zb 8 plastyczne kształtowanie lotniczych stopów al (w tym al-li) oraz ti
Post on 03-Jan-2016
51 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
ZB 8 Plastyczne kształtowanie lotniczych stopów Al (w tym Al-Li) oraz Ti
Instytucje partnerskie w zadaniu:Politechnika Częstochowska
Politechnika Lubelska Politechnika Rzeszowska
Politechnika ŚląskaPolitechnika Warszawska
Liderzy merytorycznii:Dr hab. inż. Romana ŚliwaProf. Dr hab. Inż. Franciszek Grosman
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Politechnika CzęstochowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Symulacja procesu gięcia blach tytanowychModel numeryczny odzwierciedla proces gięcia w przyrządzie przedstawionym na rysunku 2.
Rys. 2. Widok przyrządu do gięcia Rys. 1. Model numeryczny
Rys. 3. Mikrostruktura blachy tytanowej: a) Grade 2, b) Grade 5; mikroskop świetlny, pow. 200x
a) b)
Narzędzie: sprężysty model materiału Odkształcany
materiał: sprężysto-plastyczny model, oparty na warunku plastyczności von Misesa, stowarzyszonym z
prawem plastycznego płynięcia, wykorzystującym funkcję plastyczności von
Misesa i zasadę izotropowego umocnienia.model 2Dprocesu gięcia,
2332 węzły, 482 elementy typu 2D-solid;
Politechnika CzęstocowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Wyniki obliczeń numerycznych
Rys. 4. Rozkład odkształceń plastycznych w giętych próbkach
Rys. 5. Kąt sprężynowania blach Grade 2 (a) oraz Grade 5 (b); grubość blachy 0,8 mm, promień gięcia rg=7mm, kąt gięcia – =90o
Politechnika CzęstochowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Wyniki obliczeń numerycznych i badań doświadczalnych
Rys. 6. Kąt sprężynowania w funkcji grubości blachy; promień gięcia –7mm, kąt gięcia – =90o
Rys. 7. Kąt sprężynowania w funkcji promienia gięcia; grubość blachy – 0,8mm, kąt gięcia – =90o
Rys. 8. Kąt sprężynowania w funkcji kąta gięcia (wyniki badań doświadczalnych); grubość blachy 0,8 mm, promień gięcia rg=7mm
Politechnika CzęstochowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Wnioski
W wyniku przeprowadzonych obliczeń numerycznych procesu gięcia stwierdzono, że:
• Zjawisko sprężynowania zależy od wielkości środkowej warstwy materiału, która w trakcie procesu gięcia nie ulega odkształceniu plastycznemu, a ta z kolei silnie zależy od: rodzaju materiału, promienia gięcia i grubości giętego materiału.
• Zjawisko sprężynowania powrotnego jest tym intensywniejsze im wyższa granica plastyczności.
• Aktualnie prowadzane są analizy numeryczne procesu kształtowania blach tytanowych z wykorzystaniem programu PAMStamp, a niezbędne do symulacji numerycznych dane materiałowe są wyznaczane doświadczalnie na materiałach zakupionych w ramach Projektu.
Politechnika LubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Podzadania badawcze wykonane w ramach ZB8 w I półroczu 2010roku przez zespół z Politechniki Lubelskiej
1.Walcowanie uzębienia skośnego
2.Przepychanie obrotowe
3.Kucie bezwypływkowe odkuwki korbowodu
Politechnika LubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
. Model geometryczny procesu walcowania uzębienia skośnego
Odwalcowany wałek z zaznaczonym rozkładem
intensywności odkształcenia
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO Politechnika Lubelska
Rozkład temperatury
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO Politechnika Lubelska
Politechnika LubelskaUNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Podsumowanie•Wyniki uzyskane dla stopu aluminium PA38 wskazują na możliwość skutecznego kształtowania uzębienia za pomocą proponowanej metody. •W najbliższej przyszłości planowane jest przeprowadzenie badań doświadczalnych walcowania poprzecznego uzębienia skośnego weryfikujących wykonane obliczenia. •Wyniki tych badań będą przedstawione w literaturze specjalistycznej.
Politechnika LubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Schemat procesu przepychania obrotowego
Popychacz
Wsad
DZ – śr. wsadu
Rolki
Strefa kalibrowania L Kąt kształtujący α
Politechnika LubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Wsady drążone ze stopu aluminium 6061 oraz uzyskane wyroby
z centralnym przewężeniem
Politechnika LubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGOWnioski
Podsumowanie•Rezultaty przeprowadzonych badań doświadczalnych potwierdziły możliwość kształtowania wyrobów drążonych metodą obciskania obrotowego. •Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na możliwość uzyskiwania dostatecznie wąskich zakresów tolerancji wymiarowych owalności, co stanowi jeden z kluczowych problemów w procesach walcowania poprzecznego wyrobów drążonych.• Sporadyczne występowanie w procesie zjawiska poślizgu, szczególnie dla wyrobów o mniejszych grubościach ścianki, wskazuje na konieczność prowadzenia dalszych prac nad konstrukcją narzędzi oraz realizacji badań wpływu stosowanych parametrów technologicznych na stabilność procesów kształtowania.
