Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów

Podobne dokumenty
SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROJEKTOWANIA TECHNOLOGII PROCESU TŁOCZENIA Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMU ETA/DYNAFORM 5.8

ZASTOSOWANIE POWŁOK PRZECIWADHEZYJNYCH W NARZĘDZIACH DO TŁOCZENIA

WPŁYW WIELKOŚCI LUZU MATRYCOWEGO W PROCESIE TŁOCZENIA NA KSZTAŁT WYTŁOCZKI Z UWZGLĘDNIENIEM PŁASKIEJ ANIZOTROPII

ANALIZA NUMERYCZNA ZMIANY GRUBOŚCI BLACHY WYTŁOCZKI PODCZAS PROCESU TŁOCZENIA

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

Modelowanie numeryczne procesu gięcia owiewki tytanowej

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Volume Issue 3 DOI: /amm The effects of friction on stamping process of sheet metals used in aviation

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

Inżynieria Maszyn, R. 22, z. 1, 76-84, 2017 ISSN X MODELOWANIE PROCESU TŁOCZENIA CZĘŚCI NADWOZIA SAMOCHODU ZE STALI SUPERWYSOKO WYTRZYMAŁEJ

ANALIZA NUMERYCZNA WPŁYWU WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA I GEOMETRII MATRYCY NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE WYCISKANYCH ELEKTROD RURKOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

ANDRZEJ GONTARZ, ANNA DZIUBIŃSKA

WPŁYW TARCIA NA NIERÓWNOMIERNOŚĆ ODKSZTAŁCEŃ WYROBU W PROCESIE KUCIA SOBODNEGO

Komputerowe modelowanie i numeryczna analiza wysokich wytłoczek kształtowanych przetłaczaniem

Wpływ powłoki Al Si na proces wytwarzania i jakość zgrzewanych aluminiowanych rur stalowych

Modyfikacja technologii tłoczenia obudowy łożyska

ANALYSIS OF THE FRICTION INFLUENCE ON CHANGE OF SURFACE TOPOGRAPHY IN STRIP DRAWING TEST

Optymalizacja konstrukcji wymiennika ciepła

Badania tarciowo-zuŝyciowe tytanu i stopów aluminium

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

TŁOCZNO BLACH O PODWYSZONEJ WYTRZYMAŁOCI

ANALIZA WPŁYWU TARCIA NA ZMIANĘ TOPOGRAFII POWIERZCHNI WYTŁACZANYCH BLACH

ON INFLUENCE OF DIESEL OIL SORT ON FRICTION AND WEAR PROCESSES Tarkowski Piotr, Paluch Roman Katedra Pojazdów Samochodowych Politechnika Lubelska

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

INSTYTUT BUDOWY MASZYN

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

WPŁYW WARUNKÓW UTWARDZANIA I GRUBOŚCI UTWARDZONEJ WARSTEWKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE ŻYWICY SYNTETYCZNEJ

OCENA TŁOCZNOŚCI BLACH METODAMI ENGELHARDTA I ERICHSENA

σ=c ε n (1) µ= P T P N

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

SYMULACJA MES PRZEMIESZCZANIA BLACHY PRZEZ PRÓG CIĄGOWY FEM SIMULATION OF SHEET MOVEMENT THROUGH THE DRAW BEAD

XXIII Konferencja Naukowa POJAZDY SZYNOWE 2018

Anizotropowe właściwości tarciowe blach stalowych karoseryjnych

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

Outline of a method for fatigue life determination for selected aircraft s elements

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

Ocena kontaktu okładziny ciernej z tarczą hamulcową metodą termowizyjną

WPŁYW OBCIĄŻENIA I PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ N A ZUŻYCIE STALI BAINITYCZNEJ W SKOJARZENIU ŚLIZGOWYM NA STANOWISKU AMSLERA

WPŁYW WYBRANYCH SMAROWYCH PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH PODCZAS TARCIA ZE STALĄ

Modelowanie i analiza numeryczna procesu wykrawania elementów o zarysie krzywoliniowym z blach karoseryjnych

NUMERYCZNA ANALIZA ROZKŁADÓW NACISKU WYSTĘPUJĄCYCH W STANDARDOWYCH WĘZŁACH TRIBOLOGICZNYCH

SPOSÓB WYZNACZANIA MAKSYMALNEGO PRZYROSTU TEMPERATURY W PROCESIE TARCIA METALI

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Badania procesu zgniatania obrotowego przyrostowego, wytłoczek z super stopu niklu Inconel 625 i stali nierdzewnej 0H18N9

