Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Advanced methods of determination of friction coefficient in the machining process

Grzesik Wit

Mechanik

|

2026

|

R. 99, nr 1

8--13

EN

In this article, several possibilities for integrating AI methods with FEM-based modelling for coefficient of friction (COF) prediction are reviewed and discussed. In particular, the implementation of a Grey-Box model and selected regression testing methods is presented. Results of integrating a Python interface with the FEM DEFORM package for predicting componential cutting forces and cutting temperatures using estimated COF values are provided. The performance of different friction models implemented in FEM and SPH simulation packages is compared. New trends and future research directions are also outlined.

PL

W artykule omówiono możliwości integracji metod sztucznej inteligencji (AI) z modelowaniem metodą elementów skończonych (FEM) do prognozowania wartości współczynnika tarcia. W szczególności przedyskutowano zastosowanie tzw. modelu szarej skrzynki (Grey-Box) i kilku metod testowania regresyjnego, a podano wyniki integracji interfejsu Pythona z programem symulacyjnym DEFORM dotyczące sił skrawania i temperatury, wykorzystujące wyniki prognozy współczynnika tarcia. Porównano efekty zastosowania różnych modeli tarcia w metodach FEM i SPH. Omówiono przyszłościowe kierunki badań.

2

Improving the durability and wear performance of heat-polymerized poly(methyl methacrylate) using nanoparticles derived from hydroxyapatite and date seeds for denture base application

Mohamed Howida, Ali W. Y., Shokry Abdallah, Badran A. H., Kamel Ameer Ali

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2026

|

Vol. 20, no. 4

291--306

EN

This study aimed to develop and characterize a heat- polymerized poly(methyl methacrylate) (PMMA) denture base nanocomposite reinforced with hydroxyapatite nanoparticles (HA NPs) and economically synthesized date seed nanoparticles (DS NPs) to enhance its mechanical and tribological properties. Nanocomposites were fabricated with varying concentrations (0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0 wt.%) of HA NPs and DS NPs. The mechanical performance was evaluated through compression testing and Shore D hardness measurements. Tribological properties were assessed using a pin-on-disk tribometer against emery paper, stainless steel and PMMA counterfaces, measuring weight loss, wear rate (Wr), and the coefficient of friction (COF). X-ray diffraction (XRD) was used to characterize the crystallographic structure and structural properties of nanocomposite. Differential scanning calorimetry (DSC) for characterizing the thermal behavior and stability of materials. Morphological analysis of wear tracks was conducted via scanning electron microscopy (SEM). The morphological features and aggregation behavior of the synthesized DS NPs were investigated using transmission electron microscopy (TEM). The findings revealed marked enhancements in the properties relative to unreinforced PMMA. Compressive strength and Shore D hardness increasing by 21.88% and 9.16%, respectively. In addition, the Wr and COF were reduced by 33.76% and 29.88%. SEM observations confirmed that the incorporation of nanoparticles effectively minimized abrasive wear and surface cracking. Among all tested compositions, the 1.0 wt.% filler loading for both nanofiller exhibited the most exceptional performance characteristics.

3

Tribological Studies of Braided Packings with Natural and Expanded Graphite under Dry and Water-Lubricated Conditions

Rewolińska Aleksandra, Wojciechowski Łukasz, Kubiak Krzysztof

Tribologia

|

2025

|

nr 3

39--51

EN

The aim of this study was to evaluate the tribological properties of braided packings impregnated with natural graphite (NG) and expanded graphite (EG), operating against AISI 4130 alloy steel under dry and water - lubricated conditions. Tests were performed using an Amsler A135 tester in the “block–ring” configuration at a load of 350 N, speed of 200 rpm, and a duration of 30 minutes. The coefficient of friction, operating temperature, and mass wear were determined, and SEM/EDS analyses were carried out to characterize transfer layers. The results demonstrated a significant influence of graphite type and operating environment on friction behavior. Under dry conditions, EG-based packings exhibited a lower coefficient of friction (0.11 vs. 0.24 for NG), reduced operating temperature (by ~30%), and markedly lower mass wear. In water-lubricated conditions, COF values remained more favorable for EG; however, its mass wear increased by 367%, while for NG the increase was only 15%. SEM and EDS analyses revealed that expanded graphite formed more uniform and adhesive transfer layers under dry conditions, which promoted friction stabilization. In the presence of water, these films became less homogeneous. Natural graphite in the water-lubricated environment exhibited weak adhesion to the substrate and discontinuous coverage of the steel surface.

PL

Celem pracy była ocena właściwości tribologicznych pakunków plecionych impregnowanych grafitem naturalnym (NG) i ekspandowanym (EG), współpracujących ze stalą stopową AISI 4130 w warunkach tarcia suchego i w środowisku wodnym. Badania przeprowadzono z użyciem testera Amsler A135 w układzie „blok–pierścień” przy obciążeniu 350 N, prędkości 200 obr./min i czasie 30 min. Analizowano współczynnik tarcia (COF), temperaturę pracy oraz zużycie masowe próbek. Dodatkowo wykonano obserwacje SEM/EDS w celu oceny warstw transferowych. Wyniki wykazały istotny wpływ rodzaju grafitu i warunków pracy na procesy tarcia. W środowisku suchym pakunki z EG charakteryzowały się niższym COF (0,11 wobec 0,24 dla NG), obniżoną temperaturą pracy (ok. 30%) oraz znacząco mniejszym zużyciem masowym. W środowisku wodnym wartości COF pozostawały korzystniejsze dla EG, jednak jego zużycie masowe wzrosło o 367%, podczas gdy w przypadku NG wzrost wyniósł jedynie 15%. Analiza SEM i EDS wykazała, że grafit ekspandowany tworzy bardziej równomierne i adhezyjne warstwy transferowe w warunkach suchych, co sprzyja stabilizacji tarcia. W obecności wody warstwy te stawały się mniej jednorodne. Grafit naturalny w środowisku wodnym wykazywał słabą adhezję do podłoża i nieciągłe pokrycie powierzchni stali.