Politechnika lubelskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Model graficzny narzędzi stosowanych w procesie kucia
bezwypływkowego odkuwki korbowodu
• Podsumowanie• Możliwe jest wykonanie odkuwki korbowodu bez wypływki w TPK, dzięki
zastosowaniu narzędzi z 3 płaszczyznami podziału. Trzy ruchome narzędzia w tej prasie pozwalają zastosować przedkuwkę o średnicy większej niż wymiar poprzeczny wykroju.
• Proces kucia odkuwki korbowodu bez wypływki jest materiałooszczędny i przebiega w jednym cyklu roboczym prasy. Brak wypływki zapewnia ciągłość włókien, co powinno zapewnić lepsze własności od uzyskiwanych w innych metodach wytwarzania korbowodów
• Na podstawie wyników analizy numerycznej stwierdzono, że możliwe jest wykonanie przedkuwki do kucia korbowodu w procesie walcowania poprzeczno-klinowego.
• W procesie kształtowania korbowodu składającego się z walcowania poprzeczno-klinowego przedkuwki i kucia bezwypływkowego występują również zjawiska niekorzystne. Zaliczyć do nich należy konieczność stosowania naddatku technologicznego materiału przy walcowaniu, który obcinany jest z obu stron walcowanej przedkuwki oraz występowanie wypływki czołowej podczas operacji kucia, którą należy usunąć.
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Politechnika Lubelska
Politechnika RzeszowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
W przypadku wyciskania profili z Al o zróżnicowanej grubości ścianek zwłaszcza tych skomplikowanych i zawierających w przekroju elementy
cienkościenne, występują trudności związane z uzyskaniem odpowiedniej stateczności kształtu, stabilności wymiarów, jakości powierzchni oraz
jednorodnej struktury i własności
Opis mechaniki plastycznego płynięcia
Politechnika RzeszowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Koncepcja funkcji prądu w analizie kinematyki plastycznego płynięcia w procesie wyciskania kształtowników
Politechnika RzeszowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Przebiegi bezwymiarowej funkcji prądu (r,z) w zależności od r/R0 : a) przekrój kołowy - Pb1, b) przekrój prostokątny
A-A- Pb1, c) przekrój prostokątny B-B - Pb1, d) przekrój kołowy - PA6.
• Podsumowanie
• Doświadczalne przebiegi funkcji prądu stanowią bezpośrednią praktyczną wskazówkę do teoretycznego opisu procesu wyciskania.
• Kształt teoretycznych linii prądu niewiele odbiega od eksperymentalnych, różniąc się głównie w rejonie naroża przy wejściu w obszar płynięcia plastycznego. W pozostałym obszarze obserwuje się dobrą zgodność obydwu przebiegów – teoretycznego i eksperymentalnego.
• Teoretycznie określone linie prądu mogą służyć do przewidywania schematów plastycznego płynięcia materiału w procesie wyciskania kształtowników, co znajduje szczególne uzasadnienie w modelowaniu płynięcia stopów o mniej regularnym typie płynięcia, stosunkowo małym zakresie plastyczności oraz na ogół złożonym kształcie, co cechuje materiały i profile lotnicze.
• Wyniki metody funkcji prądu w poszukiwaniu dokładnego opisu mechaniki plastycznego płynięcia potwierdzają celowość jej zastosowania w odniesieniu do materiałów wymagających szczególnej uwagi z powodu złożonych schematów płynięcia będących konsekwencją własności stopów Al, koniecznością spełnienia wysokich wymagań odnośnie cech finalnych (geometrycznych, mechanicznych, strukturalnych) wyrobu wyciskanego jako profilu lotniczego.
• Metoda jest czuła na zidentyfikowanie obszarów uplastycznienia oraz cech przebiegu linii prądu odzwierciedlających rzeczywisty ich przebieg. Stanowi to podstawę adekwatnego modelowania procesu wyciskania profili o wysokich wymaganiach eksploatacyjnych.
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI Politechnika Rzeszowska
• Nowa metoda wytwarzania elementów i pokryć integralnych w procesach kształtowania plastycznego
Kształtowanie segmentowe
• Proces kształtowania segmentowego polega na wykonywaniu wgłębień o dużej powierzchni i głębokości poprzez sumowanie wgłębień pojedynczych segmentów o
małej powierzchni nacisku oraz małym pojedynczym wgłębieniu.
