ODKSZTAŁCENIA SPRYSTE W WYTŁOCZKACH Z BLACH SPAWANYCH LASEREM

Transkrypt

1 Obróbka Plastyczna Metali Nr 3, 2005 Procesy cicia i kształtowania blach, prtów i rur dr in. Henryk Woniak, dr in. Andrzej Plewiski, mgr in. Tadeusz Drenger Instytut Obróbki Plastycznej, Pozna ODKSZTAŁCENIA SPRYSTE W WYTŁOCZKACH Z BLACH SPAWANYCH LASEREM Streszczenie Przeprowadzono badania dowiadczalne w celu zaobserwowania wpływu spoiny w materiale wyjciowym na odkształcenia spryste w wytłoczkach cylindrycznych bez kołnierza i z kołnierzem, w wytłoczkach o kształcie L i elementach gitych o kształcie V. Badania przeprowadzono z blachami stalowymi ocynkowanymi E220BH, spawanymi laserem. Wpływ spoiny zaobserwowano w wytłoczkach cylindrycznych bez kołnierza i elementach gitych, natomiast w wytłoczkach cylindrycznych z kołnierzem i o kształcie L, czyli o wikszej sztywnoci, wpływ ten był niewielki i w praktyce moliwy do pominicia. Badania przedstawione w tym opracowaniu s wycinkiem bada prowadzonych w ramach projektu INETFORSMEP. Słowa kluczowe: odkształcenie spryste, blacha spawana laserem, kołowo 1. Wstp W wyniku dotychczasowych bada własnych oraz bada innych autorów[1,2] stwierdzono, e blachy spawane laserowo mona poddawa takim samym procesom kształtowania wytłoczek jak blachy jednorodne, bez obawy wystpienia zjawiska pkania materiału. Celem bada opisanych w niniejszym artykule było zaobserwowanie wpływu spoiny w wykroju wyjciowym blachy na powrotne odkształcenia spryste wybranych kształtów wytłoczek: wytłoczek cylindrycznych bez kołnierza i z kołnierzem, wytłoczek o kształcie L, elementów gitych o kształcie V. Oddziaływanie spoiny na odkształcenia spryste wytłoczek oceniano na podstawie porównania wyników pomiarów kształtu wytłoczek z materiału jednorodnego bez spoiny i materiału ze spoin spawan laserowo. 2. Badania materiałowe i wykonanie próbek Blachy uyte do bada s dwustronnie ocynkowane i wykonane z materiału o podwyszonych własnociach wytrzymałociowych o oznaczeniu E220BH. Skład chemiczny i własnoci mechaniczne podano w tablicach 1 i 2. Skład chemiczny materiału uytego do bada [%] Oznaczenie blachy C Mn P S Si Al Ti Tablica 1 E220BH

2 Oznaczenie blachy R 0,2 [MPa] Własnoci mechaniczne materiału do bada Własnoci mechaniczne* R m [MPa] wydłuenie [%] Grubo Uwagi E220BH ,9 0,70 Powłoka cynk nikiel 4,2/4,2 mikrometry (powłoka elektrolityczna) * własnoci mechaniczne zmierzone przy prdkoci odkształcenia ε = 10-2 s -1 Tablica [HV0,1] Twardo ,3mm ,1mm Rys. 1. Przykład struktury metalograficznej spoiny po połczeniu blach E220BH-E220BH wraz z pomiarami twardoci HV 0.1 Spawanie blach przeprowadzono w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach na maszynie TRUMF Lasercell 1005 z laserem CO 2 o mocy 3800W. Spoiny zostały zbadane metalograficznie. Na rys. 1 mona zaobserwowa rozrost ziarna w strefie wpływu ciepła. W poszczególnych przekrojach została zmierzona twardo HV. Twardo spoiny jest około dwa razy wiksza od twardoci materiału wyjciowego. b) a) spoina 3. Opis bada i analiza wyników 3.1. Wytłoczka cylindryczna bez kołnierza Pomiary przeprowadzono dla cylindrycznych wytłoczek wykonanych w próbie Swifta [1] (rys. 2). Pomiary przeprowadzono na maszynie pomiarowej, Wenzel LH45. Pomiarów dokonano na czterech wysoko- ciach od dna wytłoczki w osi Z dla z = 2 mm, 8,4 mm, 15,9 mm i 22 mm. Wyniki pomiarów przedstawiono na rys. 3, 4, 5, 6, a ich graficzn interpretacj przedstawiono na rys. 7. Kształt tworzcych wytłoczki w przekrojach XZ i YZ przedstawiono na rysunkach 8 i 9. h e rednia warto z 4 zmierzonych wysokoci od dna wytłoczki do szczytu uch, h d rednia warto z 4 zmierzonych wysokoci od dna wytłoczki do najniszych punktów pomidzy uchami. Parametry tłoczenia: d p = 32 mm, r p = 4.5 mm, d d = 34.5 mm, r d = 9.1 mm, p h = 1.5 MPa, v = 50 mm/min, materiał: E220BH, D c = 65.6 mm d p - rednica stempla, r p - promie stempla, d d - rednica matrycy, r d - promie matrycy, p h - nacisk dociskacza, v - prdko tłoczenia, D c - rednica krka wyjciowego Rys. 2. Przykładowe wytłoczki uyte do pomiarów odchyłek kołowoci: a) wytłoczka bez spoiny, b) wytłoczka ze spoin

