Τίτλος Ερευνητικού Έργου: ΒΕΛΤIΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΕΛΑΣΙΜOΤΗΤΑΣ ΚΡAΜΑΤΟΣ ΑΛΟΥΜΙΝIΟΥ ΑΑ6063 ΜΕ ΧΡHΣΗ ΕΠΙΚΑΛΥΜΜEΝΩΝ ΜΗΤΡΩΝ ΜΕ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ PVD ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ

Transcript

1 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ΤΛΙΚΗ ΚΘΣΗ ΡΟΟΔΟΥ ΡΥΝΗΤΙΚΟΥ ΡΓΟΥ ΤΗΣ ΔΣΜΗΣ Τίτλος ρευνητικού Έργου: ΒΛΤIΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΛΑΣΙΜOΤΗΤΑΣ ΚΡAΜΑΤΟΣ ΑΛΟΥΜΙΝIΟΥ ΑΑ6063 Μ ΧΡHΣΗ ΙΚΑΛΥΜΜEΝΩΝ ΜΗΤΡΩΝ Μ ΝΟΥ ΤΥΟΥ PVD ΙΚΑΛΥΨΙΣ ΚΩΔΙΚΟΣ ΡΓΟΥ: ΑΚΙ/0603/03 ΣΥΝΤΟΝΙΣΤΗΣ: Δρ. ΓΙΩΡΓΟΣ ΔΗΜΟΣΘΝΟΥΣ Β. ΣΥΝΤΟΝΙΣΤΗ: Δρ. ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΛΟΝΤΟΣ ΛΥΚΩΣΙΑ, ΔEΚΜΒΡΙΟΣ / 56

2 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ΡΙΧΟΜΝΑ ΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ 1. Γενικά στοιχεία έργου 2. Δέσμες ργασίας (Δ 1-6) 3. αραδοτέα I. κμετάλλευση των αποτελεσμάτων του προηγούμενου έργου II. Σχεδιασμός νέων πειραμάτων - Διαδικασιών III. Μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων - Αποτελεσμάτα IV. Σχεδιομελέτη και κατασκευή εργαλείων - μητρών V. κτέλεση πειραμάτων και αξιολόγηση αποτελεσμάτων VI. Διάχυση και εκμετάλλευση των ερευνητικών αποτελεσμάτων 4. Τομείς μελλοντικής έρευνας 5. Δαπάνες 2 / 56

3 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ρόγραμμα Δράση 1. Γενικά στοιχεία έργου ΑΚΟΛΟΥΘΙΑ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑ-ΡΓΑ Ι Αριθμός ρωτοκόλλου Έργου Τίτλος Έργου Ανάδοχος Φορέας Συντονιστής Έργου Ημερομηνία Έναρξης Έργου Ημερομηνία Λήξης Έργου Ημερομηνία Υποβολής Έκθεσης γκεκριμένη πιχορήγηση: ΑΚΙ/0603/03 Βελτίωση της διελασιμότητας κράματος αλουμινίου ΑΑ6063 με χρήση επικαλυμμένων μητρών με νέου τύπου PVD επικαλύψεις ESEAH ENTE Δρ. Γεώργιος Δημοσθένους 15/07/ /07/2006 (αράταση δύο μήνες, 15/9/2006) 15/10/ ΛΚ 3 / 56

4 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ΙΔΙΟΤΗΤΑ ΦΟΡΑ Ανάδοχος Φορέας (ΑΦ) ΦΟΡΑΣ Frederick esearch enter (F) μπλοκή στις Δ Δ 1-6 Συνεργαζόμενος Φορέας 1 (ΣΦ1) ργαστήριο ργαλειομηχανών και Διαμορφωτικής Μηχανολογίας, Α..Θ. Δ 2, Δ 4-6 Συνεργαζόμενος Φορέας 2 (ΣΦ2) Συνεργαζόμενος Φορέας 3 (ΣΦ3) Τελικός Χρήστης (ΤΧ) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, ΤΙ Χαλκίδας ΜΟΡΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΛΤΔ MUSKITA ALUMINIUM INDUSTIES LTD Δ 1-4, Δ 6 Δ 4-5 Δ 6 4 / 56