4

Study on Tribological Properties of Polymer Materials Used in Gerotor Pumps

Krawczyk Justyna

Tribologia

|

2025

|

nr 2

43--53

EN

The paper presents the results of tribological tests of three polymeric materials: polyoxymethylene (POM), polyphenylene sulphide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK), used in the design of gerotor pump gears. The aim of the study was to evaluate the coefficient of friction and wear of tested polymeric materials under conditions simulating real hydraulic loads. The tests were carried out on a T-01M tribometer at different load levels (1, 3, 5, and 7 MPa) and continuous lubrication with hydraulic oil. The results showed that POM is characterized by the highest coefficient of friction and wear, while PPS and PEEK are characterized by better stability and lower wear compared to POM. Particular attention was paid to the influence of axial and radial clearances on the volumetric efficiency of the pump. Analysis of the results suggests that PEEK is the most suitable material for use in gerotor pumps due to the stability of tribological properties and lower wear level. The study results can contribute to the optimization of the design of pumps with plastic elements in order to increase their durability and operating efficiency.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych trzech materiałów polimerowych: polioksymetylenu (POM), polisiarczku fenylenu (PPS) oraz polieteroeteroketonu (PEEK), stosowanych w konstrukcji kół zębatych pomp gerotorowych. Celem pracy była ocena współczynnika tarcia i porównanie zużycia badanych materiałów polimerowych w warunkach symulujących rzeczywiste obciążenia hydrauliczne. Badania prze prowadzono na tribometrze T-01M przy różnych poziomach obciążenia (1, 3, 5 i 7 MPa) i ciągłym smarowa niu olejem hydraulicznym. Wyniki wykazały, że POM charakteryzuje się najwyższą wartością współczynnika tarcia i największym zużyciem, podczas gdy PPS i PEEK charakteryzują się lepszą stabilnością i mniejszym zużyciem w porównaniu do POM. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi luzów osiowych i promienio wych na sprawność objętościową pompy. Analiza wyników sugeruje, że PEEK jest najbardziej odpowiednim materiałem do zastosowania w pompach gerotorowych ze względu na stabilność właściwości tribologicznych i niższy poziom zużycia. Wyniki badań mogą przyczynić się do optymalizacji projektowania pomp z elementami z tworzyw sztucznych w celu zwiększenia ich trwałości i efektywności pracy.

5

Evaluation of the Tribological Properties of Chromium Nitride and Diamond-Like Carbon Coatings Deposited on X38CrMo16 Steel

Drabik Szymon, Madej Monika

Tribologia

|

2025

|

nr 2

31--41

EN

This study investigates the tribological properties of chromium nitride (CrN+OX) and diamond-like carbon (DLC) coatings. Polished samples (Ra = 0.02÷0.03 µm) were coated with commercial DLC and CrN+OX coatings, as well as a DLC coating deposited in accordance with a proprietary procedure. The coatings were applied using the plasma-assisted chemical vapor deposition (PACVD) method. Surface topography was analyzed under a Leica DCM8 confocal microscope to compare surface parameters before and after coating deposition. Tribological tests were performed using a TRB3 tribometer in a ball on-disc configuration under 10 N load in reciprocating motion under dry friction conditions. Additionally, tribological tests for the proprietary DLC coating were conducted at increased loads of 15 N and 20 N. The measurements of the coefficient of friction and linear wear were recorded. To compare the wear tracks after tribological tests, further observations were performed using a confocal microscope. Surface topography analysis indicated that DLC coatings had little effect on surface roughness parameters, in contrast to the CrN coating. The tribological test results demonstrated that all applied coatings significantly reduced both the coefficient of friction and wear. The lowest coefficient of friction was recorded for the sample with the DLC coating deposited using the proprietary procedure developed at the Advanced Nanotechnology and Nanomaterials Laboratory at the Kielce University of Technology. Meanwhile, the lowest linear wear was observed for the sample with the commercial DLC coating. Microscopic profile analysis revealed that the smallest wear track depth was obtained for the sample coated with DLC using the proprietary deposition process.

