Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Variance Analysis of the Effect of Friction Parameters on the Friction Coefficient and Topography of Dc04 in The Strip Drawing Test

Szewczyk Marek, Golba Kacper, Trzepieciński Tomasz, Szwajka Krzysztof, Zielińska-Szwajka Joanna, Slota Ján, Kaščák Ľuboš

Tribologia

|

2026

|

nr 1

61--74

EN

This article presents the results of a study examining the effect of contact pressure and sliding velocity on the coefficient of friction and the change in roughness of DC04 steel sheets used in the deep drawing process. The study was conducted using the strip drawing test method for three pressure and sliding velocity levels, both under dry friction conditions and with process oil lubrication. The coefficient of friction was determined based on the pulling and pressing forces as the average of three measurements, with a measurement uncertainty of no more than ±1%. The obtained coefficient of friction values ranged from 0.115 to 0.173. Lubrication efficiency depended on sliding velocity, ranging from 4.4% to 15.5% for 3 mm/s, 5.3% to 11.6% for 6 mm/s, and 8.4% to 20.2% for 9 mm/s. Analysis of variance and regression models were used to analyze the results, with coefficients of determination (R²) of 0.8300 for the friction coefficient and 0.5751 for the Sa parameter. All analyzed factors significantly influenced the friction coefficient, while the effect of sliding velocity on the Sa parameter proved to be statistically insignificant. It was found that with increasing sliding velocity, the friction coefficient decreased, while increasing contact pressure reduced the surface roughness of the samples after friction.

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań wpływu nacisku kontaktowego i prędkości poślizgu na współczynnik tarcia oraz zmianę chropowatości blach stalowych DC04 stosowanych w procesie głębokiego tłoczenia. Badania przeprowadzono metodą testu przeciągania pasa blachy dla trzech poziomów nacisku i prędkości poślizgu, zarówno w warunkach tarcia suchego, jak i przy smarowaniu olejami technologicznymi. Współczynnik tarcia wyznaczano na podstawie sił przeciągania i nacisku jako średnią z trzech pomiarów, przy niepewności pomiarowej nieprzekraczającej ±1%. Uzyskane wartości współczynnika tarcia mieściły się w zakresie od 0,115 do 0,173. Efektywność smarowania zależała od prędkości poślizgu i wynosiła odpowiednio 4,4–15,5% dla 3 mm/s, 5,3–11,6% dla 6 mm/s oraz 8,4–20,2% dla 9 mm/s. Do analizy wyników zastosowano analizę wariancji oraz modele regresji, dla których współczynniki determinacji R² wyniosły 0,8300 dla współczynnika tarcia i 0,5751 dla parametru Sa. Wszystkie analizowane czynniki istotnie wpływały na współczynnik tarcia, natomiast wpływ prędkości poślizgu na parametr Sa okazał się statystycznie nieistotny. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem prędkości poślizgu współczynnik tarcia maleje, natomiast wzrost nacisku kontaktowego powoduje zmniejszenie chropowatości powierzchni próbek po tarciu.

2

Integration potential of single-point incremental forming in automated manufacturing and assembly systems for aerospace applications

Głodzik Marcin, Żaba Krzysztof, Noga Piotr, Gałaczyński Tomasz, Balcerzak Maciej, Kuczek Łukasz

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2026

|

nr 2

3--12

EN

This paper presents an analysis of the single-point incremental forming (SPIF) process applied to 6061 aluminum alloy sheets in the context of automated manufacturing systems. The study focuses on the identification of key process parameters that significantly influence the quality and geometry of the final product. Based on literature analysis and preliminary trials, a technological window for stable forming was established. A dedicated forming fixture was designed and implemented to produce a hemispherical component in a single operation. The results confirmed that appropriate selection of kinematic parameters enables successful forming without premature failure. The formed component was evaluated using 3D optical scanning and structural analysis, including thickness distribution, microstructure, microhardness, and surface roughness. The findings demonstrate the feasibility of integrating the SPIF process into automated manufacturing and assembly systems, with potential for reducing process complexity and production lead time.

PL

W artykule przedstawiono analizę procesu jednopunktowego formowania przyrostowego (SPIF) blach ze stopu aluminium 6061 w kontekście zautomatyzowanych systemów wytwarzania. Badania koncentrowały się na identyfikacji kluczowych parametrów procesu, których zmienność ma istotny wpływ na jakość i geometrię wyrobu końcowego. Na podstawie analizy literaturowej oraz badań wstępnych wyznaczono okno technologiczne zapewniające stabilny przebieg procesu. Opracowano i wykonano dedykowane oprzyrządowanie, na którym wytworzono półkulisty element w jednym przejściu. Wyniki potwierdziły, że odpowiedni dobór parametrów kinematycznych umożliwia uzyskanie wyrobu bez przedwczesnych uszkodzeń materiału. Otrzymany element poddano analizie z wykorzystaniem skanowania 3D oraz badań strukturalnych, obejmujących rozkład grubości, mikrostrukturę, mikrotwardość oraz chropowatość powierzchni. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość integracji procesu SPIF w zautomatyzowanych systemach wytwarzania i montażu oraz jego potencjał w ograniczaniu złożoności procesu i czasu realizacji produkcji.