5 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE 2. Δέσμες ργασίας Δέσμες ργασίας Δ1: κμετάλλευση και αξιοποίηση των αποτελεσμάτων του ερευνητικού έργου που ολοκληρώθηκε Δ2: Σχεδιασμός νέων διαδικασιών και τρόπου εκτέλεσης πειραμάτων Δ3: Μοντελοποίηση της διαδικασίας της διέλασης Δ4: Σχεδιομελέτη και κατασκευή εργαλείων μητρών Δ5: κτέλεση πειραμάτων και αξιολόγηση αποτελεσμάτων Δ6: Διάχυση και εκμετάλλευση των ερευνητικών αποτελεσμάτων αραδοτέα 1: Έκθεση αξιολόγησης και τρόπου εκμετάλλευσης των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από το προηγούμενο ερευνητικό έργο 2: Αναλυτική έκθεση για τον σχεδιασμό και την εκτέλεση των νέων πειραμάτων 3: Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και έκθεση αποτελεσμάτων από την επίλυσή του για τις διαφορετικές συνθήκες (γεωμετρία, επικάλυψη, λειτουργικές συνθήκες) 4: πικαλυμμένες μήτρες οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν στην εκτέλεσης των πειραμάτων και τεύχος σχεδιομελέτης και κατασκευής αυτών 5: Έκθεση πειραματικών αποτελεσμάτων και αξιολόγησή τους 6: Αποτελέσματα από την συμμετοχή σε σχετικά συνέδρια και εκθέσεις. Δημοσιεύσεις σε διεθνή και εθνικά περιοδικά και συνέδρια 5 / 56

6 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Συνεργαζόμενοι Φορείς ρευνητική ομάδα - Κύρια δραστηριότητα ανά ερευνητή F... Δ 1-6 Γιώργος Δημοσθένους (Συντονισμός έργου, Σχεδιασμός νέων διαδικασιών, Αξιοποίηση Διάχυση αποτελεσμάτων) Αντώνης Λόντος (Μοντελοποίηση διέλασης, Σχεδιομελέτη ιδιοσυσκευών και μητρών, Διάχυση αποτελεσμάτων) Κώστας Κυριάκου (Σχεδιομελέτη συσκευών, κτέλεση πειραμάτων) Χρήστος Μαρκίδης (Μοντελοποίηση) Χριστόφορος Μαρκίδης (κτέλεση πειραμάτων)..δ.μ. - Α..Θ. Δ 2, Δ 4-6 Κ.-Δ Μπουζάκης (Γενικός συντονισμός, Διάχυση αποτελεσμάτων) Κυριάκος υσταθίου (Σχεδιασμός νέων διαδικασιών, Σχεδιομελέτη μητρών) Σκορδάρης Γιώργος (Αξιολόγηση πειραματικών αποτελεσμάτων) Τ..Ι. Χαλκίδας Δ 1-4, Δ 6 Αντώνιος Μπαλντούκας (κμετάλλευση αποτελεσμάτων, Μοντελοποίηση, Διάχυση αποτελεσμάτων) ΜΟΡΦΟΜΗΧANIKH ΛΤΔ Δ 4-5 Λοίζου Λοϊζος (Κατασκευή μητρών και συσκευών) MUSKITA LTD Δ 6 Αθανασίου Στάθης (κμετάλλευση αποτελεσμάτων) 6 / 56

7 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Χρονοδιάγραμμα Έργου Αριθμός - Τίτλος Δέσμης ργασίας ΔΙΑΡΚΙΑ (μήνες) Έτος Έναρξη:15-Ιουλίου 2004 Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Ιαν Φεβ Μα Απ Μαϊ Ιου Ιου Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Ιαν Φε Μα Απ Μαϊ Ιου Ιου Δ 1. κμετάλλευση και αξιοποίηση αποτελεσμάτων ΑΦ-ΣΦ2 Δ 2. Σχεδιασμός νέων διαδικασιών ΑΦ-ΣΦ1-ΣΦ2-Ι1 Δ 3. Μοντελοποίηση της διαδικασίας της διέλασης ΑΦ-ΣΦ2 Δ 4. Σχεδιομελέτη και κατασκευή ΑΦ-ΣΦ1-ΣΦ2-ΣΦ3 Δ 5. κτέλεση πειραμάτων και αξιολόγηση ΑΦ-ΣΦ1-ΣΦ3-Ι1 Δ 6. Διάχυση και εκμετάλλευση ΑΦ-ΣΦ1-ΣΦ2-ΤΧ1 κθέσεις ροόδου Σ Σ Σ ν. Σ Σ Σ Τ ροβλεπόμενη διάρκεια ραγματική διάρκεια 7 / 56