3 Kołowo a) wytłoczka bez spoiny Kołowo b) wytłoczka ze spoin Rys.3. Wyniki odchyłek kołowoci zmierzone na wysokoci Z = 2 mm od dna wytłoczki (na przejciu promienia w cz walcow)

4 Kołowo a) wytłoczka bez spoiny Kołowo b) wytłoczka ze spoin Rys. 4. Wyniki odchyłek kołowoci zmierzone na wysokoci Z = 8,4 mm od dna wytłoczki

5 Kołowo a) wytłoczka bez spoiny Kołowo b) wytłoczka ze spoin Rys. 5. Wyniki odchyłek kołowoci zmierzone na wysokoci Z = 15,9 mm od dna wytłoczki

6 Kołowo a) wytłoczka bez spoiny Kołowo b) wytłoczka ze spoin Rys. 6. Wyniki odchyłek kołowoci zmierzone na wysokoci Z = 22 mm od dna wytłoczki

7 0,4 0,35 Odchyłki kołowoci wytłoczek bez i ze spoin 0,3 0,25 0,2 spoina weld 0,15 0,1 0, Z 25 Odległo płaszczyzny pomiarowej od dna wytłoczki Rys. 7. Graficzna interpretacja wyników kołowoci przedstawionych na rys. 3,4,5,6 Odchyłki kołowoci Rys. 8. Przykład miejsc pomiarowych kołowoci na czterech wysokociach od dna wytłoczki i kształt tworzcych dla wytłoczki bez spoiny w przekrojach XZ i YZ

8 Wytłoczka bez spoiny Przekrój YZ Wytłoczka ze spoin Przekrój XZ Rys. 9. Kształt tworzcych wytłoczek zmierzony w przekrojach YZ i XZ Wnioski: 1. Odchyłki kołowoci w wytłoczkach ze spoin s znaczco wiksze ni w wytłoczkach bez spoiny (około dwa razy) - rys Kształty w analizowanych przekrojach na odpowiednich wysokociach w wytłoczkach bez i ze spoin róni si; w wytłoczkach ze spoin przekrój ma kształt eliptyczny wzdłu dłuszej osi w przekroju spoiny - rys. 3, 4, 5, Odchyłki liniowoci mierzone dla wytłoczek ze spoin i bez spoiny nie wykazuj rónic rys Pomiary wykazały, e spoina wpływa na odkształcenia spryste w wytłoczkach Wytłoczki cylindryczne z kołnierzem Wyniki pomiarów odchyłek odkształce sprystych wytłoczek cylindrycznych z kołnierzem pokazano na rys. 10. Porównanie wyników pomiarów przedstawionych na rys. 3,4,5,6 oraz 10 wykazuje, e w przypadku wytłoczek z kołnierzem wpływ spoiny na odkształcenia spryste jest wyranie mniejszy ni w przypadku wytłoczek bez kołnierza. Wynika to przede wszystkim z wikszej sztywnoci bardziej złoonego kształtu wytłoczki Wytłoczki o kształcie L Umiejscowienie spoiny, połoenie punktów pomiarowych i wyniki pomiarów odkształce sprystych wytłoczek o kształcie L przedstawiono na rys. 11.