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

2. ANALIZA NUMERYCZNA PROCESU

WPŁYW UKSZTAŁTOWANIA STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI STALI NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WSPÓŁPRACUJĄCYCH MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

BADANIA NAD DOBOREM SMARÓW TECHNOLOGICZNYCH DO TŁOCZENIA BLACH ALUMINIOWYCH I TYTANOWYCH

Analiza spręŝynowania blach tytanowych w procesach gięcia

BARIERA ANTYKONDENSACYJNA

MODELOWANIE I BADANIA EKSPERYMENTALNE PĘKANIA CIENKICH POWŁOK CERAMICZNYCH I WĘGLOWYCH

FRICTION PROCESSES OF SELECTED POLYMERS SLIDING ON STEEL AND DURALUMIN IN A LUBRICANT ENVIRONMENT

ANALIZA WYTĘŻENIA ZWOI GWINTU W POŁĄCZENIU ŚRUBA- NAKRĘTKA ANALYSIS OF THREAD COIL EFFORT IN THE SCREW NUT JOINT

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA BOUSSINESQUE A DO OKREŚLANIA NAPRĘŻEŃ W GLEBIE WYWOŁANYCH ODDZIAŁYWANIEM ZESTAWÓW MASZYN

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA KIEROWANEGO OCHŁADZALNIKAMI ZEWNĘTRZNYMI I WEWNĘTRZNYMI

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

WPŁYW WILGOTNOŚCI I TEMPERATURY POWIETRZA NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WYBRANYCH PAR ŚLIZGOWYCH METAL POLIMER

OBCIĄŻENIA TERMICZNE W ZESPOLONYCH DŹWIGARACH MOSTOWYCH THERMAL LOADS IN BRIDGE COMPOSITE STRUCTURES

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

BENDING FORCE AND SPRINGBACK CHARACTERISTICS OF THE TAILOR-WELDED 18G2A-E355 STEEL STRIPS

TOPOGRAFIA WSPÓŁPRACUJĄCYCH POWIERZCHNI ŁOŻYSK TOCZNYCH POMIERZONA NA MIKROSKOPIE SIŁ ATOMOWYCH

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

Badania numeryczne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) filmu olejowego pod działaniem zmiennego obciążenia

Badania doświadczalne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) izotermicznego filmu olejowego

Wpływ warunków nagniatania tocznego na chropowatość powierzchni stali C45 po cięciu laserem

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW EKSPLOATACYJNYCH NA ZUŻYCIE ELEMENTÓW SKOJARZENIA TOCZNO-ŚLIZGOWEGO W OBECNOŚCI PŁYNU

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Ciągnienie wytłoczek cylindrycznych

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

WSPÓŁCZYNNIK PRACY ZŁĄCZA CIERNEGO GÓRNICZEJ, KORYTARZOWEJ OBUDOWY PODATNEJ

Health Resorts Pearls of Eastern Europe Innovative Cluster Health and Tourism

EKSPERYMENTALNE ORAZ NUMERYCZNE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH PRÓBEK OPONY SAMOCHODU TERENOWEGO- ANALIZA PORÓWNAWCZA

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 13/15. GRZEGORZ WINIARSKI, Rzeczyca Kolonia, PL ANDRZEJ GONTARZ, Krasnystaw, PL

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

Lecture 18 Review for Exam 1

Połączenie wciskowe do naprawy uszkodzonego gwintu wewnętrznego w elementach silnika

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

WYBRANE ZAGADNIENIA WYTRZYMAŁOŚCI POŁĄCZEŃ SPAWANYCH I KLEJOWYCH STALI KONSTRUKCYJNEJ S235JR

Transkrypt:

