zb 8 plastyczne kształtowanie lotniczych stopów al (w tym al-li) oraz ti

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


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



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




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




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



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




. Model geometryczny procesu walcowania uzębienia skośnego

Odwalcowany wałek z zaznaczonym rozkładem

intensywności odkształcenia



ROZWOJU REGIONALNEGO Politechnika Lubelska

Rozkład temperatury



ROZWOJU REGIONALNEGO Politechnika Lubelska

Politechnika LubelskaUNIA EUROPEJSKA

EUROPEJSKI FUNDUSZROZWPJU REGIONALNEGO


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.




Schemat procesu przepychania obrotowego

Popychacz

Wsad

DZ – śr. wsadu

Rolki

Strefa kalibrowania L Kąt kształtujący α




Wsady drążone ze stopu aluminium 6061 oraz uzyskane wyroby

z centralnym przewężeniem



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



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.




Politechnika Lubelska

Politechnika RzeszowskaINNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI



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




Koncepcja funkcji prądu w analizie kinematyki plastycznego płynięcia w procesie wyciskania kształtowników




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.



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.




Politechnika Śląska

Politechnika ŚląskaUNIA EUROPEJSKA

EUROPEJSKI FUNDUSZROZWPJU REGIONALNEGO


Ewolucja koncepcji procesu kształtowania segmentowego

Wnioski z dotychczasowego przebiegu realizacji prac

• Politechnika Śląska• 1. Suwak prasy, 2. Rolki, 3. Stempel segmentowy, 4. Materiał odkształcany



INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI Politechnika Śląska




Odkuwka ze stopu tytanu WT3-1 kształtowana w temperaturze 900°C

Odkuwka ze stopu tytanu WT3-1 kształtowana w temperaturze 1100°C



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.




Opis zmian mikrostruktury oraz właściwości

mechanicznych modelowych stopów Al – Li poddanych

procesowi wyciskania hydrostatycznego



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






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






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






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






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.






Mikrostruktura i właściwości blach bimetalicznych Ti-Ni

wytwarzanych metodą zgrzewania wybuchowego

Politechnika Warszawska






50 μm

Ni

TiPrzetopienia

WYNIKI BADAŃ - OBSERWACJE ZŁĄCZA

Ti

Ni

Silnie spłaszczone fale

Czarną strzałką oznaczono kierunek przebiegu spajania






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)






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.

zb 8 plastyczne kształtowanie lotniczych stopów al (w tym al-li) oraz ti

Documents