Ocena właściwości materiału wielowarstwowego Al-Ti

1466
MECHANIK NR 10/2016
Ocena właściwości materiału wielowarstwowego Al-Ti
zgrzewanego
metodą
wybuchową
po różnych
obróbkach
Ocena
właściwości
materiału
wielowarstwowego
Ocena
właściwości
materiału
wielowarstwowego
Al-TiAl-Ti
Ocena
właściwości
materiału
wielowarstwowego
Al-Ti
cieplnych
dla
celów
modelowania
obróbki
skrawaniem
zgrzewanego
metodą
wybuchową
po różnych
obróbkach
zewanego
metodą
wybuchową
po różnych
zgrzewanego
metodą
wybuchową
poobróbkach
różnych
obróbkach
materiałów
kompozytowych
cieplnych
dla
celów
modelowania
obróbki
skrawaniem
cieplnych
dla
celów
modelowania
obróbki
skrawaniem
cieplnych dla celów modelowania obróbki skrawaniem
materiałów
kompozytowych.
kompozytowych.
Evaluation of multilayer materiałów
material
Al-Ti properties
after various
heat treatments
materiałów
kompozytowych.
for machining of composite materials modeling
Evaluation
of multilayer
material
properties
various
heat treataluation
of multilayer
material
Al-Ti Al-Ti
properties
after after
various
heat treatEvaluation of multilayer material Al-Ti properties after various heat treatments
for machining
of composite
materials
modeling
ments
for machining
of composite
materials
modeling
MICHAŁ NAJWER
ments for machining of composite materials modeling
NAJWER
ŁMICHAŁ
NAJWER
PIOTR NIESŁONY
MICHAŁ
NAJWER *
PIOTR NIESŁONY*
NIESŁONY*
PIOTR NIESŁONY*
DOI: 10.17814/mechanik.2016.10.413
DOI: 10.17814/mechanik.2016.numerwydania.numer
DOI: 10.17814/mechanik.2016.numerwydania.numer
kolejny kolejny
niem. W tym też celu przeprowadzono próby gięcia
dla
W pracy przedstawiono wyniki badań wytrzymałościowych
DOI: 10.17814/mechanik.2016.numerwydania.numer
kolejny
różnych stanów materiału oraz wykonano symulacje MES
materiału
warstwowego
zgrzewanego
metodą
wybuchową
pracy przedstawiono
wyniki wytrzymałościobadań wytrzymałościoyWprzedstawiono
wyniki badań
zostały przedstawione
I, a schemat
przeprowadzanej
zostały przedstawione
w tabl. I, wa tabl.
schemat
przeprowadzanej
w
celu weryfikacji
modelu dla potrzeb modelowania obróbki
AA2519-Ti6Al4V
dla różnych
przypadków
obróbki
cieplnej
i walW
pracy
przedstawiono
wyniki
badań
wytrzymałościozostały
wych materiału
warstwowego
zgrzewanego
metodą
materiału
warstwowego
zgrzewanego
metodą
próby
gięcia zamieszczono
próby
gięcia
zamieszczono
naprzedstawione
rys. 1.na rys. 1.w tabl. I, a schemat przeprowadzanej
skrawaniem.
Oznaczenia próbek
oraz stany materiałowe
wych
materiału
warstwowego
zgrzewanego
metodą
próby gięcia zamieszczono
na rys. 1.
cowania.
Dodatkowo
przeprowadzono
symulację numeryczną
wybuchową
AA2519-Ti6Al4V
dla
różnych
przypadków
ową
AA2519-Ti6Al4V
dla różnych
przypadków
zostały
przedstawione
w
tabl.
I,
a
schemat próby gięcia
wybuchową
AA2519-Ti6Al4V
dla
różnych
przypadków
w
celu
weryfikacji
wyników
eksperymentalnych
dla
potrzeb
obróbki
i walcowania.
Dodatkowo
przeprowacieplnej cieplnej
i walcowania.
Dodatkowo
przeprowazamieszczono na rys. 1.
obróbki
cieplnej
walcowania.