8 ΡΥΝΑΣ 3. αραδοτέα αραδοτέο 1: κμετάλλευσης αποτελεσμάτων προηγούμενου έργου Αξιολόγηση αποτελεσμάτων προηγούμενου ερευνητικού έργου ESEAH ENTE Τίτλος προηγούμενου έργου «Ανάπτυξη διαδικασίας παραγωγής κραμάτων αλουμινίου με αξιοποίηση ανακυκλώσιμων αποθεμάτων αλουμινίου και αξιολόγηση της προτεινόμενης διαδικασίας με βάση τη διαμορφωσιμότητα και κατεργασιμότητα των τελικών προϊόντων» Στόχος ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της διελασιμότητας του αλουμινίου αναλόγως της περιεκτικότητάς του σε Mg και Si και της γεωμετρικής μορφής της μήτρας διέλασης. ΑΑ 6063 (Alouminum Alloy 6063) σε ανακυκλωμένη μορφή: Κράμα αλουμινίου μέσης αντοχής πολύ διαδεδομένο στην οικοδομική βιομηχανία Χρησιμοποιείται από την βιομηχανία διέλασης αραγωγή προϊόντων προφίλ αλουμινίου ροϊόντα (διάφορα προφίλ για παράθυρα και πόρτες, έπιπλα, σκάλες, είδη διακόσμησης σπιτιών, εξαρτήματα συστημάτων φωτισμού, σωληνώσεις) ολύ καλή αντοχή σε οξείδωση και διάβρωση, πολύ καλή συγκολλητότητα, μέση αντοχή σε κόπωση και πολύ καλή ψυχρή ή θερμή διαμορφωσιμότητα. αραγωγή πολύπλοκων γεωμετρικών διατομών με καλή ποιότητα επιφάνειας κατά την ανοδίοση 8 / 56

9 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σημαντικά κραματικά στοιχεία που επηρεάζουν άμεσα τις ιδιότητες και μηχανική συμπεριφορά του ΑΑ 6063 είναι το μαγνήσιο (Mg), το πυρίτιο (Si) και ο σίδηρος (Fe). Η περίσσεια πυριτίου (Si), αυξάνει το όριο θραύσης και ελαττώνει την ολκιμότητα. Το μαγνήσιο (Mg) επηρεάζει δυσμενώς τη διελασιμότητα των κραμάτων αλουμινίου. αρέχει κάποια μικρή σκλήρυνση στερεού διαλύματος, δεν είναι επιθυμητή η παρουσία μαγνησίου σε ποσότητες μεγαλύτερες από αυτές που χρειάζονται για τη δημιουργία του Mg2Si. Το μαγνήσιο βελτιώνει τις αντιδιαβρωτικές ικανότητες του κράματος. Ο σίδηρος (Fe) παρουσιάζεται στα περισσότερα κράματα αλουμινίου ως ελεγχόμενη ακαθαρσία. Ο σίδηρος αυξάνει την ολκιμότητα των κραμάτων λόγω της κατακράτησης του πυριτίου το οποίο δεν παρακάθεται πλέον στα όρια κόκκων. Στοιχείο Si Mg Fe u Mn Zn Ti r % Κατά μάζα ,1 0,1 0,1 Χημική σύσταση ΑΑ 6063 Αξιοποιήσιμα στοιχεία από το προηγούμενο έργο Για ποσοστό Mg πάνω από 0,9 % και για γωνία διέλασης ~10 ο παρατηρείται σημαντική μείωση του φορτίου διέλασης. Ταυτόχρονα οι μηχανικές ιδιότητες παρουσιάζονται βελτιωμένες σε σχέση με μικρότερα ποσοστά σε Mg. Στο παρόν ερευνητικό έργο έχει δοθεί μεγάλη σημασία στην γεωμετρία των μητρών, έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν παρόμοιες γωνίες. 9 / 56

10 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Ανασκόπηση πρόσφατης βιβλιογραφίας Υλικά, διαδικασίες και προβλήματα κατά την διέλαση αλουμινίου Σωστή ρύθμιση των συνθηκών διέλασης (πιέσεις, θερμοκρασία και ταχύτητα διέλασης), ανεμπόδιστη και ομοιόμορφη ροή του υλικού διέλασης (ειδικά στην περίπτωση πολύπλοκης γεωμετρίας), φθορά ή αστοχία της μήτρας, ανοχές και ποιότητα του τελικού προϊόντος ροσομοίωση της διέλασης αλουμινίου Η προσομοίωση της διαδικασίας της διέλασης διαφόρων προφίλ αλουμινίου είναι μια χρονοβόρα διαδικασία η οποία περιλαμβάνει πάρα πολλά στοιχεία. Τα περισσότερα μοντέλα που έχουν κατασκευαστεί προσομοιώνουν εργαστηριακά πειράματα και προσπαθούν να συσχετίσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ της γεωμετρίας της μήτρας και των συνθηκών διέλασης πιφανειακές επικαλύψεις Για την αύξηση της διάρκειας ζωής των μητρών η πιο συνηθισμένη πρακτική είναι αυτή της θερμικής κατεργασίας και της εναζώτοσης της επιφάνειας της. έρα από αυτό, εργαστηριακές δοκιμές εναπόθεσης διαφόρων τύπων σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων στις επιφάνειες διαφόρων εργαλείων έχουν να επιδείξουν σημαντική αύξηση της αποδοτικότητας τους. Ο έλεγχος και η βελτίωση αυτών των λεπτών επικαλύψεων γίνεται μέσω πειραματικών διαδικασιών αλλά και υπολογιστικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων. Η δυνατότητα πρόβλεψης της ποιότητας αυτών των επιφανειακών επικαλύψεων είναι μια προχωρημένη επιστημονική περιοχή με πάρα πολλές βιβλιογραφικές αναφορές. Βιβλιογραφικές αναφορές Αρκετές σε θέματα όπως αλουμίνια, ιδιότητες επικαλύψεων, μοντέλα πεπερασμανων στοιχείων Λίγες σε θέματα διέλασης αλουμινίου, επικαλυμμένες μήτρες διαμόρφωσης 10 / 56