3

Capabilities of incremental forming of thin-walled products using a universal numerically controlled machine based on numerical simulations

Wójcik Jarosław, Tomczak Janusz, Kusiak Tomasz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2026

|

Vol. 20, no. 7

494--504

EN

Due to the lack of universal machines on the market, this paper presents a new technology and a dedicated machine for manufacturing sheet metal products with various geometries using a single set of tools. The study reports the results of numerical simulations of incremental forming of thin-walled products. The numerical analysis was performed on S355 steel sheets with thicknesses ranging from 1 to 5 mm. The bending line followed an arc-shaped trajectory. In the analyzed process, the sheet was deformed using two rollers: a shaping roller and a support roller. Simulations were carried out using Simufact Forming software. Process force parameters, as well as strain and stress distributions, were determined. The maximum forming forces obtained from the numerical simulations ranged from 2 kN for a sheet thickness of 1 mm to 24.5 kN for the maximum analyzed thickness of 5 mm. Preliminary numerical simulations indicate that wrinkling may occur in sheets with thicknesses of 1 mm and 2 mm, whereas for thicker sheets this instability was not observed in the simulations. The maximum effective plastic strain recorded for the 5 mm sheet was 1.15, while the maximum von Mises stress reached 724 MPa. Based on the simulation results, it can be stated that the proposed technology shows potential for industrial applications, particularly for single-unit production and prototyping. However, experimental validation is required.

4

Application of artificial neural networks to investigate the influence of crosshead speed and sample specifications on tensile mechanical properties of DX56D+Z100-M-C-O steel sheets

Novák Vit, Tatíček František, Żaba Krzysztof, Stejskal Ondřej, Mizera Jarosław

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2026

|

Vol. 43, nr 1

191--199

EN

Formability of steel sheet metals depends primarily on mechanical properties of material that influence the material's ability to undergo plastic deformation without risk of fracturing. This article presents the use of multilayer artificial neural networks (ANNs) to evaluate the effect of uniaxial tensile test parameters on selected mechanical properties of 0.7-mm-thick DX56D+Z100-M-C-O steel sheets. Samples were cut from different areas of the coil and at different angles (0°, 45° and 90°) relative to the sheet rolling direction. Samples also came from different batches of materials. Yield strength, ultimate tensile strength and uniform elongation were determined under variable crosshead speeds between 2 and 600 mm/min. The quality parameters of the ANNs were the value of the coefficient of determination (the higher the better) and the prediction error (the smaller the better) determined for the test set. The predictive quality of ANNs was characterized by the coefficient of determination R2 = 0.7849-0.9864, depending on the ANN architecture, the output variable and type of neuron activation function used. As crosshead speed increased, elongation of samples decreased. However, as crosshead speed decreased, yield strength decreased. The influence of sample orientation on the analyzed mechanical parameters of the sheet was smaller than the effect of crosshead speed. This was also confirmed by sensitivity analysis of the input parameters.

PL

Odkształcalność blach stalowych zależy przede wszystkim od właściwości mechanicznych materiału, które wpływają na zdolność materiału do odkształcenia plastyczne go bez ryzyka pękania. Niniejszy artykuł przedstawia zastosowanie wielowarstwowych sztucznych sieci neuronowych do oceny wpływu parametrów testu jednoosiowego rozciągania na wybrane właściwości mechaniczne blach stalowych DX56D+Z100-M-C-O o grubości 0,7 mm. Próbki wycięto z różnych obszarów taśmy i pod różnymi kątami (0°, 45° i 90°) względem kierunku walcowania blachy. Próbki pochodziły również z różnych partii materiałów. Granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie równomierne wyznaczono przy zmiennych prędkościach głowicy zrywarki w zakresie od 2 do 600 mm/min. Parametrami jakościowymi sieci neuronowych były wartości współczynnika determinacji i błędu predykcji wyznaczone dla zestawu danych testowych. Jakość predykcyjną sieci neuronowych charakteryzował współczynnik determinacji R2= 0,7849–0,9864, w zależności od architektury sieci neuronowej, parametru objaśnianego i rodzaju zastosowanej funkcji aktywacji neuronów. Wraz ze wzrostem prędkości głowicy zrywarki wydłużenie równomierne próbek ulegało zmniejszeniu. Natomiast wraz ze zmniejszaniem prędkości głowicy zrywarki zmniejszała się wartość granicy plastyczności. Wpływ orientacji próbek na wartości analizowanych parametrów mechanicznych blachy był mniejszy niż wpływ prędkości głowicy zrywarki. Potwierdziła to również analiza wrażliwości parametrów wejściowych.