Obróbka Plastyczna Metali Vol. XXV Nr 4 (2014) Procesy kształtowania wyrobów z blach dr hab. inż. Janina ADAMUS, prof. nadzw., mgr Katarzyna DYJA, dr inż. Wojciech WIĘCKOWSKI Politechnika Częstochowska E-mail: janina.adamus@gmail.com Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów Influence of frictional conditions on strain distribution in sheet-metal forming of some parts Streszczenie Procesy tłoczenia blach stanowią jedną z ważniejszych technologii kształtowania wyrobów cienkościennych. Rozpatrując proces tłoczenia jako system tribologiczny, szczególną uwagę należy zwrócić na smar technologiczny, który znacząco wpływa na jakość otrzymywanych elementów. W artykule omówiono wpływ smaru technologicznego na rozkład odkształceń w wytłoczkach. Przedstawiono wyniki badań współczynnika tarcia w próbie przeciągania pasa blachy oraz wyniki analiz numerycznych procesu tłoczenia blach. Abstract Sheet-metal forming processes are one of the most important technologies used for forming sheet-metal parts. Considering sheet-metal forming process as a tribological system, particular attention should be paid to the technological lubricant, which significantly affects quality of the produced components. The article discusses an impact of the technological lubricant on a strain distribution in the drawn-parts. The friction coefficients which have been determined in the strip drawing test, as well as the results of numerical analyses of the sheet-metal forming process are given. Słowa kluczowe: blacha, tłoczenie, system tribologiczny, smar technologiczny Keywords: sheet, sheet-metal forming, tribological system, technological lubricant 1. WPROWADZENIE Procesy tłoczenia blach umożliwiające produkcję szerokiej gamy elementów metalowych, znajdują zastosowanie w wielu branżach przemysłowych, poczynając od przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego poprzez sprzęt AGD, a kończąc na drobnej galanterii metalowej. Prawidłowe zaprojektowanie procesu tłoczenia wymaga rozwiązania wielu problemów technologicznych, przy uwzględnieniu stanów naprężeń i odkształceń występujących w blasze. W trakcie procesu kształtowania materiał wytłoczki ulega odkształceniom plastycznym, których duże wartości mogą prowadzić do wystąpienia zjawisk ograniczających możliwości uzyskania prawidłowo ukształtowanych wyrobów bez wad. Najczęściej spotykane wady i ograniczenia to: utrata stateczności i pękanie blachy, fałdowanie kołnierza i nie- 1. INTRODUCTION The processes of sheet-metal forming which allow for manufacturing of a wide range of metal products have been used in a number of industry sectors, starting from automotive and aircraft industries through to household goods manufacturing and ironmongery. Proper design of sheet-metal forming process requires solving a number of technological problems with consideration for stress and strain states that are present in sheet metal. During formation, material is subjected to plastic strain. Substantial levels of this strain might lead to phenomena that limit chances for obtaining good drawn-parts without defects. The most frequent defects and limitations include: losing stability and cracking of the sheet metal, wrinkling of the flange and unsupported areas of the drawn-part, excessive

