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Possibilités de cisaillement

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La recherche par l'université de Strathclyde offre une manière de produire un nouveau type de blanc travaillé léger

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L'utilisation des blancs travaillés est maintenant bien établie à la fabrication des véhicules à moteur. L'avantage le plus évident a gagné de ce processus est poids-économie, par exemple pour produire des secteurs supplémentaires de force en particulier de l'objet en augmentant l'épaisseur matérielle seulement dans ces secteurs.

Jusqu'à présent, un certain nombre de méthodologies ont été utilisées pour atteindre ces objectifs. Plus le terrain communal comportent l'utilisation de la soudure dans une de deux manières. Le premier est de réaliser l'épaisseur supplémentaire dans un emplacement particulier en attachant un morceau supplémentaire du matériel à un visage du secteur impliqué. Le deuxième est de souder ensemble des longueurs de bord-à-bord de différents matériaux d'épaisseur égale pour réaliser des blancs d'aspect uniforme mais de propriétés variables dans différents secteurs. L'un ou l'autre de manière, le résultat est de produire les blancs soudés travaillés (TWBs).

Une approche alternative a été de créer des blancs de composition matérielle simple mais des épaisseurs variables – et par conséquent les propriétés localisées – au moyen d'un processus de roulement dans lequel l'écart entre les rouleaux s'élargit ou se rétrécit comme passages d'objet par eux. Encore le nom l'indique entièrement les blancs roulés travaillés (TRBs).

Malheureusement, chacun des deux approches ont leurs inconvénients. La soudure différents des morceaux produit ensemble des discontinuités dans l'objet, alors que le processus de roulement peut produire une zone excessivement longue de transition d'épaisseur.

Une approche complètement différente a été d'employer le traitement thermique visé pour produire des variations localisées des propriétés matérielles. Superficiellement, au moins, ceci semble très prometteur puisqu'il peut théoriquement réaliser l'ensemble optimal désiré de buts pour l'épaisseur matérielle uniforme, la variation localisée de propriété et la composition homogène. Cependant, dans la pratique la procédure a prouvé difficile à commander d'une façon cohérente ; la chauffage d'un métal a une tendance inhérente de causer généralisé plutôt que l'augmentation localisée de la température.

Explorer un nouveau type de blanc travaillé

Y a-t-il ainsi une autre manière d'atteindre cet ensemble d'objectifs idéaux ? Bien, pas tout à fait encore, mais si la recherche actuellement étant effectuée à l'université de Strathclyde à Glasgow, R-U, accomplit sa promesse puis la perspective peut devenir une réalité dans un avenir pas trop lointain.

La perspective vraiment passionnante donnée par I-ECAP était de produire les blancs travaillés en lesquels les propriétés ont varié tandis que l'épaisseur restait constante

La recherche en question est menée par Dr. Andrzej Rosochowski du département de la gestion de conception, de fabrication et d'ingénierie, et elle explore le potentiel d'un processus connu sous le nom de pressing angulaire de la Manche par accroissement d'égal (I-ECAP) pour produire un nouveau type de blanc travaillé qu'il appelle un blanc cisaillé travaillé (TSB).

Rosochowski décrit I-ECAP comme « procédé en plastique grave de déformation » qui peut produire de longs barres, plats et feuilles de métal avec une structure interne convenablement de raffinage et une résistance accrue qui néanmoins maintiennent à ductilité appropriée. Jusqu'ici, le processus s'est avéré efficace afin de créer des feuilles d'épaisseur variable en cinq métaux différents : aluminium, magnésium, cuivre, fer et titane. Mais il est également sûr qu'il pourrait être employé pour créer les blancs travaillés de l'épaisseur égale pourtant de la dureté et de la force variables, d'une manière dont combinerait la praticabilité et la cohérence.

Création d'une structure granuleuse ultra-fine

ECAP de base, explique Rosochowski, est maintenant une méthode de fabrication bien établie. Il implique d'employer un poinçon pour pousser une billette carrée ou cylindrique de métal par un canal d'entrée de profil constant et puis par un angle de 90° avant qu'il soit passé par un canal de sortie du même profil. La déformation en plastique du matériel est provoquée par le cisaillement simple dans une couche mince le long de l'avion diagonal au croisement de canal. L'objectif est de créer dans le métal une structure granuleuse ultra-fine en laquelle un grosseur du grain interne précédemment brut est changé de sorte que tous les grains deviennent moins d'un micromètre dans la largeur.

Afin de réaliser ceci, le processus est généralement répété plusieurs fois avec la billette étant tournée autour de son axe entre les passages de sorte que le changement des propriétés matérielles soit distribué également. De façon générale, il offre l'avantage d'être assez simple dans ses deux exigences d'équipement et la procédure elle-même, mais a l'inconvénient que, avec les billettes courtes au moins, il est plutôt inutile du matériel parce que les extrémités de l'objet underformed. Il est également, des notes de Rosochowski, impraticables pour utiliser le processus pour des objets de grande longueur. Dans le cas des barres, par exemple, de lui dit que la limite efficace est atteinte quand le rapport de la longueur à la largeur dépasse 6 : 1.