Dodatkowo
modelowania
skrawaniem.
dzono
symulację
numeryczną
w
celu weryfikacji
wyni- przeprowaymulację
numeryczną
wobróbki
celui weryfikacji
wynidzono
w celu
weryfikacji
wyników
eksperymentalnych
dlanumeryczną
potrzeb
modelowania
sperymentalnych
dla potrzeb
modelowania
SŁOWA symulację
KLUCZOWE:
Symulacja
MES,
platerowanie,
zgrzewaków eksperymentalnych dla potrzeb modelowania
obróbki
skrawaniem.
skrawaniem.
nie, kompozyt
obróbki
skrawaniem.
SŁOWA
KLUCZOWE:
Symulacja
MES, platerowanie,
KLUCZOWE:
Symulacja
MES, platerowanie,
SŁOWA
KLUCZOWE: Symulacja MES, platerowanie,
zgrzewanie,
kompozyt
nie, kompozyt
In
this
paper,
the
results
of
zgrzewanie, kompozyt strength tests of clad material AA2519-Ti6Al4V
made
by explosive welding
after various cases of
n thisthe
paper,
the of
results
of strength
of clad mateaper,
results
strength
tests of tests
clad mateheat
treatment
and
rolling
were
presented.
Additionally
In
this
paper,
the
results
of
strength
of cladnumerimaterial
AA2519-Ti6Al4V
made
by explosive
after
519-Ti6Al4V
made by
explosive
welding welding
after tests
rial
AA2519-Ti6Al4V
made
by
explosive
welding
after
cal
simulation
was
conducted
to
verify
obtained
experimental
various
heat treatment
and were
rolling
were precases ofcases
heat of
treatment
and rolling
prevarious
of heat
treatment
rolling were preresults
forcases
modeling
machining.
sented.
Additionally
numerical
simulation
wasand
conductAdditionally
numerical
simulation
was
conductAdditionally
numerical
simulation
was conductKEYWORDS:
Simulation
FEM,
cladding,
explosive
welding,
ed
verify sented.
obtained
experimental
results
for
modeling
rifytoobtained
experimental
results
for
modeling
to
verify
obtained
experimental
results
for modeling
machining. ed
ng.
composite
machining.
KEYWORDS:
Simulation
FEM, cladding,
explosive
RDS:
Simulation
FEM, cladding,
explosive
weld- weldRys.weld1. przeprowadzonej
Schemat przeprowadzonej
próby gięcia
1. Schemat
próby gięcia
KEYWORDS: Simulation FEM, cladding,Rys.
explosive
ng, composite
mposite
W obecnych czasach dąży się do zmniejszenia mas Rys. 1. Schemat przeprowadzonej próby gięcia
ing, composite
elementów poprzez stosowanie materiałów ze stopów Rys. 1. Schemat próby gięcia
TABLICA
I. Oznaczenia
oraz
stany materiałowe
TABLICA
I. Oznaczenia
oraz stany
materiałowe
próbek próbek
W obecnych
czasach
się doprzykładem
zmniejszenia
mas
eleecnych
czasach
dąży
się dąży
do Takim
zmniejszenia
mas elemetali
lekkich.
trójwarstwowy
TABLICA I. Oznaczenia oraz stany materiałowe próbek
Wstosowanie
obecnych
czasach
dążyzesięmetali
dojest
zmniejszenia
mas plaelementów
materiałów
stopów
metali
poprzez poprzez
stosowanie
materiałów
ze
stopów
Stan
Próbka
Stan
oraz stany materiałowe próbek
ter AA2519
(5 mm)
– AA1050materiałów
(1 mm) – ze
Ti6Al4V
(5Próbka
mm). TABLICA I. Oznaczenia
mentów
stopów
metali
ekkich.przykładem
Takim
przykładem
jest stosowanie
trójwarstwowy
plater AA2519
Takim
jestpoprzez
trójwarstwowy
plater AA2519
Próbka Stan surowy
Stan
HTS
Stan surowy
HTS oraz
Charakteryzuje
się
on
wysoką
wytrzymałością
odPróbka
Stan
lekkich.
Takim– przykładem
jest trójwarstwowy
plater AA2519
0
0
HTS w cieplna
Stan
surowy
(5AA1050
mm) – AA1050
mm)
Ti6Al4V
(5 mm).
Charakteryzuje
(1 mm)
–(1Ti6Al4V
(5
mm). Charakteryzuje
Obróbka
w
530
C
przez
120
minut
+ staObróbka
cieplna
530
C
przez
120
minut
+
stapornością
balistyczną.