278 J. Adamus, K. Dyja, W. Więckowski podpartych obszarów wytłoczki, nadmierne pocienienie ścianek wytłoczki, zarysowania i zatarcia na zewnętrznych powierzchniach wytłoczki oraz zużycie narzędzi. Czynniki mające wpływ na przebieg procesu tłoczenia blach oraz na niebezpieczeństwo pojawienia się niekorzystnych zjawisk można podzielić na [1 6]: czynniki związane z rodzajem kształtowanego materiału, m.in.: wielkość naprężenia uplastyczniającego, stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie, wykładnik umocnienia oraz współczynnik anizotropii, czynniki związane z rodzajem narzędzia, głównie cechy geometryczne narzędzia. Dodatkowo istotnym czynnikiem decydującym o możliwości uzyskania dobrych wytłoczek o żądanych właściwościach użytkowych jest tarcie występujące pomiędzy tłoczoną blachą a narzędziem [7, 8]. Ze względu na wysokie naciski, jakie występują na powierzchniach kontaktowych, zjawisko tarcia w procesach obróbki plastycznej znacznie różni się od tarcia występującego w częściach maszyn i ma bezpośredni wpływ na: rozkład naprężeń i odkształceń w kształtowanym materiale, wskutek czego powstaje niejednorodny stan odkształcenia, a więc również niejednorodne właściwości materiału wyrobu, maksymalne odkształcenia, możliwe do uzyskania bez naruszenia spójności materiału, wzrost siły koniecznej do odkształcenia oraz zużycia energii, wzrost nacisków na powierzchniach roboczych narzędzi, co prowadzi do ich szybkiego zużycia, występowanie zjawiska nalepiania się kształtowanego materiału na powierzchnie robocze narzędzia, co również przyspiesza ich zużycie i istotnie wpływa na jakość powierzchni wyrobów. Autorzy prac [9 12] zwracają uwagę, że tarcie może wywoływać zarówno negatywny, jak i pozytywny wpływ na przebieg procesów obróbki plastycznej. W celu wyeliminowania negatywnych skutków tarcia w procesach tłoczenia wyrobów z blach, dąży się do ograniczenia opo- thinning of the drawn-part walls, scratches on external surfaces of the drawn-part and tool wear. Factors that affect sheet-metal forming process and increase the risk of unfavourable phenomena are divided into [1 6]: factors connected with the grade of deformed material, such as the magnitude of yield stress, yield to tensile strength ratio, strain-hardening exponent and anisotropy coefficient, factors connected with the type of tool, with particular focus on tool geometry. An additional important factor that determines the ability to obtain quality drawn-parts with specific functional properties is friction that occurs between the sheet metal and the tool [7, 8]. Due to high pressure that occurs at the contact surface, the phenomenon of friction during metal forming differs substantially from the friction observed in machines. Furthermore, it has a direct effect on: distribution of stress and strain in the volume of the deformed material, which causes a non-uniform strain and, consequently, non-uniform product properties, maximum attainable material deformation without loss of its cohesion, increase in the force necessary for forming and energy consumption, increased pressure on tool's working surfaces, which leads to their fast wear, occurrence of the phenomenon of sticking the deformed material to tool's working surfaces, which accelerates wear and essentially affects the product surface quality. The authors of the studies [9 12] emphasized that friction might have both negative and positive effect on metal forming processes. In order to eliminate negative effects of friction during the processes of sheet metal forming, the attempts are usually made to limit friction resistance between

Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów 279 rów tarcia pomiędzy kształtowanym materiałem a powierzchniami roboczymi matrycy i dociskacza oraz zwiększenia tarcia pomiędzy stemplem a kształtowaną blachą. Podstawowym sposobem ograniczania sił tarcia w obróbce plastycznej jest odpowiednie smarowanie. Ze względu na różnorodność procesów kształtowania, a co za tym idzie różnorodność warunków tarcia, smary dobiera się do konkretnych procesów oraz rodzaju kształtowanych materiałów. Podstawową rolą smarów technologicznych jest zmniejszenie współczynnika tarcia, a tym samym oporów tarcia i siły tłoczenia. Wielkość oporów tarcia w dużym stopniu jest uzależniona od rodzaju kształtowanego materiału, wielkości nacisku, chropowatości współpracujących powierzchni, prędkości poślizgu oraz temperatury. Wpływ poszczególnych czynników na współczynnik tarcia jest złożony. Warstwa smarna pomiędzy odkształcanym metalem i narzędziem izoluje całkowicie lub częściowo współpracujące powierzchnie, ograniczając tym samym powstawanie wad wytłoczek wynikających ze skłonności kształtowanego materiału do zatarć i tworzenia nalepień [13 15]. Ponadto smar technologiczny wpływa na stan naprężenia i odkształcenia w kształtowanym wyrobie, stanowiący istotne kryterium przy ocenie tłoczności blach. W pracy przedstawiono wyniki badań współczynnika tarcia dla blach stalowych kształtowanych przy zastosowaniu różnych smarów technologicznych oraz wyniki symulacji numerycznych procesu tłoczenia blachy stalowej prowadzonych z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków tarcia. the deformed material and working surfaces of the die and the blank-holder and to increase friction between the punch and the sheet metal. The basic method to limit friction forces in metal forming is lubrication. Due to a variety of formation processes and, consequently, a variety of friction conditions, lubricants are selected for specific processes and the grade of deformed material. The fundamental aim of using technological lubricants is to reduce the coefficient of friction and stamping forces. Friction resistance is largely dependent on the type of the deformed metal, pressure, roughness of mating surfaces, sliding speed and temperature. The effect of individual factors on friction coefficient is complex. Lubricating layer between the deformed metal and the tool separates surfaces either totally or partially, thus limiting the frequency of the defects in drawn-parts that result from the tendency of the deformed material for galling [13 15]. Furthermore, technological lubricants affect stress and strain state in the drawn-part, which represents an essential criterion for evaluation of sheet metal drawability. This study presents the results of the examinations of the friction coefficient for deformed sheets using different technological lubricants, and results of numerical simulations of sheetmetal forming carried out for varied friction conditions. 2. CEL I ZAKRES BADAŃ Główny cel badań to określenie wpływu smaru technologicznego na rozkład odkształceń podczas procesu tłoczenia elementów z blach stalowych. Analizy dokonano w oparciu o symulację numeryczną tłoczenia próbek o zróżnicowanej geometrii. Obliczenia numeryczne wykonano z wykorzystaniem programu PAMStamp 2G, specjalnie dedykowanego procesom tłoczenia blach. Niezbędne do przeprowadzenia symulacji numerycznej dane materiałowe takie, jak: granica plastyczności R p02, wytrzymałość na rozciąganie R m oraz wykładnik umocnienia n wyznaczono doś- 2. GOAL AND SCOPE OF STUDY The main goal of the study was to evaluate the effect of technological lubricants on strain distribution during the process of sheet-metal forming. Analysis was carried out based on numerical simulation of the samples with varied geometry. Numerical calculations were performed using the PAMStamp 2G software dedicated specifically to sheet-metal forming processes. The data necessary for numerical simulation, such as yield stress R p02, ultimate stress R m and strain-hardening exponent n were found empirically from a static tensile test. Coefficients of fric-