5

Enhancing Experimental Prediction of Springback in Forming Processes Using Advanced Finite Element Modelling

Abdullah Elham, Jalil Abdulkareem

Journal of Machine Engineering

|

2025

|

Vol. 25, No. 1

79--101

EN

The springback phenomenon (SBP) is a prevalent, costly, and challenging problem. It occurs in metals during sheet metal forming processes (SMFPs). Experimental studies can contribute to significant errors that prevent the target data acquisition. Accordingly, this research aims to bridge this gap by choosing other inspection approaches, reflected in finite element analysis (FEA) and machine learning (ML) integration, to forecast probable issues of SBP in heavily utilized metals across diverse manufacturing domains, namely 99% pure aluminum, 99% pure copper, and low-carbon steel. Material deformation, peak forming force, equivalent Von Mises stress distribution, and thermal effects are examined under different thicknesses and punch radii. ANSYS simulation results show that 99% pure aluminum has the highest springback (6.2%) due to its ductility, followed by 99% pure copper (4.0%) and low-carbon steel (2.5%), which has superior dimensional stability. The forming force requirements were lowest for 99% pure aluminum (50 kN), moderate for 99% pure copper (75 kN), and highest for low-carbon steel (100 kN). 99% pure copper had the highest temperature rise (350°C), while low-carbon steel had the highest Von Mises stress (420 MPa), demonstrating its strength but vulnerability to localized stress. The hybrid FEA-ML model has effectively and accurately predicted springback angles. The results also show that 99% pure aluminium is best for lightweight structures, low-carbon steel for strength-critical designs, and 99% pure copper for high ductility needs.

6

The influence of different forming techniques on the performance and outcomes of the deep drawing process for intricate geometries

Mohammed Adnan I.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 5

173--184

EN

This study explores the creation of a complex, eight-vertex shape through a deep-drawing process using two distinct approaches. The first, known as the direct method, involves forming the desired shape directly from metal sheets. The second approach, referred to as the indirect method, requires an intermediate step where a cylindrical shape is initially drawn and then reshaped into the final complex form through a redrawing process. A comparison was conducted between the two methods to evaluate their performance in terms of drawing force, thickness distribution, as well as stress and strain behavior. Low-carbon steel (1008-AISI) sheets with a thickness of 0.7 mm and a diameter of 80 mm were utilized for the experiments. The simulation of these processes was carried out using ANSYS 18.0 software. The findings revealed that the maximum drawing force recorded during the direct drawing process was 41 KN (experimental) and 30 KN (finite element simulation). Additionally, the redrawing process led to an increase in effective stress and strain, reaching peak values of 835.23 MPa (stress) and 0.442 (strain, simulation) or 0.345 (strain, experimental) in the minor axis curvature region. The redrawing process also resulted in the most significant thinning of 7.143% (simulation) and 5.722% (experimental) at the same curvature zone. The direct drawing process, however, exhibited superior uniformity in thickness, stress, and strain distributions.

7

Characterizing the formability of mild steel in the production of square components by deep drawing process

Mohammed Adnan I.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 4

117--125

EN

The deep drawing process for square cups is commonly utilized in sheet metal forming, however, there are many associated defects, including fracture, earing, wrinkling. A problem that has more attention in this work is the studying of the influence of the different parameters such as blank diameter, drawing speed, and punch profile radius on the formability of the squared cups. Three circular blanks with diameter (80, 90, 100) mm, three punch profile radius of (4, 7, 10) mm, and three drawing speed of (100, 200, 300) mm/min have been chosen, while the other parameters kept constant. The formability indicators utilized in this study are thickness distribution, maximum thinning and maximum drawing force. The experiments were designed by L9 Taguchi method and analyzed by ANOVA and S/N ratios techniques. The results shown that square cup corners experience higher deformation than that of the side walls cup. Consequently, during plastic deformation, the metal flows along the side walls of the cup are easier and more uniform compared to those in the corners. The best results were obtained from the 80mm blank dimeter, with 100mm/min drawing speed and 7mm punch profile radius according to the uniform thickness distribution, maximum thinning and maximum drawing force.