PL

W artykule badano właściwości tribologiczne powłok z azotku chromu (CrN+OX) i diamentopodobnych (DLC – Diamond-Like Carbon). Na wypolerowane próbki (Ra = 0,02÷0,03 µm) naniesiono komercyjne powłoki DLC i CrN+OX oraz powłokę DLC, którą osadzano według autorskiej procedury. Powłoki zostały naniesione metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PACVD). Przy użyciu mikroskopu konfokalnego DCM8 firmy Leica przeprowadzono obserwacje mikroskopowe, w celu porównania parametrów topografii powierzchni przed i po nałożeniu powłok. Na tribometrze TRB3 wykonano testy tribologiczne w skojarzeniu kula–tarcza przy obciążeniu 10 N w ruchu posuwisto-zwrotnym podczas tarcia technicznie suchego. Dodatkowo dla autorskiej powłoki DLC wykonano testy tribologiczne przy zwiększonym obciążeniu (15 i 20 N). Rejestrowano przebiegi wartości współczynników tarcia oraz zu życia liniowego. W celu porównania śladów wytarcia po testach tribologicznych przeprowadzono obserwacje za pomocą mikroskopu konfokalnego. Analiza topografii powierzchni wskazała, że osadzone powłoki DLC nieznacznie wpływają na zmianę para metrów topografii powierzchni, w odróżnieniu od powłoki CrN. Wyniki testów tribologicznych wskazały, że każda z zastosowanych powłok znacząco zmniejszyła zarówno współczynnik tarcia, jak i zużycie. Najmniej szy współczynnik tarcia zarejestrowano dla próbki z powłoką DLC osadzoną według procedury opracowanej w Laboratorium Zaawansowanych Nanotechnologii i Nanomateriałów Politechniki Świętokrzyskiej, natomiast najmniejszą wartość zużycia liniowego zarejestrowano dla próbki z komercyjną powłoką DLC. Analiza profili uzyskanych poprzez obserwacje mikroskopowe wskazała, że najmniejszą głębokość śladu wytarcia uzyskano dla próbki z powłoką DLC osadzaną według autorskiej procedury.

6

Application of the Tensile Bending Test to Determine the Tribological Behavior of DC01 Steel Sheets

Szewczyk Marek, Szwajka Krzysztof, Trzepieciński Tomasz, Zielińska-Szwajka Joanna, Barlak Marek

Tribologia

|

2025

|

nr 1

67--76

EN

The article presents the results of the analysis of changes in the coefficient of friction occurring on the edge of the punch during sheet metal plastic processing. Experimental studies were conducted using the friction method in bending and stretching. A tribometer developed by the authors was used. The research material consisted of 0.8 mm thick DC01 low-carbon steel sheets. The evolution of changes in the coefficient of friction during friction tests was studied in dry friction conditions and lubrication of the sheet metal surface with S100 Plus and S300 oil (Naftochem). Countersamples made of 145Cr6 tool steel, and additionally modified by applying anti-wear coatings were used. The obtained results showed that the coefficient of friction depended on the coating used, and the nature of this change depended on the friction conditions. In the analyzed friction conditions, a decrease in the values of the Sa and Ssk parameters was observed, and an increase in the Sku parameter in relation to the sheet metal in the delivery state.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy zmian współczynnika tarcia zachodzących na krawędzi stempla w procesach obróbki plastycznej blachy. Badania eksperymentalne przeprowadzono metodą tarcia przy zginaniu i rozciąganiu. Zastosowano opracowany przez autorów tribometer. Materiał badawczy stanowiły blachy ze stali niskowęglowej DC01 o grubości 0,8 mm. Badano ewolucję zmian współczynnika tarcia podczas badań tarcia w warunkach tarcia suchego i smarowania powierzchni blachy olejem S100 Plus i S300 (Naftochem). Zastosowano przeciwpróbki wykonane ze stali narzędziowej 145Cr6, które zostały dodatkowo zmodyfikowane poprzez naniesienie powłok przeciwzużyciowych. Uzyskane wyniki wykazały zależność wartości współczynnika tarcia od zastosowanej powłoki, a charakter tej zmiany zależy od warunków tarcia. W analizowanych warunkach tarcia zaobserwowano zmniejszenie wartości parametrów Sa i Ssk oraz zwiększenie parametru Sku w stosunku do blachy w stanie dostawy.

7

Hałaśliwość nawierzchni drogowych a jej właściwości przeciwpoślizgowe

Mechowski Tomasz, Harasim Przemysław

Przegląd Budowlany

|

2025

|

R. 96, nr 1

84--87

PL

Ograniczenie hałasu drogowego przez stosowanie cichych nawierzchni jest jednym z wyzwań stojących przed wykonawcami wierzchnich warstw dróg. Dobór odpowiedniego kruszywa może temu problemowi zaradzić. W artykule przedstawiono wyniki badań hałaśliwości nawierzchni w odniesieniu do jej właściwości przeciwpoślizgowych. Na podstawie uzyskanych wyników wskazano cechy kruszywa, które pozwolą obniżyć hałaśliwość nawierzchni przy zachowaniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa użytkowników drogi.

EN

Reducing road noise through the use of quiet pavements is one of the challenges facing road surfacing contractors. The selection of a suitable aggregate can address this problem. This paper presents the results of a study of pavement noisiness in relation to its anti-skid properties. Based on the results obtained, the characteristics of the aggregate are indicated that will allow to reduce the noisiness of the pavement while maintaining an adequate level of safety for road users.

8

Design and construction of a lab rig for testing bolt efficiency

Grabianowska Natalia, Grabianowski Maciej

Mebutra

|

2025

|

No. 4

54--89

EN

The paper presents the construction of a laboratory test rig for determining the friction factor for threaded connections. The lab rig enables tests to be carried out with or without lubrication between the mating threaded surfaces.