Dzięki
temu(5balistyczmoże
0
HTS
Stan
surowy
HT1
HT1stosowany
(5
mm)
– AA1050
(1
mm)
– Ti6Al4V
mm).być
Charakteryzuje
0 cieplna w
0 Obróbka
530
C przez 120 minut + stasię
on wytrzymałością
wysoką
wytrzymałością
oraz
odpornością
ysoką
oraz odpornością
balistyczrzenie
w
165
C
przez
600
minut
rzenie
w
165
C
przez
600
minut
HT1
0
w przemyśle
wojskowym
bądźlotnikosmicznym
na
Obróbka cieplna
w
przez
120600
min minut
+ starzenie
0
się
on
wysoką
wytrzymałością
oraz
balistyczw530°C
165
C
przez
ną.
Dziękimoże
temu
może
byćlotniczym,
stosowany
w przemyśle
ki temu
być
stosowany
w przemyśle
lotni-odpornością
Obróbka
530rzenie
C przez
120
minut
+ staObróbka cieplna
530 0C w
przez
120
minut
+ staHT1 w cieplna
0 600 min
w 165°C
przez
0 Obróbka cieplna
0
osłony
lub kosmiczny
tarcze.
ną.
Dzięki
temu
może
być
stosowany
w przemyśle
lotniw+ grubo530
C przez
120 minut + staHT2
rzenie
165 600
C przez
minut
redukcja
gruboHT2
rzenie w 165
Cw
przez
minut600
+ redukcja
czym, wojskowym
bądź
nalub
osłony
lub tarcze.
ojskowym
bądź
kosmiczny
na osłony
tarcze.
0 w 530°C przez 120 min + starzenie
Obróbka
HT2
165
C przez
600 minut + redukcja gruboczym,
wojskowym
kosmiczny
na
lub tarcze. ob- ści AA2519
Mimo
wysokiej
wytrzymałości
dzięki
odpowiednim
ścioAA2519
o 15w%cieplna
poprzez
walcowanie
15 %rzenie
poprzez
walcowanie
Mimo wysokiej
wytrzymałości,
dzięki
odpowiednim
obwysokiej
wytrzymałości,
dziękibądź
odpowiednim
ob-osłony
HT2
w 165°C
przez
600 omin
redukcja
grubości
AA2519
ści
AA2519
15+%
poprzez
walcowanie
Mimo
wysokiej
wytrzymałości,
dzięki odpowiednim
obróbkom
cieplnym
innymtechnologicznym,
procesom
technologicznym
róbkom
bądź
innym bądź
procesom
cieplnymcieplnym
bądź
innym
procesom
technologicznym,
o 15% poprzez walcowanie
róbkom
cieplnym
bądź
innym
procesom
technologicznym,
Odpowiednie
przeprowadzenie
Odpowiednie
przeprowadzenie
procesu procesu
symulacjisymulacji
gięcia, gięcia,
można
jeszcze
jego
właściwości
wymożna bardziej
jeszcze
bardziej
poprawić
jego poprawić
właściwości
wytrzyeszcze
poprawić
jegobardziej
właściwości
wytrzyOdpowiednie
przeprowadzenie
procesu
symulacji gięcia,
poprawić
właściwości
wytrzy-zaimplementowanie
adekwatnego
modelu
konstywymaga wymaga
zaimplementowanie
adekwatnego
modelu konstytrzymałościowe.
Zbadano
[1],cieplnej
żejego
zastosowanie
obróbki
małościowe.
Zbadano
[1], że bardziej
zastosowanie
obróbki
cieplnej
we. Zbadanomożna
[1], że jeszcze
zastosowanie
obróbki
Odpowiednie
przeprowadzenie
procesu
symulacji
gięcia
wymaga
zaimplementowanie
adekwatnego
modelu konstymałościowe.
Zbadano
[1],
że
zastosowanie
obróbki
cieplnej
tutywnego.
Model materiałowy
ma opisywać
relacje pomiętutywnego.
Model materiałowy
ma opisywać
relacjeadekwatnego
pomięz chłodzeniem
w lub
wodzie
lub wykonanie
przeróbki
cieplnej
z chłodzeniem
w wodzie
lub plastyczwykonanie
przeróbki
eniem
w wodzie
wykonanie
przeróbki
plastyczwymaga
zaimplementowanie
modelu
konstytutywnego.