280 J. Adamus, K. Dyja, W. Więckowski wiadczalnie w statycznej próbie rozciągania. Współczynniki tarcia określono w tzw. próbie przeciągania pasa blachy, na stanowisku badawczym (rys. 1), umożliwiającym pomiar siły tarcia oraz siły docisku elementów roboczych narzędzia do powierzchni blachy. Narzędzie wykonano ze stali NC10. Do badań doświadczalnych wykorzystano blachę stalową AMS 5504 (stal nierdzewna AISI 410) o grubości 0,75 mm. Badania przeprowadzono w warunkach tarcia technicznie suchego oraz w obecności smarów technologicznych. tion were determined in the so called strip drawing test on a test stand (Fig. 1) that allowed for measurement of friction force and the hold-down force that acted from working dies on the sheet metal surface. The tool was made of steel NC10. The empirical tests were performed using AMS 5504 steel sheet metal (stainless steel AISI 410) with thickness of 0.75 mm. The studies were carried out under conditions of dry friction and in the presence of technological lubricants. Rys. 1. Stanowisko do przeciągania pasa blachy Fig. 1. Strip drawing test stand 3. WYNIKI BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH 3. RESULTS OF EXPERIMENTAL TESTS Opracowane wyniki statycznej próby rozciągania przedstawiono na rysunku 2 w postaci krzywej rozciągania i krzywej umocnienia. Krzywą umocnienia materiału analizowanej blachy wykreślono zgodnie z równaniem Hollomona: σ= Κ εn, gdzie K jest stałą materiałową, a n wykładnikiem umocnienia. Podstawowe parametry mechaniczne zamieszczono w tabeli 1. The results of tensile test are presented in Figure 2 in the form of a stress-strain curve and strain-hardening curve. Strain-hardening curve for the analysed sheet-metal was determined according to the Hollomon's equation: σ=κ εn, where K denotes material constant and n is strain-hardening exponent. The basic mechanical parameters are presented in Table 1. a) b) Rys. 2. Stal AMS 5504: a) krzywa rozciągania, b) krzywa umocnienia Fig. 2. AMS 5504 steel: a) tensile force vs. elongation, b) stress-strain curve

Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów 281 Tab. 1. Parametry mechaniczne blachy AMS 5504 Tab. 1. Mechanical parameters for AMS 5504 sheet Materiał Material Właściwość Properties Granica plastyczności Yield strength R p02, MPa Wytrzymałość na rozciąganie Tensile strength R m, MPa Wydłużenie A 80, % Elongation A 80, % Stała materiałowa Material constant K, MPa Wykładnik umocnienia Strain-hardening exponent n, - AMS 5504 287,80 517,40 43,00 918,44 0,25 Wyniki badań eksperymentalnych współczynnika tarcia przedstawia rysunek 3. Results of experimental testing of friction coefficient are presented in Figure 3. Rys. 3. Współczynniki tarcia para trąca: stal-stal Fig. 3. Friction coefficients frictional pair: steel-steel 4. ANALIZA WPŁYWU WARUNKÓW TAR- CIA NA BADANY PROCES TŁOCZENIA Analizę numeryczną przeprowadzono dla procesu tłoczenia 6 wykrojek o zróżnicowanej geometrii poprzez wielkość promienia wycięcia R n (rys. 4). Analizowano wpływ warunków tarcia na pocienienie ścianki wytłoczki oraz rozkład odkształceń, zwłaszcza w momencie pękania wytłoczek. 4. ANALYSIS OF EFFECT OF FRICTIONAL CONDITIONS ON TESTED SHEET-METAL FORMING PROCESS Numerical analysis was carried out for forming 6 steel blanks with varied geometry by radius value of the cutouts R n (Fig. 4). The effect of friction conditions on thinning of the darwn-part wall and strain distribution was analysed, especially at the point of drawn-part cracking. Rys. 4. Geometria materiału wyjściowego Fig. 4. Blank geometry

282 J. Adamus, K. Dyja, W. Więckowski Model numeryczny procesu tłoczenia przedstawiono na rysunku 5. Narzędzie składa się z półkulistego stempla o promieniu 14 mm, matrycy ciągowej o średnicy wewnętrznej 30 mm i promienia zaokrąglenia ciągowego 5 mm oraz dociskacza o średnicy wewnętrznej 34 mm. W obliczeniach przyjęto siłę docisku równą 15 kn. Ponadto założono izotropowe właściwości wytrzymałościowe tłoczonych blach z uwzględnieniem uplastycznienia materiału dla warunku podanego w 1948 r. przez R Hilla. W obliczeniach, właściwości materiałowe przyjęto zgodnie z tabelą 1. Symulacje numeryczne przeprowadzono przy założeniu warunków tarcia technicznie suchego na powierzchniach kontaktu blachastempel, tj. µ=0,3 oraz z uwzględnieniem smarowania na powierzchniach kontaktu: blacha- -dociskacz i blacha-matryca, tj. µ=0,05. Numerical model of forming process is presented in Figure 5. The tool consists of the hemispherical punch with radius 14 mm, the die with an inner diameter of 30 mm and a filet radius of 5 mm, and the blank-holder with the inner diameter of 34 mm. A blank-holder force of 15 kn was assumed in the calculations. Moreover, the computations assumed isotropic strength properties of the analysed sheets with regard for Hill'48 yield criterion. Material properties for the computations were assumed according to Table 1. Numerical simulations were carried out for the conditions of dry friction at the contact between sheet-metal and punch (µ=0.3), and assumption of lubrication at the surfaces of contact between die and sheet-metal and between sheet-metal and blank-holder (µ=0.05). Rys. 5. Model numeryczny procesu tłoczenia Fig. 5. Numerical model of sheet-metal forming process Przykładowe wyniki obliczeń numerycznych i badań eksperymentalnych dla procesu tłoczenia pełnego wsadu przy uwzględnieniu zróżnicowanych warunków tarcia przedstawiono na rysunkach 6 8. Rozkłady odkształceń plastycznych w wytłoczce, uzyskanej podczas tłoczenia w warunkach tarcia suchego, w chwili jej pęknięcia w porównaniu z odkształceniami, jakie mają miejsce podczas tłoczenia ze smarowaniem przedstawiono na rysunku 6. W przypadku braku smarowania pęknięcie materiału wytłoczki wystąpiło przy zagłębieniu stempla równym 11,7 mm, natomiast w warunkach smarowania powierzchni roboczych matrycy i dociskacza, przy takim samym zagłębieniu stempla, nie zaobserwowano pękania wytłoczki. Example results of numerical and experimental tests for the process of stamping of a nongrooved blank with consideration for varied friction conditions are presented in Figures 6 to 8. Distribution of plastic strain in a drawn-part obtained during stamping under conditions of dry friction at the moment of its cracking compared to deformations that occur during stamping with lubrication are presented in Figure 6. Without lubrication, cracking of drawn-part material occurred at the depth of the punch of 11.7 mm, whereas under conditions of lubrication of working surfaces of the die and blankholder with the same punch depth, no cracking in the drawn-part was observed.

Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów 283 Rys. 6. Rozkład odkształceń plastycznych w wytłoczce wykonanej z pełnego wsadu (R n=0mm) przy zagłębieniu stempla równym 11,7 mm Fig. 6. Plastic strain distribution in drawn-part made using non-grooved blank (R n=0mm), with punch depth of 11.7 mm Na rysunkach 7 i 8 przedstawiono rozkład odkształceń w wytłoczkach kształtowanych odpowiednio w warunkach tarcia technicznie suchego i ze smarowaniem na styku matryca- -blacha-dociskacz. Wyznaczone w obliczeniach numerycznych odkształcenia porównano z krzywą odkształceń granicznych (KOG) kształtowanej blachy, powyżej której następuje pękanie blachy. Poniżej krzywej odkształceń granicznych znajduje się strefa niebezpieczna, która jest zazwyczaj wprowadzana pomiędzy strefę bezpieczną i strefę pękania, aby zagwarantować, że nie wystąpi pęknięcie wytłoczki wskutek niewłaściwego określenia położenia krzywej odkształceń granicznych. Figures 7 and 8 present the strain distribution in the drawn-part respectively under conditions of dry friction and with lubrication at the contact surfaces: die-deformed sheet-blankholder. Strains, which were determined in the numerical calculations, have been compared with forming limit curve (FLC) of the deformed sheet. Above the curve there is a fracture zone and under the curve there is a marginal zone, which is usually introduced between the safe and failure zones to guarantee that a fracture due to an inaccurate assessment of the FLC location is unlikely. Rys. 7. Porównanie odkształceń w wytłoczce wykonanej z pełnego wsadu (R n=0mm) z KOG: bez smarowania, zagłębienie stempla h=11,7mm Fig. 7. Comparison of strain in drawn-part made using non-grooved blank (R n=0mm) with FLD: without lubrication, punch depth h = 11.7mm

284 J. Adamus, K. Dyja, W. Więckowski Rys. 8. Porównanie odkształceń w wytłoczce wykonanej z pełnego wsadu (R n=0mm) z KOG: ze smarowaniem, zagłębienie stempla h=11,7 mm Fig. 8. Comparison of strain in drawn-part made using non-grooved blank (R n=0mm) with FLD: lubrication, punch depth h=11.7 mm Dla porównania przedstawiono również wyniki obliczeń numerycznych i badań eksperymentalnych dla procesu tłoczenia wsadu z wycięciem R n=12mm (rys. 9 i 10). W przypadku braku smarowania podczas próby tłoczenia, pęknięcie materiału wystąpiło przy zagłębieniu stempla równym 7,2 mm, natomiast podczas smarowania na styku blacha-dociskacz i blacha- -matryca pęknięcie pojawiło się przy zagłębieniu stempla równym 7,3 mm. For comparison purposes, the results of numerical calculations and experimental examinations for the forming process of grooved specimen with R n=12 mm are also presented (Fig. 9 and 10). Without lubrication during the stamping test, material cracking occurred for stamp depth of 7.2 mm, whereas lubrication at the contact surface die-sheet metal-blank holder caused that cracking was observed for the punch depth of 7.3 mm. Rys. 9. Porównanie odkształceń w wytłoczce wykonanej z wsadu z wycięciem R n=12mm z KOG: bez smarowania, zagłębienie stempla h=7,2 mm Fig. 9. Comparison of strain in drawn-part made of grooved blank (R n=12mm) with FLD: without lubrication, punch depth of h=7.2 mm Rys. 10. Porównanie odkształceń w wytłoczce wykonanej z wsadu z wycięciem R n=12mm z KOG: smarowanie na styku matryca-blacha-dociskacz, zagłębienie stempla h=7,2 mm Fig. 10. Comparison of strain in drawn-part made of grooved blank (R n=12mm) with FLD: lubrication at contact surface: die sheet-metal blank-holder, punch depth of h=7.2 mm