11 ΡΥΝΑΣ αραδοτέο 2: Σχεδιασμός νέων διαδικασιών ESEAH ENTE Η δεύτερη δέσμη εργασίας (Δ2) περιλαμβάνει τον σχεδιασμό νέων διαδικασιών και τρόπου εκτέλεσης των πειραμάτων. Τα αναμενόμενα αποτελέσματα αφορούν στην ανάπτυξη και οργάνωση του τρόπου με τον οποίο θα διεξαχθούν τα πειράματα. αράγοντες που λήφθηκαν υπόψη κατά τον σχεδιασμό των νέων διαδικασιών: Συνθήκες διεξαγωγής των πειραμάτων Τρόπος αξιολόγησης των μητρών, επικαλύψεων, τελικών προϊόντων Διαφορετικοί τύποι των νέων επικαλύψεων Τρόπος εναπόθεσής τους Θερμοκρασία προθέρμανση του αλουμινίου και της μήτρας διέλασης Ταχύτητα διέλασης ρέσα διέλασης και υποστηρικτικές διατάξεις-συσκευές: Αλλαγές και βελτιώσεις για να διεξαχθούν ομαλά τα πειράματα Κατασκευή δύο νέων συσκευών με σκοπό να βοηθήσουν στην διεξαγωγή των πειραμάτων 11 / 56

12 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE 12 / 56

13 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Ιδιοσυσκευή συγκράτησης μητρών διέλασης 13 / 56

14 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Γεωμετρία μητρών διέλασης 14 / 56

15 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σχεδιομελέτη και κατασκευή διάταξη θέρμανσης 15 / 56

16 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σχεδιομελέτη και κατασκευή διάταξη θέρμανσης 16 / 56

17 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σχεδιομελέτη και κατασκευή διάταξη θέρμανσης 17 / 56

18 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σχεδιομελέτη και κατασκευή διάταξη θέρμανσης Μοντέλο κατανομής θερμοκρασίας μετά από 20 λεπτά 18 / 56

19 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE αραδοτέο 3: Μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων - Αποτελέσματα Η τρίτη δέσμη εργασιών (Δ3) περιλαμβάνει την παραμετρική μοντελοποίηση της διαδικασίας της διέλασης με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (Finite Elements Method). Κύριος στόχος αυτής της φάσης είναι να διερευνηθούν οι διάφοροι παράμετροι και ο τρόπος με τον οποίο επηρεάζουν την όλη διαδικασία. Τα παραδοτέα από αυτή την φάση περιλαμβάνουν την κατασκευή του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων και την έκθεση με τα αποτελέσματα από την επίλυση του για διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (Θερμοκρασία, γεωμετρία, επικάλυψη, λειτουργικές συνθήκες). 19 / 56

20 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Στοιχεία προσομοιωτικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων Μέρη προσομοιωτικού μοντέλου Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης του υλικού Al 6061 σε διαφορετικές θερμοκρασίες και ρυθμό παραμόρφωσης 20 / 56

21 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα λύσης μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων θερμής διέλασης Δύναμη συμπίεσης για διαφορετικές θερμοκρασίες (γωνία διέλασης 0) Δύναμη συμπίεσης για διαφορετικές θερμοκρασίες (γωνία διέλασης 8) 21 / 56

22 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα λύσης μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων θερμής διέλασης Ισοδύναμες τάσεις στο υλικό διέλασης για 0 ο γωνία διέλασης και 450 ο Ισοδύναμες τάσεις στο υλικό διέλασης για 8 ο γωνία διέλασης και 450 ο 22 / 56

23 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα λύσης μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων θερμής διέλασης ιέσεις στο εσωτερικό της μήτρας για 0 ο γωνία διέλασης και 450 ο και 550 ο ιέσεις στο εσωτερικό της μήτρας για 8 ο γωνία διέλασης και 450 ο και 550 ο 23 / 56

24 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων κατά την ψυχρή διέλαση Δοκίμιο από αλουμίνιο για ψυχρή διέλαση Διάταξη στελέχους πίεσης δοκιμίου μήτρας 24 / 56

