Analysis and comparison of geometric dimensions of cold drawn tubes using FEM simulation

• Autorzy: Sobota Róbert , Morovič Ladislav , Kapustová Mária , Bílik Jozef , Bella Peter , Mojžiš Milan

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.22.2.3

Warianty tytułu

PL

Analiza i porównanie wymiarów geometrycznych rur ciągnionych na zimno z wykorzystaniem symulacji MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper focuses on the analysis and comparison of tube wall thickness after cold drawing. The tube wall thickness obtained by the experiment was compared with the wall thickness obtained using finite element method (FEM) simulation in the simulation software DEFORM-3D. For the experiment the tube sinking technology was performed and all tubes were made of steel E235. Tubes were the outer diameter of Ø14, Ø16, Ø18 mm and the tube wall thickness was 1 and 2 mm. All tubes were drawn by single-pass tube sinking technology to the final diameter of Ø12 mm. Tube sinking process is a tube drawing technology through a drawing die without the use of a mandrel. Tube sinking is used as a final drawing operation, especially in the production of precision tubes of smaller diameter. The resulting comparison showed that the tube wall thickness obtained by the simulation in the DEFORM software very well matches with tube wall thickness obtained in the experiments. Based on the results, it can be stated that in the future it will be possible to replace some of the real experiments with FEM simulation in the DEFORM software.

PL

Niniejszy artykuł poświęcono analizie i porównaniu grubości ścianek rur po ciągnieniu na zimno. Grubość ścianki rury uzyskaną w eksperymencie porównano z grubością ścianki uzyskaną za pomocą symulacji metodą elementów skończonych (MES) przy użyciu oprogramowania symulacyjnego DEFORM-3D. W eksperymencie wykorzystano technologię zanurzania rur, a wszystkie rury wykonano ze stali E235. Rury miały średnicę zewnętrzną Ø14, Ø16, Ø18 mm, a grubość ścianki rury wynosiła 1 i 2 mm. Wszystkie rury były ciągnięte w jednym ciągu bez użycia trzpienia na końcową średnicę Ø12 mm. Proces ciągnięcia swobodnego rur to technologia ciągnięcia rur za pomocą ciągadła bez użycia trzpienia. Swobodne ciągnięcie rur jest stosowane jako ostatnia operacja procesu, zwłaszcza przy produkcji rur precyzyjnych o mniejszych średnicach. Porównanie wykazało, że grubość ścianki rury uzyskana w symulacji przy użyciu programu DEFORM bardzo dobrze koreluje z grubością ścianki rury uzyskanej w eksperymentach. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że w przyszłości możliwe będzie zastąpienie części eksperymentów rzeczywistych, symulacją MES przy użyciu oprogramowania DEFORM.

Słowa kluczowe

EN

FEM simulation; simulation software DEFORM; cold tubes drawing; seamless tubes; drawing tool; sinking drawing process

PL

symulacja MES; oprogramowanie symulacyjne DEFORM; ciągnienie rur na zimno; rura bezszwowa; narzędzie do ciągnienia; proces ciągnienia swobodnego

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 74, no. 2
• Strony: 21--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sobota Róbert

• Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Bottova 25, 917 24 Trnava, Slovak Republic

• https://orcid.org/0000-0002-8683-7631

autor

Morovič Ladislav

• Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Bottova 25, 917 24 Trnava, Slovak Republic

• https://orcid.org/0000-0001-7631-2631

autor

Kapustová Mária

• Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Bottova 25, 917 24 Trnava, Slovak Republic

• https://orcid.org/0000-0002-1103-2150

autor

Bílik Jozef

• Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Bottova 25, 917 24 Trnava, Slovak Republic