8

A hybrid advanced analysis approach for predicting spring back phenomena existing in metals

Abdullah Elham, Jalil Abdulkareem

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 5

185--199

EN

Springback (SBP) is a critical phenomenon in metal forming processes, influencing the dimensional accuracy and mechanical integrity of manufactured components. This study investigates the springback behavior of aluminum, copper, and pure iron using a hybrid approach that integrates finite element analysis (FEA) and machine learning (ML). The research evaluates key parameters, including material deformation, peak forming force, stress distribution, and thermal effects, under varying thicknesses and punch radii. Results reveal that aluminum exhibits the highest springback (6.2%) due to its ductility, followed by copper (4.0%) and pure iron (2.5%), which demonstrated superior dimensional stability. The forming force requirements were lowest for aluminum (50 kN), moderate for copper (75 kN), and highest for iron (100 kN), reflecting their respective material strengths. Copper recorded the highest temperature rise (350°C), while iron exhibited the greatest Von Mises stress (420 MPa), emphasizing its robustness but susceptibility to localized stress. The hybrid FEA-ML model effectively predicted springback angles with high accuracy, optimizing forming parameters and minimizing experimental reliance. These findings highlight the significance of material selection and process optimization in industrial applications, where aluminum is ideal for lightweight structures, iron for strength-critical designs, and copper for high-ductility requirements. This study offers a novel framework for enhancing precision in metal forming processes, with implications for automotive, aerospace, and structural industries. Future research can extend this model to complex geometries and multi-material systems, advancing sustainable and efficient manufacturing technologies

9

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.

10

The effect of the drawing die radius in the bending under tension test on the frictional behaviour of AISI 430 steel and AW-1100 aluminium alloy sheets

Oliveir Eduarda Soares, Damasceno Juliana Rodrigues, Neto Almir Silva, Amaral Erriston Campos, Gonçalves Karina Aparecida Martins Barcelos, Luiz Valmir Dias

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

183--193

EN

Friction is an unfavourable phenomenon in sheet metal forming processes because it increases the forming force, reduces the surface quality of the drawpieces and affects the increased wear of the forming tools. This article presents the results of experimental studies on friction occurring due to the drawing die radius. The test materials used were 0.8-mm-thick strip samples made of AISI 430 steel and AW-1100 aluminium alloy sheets. A special bending under tension friction-test simulator was used to carry out the tests. Countersamples (pins) with different radii in the range of 1.5 mm to 13.5 mm were used. The tests were carried out at room temperature under mineral-based oil lubrication conditions. The friction tests were supplemented by determining the hardness and measuring the surface roughness (parameters Ra, Rq and Rt) of the samples. Based on the results, it was found that the coefficient of friction increased with a decrease in the bending pin radius, however, this behaviour changed above a critical radius (4.5 mm), after which the coefficient of friction increased with an increase in the pin radius. Furthermore, the AW-1100 aluminium alloy strip had a higher coefficient of friction than the AISI 430 steel strip.

PL

Tarcie jest niekorzystnym zjawiskiem w procesach kształtowania blach, ponieważ zwiększa wartość siły kształtowania, obniża jakość powierzchni wytłoczek i wpływa na zwiększone zużycie narzędzi kształtujących. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych tarcia występującego na promieniu matrycy ciągowej. Materiałami testowymi były próbki w postaci taśm o grubości 0,8 mm wykonane ze stali AISI 430 oraz blachy ze stopu aluminium AW-1100. Do przeprowadzenia testów wykorzystano specjalny symulator testu tarcia zginania z rozciąganiem. Zastosowano przeciwpróbki (sworznie) o różnych promieniach w zakresie od 1,5 mm do 13,5 mm. Testy przeprowadzono w temperaturze pokojowej w warunkach smarowania olejem mineralnym. Testy tarcia uzupełniono o określenie twardości i pomiar parametrów chropowatości powierzchni próbek (Ra, Rq i Rt). Na podstawie wyników stwierdzono, że współczynnik tarcia zwiększał się wraz ze zmniejszaniem się promienia sworznia gnącego, jednak zachowanie to uległo zmianie po osiągnięciu krytycznego promienia (4,5 mm), po którym współczynnik tarcia zwiększał się wraz ze wzrostem promienia sworznia. Taśma ze stopu aluminium AW-1100 charakteryzowała się wyższym współczynnikiem tarcia niż taśma ze stali AISI 430.

11

The effect of blankholder pressure on the amount of springback in the U-draw bending process

Fejkiel Romuald

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

195--204

EN

Springback in sheet metal forming processes is a phenomenon that makes it difficult to obtain products with the desired geometry. This paper presents the results of research on the effect of the blankholder pressure on the elastic deformations of sheets during the forming of strip specimens (50 mm wide and 400 mm long) into U-shaped components. A special die was developed for the forming of sheet metals under variable blankholder pressure conditions in the range between 1 and 3 MPa. Three grades of sheets with significantly different properties were used as the research material: 6063 aluminium alloy, S235JR structural steel and X46Cr13 stainless steel. The research was conducted under dry friction conditions. The elastic deformations of the sheet metal in the U-draw bending process were of a different character in the punch radius and die radius areas. In the area of the punch edge, the springback coefficient decreased with increasing blankholder pressure. This relationship was observed for all the tested materials. In the area of the die edge, a decrease in the value of the bending angle was generally observed in relation to the bending angle in the loaded state.