25 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα λύσης μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων ψυχρής διέλασης Κατανομή ισοδύναμων παραμορφώσεων και τάσεων στην περίπτωση της μήτρας διέλασης με 0 ο Κατανομή ισοδύναμων παραμορφώσεων και τάσεων στα δοκίμια στην περίπτωση της μήτρας διέλασης με 8 ο 25 / 56

26 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE αραδοτέο 4: Σχεδιομελέτη και κατασκευή εργαλείων - μητρών Σχεδιομελέτη και κατασκευή των μητρών διέλασης (Δ4). Για την σχεδιομελέτη και την τελική κατασκευή λήφθηκαν υπόψη όλα τα προηγούμενα υπολογιστικά αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα από το προηγούμενο ερευνητικό έργο βοήθησαν στην καλύτερη κατανόηση της διαδικασίας της διέλασης και βοήθησαν στη επίλυση τεχνικών προβλημάτων που προέκυψαν από την διεξαγωγή των προηγούμενων πειραμάτων. Η ανασκόπηση της πρόσφατης βιβλιογραφίας βοήθησε στην καλύτερη σχεδίαση της γεωμετρίας των μητρών. Η επίλυση των προσομοιωτικών μοντέλων και η εκπόνηση των αντίστοιχων αποτελεσμάτων βοήθησαν στη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο καταπονούνται αυτές οι μήτρες και εντοπίσθηκαν οι κρίσιμες περιοχές όπου αναμένονται τυχόν αστοχίες ή φθορές. 26 / 56

27 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Μήτρες διέλασης και επικαλυμμένα δοκίμια Δοκίμια για διεξαγωγή πειραμάτων διερευνησης μηχανικών ιδιοτήτων υλικών Σύνολο 5 1 δοκίμιο χωρίς εναζώτοση, χωρίς επικάλυψη (AISI H13) 1 δοκίμιο εναζωτομένο, χωρίς επικάλυψη (AISI H13) 1 δοκίμιο με επικάλυψη Νο. 1 ( AluSpeed) 1 δοκίμιο με επικάλυψη Νο. 2 ( SuperNitride) 1 δοκίμιο με επικάλυψη Νο. 3 ( DL) Μήτρες διέλασης για την διεξαγωγή των πειραμάτων πικαλυμμένα δοκίμια 27 / 56

28 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Γεωμετρία μητρών διέλασης και κατασκευασμένες μήτρες 28 / 56

29 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Μονάδα εναπόθεσης 800/9, emeon AG. Σχηματική απεικόνιση του θαλάμου εναπόθεσης και των ιδιοσυσκευών συγκράτησης 29 / 56

30 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Δοκίμια για διεξαγωγή πειραμάτων 30 / 56

31 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Δοκίμια για διεξαγωγή πειραμάτων Α/Α Κωδικός Βασικό υλικό πικάλυψη άχος επικάλυψης (μm) αρατηρήσεις AISI H Γωνία διέλασης 0 ο μοίρες AISI H Γωνία διέλασης 8 ο μοίρες AISI H13 Aluspeed 3 Γωνία διέλασης 0 ο μοίρες AISI H13 Aluspeed 3 Γωνία διέλασης 8 ο μοίρες AISI H13 Supernitride 6 Γωνία διέλασης 8 ο μοίρες AISI H13 Supernitride 6 Γωνία διέλασης 0 ο μοίρες AISI H13 DL 3 Γωνία διέλασης 8 ο μοίρες AISI H13 DL 3 Γωνία διέλασης 0 ο μοίρες 31 / 56

32 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE αραδοτέο 5: κτέλεση πειραμάτων - Αξιολόγηση αποτελεσμάτων Κατά την διάρκεια της πέμπτης Δέσμης ργασίας (Δ5) διεξήχθησαν οι προβλεπόμενες πειραματικές διαδικασίες και εκπονήθηκαν τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Οι πειραματική διαδικασία εκτελέστηκε με τις έξι επικαλυμμένες και δύο μη επικαλυμμένες μήτρες διέλασης με τις δύο διαφορετικές γεωμετρίες. Η αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων έγινε μέσω εξειδικευμένων πειραματικών οπτικών συσκευών, αλλά και υπολογιστικών μεθόδων που έχουν αναπτυχθεί από το ργαστήριο ργαλειομηχανών και Διαμορφωτικής Μηχανολογίας του Α..Θ. (ΣΦ1) και από ερευνητές του FIT (ΑΦ). 32 / 56