Model materiałowy
ma opisywać
relacje pomięchłodzeniem
w wodzie
lub
przeróbki
plastyczdzy
naprężeniami
i odkształceniami
występującymi
w
dzy naprężeniami
odkształceniami
występującymi
w
nej
jak zplastycznej,
walcowanie
wpływa
na
stanznacznie
plateru.
jaktakiej
walcowanie
znacznieznacznie
wpływa
stanwykonanie
plateru.
takiej
jakna
walcowanie,
wpływa
na itutywnego.
Model materiałowy
ma opisywać
relacje pomiędzy warstwach
naprężeniami
i odkształceniami
występującymi
w
takiej
jak
walcowanie
znacznie
wpływa
na
stan
plateru.
poszczególnych
trimetalu,
w
obszarze
odkształposzczególnych
warstwach
trimetalu,
w
obszarze
odkształMa to zarówno
odbicienej
zarówno
na
wytrzymałości
jak
i
skrawalności
dbicie
na
wytrzymałości
jak
i
skrawalności
stan plateru. Ma to odbicie zarówno na wytrzymałości, jak poszczególnych
dzy
naprężeniami
i
odkształceniami
występującymi
w
powarstwach
trimetalu,
w
obszarze
odkształMa
to
odbicie
zarówno
na
wytrzymałości
jak
i
skrawalności
ceń
plastycznych,
aż do zniszczenia
[3]. Współceń
aż do zniszczenia
materiałumateriału
[3]. Współego materiału.
Z tego powodu
ustalenie
modelu
MESpowodu
ade-plastycznych,
eriału.
Z tegoi skrawalności
powodu
ustalenie
modelu
MES
tego
materiału.
Zadetego
ustalenie
szczególnych
warstwach
w obszarze
ceń
plastycznych,
aż
do trimetalu,
zniszczenia
materiału
[3]. Współmateriału.
Z plateru
tego powodu
ustalenie
modelu
MES
ade-wykorzystuje
cześnie
sięmodeli
szereg
modeli
materiałowych,
lecz odkształceń
cześnie
wykorzystuje
się szereg
materiałowych,
lecz
kwatnego
do tego
zmienionych
plateru
jest zjednym
z właściwości
o
do zmienionych
właściwości
jest
jednym
modelu
MESwłaściwości
adekwatnego
do zmienionych
plastycznych,
aż
do
zniszczenia
materiału
[3].
cześnie
wykorzystuje
się
szereg
modeli
materiałowych,
lecz
kwatnego
do
zmienionych
właściwości
plateru
jest
jednym
z
najczęstszym,
do modelowania
stopówjest
metali,
jest używany Współczenajczęstszym,
do modelowania
stopów metali,
używany
ważnych
elementów
pozwalających
na symulacyjne
ustaleelementów
pozwalających
na symulacyjne
ustaleplateru jest
jednym
zpozwalających
ważnych
elementów
pozwalających
najczęstszym,
do modelowania
stopów
metali,
jest używany
śnie
wykorzystuje
się
szereg
modeli
materiałowych,
lecz
ważnych
elementów
na
symulacyjne
ustalemodel
Johnsona-Cooke'a
(J-C).
Uwzględnia
on
takie
paramodel
Johnsona-Cooke'a
(J-C).
Uwzględnia
on
takie
paranie
parametrów
procesu
skrawania
dla wielowartakich wielowarmetrów
procesu
skrawania
dla takich
na symulacyjne
ustalenie
procesu
skrawania
model
Johnsona-Cooke'a
(J-C).
Uwzględnia
on
takie paranajczęściej
do modelowania
stopów
używany
jest
nie
parametrów
procesu parametrów
skrawania dla
takichjak
wielowarmetry
jak umocnienie
materiału,
prędkość
odkształcenia,
jak
metry
umocnienie
materiału,
prędkość
odkształcenia,
jak metali
stwowych
materiałów
obrabianych.
h
materiałów
obrabianych.
dla
takich
wielowarstwowych
materiałówrównież
obrabianych.
metry
jak
umocnienie
odkształcenia,
jak
model
Johnsona-Cooke’a
(J-C).