PL

Sprężynowanie jest zjawiskiem, które utrudnia otrzymanie wyrobów o pożądanej geometrii w procesach kształtowania blach. W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu nacisku dociskacza na odkształcenia sprężyste blach podczas ich kształtowania pasów blachy o szerokości 50 mm i długości 400 mm w wyroby w kształcie litery U. Opracowano specjalny tłocznik pozwalający na kształtowanie wyrobów w warunkach zmiennego nacisku dociskacza w zakresie 1-3 MPa. Jako materiał badawczy wykorzystano trzy gatunki blach o znacznie różniących się właściwościach: stop aluminium EN AW-6063, stal konstrukcyjna S235JR oraz stal nierdzewna X46Cr13. Badania przeprowadzono w warunkach tarcia suchego. Odkształcenia sprężyste blachy w procesie gięcia w kształcie litery U miały inny charakter w obszarach promienia stempla i promienia matrycy. W obszarze krawędzi stempla współczynnik sprężynowania zmniejszał się ze wzrostem nacisku dociskacza. Tę zależność zaobserwowano dla wszystkich badanych materiałów o różnych właściwościach mechanicznych. W strefie krawędzi matrycy generalnie zaobserwowano zmniejszenie kąta gięcia w stosunku do kąta gięcia w stanie obciążonym.

12

Frictional characteristics of EN AW-6082 aluminium alloy sheets used in metal forming

Slota Ján, Kaščák Ľuboš, Lăzărescu Lucian

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

79--87

EN

This article is devoted to testing EN AW-6082 aluminium alloy sheets in friction pair with NC6 (1.2063) tool steel. A special tribometer designed to simulate the friction conditions in sheet metal forming processes was used for friction testing. The research aimed to determine the influence of contact pressure, surface roughness of the tool, and lubrication conditions on the value of the coefficient of friction in the strip drawing test. Three grades of typical petroleum-based lubricants with kinematic viscosities between 21.9 and 97 mm2/s were used in the tests. The surface morphologies of the sheet metal after the friction process were observed using a scanning electron microscope. A tendency for the coefficient of friction to decrease with increasing contact pressure was observed. LHL32 and 75W-85 oils lost their lubricating properties at a certain pressure value and with further increase in pressure, the coefficient of friction value tended to increase. The 10W-40 oil with the highest viscosity reduced the coefficient of friction more intensively than the LHL32 oil.

PL

Artykuł poświęcony jest badaniom tarciowym blach ze stopu aluminium EN AW-6082 w parze ciernej ze stalą narzędziową NC6 (1.2063). Do badań tarcia wykorzystano specjalny tribotester przeznaczony do symulacji warunków tarcia w procesach kształtowania blach. Celem badań było określenie wpływu nacisk kontaktowego, chropowatości powierzchni narzędzia i warunków smarowania na wartość współczynnika tarcia w próbie ciągnienia pasa blachy. Do badań wykorzystano trzy gatunki typowych smarów na bazie ropy naftowej o lepkości kinematycznej od 21,9 do 97 mm2/s. Morfologię powierzchni blach po procesie tarcia obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Zaobserwowano tendencję do zmniejszania się wartości współczynnika tarcia wraz ze wzrostem nacisku kontaktowego. Oleje LHL32 i 75W-85 przy określonej wartości nacisku kontaktowego traciły swoje właściwości smarne i wraz z dalszym wzrostem nacisku zaobserwowano zwiększanie się wartości współczynnik a tarcia. Olej 10W-40 o najwyższej lepkości kinematycznej zapewnił większe zmniejszenie wartości współczynnik a tarcia niż olej LHL32.