9

Evaluation of Wear Mechanisms of an Aluminum Alloy in Emergency Applications

Minciuna Mirabela, Vizureanu Petrica, Sandu Andrei Victor, Istrate Bogdan

Archives of Metallurgy and Materials

|

2025

|

Vol. 70, iss. 2

913--920

EN

Aluminum-silicon alloys have become a popular choice for applications in the automotive and aerospace industries and have proven themselves through their fault-tolerant processability and respectable static properties at comparatively low costs. Current research has focused on a water jet gun for firefighters. This is an essential device used by firefighters and other emergency response teams to control and direct the flow of water from fire hoses. The role of the research is also to understand the performance of enriched materials in the construction of water guns for firefighters. Through a series of friction and wear tests on aluminum-based alloys, the research establishes correlations between wear performance and the mechanical properties of the materials. These findings provide critical insights into the design and performance of pressure guns, thereby helping to increase the safety and effectiveness of firefighting equipment. The results of the study provide practical recommendations for increasing the durability and functionality of essential firefighting tools.

10

The influence of the friction coefficient on the clamping force of a bolted joint

Balawender Katarzyna

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2025

|

Vol. 42, nr 1

101--111

EN

Clamping force is the most important factor influencing the reliability and durability of a bolt connection. Therefore, it is important to form the correct clamping force when tightening the bolt joint. In connection with the above, the article reviews the literature in the aspect of factors influencing the tribological properties of fasteners. The research part focuses on, not discussed by the other authors, determining the influence of the material of counterpart on the value of the clamping force of the bolted joint, formed in the joint during tightening. Due to the requirements of the automotive industry, where manufacturers expect universal fasteners that can be used with both steel and aluminum counterparts, both of these counterparts' materials were selected for research. The influence of top coats on the value of the clamping force of the bolt joint during tightening was also studied. Using a top coat on fasteners reduces the coefficient of friction during tightening by more than 30%. If a top coat is not applied to electrolytically galvanized fasteners, the friction coefficient increases three times compared to the friction coefficient obtained with top-coated bolts. In this case, the clamping force of the bolted joint is reduced by more than 60% when tightening the bolts.

PL

Siła zacisku jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na niezawodność i trwałość połączenia śrubowego. Niezwykle istotnym jest wytworzenie prawidłowej siły zacisku podczas dokręcania złącza śrubowego. W związku z powyższym w artykule dokonano przeglądu literatury w aspekcie czynników wpływających na właściwości tribologiczne elementów złącznych. W części badawczej przedstawiono, nieporuszany przez innych autorów, wpływ rodzaju materiału podłoża, w które wkręcana jest śruba na wartość siły zacisku złącza śrubowego powstającej w złączu podczas dokręcania. Ze względu na wymagania branży motoryzacyjnej, w której producenci oczekują uniwersalnych wyrobów śrubowych, które mogą zostać zastosowane zarówno w podłożu stalowym jak i aluminiowym, oba te materiały podłoża zostały wybrane do badań eksperymentalnych. Opracowano również wpływ powłoki nawierzchniowej na wartość siły zacisku złącza śrubowego podczas dokręcania. Zastosowanie powłoki nawierzchniowej na elementach złącznych zmniejsza współczynnik tarcia podczas dokręcania o ponad 30%. Jeżeli nie zastosuje się powłoki nawierzchniowej na elementach złącznych ocynkowanych elektrolitycznie, współczynnik tarcia wzrasta trzykrotnie w porównaniu do współczynnika tarcia otrzymanego dla śrub pokrytych powłoką nawierzchniową. W takim przypadku siła zacisku połączenia śrubowego zmniejsza się o ponad 60% podczas dokręcania śrub.

11

Influence of multi-pass forming on the tribological performance of AISI 430 steel sheet in deep drawing process

Barros Thales Harvey Crisóstomo, Gonzaga Igor Augusto Dias, Neto Almir Silva, Amaral Erriston Campos, Gonçalves Karina Aparecida Martins Barcelos, Rodrigues Paulo César de Matos, Luiz Valmir Dias

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2025

|

Vol. 42, nr 1

59--69

EN

In this paper, the effect of sheet pre-deformation on the change of the surface roughness parameters and friction coefficient value is investigated. For this purpose, strips of AISI 430 ferritic stainless steel with deep drawing quality (DDQ), measuring 0.8 × 25 × 500 mm, were pre-deformed using a uniaxial tensile test for five different true strain values. The correlation between the surface roughness parameters and hardness with the frictional conditions of the tested strips was investigated in the bending under tension test. The results revealed that the friction coefficient determined for all pre-deformed strips increased as the level of true strain also increased. An increase in the plastic deformation of sheets under the uniaxial tensile stress state causes a nearly linear increase in the value of basic amplitude parameters of surface roughness, however, the hardness tended to present a constant increase for deformations close to uniform elongation. Furthermore, scratches and severe wear occurred on the surface of the strips and intensified with increasing roughness.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu wstępnego odkształcenia blachy na zmianę parametrów chropowatości powierzchni i wartości współczynnika tarcia. Próbki w postaci pasów ferrytycznej blachy stalowej nierdzewnej AISI 430 o jakości wymaganej do głębokiego tłoczenia o wymiarach 0,8 × 25 × 500 mm zostały wstępnie odkształcone metodą jednoosiowego rozciągania dla pięciu różnych wartości odkształcenia rzeczywistego. Zbadano korelację między parametrami chropowatości powierzchni próbek i twardością z warunkami tarcia badanych pasów w teście zginania z rozciąganiem. Wyniki wykazały, że współczynnik tarcia określony dla wszystkich wstępnie odkształconych pasów zwiększał się wraz ze wzrostem poziomu odkształcenia rzeczywistego. Wzrost odkształcenia plastycznego blach w stanie jednoosiowego rozciągania powoduje prawie liniowy wzrost wartości podstawowych parametrów amplitudowych chropowatości powierzchni, jednak twardość wykazała tendencję do stałego wzrostu dla odkształceń bliskich wydłużeniu równomiernemu. Ponadto na powierzchni pasów zaobserwowano zarysowania i intensywne zużycie, które nasilały się wraz ze wzrostem chropowatości blach.

