PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Cold forming of steel - selected processes, issues, and CAx

Autorzy
Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Obróbka plastyczna stali na zimno - wybrane procesy, problematyka, CAx
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
This paper presents an analysis of the key challenges and irregularities associated with metal plastic deformation processes, with particular emphasis on phenomena such as springback, wrinkling, folding, cracking, microcracking, and burr formation. These undesirable effects can negatively impact the quality of final products and their mechanical properties, as well as the durability of tools used in processes such as bending, stamping, spinning, and cutting. The paper discusses the mechanisms leading to the formation of these defects, highlighting the role of process conditions, such as stress, processing speed, and tool geometry, which can cause technological issues. It also emphasizes the significance of tool wear, particularly in cutting processes, where abrasive, adhesive, and fatigue wear can lead to burr formation and deterioration in the quality of cut components. The study further explores methods to minimize these defects through process parameter optimization and proper tool design. Special attention is given to the use of numerical tools, such as the finite element method (FEM), which enables precise modeling of stress and strain distributions and the prediction of potential defect locations. Advanced simulations allow for improved prediction of issues like cracking, wrinkling, and springback, which ultimately enhances the quality of deformation processes and final products. The paper also highlights the need for further research in plastic deformation and the development of numerical models, particularly in the context of accounting for microstructural changes and residual stresses in materials.
PL
Niniejsza praca przedstawia analizę kluczowych wyzwań i nieprawidłowości związanych z procesami deformacji plastycznej metali, ze szczególnym uwzględnieniem takich zjawisk jak powrót sprężysty, marszczenie, fałdowanie, pękanie, mikropęknięcia oraz powstawanie gratu. Te niepożądane efekty mogą negatywnie wpływać na jakość finalnych produktów oraz ich właściwości mechaniczne, a także na trwałość narzędzi wykorzystywanych w procesach, takich jak gięcie, tłoczenie, wyoblanie czy cięcie. W pracy omówiono mechanizmy prowadzące do powstawania tych wad, zwracając uwagę na rolę warunków realizacji procesu i zjawisk fizycznych, takich jak naprężenia, prędkość obróbki oraz geometrię narzędzi, które mogą prowadzić do problemów technologicznych. Podkreślono również znaczenie zużycia narzędzi, w szczególności w kontekście procesów cięcia, gdzie zużycie cierne, adhezyjne oraz zmęczeniowe może prowadzić do powstawania gratu oraz pogorszenia jakości ciętych elementów. Analizowano także metody minimalizowania wspomnianych wad poprzez optymalizację parametrów procesowych i odpowiednie projektowanie narzędzi. Szczególną uwagę poświęcono wykorzystaniu narzędzi numerycznych, takich jak metoda elementów skończonych (MES), która pozwala na precyzyjne modelowanie rozkładów naprężeń, odkształceń oraz przewidywanie miejsc potencjalnych wad. Dzięki zaawansowanym symulacjom możliwe jest lepsze przewidywanie zjawisk takich jak pękanie, fałdowanie czy powrót sprężysty, co pozwala na poprawę jakości procesów deformacyjnych i produktów końcowych. Wskazano również na potrzebę dalszych badań w zakresie obróbki plastycznej oraz rozwoju modeli numerycznych, szczególnie w kontekście uwzględniania zmian mikrostrukturalnych i naprężeń resztkowych w materiałach.
Wydawca
Rocznik
Strony
41--54
Opis fizyczny
Bibliogr. 53 poz.
Twórcy
  • Doctoral School Koszalin University of Technology ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin, Poland
Bibliografia
  • 1. Abbas, A. T., Pimenov, D. Yu., Erdakov, I. N., Mikołajczyk, T., & El Danaf, E. A. (2017). Minimization of turning time for high-strength steel with a given surface roughness using the Edgeworth-Pareto optimization method. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 93, pp. 2375-2392. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0678-2
  • 2. Abu Qudeiri, J. E., Zaiout, A., Mourad, A-H. I., Abidi, M. H., & Elkaseer, A. (2020). Principles and characteristics of different EDM processes in machining tool and die steel. Appied. Sciences, 10(6), 2082. https://doi.org/10.3390/app10062082
  • 3. Afshan, S., Rossi, B., & Gardner, L. (2013). Strength enhancements in cold-formed structural sections - Part I: Material testing. Journal of Constructional Steel Research, 83, 177-188. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2012.12.008
  • 4. Arslan, Y., Seker, U., Ozcatalbas, Y., & Ozdemir, A. (2016). An investigation of the hole diameter and circularity on the stainless steel sheet perforated via by deep cryogenically treated cold work tool steel punches. Journal of Engineering Research and Applied Science, 5(1), pp. 378-398.