Uwzględnia
on takie parastwowych materiałów obrabianych.
również
wpływ
zmiękczenia
cieplnego
na prędkość
zmianę
stanu
wpływ zmiękczenia
cieplnego
namateriału,
zmianę
stanu
również
wpływ
zmiękczenia
cieplnego
zmianę stanu
metry,
umocnienie
materiału,
prędkość
[2].
Do przeprowadzenia
symulacji
w
naprężeńnaprężeń
materiałumateriału
[2].
Do jak
przeprowadzenia
symulacji
w na odkształcenia,
Cel
i metodyka
todyka
badań badań
naprężeń
materiału
[2]. Do
przeprowadzenia
symulacjistaw
metodykabadań
badań
Cel ii metodyka
jak
również
wpływ
zmiękczenia
cieplnego
na
programie
przyjęto
model
Jonhsona-Cooke'a
w zmianę
programie
ABAQUSABAQUS
przyjęto
model
Jonhsona-Cooke'a
w
programie
ABAQUS
przyjęto
model
Jonhsona-Cooke'a
w
następującej
postaci:
następującej
postaci:
nu
naprężeń
materiału
[2].
Do
przeprowadzenia
symulacji
W
większości
przypadków
badany,
trójwarstwowy
plater
ększości przypadków badany, trójwarstwowy plater
następującej
postaci:
W
większości
przypadków
badany,
trójwarstwowy
plater
W
większości
przypadków
badany,
trójwarstwowy
pla(trimetal)
zastosowanie
jako bądź
osłonytarcze
bądź tarcze
znajdzie znajdzie
zastosowanie
jako osłony
w programie ABAQUS przyjęto model J-C w postaci:
zastosowanie
jakojako
osłony
bądź
tarcze
𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑚𝑚 𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑚𝑚
𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝
tertego
(trimetal)
znajdzie
osłony
bądź
tar- = [𝐴𝐴
𝑝𝑝 )𝑛𝑛+
balistyczne.
Z(trimetal)
teżznajdzie
powodu
materiał
tenformobędzie
formone. Z tego też
powodu
materiał
tenzastosowanie
będzie
] �1
(1)
𝐵𝐵(𝜀𝜀
� �
𝜎𝜎𝑝𝑝 = [𝐴𝐴 +𝜎𝜎𝑝𝑝𝐵𝐵(𝜀𝜀
+𝑝𝑝𝐶𝐶)𝑛𝑛ln] �1
� 0̇+��𝐶𝐶�1ln−𝑝𝑝� 𝜀𝜀�𝑛𝑛0̇ �� �1
�− �𝑇𝑇 −𝑇𝑇𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝(1)
𝑇𝑇−𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑚𝑚
𝜀𝜀
balistyczne.
tego
powodu
materiał
tenWbędzie
formo𝑡𝑡 � 𝑜𝑜𝑜𝑜 �� �1 − �
cze
balistyczne.
Z też
tego
też powodu
ten będzie
(1)
𝜎𝜎𝑝𝑝 = [𝐴𝐴 + 𝐵𝐵(𝜀𝜀 ) 𝑇𝑇]𝑡𝑡−𝑇𝑇
�1𝑜𝑜𝑜𝑜+ 𝐶𝐶 ln
� �
wany głównie
poprzez
tłoczenie
i obróbkę
skrawaniem.
ównie
poprzez
tłoczenie
iZobróbkę
skrawaniem.
W materiał
0̇
𝜀𝜀
𝑇𝑇
𝑡𝑡 −𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜
głównie
poprzez
tłoczenie
obróbkę
skrawaniem.