Évolution du processus d'ECAP

En revanche, I-ECAP est beaucoup plus nouveau. Il remonte seulement une décennie et les brevets européens et des USA ont été enregistrés pas plus tard que 2012 et 2014 respectivement. Chacun des deux ont été enregistrés au nom de Rosochowski, bien qu'il soit désireux pour soumettre à une contrainte qu'il a travaillé étroitement avec professeur Lech Olejnik de l'université de technologie de Varsovie de retour en sa Pologne indigène. Comme d'ECAP conventionnel, le processus implique également de pousser des billettes par des canaux d'admission et de débouché avec un tour intervenant de 90°. La différence dérive de deux aspects particuliers du processus.

Le premier est que le matériel est déplacé par le processus dans une série d'étapes plutôt que dans une action simple et ininterrompue – par conséquent la description de lui comme “par accroissement”. En plus de l'application de la force contre l'extrémité de remorquage de la billette qui la déplace par le processus, la deuxième différence principale est qu'I-ECAP comporte encore une autre action de poinçon contre la surface du juste de billette au point où il est tourné par l'angle de 90° à chacune des occasions quand la billette est arrêtée. C'est cette autre action par percussion qui fournit au processus entier non seulement sa représentation qualitative mais également sa flexibilité.

La force impliquée dans cette action est considérable. Dans le cas du titane, par exemple, de lui est environ une force de 30 tonnes dans un cycle durant deux secondes, bien que Rosochowski dise que pour des applications impliquant les matériaux de feuille minces promouvez le travail de développement pourrait faciliter l'utilisation des forces inférieures à de plus hautes fréquences.

La nouvelle recherche a pu améliorer les blancs travaillés

Comme Rosochowski explique, l'utilisation répétée du processus sur un objet simple permet finalement la structure interne « du volume entier » impliqué pour être changé s'il y a lieu, mais elle devrait permettre la production des blancs de l'épaisseur égale et variable. Puisque le mode principal de la déformation de l'objet est cisaillement simple, c'est également l'origine du terme a travaillé les blancs cisaillés.

Rosochowski dit qu'il a commencé la première fois à explorer l'idée autour il y a d'une décennie-et-un-moitié, comme extension de son travail initial dans le secteur de la formation en métal. Il dit qu'il est devenu intéressé par le potentiel de « améliorer les propriétés du métal en raffinant sa structure granulaire ». Toutes sortes de possibilités intéressantes en termes de propriétés physiques du matériel deviennent possibles, il note, une fois que le grosseur du grain peut être réduit à un niveau de sous-micromètre.

La tringlerie entre les deux secteurs, il ajoute, est extrêmement étroit parce que le changement des propriétés est produit par un processus de métal-formation qui vise à tendre le métal sans l'endommager. Avant traitement, la plupart des métaux ont un grosseur du grain interne de l'ordre de 20-300 microns.

Conservation de la constante d'épaisseur

Dans les cinq dernières années, Rosochowski a commencé à se rendre compte que l'approche d'I-ECAP a offert non seulement la capacité de changer la structure granulaire d'un matériel et par conséquent de ses propriétés, mais également son épaisseur. Néanmoins, la perspective vraiment passionnante que le processus donné était de produire les blancs travaillés en lesquels les propriétés ont varié tandis que l'épaisseur restait constante.

En partie, il dit, c'est parce qu'il est en soi plus facile traiter des objets d'épaisseur uniforme dans un environnement de fabrication. Cependant, cette capacité aiderait également à maximiser l'efficacité de l'utilisation matérielle, puisque les blancs pourraient être aussi minces que le moment possible fournissant toujours le degré exigé de force dans les zones clé. L'augmentation de la force initiale du matériel qui peut être réalisé est considérable. Dans la plupart de cas extrême – celui du cuivre – Rosochowski dit que travail de laboratoire a prouvé qu'une augmentation de pas moins de 300% est possible.

Jusqu'ici, des travaux ont été seulement menés à bien à l'échelle de laboratoire, mais Rosochowski dit qu'il est maintenant temps pour qu'il explore les options pour l'application de cette technique dans l'industrie. « Je recherche des associés et finançant à partir de l'industrie, » il confirme. Il est sûr que la méthodologie de base ait été prouvée au moins pour la production des blancs travaillés de l'épaisseur variable, mais concède que son développement afin de produire des blancs des propriétés variables pourtant de l'épaisseur égale n'est pas comme loin avancé. L'un ou l'autre de manière, fabrication des véhicules à moteur est un secteur d'objectif clé pour le futurs développement et application de la technique sur une échelle industrielle.