Wpływ warunków tarcia na rozkład odkształceń podczas tłoczenia wybranych elementów 285 Analiza wyników obliczeń numerycznych procesu tłoczenia uwidacznia wyraźny wpływ smarowania na rozkład odkształceń plastycznych w materiale wytłoczki, a tym samym głębokość tłoczenia wytłoczek pozbawionych wad. Różnice w wartościach odkształceń oraz głębokości tłoczenia w dużej mierze zależą od geometrii zastosowanych wsadów (schematu odkształceń). Najbardziej widoczne są dla wsadów pełnych. Analysis of the results of numerical calculations for forming process revealed a noticeable effect of lubrication on distribution of plastic strain in the material of drawn-part, thus pointing to the drawn-part depth without defects. Differences in strain and drawn-part depth largely depend on geometry of the blanks (strain scheme). They are the most noticeable for nongrooved blanks. 5. POSUMOWANIE W celu poprawy warunków tribologicznych w procesach tłoczenia blach, a zwłaszcza uniknięcia nalepiania się materiału kształtowanej blachy na powierzchnie narzędzia, konieczne jest rozdzielenie materiałów pary trącej, tj. narzędzia i kształtowanego materiału blachy poprzez zastosowanie np. smarów technologicznych. Przeprowadzone obliczenia numeryczne wykazały istotny wpływ smarowania na rozkład odkształceń w kształtowanym materiale, co w konsekwencji przekłada się na możliwą do uzyskania graniczną wysokość wytłoczki. 5. CONCLUSION In order to improve tribological conditions in sheet-metal forming processes, especially to avoid of protrusion of the deformed sheet on the tool surface, it is necessary to separate the materials of the frictional pair i.e. tool and the sheet metal through application of e.g. technological lubricants. The numerical calculations revealed an essential effect of lubrication on strain distribution in the deformed material, which consequently affects the maximum attainable drawn-part height. PODZIĘKOWANIA Badania realizowane w ramach Projektu Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym, Nr POIG.01.01.02-00-015/08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (PO IG). Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. ACKNOWLEDGEMENTS Financial support of Structural Funds in the Operational Programme Innovative Economy (IE OP) financed from the European Regional Development Fund Project Modern material technologies in aerospace industry, No. POIG.01.01.02-00-015/08-00 is gratefully acknowledged. LITERATURA / REFERENCES [1] Adamus J.: Wpływ właściwości materiałowych na jakość wytłoczek. II Ogólnopolska Konferencja Naukowa: QUALITY 2004. Doświadczenia i Efekty Funkcjonowania Systemów Zarządzania Jakością w Przedsiębiorstwach, 2004, s. 20 26. [2] Boljanovic V.: Sheet metal forming processes and die design. Industrial Press, New York 2004. [3] Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników. Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o., Warszawa 2002. [4] Mangudkar U.V., Hiremath R.B.: Formability analysis and its parameters a review paper. Journal of Engineering Research and Application vol. 3/6 (2013), s. 300 303. [5] Suchy I.: Handbook of die design. McGraw-Hill Professional Publishing 2006. [6] Saxena R., Dixit P.: Finite element simulation of earing defect in deep drawing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology nr 45 (2009), s. 219 233.

286 J. Adamus, K. Dyja, W. Więckowski [7] Jurkovic M., Jurkovic Z., Buljan S.: The tribological state test in metal forming processes using experiment and modelling. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering vol. 18 (2006), s. 384 386. [8] Cora N. Agcayazı A., Namiki K., Sofuoglu H., Koc N.: Die wear in stamping of advanced high strength steels Investigations on the effects of substrate material and hard-coatings. Tribology International no. 52 (2012), s. 50 60. [9] Gierzyńska M.: Tarcie, zużycie i smarowanie w obróbce plastycznej metali. WNT 1983. [10] Adamus J., Dyja K.: Wpływ tarcia i smarowania na proces kształtowania blach. Rudy i Metale Nieżelazne R. 59 nr 4 (2014), s. 191 196. [11] Gierzyńska-Dolna M., Adamus J.: Rola i zadania smarów technologicznych w procesach obróbki plastycznej metali. Przegląd Mechaniczny nr 16 (1995), s. 11 18. [12] Adamus J.: Zastosowanie powłok przeciwadhezyjnych w narzędziach do tłoczenia. Trybologia nr 4 (190) 2003, s. 11 21. [13] Adamus J.: Lubrication in sheet metal forming processes. Proceedings of the Review Conference on Scientific Cooperation between Austria, Poland and their World-Wide Partners, especially from Middle-European Countries. Wyd. PAN Scientific Centre of the Polish Academy of Science Vienna, April 23 27 2003, s. 434 441. [14] Linde G.: Predicting galling behaviour in deep drawing processes. PhD Thesis, University of Twente 2011. [15] Adamus J.: Simulation of the Sheet-Metal Working Process with Friction and Lubrication. Tribologia R. 37 nr 4 (2006), s. 7 18.