  • 5. Ashraf, M., Gardner, L., & Nethercot, D. A. (2005). Strength enhancement of the corner regions of stainless steel cross-sections. Journal of Constructional Steel Research, 61(1), pp. 37-52. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2004.06.001
  • 6. Bohdal, Ł., Kalata, F., Kałduński, P., Kukiełka, L., Kukiełka, K., & Patyk, R. (2019). Badania symulacyjne i eksperymentalne procesu wykrawania części z blach aluminiowych o zmiennej grubości. Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, 20(9), pp. 52-56. 10.24136/atest.2019.202
  • 7. Bohdal, Ł., Kośka, K., Miksza, M., Patyk, R., & Kalata, F. (2022). Modeling and numerical analysis of the process of punching aluminum sheets taking into account punch wear. Journal of Mechanical and Energy Engineering, 6(1), pp. 13-20. 10.30464/jmee.2022.6.1.13
  • 8. Bohdal, Ł., & Kukiełka, L. (2006). The effect of selected material parameters on the stress and strain states in the process of cutting a sheet plate with circular cutters. Task Quarterly ,10, pp. 391-400.
  • 9. Bohal, Ł., Kukiełka, L., Kukiełka, K., Kułakowska, A., Maląg, L., & Patyk, R. (2014). Three Dimensional Finite Element Simulation of Sheet Metal Blanking Process. Applied Mechanics and Materials, 474, pp. 430-435. 10.4028/www.scientific.net/AMM.474.430
  • 10. Bohdal, Ł., Kukiełka, L., Legutko, S., Patyk, R., & Radchenko, A. M. (2020). Modeling and Experimental Analysis of Shear-Slitting of AA6111-T4 Aluminum Alloy Sheet. Materials, 13(14), 3175. https://doi.org/10.3390/ma13143175
  • 11. Bohdal, Ł., Kukiełka, L., Patyk, R., Kośka, K.; Chodór, J., & Czyżewski, K. (2022). Experimental and Numerical Studies of Tool Wear Processes in the Nibbling Process. Materials, 15(1), 107. https://doi.org/10.3390/ma15010107
  • 12. Bohdal, Ł., Kułakowska, A., & Kułakowski, M. (2024). Numerical Modelling and Simulation of the Shear-Slitting Process of Electrical Steels. Acta Mechanica et Automatica, 18(2), pp. 341-351. https://doi.org/10.2478/ama-2024-0038
  • 13. Bohdal, Ł., & Walczak, P. (2013). Eco-modeling of metal sheet cutting with disc Sears. Annual Set The Environment Protection, 15(1), pp. 863-872. https://www.researchgate.net/publication/260158328_Ecomodeling_of_metal_sheet_cutting_with_disc_shears
  • 14. Bruschi, S., Simonetto, E., Pigato, M., Ghiotti, A., & Berolini, R. (2023). Analysis of the AISI 316 Stainless Steel Sheet Response to Sub-zero Deformation Temperatures. Manufacturing Letters, 35, pp. 208-214. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.023
  • 15. Coetsee, J. S., Ven den Berg, G. J., & Van den Merwe, P. (1990). Effect of workhardening and residual stresses due to cold work of forming on the strength of cold-formed stainless steel lipped channel sections. CCFSS Proceedings of International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures (1971-2018). https://scholarsmine.mst.edu/isccss/10iccfss/10iccfss-session5/2
  • 16. Cruise, R. B., & Gardner, L. (2008). Strength enhancements induced during cold forming of stainless steel sections. Journal of Constructional Steel Research, 64(11), pp. 1310-1316. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2008.04.014
  • 17. Errera, S. J., Popowich, D. W., & Winter, G. (1974). Bolted and welded stainless steel connections. Journal of the Structural Division, 100(6), pp. 1279-1296. https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0003805
  • 18. Hambli, R. (2001). Comparison between Lemaitre and Gurson damage models in crack growth simulation during blanking process. International Journal of Mechanical Sciences, 43(12), pp. 2769-2790. https://doi.org/10.1016/S0020-7403(01)00070- 4
  • 19. Horajski, P., Bohdal, Ł., Kukiełka, L., Patyk, R., Kałduński, P., & Legutko, S. (2021). Advanced Structural and Technological Method of Reducing Distortion in Thin- Walled Welded Structures. Materials, 14(3), 504. https://doi.org/10.3390/ma14030504