33 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ροσδιορισμός σκληρότητας δοκιμίων και επιφανειακών επικαλύψεων Υλικό Σκληρότητα (H) AISI H13 (Στέλεχος συμπίεσης-βαμμένο) 48 AISI H13 (ριν την βαφή) 10,5 AISI H13 (ναζωτομένο και πριν την βαφή) 7,5 Αλουμίνιο Δοκίμια 90 HB Δοκίμιο με Supernitride 7,8 Δοκίμιο με Aluspeed 7,8 Δοκίμιο με DL 11,3 Υλικό πικάλυψης Σκληρότητα (HV pl) Aluspeed 3200 Supernitride (SN) 2600 DL / 56

34 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διερεύνηση της συνάφειας των επικαλύψεων (δοκιμασία VDI 3198/1991) 34 / 56

35 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα συνάφειας δοκιμίων 35 / 56

36 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Αποτελέσματα συνάφειας δοκιμίων 36 / 56

37 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ροσδιορισμός της καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης των επικαλύψεων ειραματική διαδικασία προσδιορισμού της καμπύλης τάσηςπαραμόρφωσης των επικαλύψεων μέσω νανοδιεισδύσεων 37 / 56

38 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE ροσδιορισμός της καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης των επικαλύψεων ειραματικά αποτελέσματα και καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των επικαλύψεων 38 / 56

39 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων θερμής διέλασης Μέτρηση δύναμης και μετατόπισης κατά την πειραματική διαδικασία 39 / 56

40 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων θερμής διέλασης Αλουμινένια δοκίμια πριν και μετά την διέλαση Φωτογράφηση ποιότητας επιφάνειας μετά την θερμή διέλαση 40 / 56

41 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων θερμής διέλασης Φωτογραφίες ποιότητας επιφάνειας δοκιμίων μετά την θερμή διέλαση 41 / 56

42 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Φωτογραφίες δοκιμίων ψυχρής διέλασης ειραματική διαδικασία ψυχρής διέλασης 42 / 56

43 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Τυπικές καμπύλες δύναμης συμπίεσης, μετατόπισης ως προς τον χρόνο της πειραματικής διαδικασίας 43 / 56

44 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Μήτρες διέλασης και δοκίμια από αλουμίνιο μετά την πειραματική διαδικασία 44 / 56

45 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Οπτικό και ηλεκτρονικό στερεοσκοπικό μικροσκόπιο εριοχές φωτογράφησης μητρών και αλουμινένιων δοκιμίων 45 / 56

46 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Φωτογραφίες ποιότητας επιφάνειας αλουμινένιων δοκιμίων μετά την ψυχρή διέλαση ειραματικά αποτελέσματα μη επικαλυμμένων δοκιμίων 1.1 και / 56

47 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Διεξαγωγή πειραμάτων ψυχρής διέλασης Φωτογραφίες ποιότητας επιφάνειας αλουμινένιων δοκιμίων μετά την ψυχρή διέλαση ειραματικά αποτελέσματα επικαλυμμένων με Aluspeed δοκιμίων 2.1 και / 56

48 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Σύγκριση πειραματικών υπολογιστικών αποτελεσμάτων κατά την ψυχρή διέλαση 48 / 56

49 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Συμπεράσματα Τα συμπεράσματα που μπορούν να εξαχθούν από την πειραματική διαδικασία της ψυχρής διέλασης και που αποτυπώνονται στις παραπάνω φωτογραφίες είναι: Οι μήτρες χωρίς επικάλυψη παρουσίασαν γρηγορότερη φθορά από τις υπόλοιπες μήτρες στην περιφέρεια της τρύπας εισόδου (δοκίμια 1.1 και 1.2). Η μήτρα χωρίς επικάλυψη και με γωνία διέλασης 8ο (δοκίμιο 1.2) παρουσίασε καλύτερη συμπεριφορά από ότι η μήτρα με 0Ο γωνία διέλασης (δοκίμιο 1.1). Από τις επικαλυμμένες μήτρες την καλύτερη συμπεριφορά και χωρίς φθορά την παρουσίασε η μήτρα με την επικάλυψη aluspeed (δοκίμιο 2.1 και 2.2). Οι μήτρες με τις επικαλύψεις supernitride (δοκίμια 3.1 και 3.2) και DL (δοκίμια 4.1 και 4.2) ενώ στην αρχή παρουσίασαν καλά αποτελέσματα μετά παρουσιάστηκε φθορά παρόμοια με το μη επικαλυμμένο δοκίμιο. αρατηρήθηκε ότι και οι δύο επικαλύψεις αποκολλήθηκαν από τις εσωτερικές επιφάνειες της τρύπας. Σε όλες τις περιπτώσεις οι μήτρες διέλασης με 8ο γωνία διέλασης παρουσίασαν καλύτερη συμπεριφορά. νώ κατά την διάρκεια της δοκιμής της συνάφειας όλες οι επικαλύψεις έδειξαν άριστη συμπεριφορά, κατά την διάρκεια των δοκιμών ψυχρής διέλασης οι επικαλύψεις Supernitride και DL αποκολλήθηκαν από τις εσωτερικές επιφάνειες των οπών των μητρών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία εναπόθεσης που έχει εφαρμοσθεί στις μήτρες δεν ενδείκνυται για οπές με μεγάλο μήκος. 49 / 56