12

Experimental analysis of friction existed in drawbead region in metal forming processes

Fejkiel Romuald

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2025

|

Vol. 42, nr 1

261-268

EN

Friction studies in sheet metal forming processes are essential for developing appropriate forming technology. This paper presents the results of experimental studies of friction occurring at the drawbead. A 0.8-mm-thick low-carbon DC04 steel sheet was used as the test material. Friction studies were conducted under machine oil lubrication conditions. Due to the anisotropy of test material properties, the friction tests considered strip specimens cut longitudinally and transversely to the sheet rolling direction (RD). The obtained results allowed the determination of the effect of friction process parameters on the coefficient of friction (CoF). For both sample orientations, increasing the drawbead height led to a decrease in the CoF. Samples cut transversely to the RD showed higher CoFs compared to specimens cut in the RD. Based on scanning electron microscopy micrographs, it was determined that the primary friction mechanisms were flattening and microploughing of sheet metal surface.

PL

Badania tarcia w procesach kształtowania blach są niezbędne do opracowania odpowiedniej technologii formowania. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych tarcia występującego na progu ciągowym. Jako materiał testowy wykorzystano blachę stalową niskowęglową DC04 o grubości 0,8 mm. Badania tarcia przeprowadzono w warunkach smarowania olejem maszynowym. Ze względu na anizotropię właściwości badanej blachy, w badaniach tarcia uwzględniono próbki wycięte wzdłużnie i poprzecznie względem kierunku walcowania blachy. Badania przeprowadzono również ze zmienną wysokością progu ciągowego (h) w zakresie od 6 mm do 18 mm. Średnia chropowatość (Ra) cylindrycznych przeciwpróbek uwzględnionych w badaniach mieściła się w przedziale od 0,32 μm do 1,25 μm. Dla obu orientacji próbek zwiększenie wysokości progu ciągowego prowadziło do zmniejszenia współczynnika tarcia. Próbki cięte poprzecznie względem kierunku walcowania blachy wykazywały większe współczynniki tarcia w porównaniu do próbek wyciętych w kierunku walcowania arkusza. Procentowa różnica pomiędzy współczynnikiem tarcia wyznaczonym dla próbek wyciętych wzdłuż dwóch prostopadłych kierunków zależała od wysokości progu ciągowego i wynosiła: 4,2% -5,1% (h = 6 mm), 4,5% -16,4% (h = 12 mm) i 1,4% -6,6% (h = 18 mm). Na podstawie mikrofotografii wykonanych za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego ustalono, że głównymi mechanizmami tarcia były wyrównywanie wierzchołków nierówności oraz mikrobruzdowanie powierzchni blachy.

13

Application of feed-forward neural networks for modeling friction phenomena with presence of vegetable oil-based bio-lubricants

Trzepieciński Tomasz, Mezher Marwan T., Luiz Valmir Dias, Laouini Salah Eddine, Lemu Hirpa G.

Advances in Materials Science

|

2025

|

Vol. 25, nr 1(83)

51--65

EN

Reducing the use of petroleum-based oil lubricants in metal forming processes is a major task of modern sustainable industry. In order to meet the expectations of industry, this article presents the friction results of DC04 sheets in a friction pair with 145Cr6 tool steel tested with corn, sunflower, rapeseed, cottonseed and soybean vegetable oils. The friction process variables were also contact pressure and surface roughness of countersamples. The assessment of the lubricant efficiency was based on the friction coefficient value. Complex phenomena in the contact zone make the interpretation of results difficult. Therefore, feed-forward neural networks were used to analyse the relationship between input parameters and coefficient of friction. Different training algorithms and transfer functions were tested to find the optimal architecture of the neural network. The friction coefficient value, depended on the friction conditions and considering all tested oils, ranged between 0.155 and 0.181. The 3-10-1 neural network trained using the Levenberg-Marquardt algorithm and consisted of neurons with a radial basis transfer function provided the lowest mean squared error (MSE = 2.2233×10−6) and the root mean squared error (RMSE = 0.001491). The prediction quality of this network defined by the coefficient of determination was R2 = 0.9697.