  • 20. Imran, M., & Walther, F. (2016). Metal Forming (Cold): Dislocation Mechanisms and Microstructural Changes. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.02881-2
  • 21. Jahazi, M., & Ebrahimi, G. (2000). The influence of flow-forming parameters and microstructure on the quality of a D6ac steel. Journal of Materials Processing Technology, 103(3), pp. 362-366. https://doi.org/10.1016/S0924- 0136(00)00508-2
  • 22. Kałduński, P. (2018). Numerical analysis of the deep drawing process including the history of stress and strain. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 56(3), pp. 781-792. https://doi.org/10.15632/jtam-pl.56.3.781
  • 23. Keneshlou, M., Biglari, F. R., & Shafaie, M. (2023). A numerical and experimental analysis of noncircular blank spinning. Journal of Manufacturing Processes, 94(1), pp. 159-182. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.03.045
  • 24. Kleiner, M., Göbel, R., Kantz, H., Klimmek, C., & Homberg, W. (2002). Combined methods for the prediction of dynamic instabilities in sheet metal spinning. CIRP - Annals, 51(1), pp. 209-214. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61501-7
  • 25. Kocabıçak, A., & Abdel Wahab, M. (2022). Multiphysics numerical modelling of backward flow forming process of AISI 5140 steel. Simulation Modelling Practice and Theory, 121(1), 102656. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2022.102656
  • 26. Lawanwong, K., Hamasaki, H., & Hino, R. (2020). Double-Action Bending for Eliminating Springback in Hat-Shaped Bending of Advanced High-Strength Steel Sheet. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106, pp. 1855-1867. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04678-y
  • 27. Li, K. P., Carden, W. P., & Wagoner, R. H. (2002). Simulation of springback. International Journal of Mechanical Sciences, 44(1), pp. 103-122. https://doi.org/10.1016/S0020-7403(01)00083-2
  • 28. Miksza, M., Bohdal, Ł., Kałduński, P., Patyk, R., & Kukiełka, L. (2022). Forecasting the Fatigue Strength of DC01 Cold-Formed Angles Using the Anisotropic Barlat Model. Materials, 15(23), 8436. https://doi.org/10.3390/ma15238436
  • 29. Mulidrán, P., Spišák, E., Tomáš, M., Slota, J., & Majerniková, J. (2020). Numerical Prediction and Reduction of Hat-Shaped Part Springback Made of Dual-Phase AHSS Steel. Metals, 10(9), 1119. https://doi.org/10.3390/met10091119
  • 30. Music, O., Allwood, J. M., & Kawai, K. (2010). A review of the mechanics of metal spinning. Journal of Materials Processing Technology, 210(1), pp. 3-23. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.08.021
  • 31. Patyk, R., Bohdal, Ł., & Gontarz, Sz. (2022). Experimental and Numerical Investigations and Optimisation of Grain-Oriented Silicon Steel Mechanical Cutting Process. Acta Mechanica et Automatica, 16(3), pp. 292-300. https://doi.org/10.2478/ama-2022-0035
  • 32. Quigley, E., & Monaghan, J. (2002). Enhanced finite element models of metal spinning. Journal of Materials Processing Technology, 121(1), pp. 43-49. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)01138-4
  • 33. Rossi, B., Afshan, S., & Gardner, L. (2013). Strength enhancements in cold-formed structural sections - Part II: Predictive models. Journal of Constructional Steel Research, 83, pp. 189-196. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2012.12.007
  • 34. Russo, I. M., Cleaver, Ch. J., & Allwood, J. M. (2021). Seven principles of toolpath design in conventional metal spinning. Journal of Materials Processing Technology, 294(1), 117131. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117131