50 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE αραδοτέο 6: Διάχυση και εκμετάλλευση αποτελεσμάτων Η δέσμη εργασίας (Δ6). Διάχυση και εκμετάλλευση των αποτελεσμάτων που έχουν προκύψει από την υλοποίηση του έργου. Η διάχυση των αποτελεσμάτων έγινε προς δύο κατευθύνσεις: (α) Την ακαδημαϊκή κοινότητα (β) την κατασκευαστική βιομηχανία τοιμασία επιστημονικών εργασιών για δημοσίευση σε διεθνή έγκριτα περιοδικά και ανακοίνωση τους σε διεθνή συνέδρια. παφή με ξένα ρευνητικά Κέντρα και ανεπιστήμια για ενημέρωση για τα αποτελέσματα του παρόντος σχεδίου και διερεύνηση της δυνατότητας προώθησης και ανάπτυξης συνεργασιών για περαιτέρω συνέχιση της ερευνητικής δραστηριότητας στην περιοχή αυτή και με ανάλογα αντικείμενα. Διοργάνωση επιστημονικής ημερίδας στο Fredrick esearch enter στην οποία θα παρουσιαστούν όλα τα αποτελέσματα της έρευνας. Στην ημερίδα θα προσκληθούν μέλη της ακαδημαϊκής κοινότητας της Κύπρου, επιστημονικοί σύλλογοι, βιομηχανικοί σύνδεσμοι και επιμελητήρια, βιομήχανοι από τη κατασκευαστική βιομηχανία, φοιτητές κλπ. (ρόκειται να πραγματοποιηθεί σύντομα). 50 / 56

51 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Συμμετοχή σε συνέδρια και ημερίδες Διάλεξη στο ανεπιστήμιο Κύπρου, ολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών και Μηχανικών αραγωγής, Θέμα διάλεξης: Μέθοδοι προσδιορισμού των μηχανικών ιδιοτήτων των λεπτών σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων και εφαρμογή τους σε παραγωγικές διαδικασίες, 3 Μαΐου 2006, Λευκωσία - Κύπρος. Ημερίδα: Αεροπορική εκπαίδευση στο τμήμα τεχνολογίας αεροσκαφών του ΤΙ Χαλκίδας - ασφάλεια πτήσεων, Θέμα διάλεξης: Διερεύνηση μηχανικών ιδιοτήτων σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων. 4-5 Μαΐου 2006, Χαλκίδα λλάς. 2nd International onference From Scientific omputing to omputational Engineering, 2nd I-SE, 5-8 July 2006, Athens - Greece. 5th International onference THE oatings in Manufacturing Engineering, 2nd International onference in Manufacturing Engineering IMEN, EUEKA brokerage Event, 5-7 Οκτωβρίου 2005, Pallini Beach Hotel, Kallithea halkidiki, Greece. Visit of ypriot esearchers, Institute "JOZEF STEFAN" and Institute of Metals and Technology, December 2005, Ljubljana, Slovenia. Συνέδριο «2ο ανελλήνιο Συνέδριο Μεταλλικών Υλικών»,.Μ.. Ζωγράφου, Νοεμβρίου Νοεμβρίου 2004, Αθήνα. 51 / 56

52 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Δημοσίευση άρθρων σε περιοδικά 1. A. Lontos, K.-D. Bouzakis, G. Demosthenous Experimental Tests in the Hot Extrusion of Aluminum Using Plasma Sputtering oating on the Bearing Surface of Dies with Different Geometry, In press in The International onference on Metallurgical oatings and Thin Films (IMTF), April 23-27, 2007, San/Diego, USA 2. A. Lontos, K.-D. Bouzakis, G. Demosthenous, A. Baldoukas, FEM Simulation Of The Whole ircle Of Aluminum Hot Extrusion Using ircular Dies With Different Extrusion Angle, 8th Biennial ASME onference on Engineering Systems Design and Analysis, ESDA July, A. Lontos, G. Demosthenous, Application of Finite Elements Method in the hot extrusion of aluminum alloy AA6061 using circular dies with different geometries, 2nd International onference From Scientific omputing to omputational Engineering, 2nd I-SE Athens, Greece, 5-8 July, K.-D. Bouzakis, A. Lontos, Evaluation of Microindentation Test esults Using FEM Simulations for the Determination of the Mechanical Properties of Various Ferrous or Non Ferrous Materials, Proceedings of WT2005, World Tribology ongress III, ASME, September 12-16, 2005, Washington, D.., USA. 52 / 56