W
formowany
głównie
poprzez
tłoczenie
i obróbkę
skrawaym też
celu wany
przeprowadzono
próby
gięcia
dlai różnych
stacelu
przeprowadzono
próby
gięcia
dla
różnych
stap
p
ε - odkształcenia
σ p - naprężenia
uplastyczniające,
ε - odkształcenia
σ pgdzie:
- naprężenia
uplastyczniające,
gdzie:
tym
teżwykonano
celu
przeprowadzono
próby
gięcia
dla różnych
stagdzie:
σp – naprężenia
uplastyczniające,
εp – odkształcenia
plastyczne,
nów
materiału,
oraz
symulacje
MES
w celu
weryeriału,
oraz wykonano
symulacje
MES w celu
weryεp - -odkształcenia
σ podkształceń
𝑝𝑝 - prędkość
- naprężenia
uplastyczniające,
gdzie:
𝑝𝑝 - prędkość
plastyczne,
odkształceń
plastycznych,𝜀𝜀̇
𝜀𝜀̇
plastyczne,
plastycznych,𝜀𝜀̇
– prędkość
odkształceń
plastycznych,
odkształcenia
𝜀𝜀̇
nów
materiału,
oraz
wykonano
symulacje
MES
w
celu
wery0
0 -– prędkość
ikacji modelu
dla potrzeb
modelowania
modelu
dla potrzeb
modelowania
obróbki obróbki
𝑝𝑝
plastyczne,
odkształceń
odniesienia,
T odniesienia,
–𝜀𝜀̇temperatura,
Tt –- temperatura
* Mgr inż. Michał
Najwer
([email protected]),
dr hab. inż.
Piotr
Nie- odkształcenia
T
Tplastycznych,𝜀𝜀̇
prędkość
temperatura,
T- -prędkość
T t - topnienia
prędkość
odkształcenia
odniesienia,
temperatura,
fikacji
modelu
dla
potrzeb
modelowania
obróbki
t - materiału, Tot0–
skrawaniem.
Oznaczenia
próbek
oraz
stany materiałowe
em. Oznaczenia
próbek
oraz
stany
materiałowe
T otoczeTt odkształcenia
odniesienia,
- temperatura,
temperatura
otoczenia,
A,TB,
C,
m, n –
stałe zależne
od modelowanego
słony prof. PO ([email protected])
Katedra
Technologii
Maszyn
temperatura
topnienia
materiału,
T ot - temperatura
otoczetemperatura
topnieniaprędkość
materiału,
skrawaniem.
Oznaczenia próbek –oraz
stany
materiałowe
ot - temperatura
materiału obrabianego.
i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Opolska
T ot - materiatemperatura otoczetemperatura
topnienia
materiału,
A, B,
m,
nzależne
- stałe od
zależne
od modelowanego
C, m,
n -C,
nia, A, B,nia,
stałe
modelowanego
materia*mgr
inż.Najwer
Michał([email protected]),
Najwer ([email protected]),
dr hab. łu
inż.
Michał
dr hab. inż.
nia, A, B, C, m, n - stałe zależne od modelowanego materiału
obrabianego.
obrabianego.
inż. ([email protected])
Michał Najwer - ([email protected]),
Piotr Niesłony,
prof. PO
Katedra Tech- dr hab. inż.
słony,
prof. PO *mgr
([email protected])
Katedra -Techłufizyczne
obrabianego.
własności
fizyczne
i parametry
modelu
Przyjęte Przyjęte
własności
i parametry
modelu J-C
dla J-C dla
Piotr
Niesłony,
prof.
PO ([email protected])
nologiii Maszyn
i Automatyzacji
Produkcji,
Wydział Mechaniczny,- Katedra Techaszyn
Automatyzacji
Produkcji,
Wydział
Mechaniczny,
Przyjęte
fizyczne
i parametry
modelu J-C dla
materiałów
warstw
plateruwłasności
podanewzostały
II.
materiałów
warstw plateru
podane
zostały
tabl. II.w tabl.
nologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział
Mechaniczny,
Politechnika
ka Opolska Opolska
materiałów warstw plateru podane zostały w tabl. II.
Politechnika Opolska
ści AA2519 o 15 % poprzez walcowanie
dzięki odpowiednim obocesom technologicznym,
Odpowiednie przeprowadzenie procesu symulacji gięcia,
jego właściwości wytrzywymaga zaimplementowanie adekwatnego modelu konstyosowanie obróbki cieplnej
tutywnego. Model materiałowy ma opisywać relacje pomięnanie przeróbki plastyczdzy10/2016
naprężeniami i odkształceniami występującymi w
e wpływa na stanMECHANIK
plateru. NR
poszczególnych warstwach trimetalu, w obszarze odkształmałości jak i skrawalności
ceń plastycznych, aż do zniszczenia materiału [3]. Współtalenie modelu MES adecześnie wykorzystuje się szereg modeli materiałowych, lecz
ości plateru jest jednym
z
Przyjęte
własności fizyczne i parametry modelu J-C dla
najczęstszym, do modelowania stopów metali, jest używany
h na symulacyjne ustalemateriałów
warstw
plateru podane
zostały w
II.