13

Effect of single-point incremental forming process parameters on roughness of the outer surface of conical drawpieces from cp titanium sheets

Szpunar Marcin, Ostrowski Robert, Dzierwa Andrzej

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

221--231

EN

With the widespread use of numerically controlled machine tools, single-point incremental forming (SPIF) process has enjoyed growing interest in the industry. This article presents the results of research on the influence of forming process parameters (step size, tool rotational speed, feed rate and forming strategy) on the roughness of the outer surface of conical drawpieces with a slope angle of 45° from commercially pure titanium sheets. The following variable process parameters were used: tool rotational speed varied from –600 to 600 rpm, feed rate varied from 500 to 2000 mm/min and step size varied from 0.1 to 0.5 mm. The SAE 75W85 synthetic gear oil was used as lubricant. Two basic roughness parameters were analyzed: the mean roughness Sa and the maximum height Sz. The influence of SPIF parameters on surface roughness was analysed using multi-layer artificial neural networks. It was found that reducing the feed rate with the climb strategy causes a decrease in the average roughness Sa. The opposite relationship was observed when forming according to the conventional strategy. At low tool feed rate (500 mm/min), reducing the step size caused an increase in the Sz parameter. At high tool feed rate (2000 mm/min), the effect of the step size is negligible.

PL

Wraz z upowszechnieniem obrabiarek sterowanych numerycznie, proces punktowego formowania przyrostowego cieszy się rosnącym zainteresowaniem w przemyśle. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów procesu formowania (krok narzędzia, prędkość obrotowa narzędzia, prędkość posuwu i strategia formowania) na chropowatość powierzchni zewnętrznej wytłoczek stożkowych kształtowanych z blach tytanowych o czystości technicznej. Przeanalizowano dwa podstawowe parametry chropowatości, średnią arytmetyczną wysokość powierzchni Sa i maksymalną wysokość powierzchni Sz. Wpływ parametrów procesu kształtowania przyrostowego na chropowatość powierzchni analizowano przy użyciu wielowarstwowych sztucznych sieci neuronowych. Stwierdzono, że zmniejszenie prędkości posuwu przy przeciwbieżnej strategii obróbki powoduje zmniejszenie średniej chropowatości Sa. Odwrotną zależność zaobserwowano podczas formowania według strategii współbieżnej. Przy małej prędkości posuwu narzędzia (500 mm/min) zmniejszenie wartości kroku narzędzia spowodowało wzrost parametru Sz. Przy dużej prędkości posuwu narzędzia (2000 mm/min) wpływ wartości kroku narzędzia jest pomijalny.

14

Application of categorical boosting to modelling the friction behaviour of DC05 steel sheets in strip drawing test

Szewczyk Marek, Szwajka Krzysztof, Najm Sherwan Mohammed, Mohammed Salwa O.

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

69--78

EN

It is challenging to model the coefficient of friction, surface roughness, and related tribological processes during metal contact because of flattening, ploughing, and adhesion. It is important to choose the appropriate process parameters carefully when creating analytical models to overcome the challenges posed by complexity. This will ensure the production of sheet metal formed components that meets the required quality standards and is free from faults. This research analyses the impacts of nominal pressure, kinematic viscosity of lubricant, and lubricant pressure on the coefficient of friction and average roughness of DC05 deep-drawing steel sheets. The strip drawing test was used to determine the coefficient of friction. This work utilises the Categoric Boosting (CatBoost) machine learning algorithm created by Yandex to estimate the COF and surface roughness, intending to conduct a comprehensive investigation of process parameters. A Shapley decision plot exhibits the coefficient of friction prediction models via cumulative SHapley Additive exPlanations (SHAP) data. CatBoost has outstanding prediction accuracy, as seen by R2 values ranging from 0.955 to 0.894 for both the training and testing datasets for the COF, as well as 0.992 to 0.885 for surface roughness.

PL

Modelowanie współczynnika tarcia, chropowatości powierzchni i powiązanych procesów tribologicznych podczas kontaktu powierzchni blachy i narzędzi jest trudnym wyzwaniem ze względu na spłaszczanie, bruzdowanie i sczepianie nierówności powierzchni. Podczas tworzenia modeli analitycznych ważne jest, aby ostrożnie wybierać odpowiednie parametry procesu. Zapewni to produkcję elementów formowanych z blachy spełniających wymagane standardy jakościowe i pozbawione wad. W pracy analizowano wpływ ciśnienia nominalnego, lepkości kinematycznej smaru i ciśnienia smaru na współczynnik tarcia i średnią chropowatość powierzchni blach stalowych głęboko tłocznych DC05. Do wyznaczenia współczynnika tarcia wykorzystano test przeciągania pasa blachy. W pracy tej wykorzystano algorytm uczenia maszynowego CatBoost, stworzony przez firmę Yandex, w celu oszacowania wartości współczynnika tarcia ni chropowatości powierzchni. Przeprowadzono kompleksowe badania parametrów procesu tarcia. Modele przewidywania współczynnika tarcia na podstawie funkcji SHapley Additive exPlanations (SHAP)przedstawiono za pomocą wykresu decyzyjnego Shapleya. CatBoost charakteryzuje się wyjątkową dokładnością przewidywania potwierdzoną wartością R2 w zakresie od 0.955 do 0.894 zarówno w przypadku zbiorów danych uczących, jak i testowych dla współczynnika tarcia, a także od 0.992 do 0.885 w przypadku średniej chropowatości powierzchni.

