Numerical and experimental analysis of isothermal forging process of ribbed plates made of 2099 aluminium alloy for aircraft structures

• Autorzy: Baran-Sadleja A. , Łukaszek-Sołek A. , Motyka M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2016-0017

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna i doświadczalna procesu kucia izotermicznego płyt żebrowanych ze stopu aluminium 2099 do konstrukcji lotniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of isothermal forging process of ribbed plates made of multicomponent (Al-Cu-Li-Zn-Mg system) third generation 2099 aluminium alloy is presented in the paper. Numerical simulation of forging was performed by finite elements method (FEM) using the QForm v.7 commercial software. Obtained results were the base for selection of conditions of isothermal forging for examined aluminium alloy. It was assumed in the work that ribbed plates could be produced by one-step forging. The isothermal forging at the temperature of 450ºC was conducted on designed test bed. Satisfactory shape accuracy and high quality surface of the forging were found. Evaluation of alloy’s microstructure before (T-83 condition) and after forging was performed by microscopic examination. It was found that obtained results of numerical simulation and experimental research can be a base for elaboration of industrial process of plastic forming of complex geometry flat structural parts made of 2099 aluminium alloy.

PL

W pracy przedstawiono analizę wyników badań procesu kucia izotermicznego płyt żebrowanych z wieloskładnikowego (układ Al-Cu-Li-Zn-Mg) stopu aluminium trzeciej generacji 2099. Symulacje numeryczne kucia wykonano metodą elementów skończonych (MES) z zastosowaniem komercyjnego programu QForm v.7. Uzyskane wyniki były podstawą doboru warunków próby kucia izotermicznego badanego stopu aluminium. W badaniach przyjęto założenie, że jest możliwe kucie matrycowe płyt żebrowanych wykonanych w jednej operacji. Próbę kucia izotermicznego w temperaturze 450ºC prowadzono na zaprojektowanym stanowisku badawczym. Stwierdzono zadowalającą dokładność kształtu i wysoką jakość powierzchni wykonanej odkuwki. W badaniach mikroskopowych dokonano oceny mikrostruktury stopu przed (w stanie T-83) i po procesie kucia. Stwierdzono, że wyniki symulacji numerycznej i badań eksperymentalnych mogą stanowić podstawę opracowania warunków przemysłowego kształtowania plastycznego panelowych elementów konstrukcyjnych o złożonej geometrii ze stopu aluminium 2099.

Słowa kluczowe

EN

FEM numerical simulation; isothermal forging; Al-Cu-Li-Zn-Mg alloys; microstructure; aircraft structures

PL

symulacja numeryczna MES; kucie izotermiczne; stopy Al-Cu-Li-Zn-Mg; mikrostruktura; konstrukcje lotnicze

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 40, nr 3
• Strony: 61--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Baran-Sadleja A.

• Department of Materials Science, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszow University of Technology, Av. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Łukaszek-Sołek A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Av. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Motyka M.

• Department of Materials Science, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszow University of Technology, Av. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• [1] G. MRÓWKA-NOWOTNIK, J. SIENIAWSKI, M. WIERZBIŃSKA, A. NOWOTNIK: Microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys used in heavy duty aircraft engine parts. Advances in Manufacturing Science and Technology, 38(2014)3, 77-93.
• [2] G. MRÓWKA-NOWOTNIK, M. WIERZBIŃSKA, J. SIENIAWSKI, A. NOWOTNIK: Investigation of solidification process and microstructure examination of AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloy. Advances in Manufacturing Science and Technology, 39(2015)4, 61-69.
• [3] C. GIUMMARRA, B. THOMAS, R.J. RIOJA: New aluminum lithium alloys for aerospace applications. Proc. 3rd Int. Conf. on Light Metals Technology, Saint-Saveur 2007.
• [4] A. ŁUKASZEK-SOŁEK: Technological aspect of processing maps for the AA2099 alloy. Acta Metallurgica Sinica, 28(2015)1, 22-31.
• [5] A. ŁUKASZEK-SOŁEK: Effect of technical quality of thermomechanical die forging of AA 2099 alloy. Archives of Metallurgy and Materials, 59(2014)3, 997-1003.
• [6] D. CARRICK, S.C. HOGG, G.D. WILCOX: Corrosion of an advanced Al-Cu-Li alloy for aerospace applications. Materials Science Forum, 765(2013), 629-633.
• [7] W.A. CASSADA, G.J. SHIFLET: The influence of high plastic strain on precipitation from solid solution in third generation Al-Li alloys. Materials Science Forum, 794-796(2014), 1020-1025.
• [8] L. FAN, W. HAN: Competitive precipitation behavior between T1 and S phases in an commercial Al-Cu-Li alloy. Applied Mechanics and Materials, 510(2014), 106-109.
• [9] D. CARRICK, S.C. HOGG, G.D. WILCOX: Influence of Li additions on the microstructure and corrosion response of 2XXX series aluminium alloys. Materials Science Forum, 794-796(2014), 193-198.
• [10] Y. MA, Y. LIAO: Visual detection of machining damage on aerospace aluminium alloys during manufacturing process. Applied Mechanics and Materials, 252(2013), 302-305.
• [11] Alcoa Aerospace Technical Fact Sheet, https://www.alcoa.com/hard_alloy_extrusions/catalog/pdf/Alloy2099TechSheet.pdf, accessed on 10.10.2016.
• [12] B. PAWŁOWSKA, R.E. ŚLIWA: Backward extrusion of aluminum alloy sections used in aircraft structural components. Archives of Metallurgy and Materials, 60(2015)4, 2805-2811.
• [13] M. EFIMOV, A. SELUTIN, A. KOLOMOYETS, A. RYABCEV, V. PASHINSKY, S. STEBUNOV: Experience of simulation implementation to development of technological processes for production of large forged products at Energomashspetsstal (Kramatorsk). Proc. 19th IFM2014 (FORGEMASTERS Meeting), Tokyo 2014.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)