Determination of heat transfer coefficients under closed loop controlled constant contact pressures

• Autorzy: Galdos L. , Saenz de Argandona E. , Mendiguren J. , Ortubay R. , Agirretxe X. , Martín J. M.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczenie współczynnika przenikania ciepła w prasach z napędem pracującym w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego kontrolujących stałą siłę nacisku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

During hot forming and tailor tempering of boron steels, heat transfer between work-piece and dies has an important effect on the temperature distribution, microstructure evolution and mechanical properties of the final formed parts. In the present paper the interfacial heat transfer coefficient (HTC) has been determined at different contact pressures. Experimental tests have been realized in a SCHMIDT micro servo-press, which is able to compensate the thermal contraction of the blank and tools to precisely keep constant the contact pressure. Temperature evolution of the tools and the blank has been monitored with nine thermocouples. For the determination of the heat transfer coefficient (HTC), an analytical-numerical method has been used leading to a fast and reliable calculation method able to determine the evolution of the HTC value during the cooling of the blank. This methodology allows the calculation of different HTC values in function of the contact pressure and the instantaneous tool temperature which will improve the accuracy of the numerical models and the prediction of the final properties of the components.

PL

Podczas kształtowania na gorąco oraz hartowania stali borowych, współczynnik przenikania ciepła pomiędzy materiałem a narzędziem znacząco wpływa na rozkład temperatury, rozwój mikrostruktury i w konsekwencji na własności mechaniczne produktu końcowego. W niniejszej pracy został wyznaczony współczynnik przenikania ciepła (HTC) przy różnych siłach nacisku. Doświadczenia zostały wykonane z użyciem mikro serwoprasy SCHMIDT, pozwalającej na kontrolowanie stałej siły nacisku. Zmiany temperatury narzędzia oraz materiału były rejestrowane za pomocą dziewięciu termopar. Do wyznaczenia współczynnika przenikania ciepła (HTC) została zastosowana metoda analityczno-numeryczna, dzięki której opracowano szybką i niezawodną metodę obliczania zmian współczynnika HTC podczas chłodzenia materiału. Przyjęta metodologia pozwala na obliczanie różnych współczynników HTC w funkcji siły nacisku oraz chwilowej temperatury narzędzia, podnosząc dokładność obliczeń numerycznych i poprawiając ilościowe określenie końcowych własności produktu.

Słowa kluczowe

EN

hot stamping; heat transfer coefficient

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 58--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Galdos L.

• Mechanical and Manufacturing Department, Mondragon University, Loramendi 4, 20500 Mondragon, Gipuzkoa, Spain

autor

Saenz de Argandona E.

• Mechanical and Manufacturing Department, Mondragon University, Loramendi 4, 20500 Mondragon, Gipuzkoa, Spain

autor

Mendiguren J.

• Mechanical and Manufacturing Department, Mondragon University, Loramendi 4, 20500 Mondragon, Gipuzkoa, Spain

autor

Ortubay R.

• Mechanical and Manufacturing Department, Mondragon University, Loramendi 4, 20500 Mondragon, Gipuzkoa, Spain

autor

Agirretxe X.

• Batz S. Coop., Torrea Auzoa, 2, 48140 Igorre, Bizkaia, Spain

autor

Martín J. M.

• Batz S. Coop., Torrea Auzoa, 2, 48140 Igorre, Bizkaia, Spain

Bibliografia

• Abdulhayab, B., Bourougaa, B., Dessainb, C, Brunb, G., Wilsiusb, J., 2011a, Development of Estimation Procedure of Contact Heat Transfer Coefficient at the Part Tool Interface in Hot Stamping Process, Heat Transfer Eng, 32, 497-505.
• Abdulhay, B., Bourouga, B., Dessainb, C, 2011b, Experimental and Theoretical Study of Thermal Aspects of the Hot Stamping Process, Appl Therm Eng, 31, 674-685.
• Bai, Q., Lin, J., Zhan, L., Dean, T.A., Balint, D.S., Zhang, Z., 2012, An Efficient Closed-Form Method for Determining Interfacial Heat Transfer Coefficient in Metal Forming, Int J Mach Tool Manu, 56, 102-110.
• Caron, E., Daun, K.J., Wells, M.A., 2013, Experimental Characterization of Heat Transfer Coefficients during Hot Forming Die Quenching of Boron Steel, Metall Mater Trans B, 44, 332-343.
• Chang, C, Bramley, A.N., 2002, Determination of the Heat Transfer Coefficient at the Workpiece-Die Interface for the Forging Process, P I Mech Eng B-J Eng, 216, 1179-1186.
• Hay, B.A., Bourouga, B., Dessain, C, 2010, Thermal Contact Resistance Estimation at the Blank/Tool Interface: Experimental Approach to Simulate the Blank Cooling during the Hot Stamping Process, International Journal of Material Forming, 3, 147-163.
• Koistinen, D.P., Marburger, R.E., 1959, A General Equation Prescribing the Extent of the Austenite-Martensite Transformation in Pure Iron-Carbon Alloys and Plain Carbon Steels, Acta Metall Mater, 7, 59-60.
• Lenard, J., Davies, M., 1992, An Experimental Study of Heat Transfer in Metal-Forming Processes, CIRP Ann-Manuf Techn,4\,307-3\0.
• Malinowski, Z., Lenard, J., Davies, M., 1994, A Study of the Heat-Transfer Coefficient as a Function of Temperature and Pressure, J Mater Process Tech, 41,125-142.
• Merklein, M., Lechler, J., 2009, Determination of Material and Process Characteristics for Hot Stamping Processes of Quenchenable Ultra High Strength Steels with Respect to a FE-Based Process Design, SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 1,411 -426.
• Merklein, M, Lechler, J., 2006, Investigation of the Thermo-Mechanical Properties of Hot Stamping Steels, J Mater Process Tech, 177,452-455.
• Salomonsson, P., Oldenburg, M., Akerstrom, P., Bergman, G., 2009, Experimental and Numerical Evaluation of the Heat Transfer Coefficient in Press Hardening, Steel Res Int, 80, 841-845.
• Tondini, F., Bosetti, P., Bruschi, S., 2011, Heat Transfer in Hot Stamping of High-Strength Steel Sheets, P I Mech Eng B-J Eng, 225, 1813-1824.
• Wang, C, Zhang, Y.S., Tian, X.W., Zhu, B., Li, J., 2012, Thermal Contact Conductance Estimation and Experimental Validation in Hot Stamping Process, Science China Technological Sciences, 55, 1852-1857.