15

Analysis of wear resistance of metallic-reinforced polyurethane resin composites for sheet metal forming

Wiewióra Marcel, Żaba Krzysztof, Kuczek Łukasz, Balcerzak Maciej, Marcin Madej

Advances in Materials Science

|

2024

|

Vol. 24, nr 3(81)

18--29

EN

The paper presents the results of testing the wear resistance and coefficient of friction (COF) tools made of SikaBeresin® F50 polyurethane resin intended for dies and punches for the cold sheet metal forming process. Seven sets of composite tools (rotating rings) additionally reinforced with waste metallic powders from Al and Cu alloys (5-20% by volume) from the dry cutting process of pipes and rods were tested. Wear resistance tests and determination coefficient of friction were carried out using the T-05 block-on-ring tribotester. The tests were performed for heat and corrosion resistant sheets made of nickel alloy AMS5599 (Inconel 625), iron alloy AMS5510 (321) and aluminum alloy sheets AMS4026 (6061-T4). Composite tools with the addition of 20% aluminum powder (A+B+C+20%Al) tested with a specimen of steel alloy AMS5510 and nickel alloy AMS5599 were characterized by the lowest wear resistance. In each case, the composite rotating ring without reinforcements was characterized by the lowest coefficient of friction. The use of Cu powder reinforcements in each case had a positive effect on increasing wear resistance. The best wear resistance of 0.011% was obtained for composite rotating ring with the addition of 10% copper powder paired with specimen of nickel alloy AMS5599 sheet.

16

Towards the digital model of tool lifecycle management in sheet metal forming

Majstorovic Vidosav, Vukadinovic Vojin, Zivkovic Jovan

Journal of Machine Engineering

|

2023

|

Vol. 23, No. 3

141--166

EN

Sheet metal forming is a critical process in the manufacturing industry, which involves shaping sheet metal into desired configurations and structures. The use of digital tools in the lifecycle management of sheet metal forming tools has become increasingly important to ensure the efficiency and effectiveness of the process. The digital model of tool lifecycle management (TLM) in sheet metal forming provides a complete approach to manage the entire lifecycle of tools used in sheet metal forming. It enables optimization of tool design, simulation of the tooling process, real-time monitoring of tool conditions, and retirement and replacement of tools. This approach improves efficiency, reduces costs, and ensures optimal performance in sheet metal forming. The paper presents an elaborate analysis of the development of TLM models concerning the progress in ICT modelling and its implementation in the field of sheet metal forming. Furthermore, the paper includes an exemplary TLM model for an industrial enterprise.

17

Investigating the Effect of Hybrid Process: MPF/SPIF on the Microstructure and Mechanical Properties of Brass (65-35) Sheet

Bedan Aqeel Sabree, Algodi Samer Jasim, Hussain Emad Ali

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no. 3

302--308

EN

Metal forming process is one of the most important manufacturing processes that translate the sheet and bulk metal to the final product with simple punch and. Single point incremental forming (SPIF) process is considered as a modern flexible manufacturing techniques that is use a simple tool and non-specific fixture die to complete the forming, this method is used in prototype manufacturing system due to the time consuming during the forming. The advantage of this process is low cost and simple equipment. However, some limitation was founded including poor geometric accuracy, non- uniform thickness distribution, dimple and high forming time. Multi-point forming (MPF) is another modern forming method that is used in industrial applications due to its advantage such as uniform thickness distribution with low forming time consuming. This method used matrix of simple tools to deform the sheet metal to the desired shape. Wrinkle and dimple due to small contact area between tool and blank under high forming force are considered the main limitation of using MPF process. To take the advantages of this processes with reduced the limitations a hybrid forming (HF) process of both MPF and SPIF are used. The experimental work was applied to produce a hemi-spherical product of brass blank using the SPIF, MPF, and HF processes. Satisfactory results are obtained using a hybrid forming process with free of defects products and reduction in production as compared to the SPIF. A high improve in microstructure including refinements in grain size with twins effects. The sample produced with SPIF process showed a high microhardness as compared to the sample produced using MPF process, however, the hybrid MPF and SPIF forming process showed slightly improving in microhardness as comparing to the as received materials, reflecting the microstructure development of the processed samples.