14

Analytical study of durability and contact characteristics of metal-polymer composite sliding bearings for means of transport

Chernets Myron, Wrona Rafał, Chernets Yuriy

Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska

|

2024

|

z. 123

5--21

EN

The field of application of metal-polymer bearings is vast: transport of various types, processing industry equipment, medical equipment, various types of maintenance equipment, etc. With the use of the developed generalized author's analytical method of metal-polymer plain bearings on the basis of which it is laid the author's research methodology of materials wear kinetics at sliding friction (dry, lubricated), calculation of their durability is carried out. Contact parameters are also determined. Metal-polymer bearings with a bushing made of PA6, PA66 polyamide and PA6 based composites filled with glass (PA6 + 30GF) and carbon (PA6 + 30CF) dispersed fibres, molybdenum disulphide (PA6 + MoS2) and oil filled cast polyamide (PA6 + oil) are considered. These polyamides (unfilled and filled), as self-lubricating materials, are widely used in this type of dry friction sliding bearings. The predictive estimation of durability of investigated bearings depending on loading, polymer materials Young's modulus, their wear resistance and sliding friction coefficient is executed. Regularities of change from the specified factors of bearing's durability and the maximum contact pressures are established. Experimental indicators, diagrams, and wear resistance characteristics of the specified polymeric materials are presented. The results of researches of sliding friction coefficient and modulus of elasticity for carbon steel (0.45%C) – polyamides tribocouples are presented.

15

Tribological Characteristics of Lubricants Modified with Bio-Additives

Wiśniewski Tomasz, Drabik Jolanta, Rogoś Elżbieta, Kaczmarczyk Anna, Bartkowska Aneta

Tribologia

|

2024

|

nr 4

115--121

EN

The article presents the results of tribological analyses of oil compositions and their temperature-adhesive characteristics and lubricity. The parameters of tribological tests carried out using a T-05 tribotester designed to analyze the tribological properties of lubricants. For the purpose of the study, the following samples were used in the analysis of friction and wear: (i) blocks made of X153CrMoV12 steel of 60 ± 1 HRC hardness, whose friction surface roughness parameter Ra ranges from 0.09 to 0.17 µm, and (ii) rings made of 100CR steel of 58 ± 1 HRC hardness, whose friction surface roughness parameter Ra ranges from 0.39 to 0.62 µm. The tests were performed at a constant rotating speed of the ring (30 rotations per minute) and a block pressed with a force varying from 100 to 1,100 N under continuous lubrication. The authors determine the coefficient of friction on the basis of the recorded values of the friction and pressure forces. Ra is measuredand the friction surface topography is observed after tests. Boundary friction is present in all the oil compositions analyzed and the coefficient of friction ranges from 0.09 to 0.18 under the test conditions. Ra is observed to have risen after the tests in the friction surfaces of the block samples.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań opracowanych kompozycji olejowych, w tym charakterystyki temperaturowo-lepkościowe oraz właściwości smarne. Zdefiniowano parametry testów tribologicznych, które przeprowadzone zostały na urządzeniu T-05 przeznaczonym do badania właściwości tribologicznych środków smarowych. W przeprowadzonych badaniach tarciowo-zużyciowych zastosowano próbki: bloki wykonane ze stali X153CrMoV12 o twardości 60 ± 1 HRC, których powierzchnie trące charakteryzowały się parametrem chropowatości Ra w zakresie od 0,09 do 0,17 µm oraz pierścienie wykonane ze stali 100CR6 o twardości 58 ± 1 HRC, których powierzchnie trące charakteryzowały się parametrem chropowatości Ra w zakresie od 0,39 do 0,62 µm. Testy wykonano przy stałej prędkości obrotowej pierścienia (30 obr./min) i docisku bloku zmienną siłą w zakresie od 100 do 1100 N z zachowaniem smarowania ciągłego. Na podstawie zarejestrowanych wartości siły tarcia i siły docisku wyznaczono współczynnik tarcia. Po testach wykonano pomiar parametru chropowatości Ra próbek oraz przeprowadzono obserwację topografii powierzchni trących. Stwierdzono, że w warunkach testu występowało tarcie graniczne dla wszystkich przebadanych kompozycji olejowych, a współczynnik tarcia kształtował się w przedziale od 0,09–0,18. Zaobserwowano zwiększenie parametru chropowatości Ra po testach dla powierzchni trących próbek typu blok.

16

Friction and Wear Test of Components of a Hip Joint Endoprosthesis with Ceramic–Polyethylene Material Contact Using Hip Joint Movement Simulator

Wiśniewski Tomasz, Rubach Rafał, Łapaj Łukasz, Garncarek Wacław

Tribologia

|

2024

|

nr 2

121--129

EN

The article presents the results of friction and wear tests of a total hip joint endoprosthesis. The research material consisted of three pairs of components of a hip joint endoprosthesis with a ceramic-polyethylene material contact for use in total hip arthroplasty. The rubbing pair was made of an acetabular cup made of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and a head made of ZTA oxide ceramic (Al2O3+ZrO2) with a diameter of 28 mm. All the components of the endoprosthesis were made by the Polish company "Laser Polska" Marcin Garncarek. Friction and wear tests were carried out utilizing an SBT 01.2 simulator, designed and made in the Łukasiewicz Research Network – Poznań Institute of Technology. The simulator is designed to test the tribological properties of hip joint endoprostheses in accordance with the ISO 14242-1 standard. An aqueous solution of bovine serum, was used as the lubricant. For each rubbing pair, the set number of motion cycles was 5·106. Based on the recorded values of friction torque and downforce, the coefficient of friction as a function of the number of cycles was determined. The exact wear value of the acetabular cups was determined after the tests, in accordance with the ASTM F1714- 96 standard.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tarciowo-zużyciowych, całkowitej endoprotezy stawu biodrowego. Materiał badawczy stanowiły trzy pary komponentów endoprotezy stawu biodrowego o skojarzeniu materiałowym ceramika–polietylen do zastosowania w całkowitej endoprotezoplastyce stawu biodrowego. Parę trącą tworzyła panewka wykonana z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHMW) oraz głowa wykonana z ceramiki tlenkowej ZTA (Al2O3+ZrO2) o średnicy 28 mm. Wszystkie komponenty endoprotezy wykonane zostały przez polską firmę ,,Laser Polska” Marcin Garncarek. Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzone zostały przy użyciu symulatora SBT 01.2, zaprojektowanego i wykonanego w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny. Symulator przeznaczony jest do badań właściwości tribologicznych endoprotez stawu biodrowego zgodnie z normą ISO 14242-1. Jako medium smarujące zastosowano roztwór wodny surowicy bydlęcej. Dla każdej pary trącej zadana liczba cykli ruchu wynosiła 5·106. Na podstawie zarejestrowanych wartości momentu tarcia i siły docisku wyznaczono współczynnik tarcia w funkcji liczby cykli. Określona została wartość zużycia panewek po przeprowadzonych testach, zgodnie z normą ASTM F1714-96.