model
Johnsona-Cooke'a
(J-C). Uwzględnia
ontabl.
takie parania dla takich wielowarmetry jak umocnienie materiału, prędkość odkształcenia, jak
również wpływ zmiękczenia cieplnego na zmianę stanu
TABLICA II.naprężeń
Własności
fizyczne i parametry modelu J-C dla mamateriału [2]. Do przeprowadzenia symulacji w
teriałów warstw
plateru
[2, 4,przyjęto
5]
programie
ABAQUS
model Jonhsona-Cooke'a w
3
następującej
postaci:
any, trójwarstwowyMateriał
plater
Gęstość ρ, kg/m
Moduł Younga E, Pa Liczba Poissona ν
jako osłony bądź tarcze
𝑚𝑚0.33
AA2519
2820
7∙109𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝
𝑇𝑇−𝑇𝑇
materiał ten będzie formo(1)
𝜎𝜎𝑝𝑝 = [𝐴𝐴 + 𝐵𝐵(𝜀𝜀 𝑝𝑝 )𝑛𝑛 ] �1 + 𝐶𝐶 ln � 90̇ �� �1 − � 𝑜𝑜𝑜𝑜 � �
𝑇𝑇𝑡𝑡 −𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜
0.33
AA1050
2710
7,1∙10𝜀𝜀
obróbkę skrawaniem.
W
by gięcia dla różnych
stap
0.342
Ti6Al4V
11∙109
gdzie: σ4510
p - naprężenia uplastyczniające, ε - odkształcenia
mulacje MES w celu wery𝑝𝑝 Pa
-1
C
n
m
prędkość
odkształceń
plastycznych,𝜀𝜀̇
plastyczne,
A,
Pa
B,
𝜀𝜀̇
0,- s
modelowania obróbki
T - temperatura,
T t -1
odniesienia,0.46
oraz stany materiałowe
AA2519 prędkość
78∙106 odkształcenia
302∙106
0.0001
0.7
temperatura topnienia materiału, T ot - temperatura otocze6
6
1.34 materia-1
AA1050 nia,
324∙10
A, B, C,113∙10
m, n - stałe 0.002
zależne od 0.42
modelowanego
[email protected]), dr hab. inż.
6
obrabianego.
331∙106
0.012
0.34
0.8
1
Ti6Al4V łu
862∙10
po.opole.pl) - Katedra TechPrzyjęte własności fizyczne i parametry modelu J-C dla
kcji, Wydział Mechaniczny,
materiałów warstw plateru podane zostały w tabl. II.
Wyniki badań eksperymentalnych i symulacji MES
Wykonane dla trzech stanów plateru próby gięcia, oceniane w funkcji zgięcia trimetalu, przedstawiono na rys. 2.
1467
w odpowiedniej kolejności etapów kształtowania takich platerów, aby obrabiać plastycznie blachy w stanie podatnym
na kształtowanie, a procesy obróbki cieplnej prowadzić
przed obróbką skrawaniem.
TABLICA III. Wytrzymałości poszczególnych próbek
Przekrój, mm2
Siła, kN
HTS
224,83
19,7
Wytrzymałość, MPa
87,62
HT1
227,91
24,0
105,30
HT2
215,14
23,7
110,16
Proces gięcia modelowano w pakiecie Abaqus w celu
określenia poprawności modelu konstytutywnego i zastosowanych jego parametrów. Ustalono, że dla analizowanych przypadków gięcia porównywalne wyniki uzyskano dla
próbki HT1. Modelowanie MES trimetalu bez obróbki cieplnej (HTS) i po walcowaniu (HT2) wymaga wprowadzenia
korekty w parametrach modelu J-C. Można jednak stwierdzić, że zaproponowany model może być wykorzystany do
symulacji obróbki skrawaniem badanego plateru w stanie
opisanym jako HT1, czyli po obróbce cieplnej i starzeniu.