18

Industrial Application of Surface Crack Detection in Sheet Metal Stamping Using Shift-and-Add Speckle Imaging

Świłło Sławomir, Cacko Robert

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no. 5

220--235

EN

The sheet metal surface crack detection during manufacturing is an essential issue because of both the product quality and process productivity. Development of solutions to eliminate defective products during the metal forming process is crucial for the smooth production and for developing an appropriate tool geometry in the initial phase of the process. Currently, the methods of surface crack detection used in the industry are mostly related to visual inspection. These are methods that require operators of industrial facilities considerable attention and effort to capture emerging discontinuities on the sheet metal surface. Also, this situation results increase in the duration of the specific operations of stamping and significantly reduces productivity. Therefore, an industrial application of a non-contact laser technique that simultaneously provides the results of the speckle imaging is presented. The authors demonstrate a specially designed machine vision system along with experimental tools for the stamping operation. Proposed solution uses the phenomenon of speckle pattern that appears in the image of the investigated sheet surface produced by the laser beam emission. In this method, coherent laser light is emitted to the surface, where a speckle pattern is generated due to scatter reflection from the sheet metal surface and then, shift-and-add technique and image processing is applied. The proposed measurement technique consists, initially, of making a sequence of images of the tested object for the moving surface of the sheet. Secondly, the object's displacement quantity in each image is determined, and the position is corrected. The test object in each image is moved to the starting position, and all images are superimposed. It allows to obtain a high-quality image with visible surface defects. Finally, the dynamically changing speckle pattern intensity is evaluated using Gaussian-of-Laplacian edge detection to investigate a surface crack location due to the surface discontinues and light scattering. This process is recommended for machine vision imaging of distant objects, which works well in industrial conditions as well as online analysis. Also, from the speckle size measurement, an experimental procedure is employed to verify the best condition for vision system resolution.

19

Application of the finite element method to simulate the friction phenomenon in a strip drawing test

Fejkiel Romuald, Goleń Patryk

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2023

|

Vol. 40, nr 1

39--46

EN

Friction is an undesirable phenomenon in the flange area of the drawpiece in sheet metal forming processes, causing a deterioration in surface finish and a decrease in the formability limits of the sheet metal. The aim of this work is numerical analysis using the finite element method of the strip drawing test with two rounded countersamples. This test simulates friction conditions in the flange area of the drawpiece. The results of the experimental research on the influence of surface roughness on the value of the friction coefficient of S235 steel samples were used to verify the numerical results. The relation between the real contact area and the mean roughness Ra of the countersamples was determined. The real contact area increases with the increase of the mean roughness Ra. In sheet metal forming processes, the coefficient of friction depends on the real contact area, and its value increases with the increase of the real contact area.

PL

Tarcie jest zjawiskiem niepożądanym w strefie kołnierzowej wytłoczki w procesach kształtowania blach powodującym obniżenie jakości powierzchni wyrobu i zmniejszenie odkształceń granicznych blachy. Celem pracy jest analiza numeryczna metodą elementów skończonych testu przeciągania pasa blachy pomiędzy dwoma zaokrąglonymi przeciwpróbkami. Test ten symuluje warunki tarcia w strefie kołnierza wytłoczki. Do weryfikacji wyników numerycznych wykorzystano wyniki badań eksperymentalnych wpływu chropowatości powierzchni na wartość współczynnika tarcia próbek ze stali S235. Wyznaczono zależności pola rzeczywistej powierzchni kontaktu od parametru chropowatości przeciwpróbek Ra. Rozmiar rzeczywistej powierzchni kontaktu zwiększa się wraz ze zwiększeniem wartości parametru Ra. W procesach kształtowania blach współczynnik tarcia zależy od pola rzeczywistej powierzchni kontaktu, wraz ze wzrostem pola powierzchni styku rośnie jego wartość.

20

Analysis of the lubrication performance of low-carbon steel sheets in the presence of pressurised lubricant

Trzepieciński Tomasz, Luiz Valmir Dias, Szwajka Krzysztof, Szewczyk Marek, Szpunar Marcin

Advances in Materials Science

|

2023

|

Vol. 23, nr 2(76)

64--76

EN

In sheet metal forming processes, friction increases the force parameters of the forming process and produces a deterioration in the quality of the surface of the components. The basic way to reduce the unfavourable impact of friction is to lubricate the sheet metal surface with commercial oils. This article presents the results of experimental studies and analysis of variance (ANOVA) of the friction of DC01 low-carbon steel sheets using a strip drawing test. For these tests, a special device was built containing countersamples with a flat surface made of 145Cr6 steel covered with a protective AlTiN coating. Lubricants of different viscosities were fed into the contact zone under forced pressure. The effect of contact pressure on the value of the coefficient of friction was also determined. The predicted R² of 0.9227 was in reasonable agreement with the adjusted R² of 0.9411 confirming that the ANOVA model was reliable. It was found that increasing the lubricant pressure had a beneficial effect in reducing the value of the coefficient of friction. The higher the contact pressure, the more effectively the pressurised oil reduced the value of the coefficient of friction.