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 0.0280 0.2500 0.0290 0.0110 0.0089 0.0530 0.0011
Oznaczenie blachy R 0,2 [MPa] Własnoci mechaniczne materiału do bada Własnoci mechaniczne* R m [MPa] wydłuenie [%] Grubo Uwagi E220BH 253 369 32,9 0,70 Powłoka cynk nikiel 4,2/4,2 mikrometry (powłoka elektrolityczna) * własnoci mechaniczne zmierzone przy prdkoci odkształcenia ε = 10-2 s -1 Tablica 2 260 [HV0,1] 240 220 Twardo 200 180 160 140 120 1,3mm 100 0 1 2 3 4 5 6 7 0,1mm 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
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)
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
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
Kołowo a) wytłoczka bez spoiny Kołowo b) wytłoczka ze spoin Rys. 6. Wyniki odchyłek kołowoci zmierzone na wysokoci Z = 22 mm od dna wytłoczki
0,4 0,35 Odchyłki kołowoci wytłoczek bez i ze spoin 0,3 0,25 0,2 spoina weld 0,15 0,1 0,05 0 0 5 10 15 20 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
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. 7. 2. 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, 6. 3. Odchyłki liniowoci mierzone dla wytłoczek ze spoin i bez spoiny nie wykazuj rónic rys. 9. 4. Pomiary wykazały, e spoina wpływa na odkształcenia spryste w wytłoczkach. 3.2. 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. 3.3. Wytłoczki o kształcie L Umiejscowienie spoiny, połoenie punktów pomiarowych i wyniki pomiarów odkształce sprystych wytłoczek o kształcie L przedstawiono na rys. 11.
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 20,0-145 -120-95 -70-45 -20 5 30 55 Wyniki pomiarów na kołnierzu 1,0 0,5 0,0-145 -120-95 -70-45 -20-0,5 5 30 55 Wyniki pomiarów na dnie -1,0 spoina b) 22 21,5 21 20,5 20-75 -50-25 0 25 50 75 100 125 1 Wyniki pomiarów na kołnierzu 0,5 0-75 -50-25 -0,5 0 25 50 75 100 125-1 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
αw α[ ] 3 2,5 2 spoina 1,5 1 0,5 0 0 3 6 9 12 15 18 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. 3.4. 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. 5-14. 2. Woniak H., Drenger T.: Assessment of the suitability of tailored welded blanks for the drawing operation. Metal Forming 2004 no. 3 pp. 15-26. 1. W wytłoczkach cylindrycznych bez kołnierza zaobserwowano wpływ spoiny na odkształcenia spryste pobocznicy.
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