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Politechnika Śląska
Politechnika ŚląskaUNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Ewolucja koncepcji procesu kształtowania segmentowego
Wnioski z dotychczasowego przebiegu realizacji prac
• Politechnika Śląska• 1. Suwak prasy, 2. Rolki, 3. Stempel segmentowy, 4. Materiał odkształcany
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI Politechnika Śląska
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Odkuwka ze stopu tytanu WT3-1 kształtowana w temperaturze 900°C
Odkuwka ze stopu tytanu WT3-1 kształtowana w temperaturze 1100°C
Politechnika Śląska
Politechnika Śląska
Podsumowanie• Przedstawiona koncepcja przyrządu do kształtowania
segmentowego została zweryfikowana we wstępnych badaniach realizowanych na prasie obwiedniowej PXW-200.
• Wyniki prób kucia modelowej odkuwki osiowosymetrycznej ze stopu aluminium PA38 i stopu tytanu WT3-1, potwierdziły słuszność przyjętych założeń konstrukcyjnych do opracowania kompletnej dokumentacji technicznej przyrządu.
• Aktualne działania zmierzające do opracowania kompleksowej technologii kucia segmentowego skoncentrowane są m.in. na pracach związanych z wykonaniem przyrządu oraz opracowaniem systemu sterowania, pomiaru i rejestracji parametrów pracy prasy hydraulicznej i napędu rolek.
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Opis zmian mikrostruktury oraz właściwości
mechanicznych modelowych stopów Al – Li poddanych
procesowi wyciskania hydrostatycznego
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
Politechnika Warszawska
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WYNIKI BADAŃ – stan wyjściowy (mikroskopia optyczna)
200 m
Al – 2.2 Li – 0.1 Zr Al – 2.3Li
Al – 2.2 Li – 1.2 Cu – 0.1 Zr
200 m 200 mKi
erun
ek
wal
cow
ania
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WYNIKI BADAŃ – po odkształceniu metodą HE (ε = 2.4) (mikroskopia optyczna)
Al – 2.2 Li – 0.1 Zr
Al – 2.2 Li – 1.2 Cu – 0.1 Zr
100μm 100μmKi
erun
ek
wyc
iska
nia
Al – 2.3Li
100μm
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WYNIKI BADAŃ – po odkształceniu metodą HE (ε = 2.4) (mikroskopia transmisyjna)
Al – 2.2 Li – 0.1 Zr
Al – 2.2 Li – 1.2 Cu – 0.1 Zr
Kier
unek
w
ycis
kani
a
Al – 2.3Li
1μm
1μm1μm
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WNIOSKI
• Wyciskanie hydrostatyczne doprowadziło do zmniejszenia
średniej wielkości ziarna z około 30 μm do 0,39 μm w stopie Al – Li
oraz z 22 μm do 0,31 μm w stopie z dodatkiem Zr.
• Na podstawie przeprowadzonych pomiarów mikrotwardości
można stwierdzić, że otrzymana mikrostruktura po HE jest
jednorodna zarówno na przekroju zgodnym jak i porzecznym do
kierunku wyciskania.
• Wyniki badań właściwości mechanicznych wskazują na około
dwukrotny wzrost σ0.2 oraz σm w badanych stopach w odniesieniu
do stanu wyjściowego.
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
Mikrostruktura i właściwości blach bimetalicznych Ti-Ni
wytwarzanych metodą zgrzewania wybuchowego
Politechnika Warszawska
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
50 μm
Ni
TiPrzetopienia
WYNIKI BADAŃ - OBSERWACJE ZŁĄCZA
Ti
Ni
Silnie spłaszczone fale
Czarną strzałką oznaczono kierunek przebiegu spajania
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WYNIKI BADAŃ - MIKROSTRUKTURA
100 μm
Ni
100 μm
Ti
Mikrostruktura bimetalu Ti-Ni w stanie wyjściowym – materiał podstawowy (nikiel)
Mikrostruktura bimetalu Ti-Ni w stanie wyjściowym – materiał nakładany (tytan)
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
Kształtowanie plastyczne z dużymi szybkościami odkształcenia lotniczych stopów aluminium i tytanu
WNIOSKI:
•zmiana charakteru złącza wzdłuż kierunku łączenia świadczy o niestabilności parametrów procesu, w szczególności szybkości spajania
•w obszarze złącza mikrostruktura obu łączonych materiałów jest zaburzona, wystąpiło rozdrobnienie i odkształcenie ziaren, co wiąże się również z umocnieniem materiału w tym obszarze
•na powierzchni złącza znajdują się niewielkie obszary fazy przetopionej, umiejscowione w zawinięciach fal. Obszary te są stopem obu łączonych metali, mogą różnić się między sobą wielkością i składem chemicznym.
top related