9 a) b) spoina Rys. 10. Wytłoczki z kołnierzem uyte do pomiarów odchyłek odkształce sprystych: a) bez spoiny, b) ze spoin Parametry tłoczenia: d p = 32 mm, r p = 4.5 mm, d d = 34.5 mm, r d = 9.1 mm, p h = 1.5 MPa, v = 50 mm/min, materiał: E220BH, D c = 65.6 mm a) A-A 22,0 21,5 21,0 20,5 20, Wyniki pomiarów na kołnierzu 1,0 0,5 0, , Wyniki pomiarów na dnie -1,0 spoina b) 22 21, , Wyniki pomiarów na kołnierzu 0, , Wyniki pomiarów na dnie Rys. 11. Interpretacja graficzna wyników pomiarów odkształce sprystych wytłoczek o kształcie L dokonanych na kołnierzu i na dnie pokazana w przekrojach: a) A-A b) B-B -dotyczy wytłoczek bez spoiny - dotyczy wytłoczek ze spoin B-B

10 αw α[ ] 3 2,5 2 spoina 1,5 1 0, w 21 Rys. 12. Oddziaływanie spoiny na warto odsprynowania w wytłoczkach o kształcie V: α w, α - kty mierzone w stanie odcionym Wyniki pomiarów pokazały wyjtkow zgodno kształtu wytłoczek ze spoin i bez spoiny w zaznaczonych przekrojach pomiarowych. Potwierdza to, e w wytłoczkach o złoonym kształcie, a wic wikszej sztywnoci, oddziaływanie spoiny nie zmienia odkształce sprystych w sposób istotny Wyroby gite o kształcie V W celu zaobserwowania relacji pomidzy wartoci odsprynowania i szerokoci elementu gitego o kształcie V ze spoin i bez spoiny, wykonano próbki o rónych szerokociach b = 3, 6, 12 i 19 mm. Wyniki w postaci rónicy któw po giciu w próbek ze spoin i próbek bez spoiny pokazano na rys. 12. Z wykresu wynika, e intensywno oddziaływania spoiny na odkształcenie spr- yste elementu gitego maleje ze wzrostem jego szerokoci. Wpływ ten jest wyrany dla wzgldnej szerokoci w/t < 6 i maleje wraz z szerokoci próbki. 4. Wnioski kocowe 2. W wytłoczkach o złoonym kształcie, (cylindrycznych z kołnierzem i o kształcie L) nie zaobserwowano wpływu spoiny na odkształcenia spryste. 3. W elementach gitych wpływ spoiny był wyranie widoczny przy wzgldnej szerokoci w/t 6, natomiast maleje wraz z szerokoci próbki. 4. Przedstawione wyniki bada mog by przydatne podczas podejmowania decyzji odnonie uwzgldniania spoiny w symulacjach komputerowych. Ma to istotny wpływ na czas symulacji komputerowych. 5. Badania przedstawione w tym opracowaniu s tylko wycinkiem bada prowadzonych w ramach projektu INET- FORSMEP. Literatura 1. Piela A.: The process of forming laser welded passes. Metal Forming 2004 no. 3 pp Woniak H., Drenger T.: Assessment of the suitability of tailored welded blanks for the drawing operation. Metal Forming 2004 no. 3 pp W wytłoczkach cylindrycznych bez kołnierza zaobserwowano wpływ spoiny na odkształcenia spryste pobocznicy.

11 SPRINGBACK OF DRAWPIECES FORMED OF TAILOR WELDED BLANKS Abstract Experiments have been carried out to determine the influence of a weld in the initial material on springback deformation in cylindrical drawpieces without and with a flange, in L-shape drawpieces and in V-shape bent elements. The tests were performed on zinc coated laser welded E220BH sheets. The welded joint influence has been observed in the cylindrical drawpieces without a flange and in the bent elements while that in the cylindrical drawpieces with a flange and in the L-shape ones was small and negligible in practice. The investigation presented in this paper are only a part of investigations of drawpieces springback carried out in project INETFORSMEP. Key words: springback, tailor welded blanks, circularity