53 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE 5. A. Lontos, K.-D. Bouzakis, G. Demosthenous, A. Baldoukas, Application of 3D FEM simulation in the hot extrusion of aluminum AA6061 using circular dies with different geometries, 2nd IMEN onference, Kassandra-halkidiki, Greece, October 5-7, pp , A. Lontos, K.-D. Bouzakis, G. Demosthenous, A. Baldoukas, Hot extrusion of aluminum AA6061 and application of 3D FEM simulation using circular dies with different geometry, The yprus Journal of Science and Technology, Frederick esearch entre, Vol. 4 (No 4), pp , A. Λόντος, Κ.-Δ. Μπουζάκης, Γ. Δημοσθένους, Α. Μπαλντούκας, ροσδιορισμός της καμπύλης τάσης - παραμόρφωσης μεταλλικών υλικών, μέσω της αξιολόγησης αποτελεσμάτων διείσδυσης σφαιρικών εισβολέων και κατάλληλου προσομοιωτικού μοντέλου (FEM), 2o ανελλήνιο Συνέδριο Μεταλλικών Υλικών, Μ, Αθήνα, Νοεμβρίου, σελ , A. Lontos, K.-D. Bouzakis, G. Demosthenous, Investigation of the performance of coated dies and their products after hot and cold aluminum extrusion, In press in The yprus Journal of Science and Technology, No 2, Vol / 56

54 ΡΥΝΑΣ 4. Τομείς μελλοντικής έρευνας ESEAH ENTE 1. Διερεύνηση για εναπόθεση νέων σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων με αυξημένη αντοχή σε φθορά, κόπωση, θερμικές καταπονήσεις και μειωμένο συντελεστή τριβής (low-friction coatings), στις κρίσιμες επιφάνειες (bearing surface) των μητρών διέλασης αλουμινίου 2. ρακτική και οικονομική εφαρμογή των σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων μετά από κατάλληλη κατασκευαστική διαμόρφωση των μητρών διέλασης 3. ροσομοίωση της διαδικασίας της διέλασης με την χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (Finite Elements Method), λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες του κάθε διαφορετικού τύπου επιφανειακών επικαλύψεων και τις συνθήκες λειτουργίας 4. φαρμογή σκληρών λεπτών επιφανειακών επικαλύψεων σε μήτρες με πολύπλοκη γεωμετρία που χρησιμοποιούνται στην χύτευση ή στην παραγωγή πλαστικών προϊόντων 5. φαρμογή σκληρών επιφανειακών επικαλύψεων και σε άλλα διαμορφωτικά εργαλεία όπως είναι οι μήτρες για τη διαμόρφωση κεραμικών δομικών προϊόντων (τούβλα, κεραμίδια, πλακίδια επικάλυψης) 6. οιοτικός έλεγχος λεπτών επιφανειακών επικαλύψεων και προσδιορισμός των μηχανικών τους ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς τους σε έντονα θερμομηχανικά φαινόμενα 54 / 56

55 ΡΥΝΑΣ 5. Δαπάνες ESEAH ENTE ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΔΑΑΝΗΣ ΟΛΙΚΟ ΟΣΟ ΑΡΧΙΚΟΥ ΡΟΫΟΛΟ- ΓΙΣΜΟΥ* (Α) ΧΡΗΜ. Ι (Β1) ΟΣΟ ΟΥ ΔΑΑΝΗΘΗΚ ΑΛΛΗ ΧΡΗΜ.(Β2) ΣΥΝΟΛΟ (ΣΒ=Β1+Β2) ΟΣΟΣΤΟ ΔΑΑΝΗΣ (ΣΒ/Α) Αμοιβές ροσωπικού ,00 άγιος ξοπλισμός ξοπλισμός σε Η/Υ και Λογισμικά ρογράμματα Τεχνικές Υπηρεσίες Συμβούλων για ρευνητική Δραστηριότητα Έξοδα Διάχυσης και κμετάλλευσης Μετακινήσεις για Διεκπεραίωση και Συντονισμό Έρευνας , ,75 1, , ,00 1,07 Αναλώσιμα , ,54 1,00 ιδικά Έξοδα , ,31 1,00 Υπερκεφαλικά , ,00 1,00 Σύνολο , , ,37 55 / 56

56 ΡΥΝΑΣ ESEAH ENTE Frederick esearch entre Ι ΡΥΝΑΣ (Ι...) ΣΥΝΡΓΑΤΣ: ΡΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ F... ΔΜ-ΑΘ ΜΟΡΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΙ ΧΑΛΚΙΔΑΣ EMEON AG 56 / 56