• https://orcid.org/0000-0001-7828-8583

autor

Bella Peter

• ŽP Research and Development Centre, Podbrezová, Slovak Republic

autor

Mojžiš Milan

• ŽP Research and Development Centre, Podbrezová, Slovak Republic

Bibliografia

• [1] D. Radford, D.B. Richardson. Production Engineering Technology. 3 Ed. London: Macmillan publishers LTD, 1980.
• [2] W.F. Hosford, R.M. Caddell. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. 4 Ed. New York: Cambridge University Press, 2011.
• [3] M. Mojzis, L. Parilak, V. Tittel,M. Ridzoň, P. Bella,I. Buransky. Compare of the dies and they influence of geometry precision of the cold drawing tubes with small dimensions. Hutnik - Wiadomości Hutnicze, 2017, 84 (8), pp. 374-376.
• [4] R. Pernis. Calculation of wall thickness at tube sinking. Acta Metallurgica Slovaca, 2006, 12, pp. 191-201.
• [5] M. Palengat, G. Chagnon, D. Favier, H. Louche, C. Linardon, C. Plaideau. Cold drawing of 316L stainless steel thin-walled tubes: Experiments and finite element analysis. International Journal of Mechanical Sciences, 2013, 70, pp. 69-78.
• [6] F. Boutenel, M. Delhomme, V. Velay, R. Boman. Finite element modelling of cold drawing for high-precision tubes. Comptes Rendus Mecanique, 2018, 346 (8), pp. 665-677.
• [7] P. Bella, P. Bucek, M. Ridzon, M. Mojzis, L. Parilak. Influence of die geometry on drawing force in cold drawing of steel tubes using numerical simulation. Key Engineering Materials, 2016, 716, pp. 708-712.
• [8] J.J. Sheu, S.Y. Lin, C.H. Yu. Optimum die design for single pass steel tube drawing with large strain deformation. In: Procedia Engineering 81. 11th International Conference on Technology of Plasticity, ICTP 2014, Japan, Nagoya Congress Centre, Nagoya, pp. 688-693.
• [9] S.K. Lee, M.S. Jeong, B.M. Kim, S.K. Lee, S.B. Lee. Die shape design of tube drawing process using FE analysis and optimization method.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 66, pp. 381-392.
• [10] M.P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing. John Wiley & Sons, Inc., 2010.
• [11] K. Sawamiphakdi, G.D. Lahoti, P.K. Kropp. Simulation of a tube drawing process by the finite element method. Journal of Materials Processing Technology, 1991, 27, pp.179-190.
• [12] J.Y. Acharya, S.M. Hussein. FEA based comparative analysis of tube drawing process.Journal of Innovations in Engineering Research and Technology, 2014, 1, pp. 1-11.
• [13] P. Bella, R. Durcik, M. Ridzon, L. Parilak. Numerical simulation of cold drawing of steel tubes with straight internal rifling. Procedia Manufacturing, 2018, 15, pp. 320-326.
• [14] M. Kapustova, R. Sobota. The research of influence of strain rate in steel tube cold drawing processes using FEM simulation. Novel Trends in Production Devices and Systems V (NTPDS V): Special topic volume with invited peer reviewed papers only. Zurich: Trans Tech Publications, 2019, pp. 235-242.
• [15] G. Kumar Mishra, P. Singh. Simulation of Seamless Tube Cold Drawing Process using Finite Element Analysis. Journal for Scientific Research & Development, 2015, 3, pp. 1286-1291.
• [16] P. Karnezis, D.C.J. Farrugia. Study of cold tube drawing by finite-element modelling. Journal of Material Processing Technology, 1998, 80-81, pp. 690-694.
• [17] J. Moravcikova, P. Pokorny. The influence of machine-part measuring strategies for coordinate measuring devices on the precision of the measured values. Acta Polytechnica Hungarica, 2018, 15 (6), pp. 7-26.
• [18] L. Morovic, M. Kritikos, D.R.D. Sobrino, J. Bilik, R. Sobota, M. Kapustova. A Statistical Approach in the Analysis of Geometrical Product Specification during the Cold Tube Drawing Process. Applied Sciences, 2022, 12 (2), pp. 1-22.
• [19] P.M. Dixit, U.S. Dixit. Modeling of Metal Forming and Machining Processes by Finite Element and Soft Computing Methods. London: Springer Verlag, 2008.
• [20] S. Kobayashi, S.I. Oh, T. Altan.Metalforming and the Finite-Element Method. London: Oxford University Press, 1989.
• [21] M. Kapustova, R. Sobota. The design of drawing process of cylindrical cup with oval bottom using computer simulation. In MATEC Web of Conferences. ICMME 2016. Shanghai, 2017, p. 95.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).