17

Analysis of the Microstructure And Mechanical Properties of Duplex Steel Joints

Witkowska Małgorzata, Kowalska Joanna, Chronowska-Przywara Kinga

Tribologia

|

2024

|

nr 1

147--158

EN

The article presents a study, the aim of which was to analyze the microstructure and mechanical properties of welded joints of austenitic-ferritic duplex steel X2CrMnNiN21-5-1. This steel is characterized by good resistance to various types of corrosion, good strength properties and good weldability. Due to all these advantages, it is used in many industry sectors, and the main joining techniques are welding technologies. In this study, two joining techniques were used, SMAW (Shielded Metal Arc Welding) and GTA (Gas Tungsten Arc). The obtained welded joints were subjected to: macroscopic and microscopic metallographic tests, mechanical tests (static bending test and microhardness measurements), diffraction tests, and wear resistance tests. The results showed that the microhardness of the welds is similar and does not depend on the welding method used. In the microstructure of the analyzed joints there are two phases: austenite (γ) and ferrite (δ), with different morphologies depending on the welding conditions, which affect the phase transformations. Material wear within the weld is greater than in the base material.

PL

Celem badań była analiza mikrostruktury i własności mechanicznych złączy spawanych stali austenityczno-ferrytycznej typu duplex X2CrMnNiN21-5-1. Stal ta charakteryzuje się dobrą odpornością na różnego rodzaju korozje, dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i dobrą spawalnością. Dzięki tym wszystkim zaletom znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, a głównymi technikami jej łączenia są technologie spawalnicze. W pracy zastosowano dwie techniki łączenia metodą SMAW (Shielded Metal Arc Welding) i GTA (Gas Tungsten Arc). Uzyskane złącza spawane poddano: badaniom metalograficznym makro- i mikroskopowym, badaniom mechanicznym (statyczna próba zginania i pomiary mikrotwardości), badaniom dyfrakcyjnym oraz badaniom odporności na zużycie. Wyniki badań pokazały, że mikrotwardości spoin są zbliżone i nie zależą od zastosowanej metody spawania. W mikrostrukturze analizowanych złącz występują dwie fazy austenit (γ) i ferryt (δ) o zróżnicowanej morfologii zależnej od warunków spawania, które wpływają na przemiany fazowe. Zużycie materiału w obrębie spoiny jest większe aniżeli w materiale rodzimym.

18

Studying the influence of selected controlled factors on the coefficient of sliding friction through experimental planning metho

Ahmedov Beyali, Aslanov Zabit

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 1

30--38

EN

The article presents the use of mathematical statistics to determine controllable factors that influence the coefficient of friction in a dual-flow three-stage spur gear transmission of a newly designed sucker rod pumping unit. The load acting on the bearing units, the rotational speed of the main and auxiliary shafts, and the diametrical gap between the shaft and the bushing were assessed through tests. The tests were carried out in random order. The multivariate testing was used to determine the number of tests to be performed as well as the test conditions in order to achieve the required accuracy bushing. In the statistical analysis of the results, the Cochrane criterion was applied to verify the homogeneity of the variance values. Student's t-test was used to verify the significance of the coefficients included in the regression equation, Fisher’s F-test was used to determine the suitability of the adopted output function for describing the real object of study, i.e., the adequacy of the model, and sensitivity coefficients were used to assess the influence of the corresponding parameters on the optimization parameter. The analysis also considered the dispersion of optimization parameters, measurement repeatability, and errors in the model coefficients. Experimental values of the criteria, along with the dispersion of the adequacy and repeatability of the mathematical model, were evaluated to determine whether the model is fully suitable for the object of study. The impact of significant factors and their combinations, as well as their critical values, were assessed by comparing calculated values of the criteria. The significance or insignificance of the corresponding coefficients of the regression equation was determined. To investigate the impact of these controlled factors — load, rotational speed of the main and auxiliary shafts, and the diametrical gap between the auxiliary shaft and the bushing — on the sliding friction coefficient, a modernized device was developed. This device simulates the operating conditions of a double friction sliding bearing in a dual-flow, three-stage spur gearbox bushing. The experiments were conducted using I-40A industrial oil at room temperature. It has been determined that these factors significantly impact the coefficient of friction in a double friction bearing. Consequently, it is necessary to calculate their limit values to ensure the bearing assembly operates without failure during the required service life. Compared to other examined parameters, the optimization parameter, i.e., the coefficient of friction, is most significantly influenced by the diametrical gap between the auxiliary shaft and the bushing, and least affected by the magnitude of the load acting on the bearing assembly. The overall impact of controlled factors on the coefficient of friction is minimal. Employing the test planning method, a mathematical formula was derived, enabling the determination of the coefficient of friction in a double sliding friction bearing without additional tests within the range of limit bushing values of contact parameters.

