrien anzupassen. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3: Rollenständer Montage Detail. Der ursprüngliche Werkzeughalter an der Drehmaschine für eine Walze in beliebigen Winkeln relativ zur Drehachse des Dorns über eine Kontermutter Baugruppe zu halten, angepasst wurde. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4: <strong> Instrumentierte Dorn und Klammersystem Überblick. Die Drehwerkzeuge wurde entwickelt, um direkt auf die Drehspindel zum Bolzen, der seinerseits durch eine Zentrierspitze auf dem Reitstock (oben und links unten) unterstützt. Clamp Montage / Betrieb ist ebenfalls dargestellt (rechts oben und unten). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die repräsentativen Ergebnisse oben highlight gezeigt, dass das Protokoll und die verwendeten Geräte zur Bildung von Aluminiumguss bei erhöhter Temperatur geeignet ist, und hat eine Plattform vorgesehen, um eine Verarbeitungsfenster für die Strömung zu bestimmen, Bilden von Rädern. Die Technik demonstriert verwendet werden Aspekte zu erforschen Umschläge zu bilden, darunter , wie beide geformten und ungeformten Material reagiert 8 Wärmebehandlung. Jedoch gibt es Raum zur Verbesserung der aktuellen Verarbeitungsprotokoll mit dieser Vorrichtung.
Bezüglich weiterer Instrumente, die Prozessmodellentwicklung, die Aufnahme von Werkzeugmaschinen Dynamometer und Tribometern 11, 12 zu messen bilden Belastungen und Reibungsfaktoren auf der Walze wichtige Informationen über den Prozessbedingungen würde beschleunigen würde. Dies ist eine weithin eingesetzte Instrumentierung Technik für orthogonale Bearbeitungsstudien und konnteleicht auf der aktuellen Maschine realisiert werden. Diese zusätzliche Instrumentierung würde nützliche Daten liefern , um genau der Bemühungen Modellierung Validierung 13, 14 und die zunehmende industrielle Interesse an diesem Prozess zu unterstützen. Ist, um wirksam die Entwicklung der Temperatur des Rohlings während der Verarbeitung zu erfassen, ein berührungsloses Messverfahren wünschenswert. Allerdings gemeinsame Infrarot-basierte Techniken werden von Aluminium der niedrige Emissionen und die, wie die Oberflächenveränderungen während der Verarbeitung erschwert. Dies ist der Hauptgrund, warum ein instrumentiert, leere Inbetriebnahme eingesetzt wurde die typische thermische Reaktion mit dem beschriebenen Protokoll erreicht zu erfassen und diente eine Basiswärmeübertragungsanalyse zum Auffüllen auf Dornoberflächentemperatur auf das Werkstück beziehen.
Da es weitgehend eine manuelle Formprozess für ein Material ist, das zu Zeit bei der Temperatur empfindlich ist, um einige Unstimmigkeiten zwischen Lauf laufen sindzu erwarten. Aluminiumlegierungen haben Mikrostrukturen, die hochempfindlich gegenüber Temperaturen oberhalb von 100 ° C aufgrund von Alterungsmechanismen sind. Daher sind die kritischsten Schritte in dem Protokoll 1.2 und 3.3-3.7, wo der Rohling bei erhöhten Temperaturen ist. Anziehen und wieder Sitz die Klemmen müssen so schnell wie möglich durchgeführt werden Wiederholbarkeit zwischen Formoperationen zu halten.
Die in situ während der Werkstückheizung Vorwärmschritt eingesetzt ist sehr ineffizient und könnte durch Strahlungserhitzung verbessert werden. Die Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit in Bezug auf die Spindel und Werkzeugbewegungen, die etwas erreicht werden können eingesetzt durch die Fähigkeiten der Drehmaschine begrenzt. Höhere Formungsgeschwindigkeiten erfordern einen starren Rahmen mit einer höheren Belastbarkeit, insbesondere wenn die Bildung einer stärkeren Material versucht werden sollten. Werkstückspannung und freigesetzt werden können, mit dem Zusatz von hydraulischen oder pneumatischen Betätigung verbessert werden. Da die Wärmeübertragung vom blank zum Dorn ist weitgehend eine Funktion des Drucks durch das Werkstück auf den Dorn auferlegt, diese zusätzlich könnte auch einen modellbasierten Ansatz zur Verbesserung der Werkstücktemperatur während der Umformung mit dem vorhandenen System zu ermitteln.
den für Standarddrehoperationen nähert, und bleibt ein sehr kostengünstiges Verfahren, mit dem zur Durchführung Herstellungsversuche Die Vorrichtung und das beschriebene Verfahren ist, dass Lasten bildet unter diesen Bedingungen für dieses Material gezeigt. Forschung in verschiedenen Herstellungswege und Formbarkeit können von kommerziellen Formanlagen durchgeführt entfernt werden, was extrem teuer ist, zu betreiben. Mit der Vorrichtung und Protokoll beschrieben, kann die Verarbeitung Parameter vor dem Bau von größeren Maßstab, einen höheren Durchsatz Ausrüstung untersucht werden, und nach Kenntnis der Autoren ist ein einzigartiger Ansatz.
Wie entwickelte sich das Protokoll nur auf eine bestimmte Variante des Aluminium-Gusslegierung aufgebracht worden ist, dieRe ist eine Vielzahl von anderen Aluminiumgusslegierungen, die für eine Vielzahl von Anwendungen außerhalb der Automobilräder untersucht werden konnte. Da diese Legierungen in etwa ähnliche Verarbeitungsfenster von einer Temperatur Perspektive entwickelte das Protokoll leicht angepasst werden kann.
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren möchten sich Ross McLeod, David Torok, Wonsang Kim und Carl Ng für ihre technische Unterstützung danken. MJ Roy möchte die Unterstützung von EPSRC (EP / L01680X / 1) durch die Materialien für anspruchsvolle Umgebungen Zentrum für Doktorandenausbildung und Rio Tinto Alcan für die finanzielle Unterstützung durch ein Forschungsstipendium Auszeichnung anzuerkennen.
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 |