Rys. 2. Przebieg próby gięcia z rozciąganą warstwą Ti6Al4V oraz wyszczególnionymi charakterystycznymi strefami
Rys. 3. Rozkład naprężeń w materiale trimetalu podczas gięcia z rozciąganą warstwą Ti6Al4V
Proces gięcia można podzielić na trzy strefy. W strefie
A, po ustabilizowaniu się układu, zaobserwowano monotoniczny, jednostajny wzrost siły gięcia w funkcji kąta wygięcia próbki. Strefa B charakteryzuje się pewnymi wahaniami
siły gięcia, co może być związane z przewężeniem oraz
zmianą kształtu warstwy rozciąganego materiału. Może być
to również spowodowane rozpoczęciem procesu przeginania próbki i jej wciskania ślizgowego w oprzyrządowanie testowe. Ostatnia strefa C związana jest z wyginaniem próbki
wtłaczanej ślizgowo pomiędzy szczęki oprzyrządowania.
Próbki w stanie HTS (rys. 2) wykazywały się najmniejszą
podatnością na zginanie. Wyraźny wzrost wytrzymałości
zaobserwowano dla próbek HT1 oraz HT2. Dla średniego
kąta zgięcia 60° przyrost siły wynosił odpowiednio 9 kN
(53%) i 4,7 kN (28%). Mniejsza siła użyta do zgięcia próbki
HT2 spowodowana jest zredukowaniem grubości aluminium poprzez walcowanie, co za tym idzie zmniejszeniem
przekroju. Mimo to próbki te wykazywały się największą
wytrzymałością. Zestawienie wytrzymałości doraźnej dla
poszczególnych stanów badanego trimetalu przedstawiono
w tabl. III.
Dodatkowo, w celu oceny wytrzymałości na zginanie
w stabilnym obszarze gięcia (strefa A na rys. 2), wyliczono
poszczególne gradienty przyrostu siły w funkcji kąta zgięcia. Najmniejszym gradientem równym 100 N/stopień charakteryzowały się próbki HTS. Zastosowanie parametrów
obróbki cieplnej, jak dla próbki HT1, spowodowało wzrost
gradientu do wartości 130 N/stopień, a najwyższe wartości
150 N/stopień uzyskano dla HT2. Ma to ogromne znaczenie przy projektowaniu technologii kształtowania i obróbki
takich materiałów. Wiedza ta pozwala na zaprojektowanie
Podsumowanie
●● Zaproponowane warunki obróbki cieplnej oraz przeróbki
plastycznej wpływają w znaczący sposób na wytrzymałość
na zginanie poszczególnych warstw badanego materiału.
●● Najwyższą wytrzymałość doraźną uzyskano dla próbki
po przeróbce plastycznej HT2 skojarzonej z redukcją grubości warstwy stopu aluminium AA2519.
●● Oceniając symulacje MES dla wybranego zakresu parametrów konstytutywnych, ustalono, że porównywalne
wyniki uzyskano dla próbki po obróbce cieplnej i starzeniu
(HT1).
●● Należy przyjąć, że modelowanie MES trimetalu bez obróbki cieplnej (HTS) i po walcowaniu (HT2) wymaga wprowadzenia korekty w parametrach modelu J-C.
LITERATURA
1.Najwer M., Niesłony P. “Ocena mikrotwardości oraz własności wytrzymałościowych trimetalu AA2519-AA1050-Ti6Al4V po różnych obróbkach
cieplnych”. Przegląd Spawalnictwa. Nr 4 (2016): s. 16÷18.
2.Zhang Y., Outeiro J.C., Mabrouki T. “On the selection of Johnson-Cook
constitutive model parameters for Ti-6Al-4V using three types of numerical models of orthogonal cutting”. Procedia CIRP. Vol. 31 (2015):
pp. 112÷117.
3.Kosmol J., Mieszczak W. „Zastosowanie metody elementów skończonych do modelowania procesu wiercenia”. Modelowanie Inżynierskie.
Nr 6 (2009): s. 169÷176.
4.Schwer L. „Aluminum plate perforation: a comparative case study using
Lagrange with erosion, multi-material ALE and Smooth Particle Hydrodynamics”. 7th European LS-DYNA Conference.
5.Beusink M. “Measurements and simulations on the (dynamic) properties
of aluminium alloy AA6060”. Doctoral thesis, Eindhoven University of
Technology, 2011.
■