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie statystyki matematycznej do określenia sterowalnych czynników wpływających na współczynnik tarcia w podwójnej, trójstopniowej przekładni zębatej czołowej nowo zaprojektowanej pompy żerdziowej. Za pomocą badań oceniono obciążenie działające na zespoły łożyskowe, prędkość obrotową wału głównego i pomocniczego oraz średnicę szczeliny między wałem a tuleją. Badania przeprowadzono w losowej kolejności. Badania wielowariantowe wykorzystano do określenia liczby badań, które należy wykonać, a także warunków badawczych w celu osiągnięcia wymaganej dokładności. W analizie statystycznej wyników zastosowano kryterium Cochrane'a w celu weryfikacji jednorodności wartości wariancji. Test t-Studenta posłużył do weryfikacji istotności współczynników zawartych w równaniu regresji, test F-Fishera wykorzystano do określenia przydatności przyjętej funkcji wyjściowej do opisania rzeczywistego obiektu badań, tj. adekwatności modelu, a współczynniki wrażliwości wykorzystano do oceny wpływu odpowiednich parametrów na parametr optymalizacyjny. W analizie uwzględniono również rozrzut parametrów optymalizacyjnych, powtarzalność pomiarów oraz błędy we współczynnikach modelu. Eksperymentalne wartości kryteriów, wraz z rozproszeniem adekwatności i powtarzalności modelu matematycznego, zostały ocenione w celu ustalenia czy model w pełni spełnia wymagania stawiane obiektowi badań. Wpływ istotnych czynników i ich kombinacji, a także ich wartości krytyczne, oceniono poprzez porównanie obliczonych wartości kryteriów. Określono istotność lub nieistotność odpowiednich współczynników równania regresji. W celu zbadania wpływu tych kontrolowanych czynników – obciążenia, prędkości obrotowej wału głównego i pomocniczego oraz szczeliny średnicowej pomiędzy wałem pomocniczym a tuleją – na współczynnik tarcia ślizgowego, opracowano zmodernizowane urządzenie. Urządzenie to symuluje warunki pracy podwójnego łożyska ślizgowego w podwójnej, trzystopniowej przekładni czołowej. Eksperymenty przeprowadzono przy użyciu oleju przemysłowego I-40A w temperaturze pokojowej. Ustalono, że czynniki te mają znaczący wpływ na współczynnik tarcia w podwójnym łożysku ślizgowym. W związku z tym konieczne jest obliczenie ich wartości granicznych, aby zapewnić bezawaryjną pracę zespołu łożyskowego w wymaganym okresie eksploatacji. W porównaniu z innymi badanymi parametrami, na parametr optymalizacyjny, tj. współczynnik tarcia, największy wpływ ma szczelina średnicowa między wałem pomocniczym a tuleją, a najmniejszy wpływ ma wielkość obciążenia działającego na zespół łożysk. Ogólny wpływ kontrolowanych czynników na współczynnik tarcia jest minimalny. Wykorzystując metodę planowania badań, wyprowadzono wzór matematyczny umożliwiający wyznaczenie współczynnika tarcia w podwójnym ślizgowym łożysku bez dodatkowych badań w zakresie granicznych wartości parametrów styku.

19

Zmiana współczynnika tarcia eksploatowanych nawierzchni drogowych

Łazarowicz Maksymilian, Grzyb Michał

Magazyn Autostrady

|

2024

|

Nr 6

60--64

PL

W artykule przedstawiono wyniki programu badawczego obejmującego zjawisko degradacji współczynnika tarcia nawierzchni w pierwszych latach eksploatacji w odniesieniu do zmian jej makrotekstury oraz wielkości natężenia ruchu.

EN

This paper presents the results of a research programme covering the degradation of the coefficient of friction of road surfaces during the first years of their service in relation to changes in their texture and the magnitude of traffic loads.

20

Development of a cutting fluid with abrasive for increasing a tools life during milling

Tanabe Ikuo, Isobe Hiromi

Journal of Machine Engineering

|

2024

|

Vol. 24, No. 1

37--49

EN

In wet cutting, lubricants are used to improve lubrication, forced cooling and chip evacuation. In particular, improving the lubrication between the tool and the chip results in a lower coefficient of friction, suppressing the tool temperature change and improving the cutting properties. For this reason, tools coated with DLC (Diamond Like Carbon) or diamond have been developed to further reduce the coefficient of friction. However, the tool life is still not sufficiently long. Therefore, in this study, a cutting fluid for polishing tools during cutting was developed and evaluated. First, using the author's previous research, the function, effect and influence of several cutting fluids on milling were identified. Secondly, a new criterion for determining tool life was defined and, based on this criterion, a cutting fluid was proposed to polish the tool during the cutting process. Next, the machining conditions under which the proposed cutting fluid would be effective were identified. Finally, the cutting properties of the proposed cutting fluid were evaluated. The results showed that (1) the cutting fluid was developed to polish the tool during the cutting process and the optimum machining conditions were clarified, (2) the proposed cutting fluid was very effective in increasing the tool life.