  • 35. Russo, I.; Cleaver, J.; Allwood, J.; Loukaides, E. (2020). The influence of part assymetry on the achievable forming height in multi-pass spinning. Journal of Materials Processing Technology, 275(1), 116350. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116350
  • 36. Russo, I. M., Cleaver, Ch. J., Loukaides, E. G., & Allwood, J. M. (2020). Raising by spinning. CIRP Annals, 69(1), 277-280. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2020.04.073
  • 37. Sebastiani, G., Brosius, A., Ewers, R., Kleiner, M., & Klimmek, C. (2006). Numerical investigation on dynamic effects during sheet metal spinning by explicit finite- element-analysis. Journal of Materials Processing Technology, 177(1-3), pp. 401-403. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.04.080
  • 38. Sugita, Y., & Arai, H. (2015). Formability in synchronous multipass spinning using simple pass set. Journal of Materials Processing Technology, 217(1), pp. 336-344. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.11.017
  • 39. Trzepieciński, T., & Gelgele, H. L. (2011). Investigation of anisotropy problems in sheet metal forming using finite element method. International Journal of Material Forming, 4, pp. 357-369. https://doi.org/10.1007/s12289-010-0994-7
  • 40. Trzepieciński, T., & Lemu, H. G. (2020). Improving Prediction of Springback in Sheet Metal Forming Using Multilayer Perceptron-Based Genetic Algorithm. Materials, 13(14), 3129. https://doi.org/10.3390/ma13143129
  • 41. Valentino, T., Stephen, A., Radel, T., & Vollertsen, F. (2023). Applicability of a laser pre- treatment for a robust subsequent bending of thin sheet metal. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 44(1), pp. 45-54. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2023.05.001
  • 42. Walport, F., Zhang, R., Meng, X., Gardner, & L. (2023). The softening effect of welding on the mechanical properties of cold-worked stainless steel. Journal of Constructional Steel Research, 211(1), 108192. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2023.108192
  • 43. Watsom, M., & Long, H. (2014). Wrinkling failure mechanics in metal spinning. Procedia Engineering, 81(1), 2391-2396. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.339
  • 44. Wei, D. B., Jiang, Z. Y., Lu, C., Tang, Y., & Tieu, A. K. (2009). Experimental study of the effects of rough texture on surface deformation during cold metal forming. Wear, 267(9-10), pp. 1746-1751. https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.01.025
  • 45. Xia, Q., Xiao, G., Long, H., Cheng, X., & Sheng, X. (2014). A review of process advancement of novel metal spinning. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 85(1), 100-121. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.05.005
  • 46. Yang, D. Y., Bambach, M., Cao, J., Duflou, J. R., Groche, P., Kuboki, T., Sterzing, A., Tekkaya, A. E., & Lee, C. W. (2018). Flexibility in metal forming. CIRP Annals, 67(2), pp. 743-765. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2018.05.004
  • 47. Yao, H., & Cao, J. (2001). Assessment of corner failure depths in the deep drawing of 3D panels using simplified 2D numerical and analytical models. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 123(2), pp. 248-257. https://doi.org/10.1115/1.1349553
  • 48. Yu, Z., Zhao, Y., Du, C., Liu, R., & Evsyukov, S. (2020). Study on flange-constrained spinning process for hemispherical aluminium alloy part. Journal of Materials Processing Technology, 278(1), 116515. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116515
  • 49. Zhang, P., Pereira, M. P., Rolfe, B. F., Wilkosz, D. E., Hodgson, P., & Wiess, M. (2022). Investigation of material failure in micro-stamping of metallic bipolar plates. Journal of Manufacturing Processes, 73(1), pp. 54-66. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.10.044
  • 50. https://www.journaleras.com/index.php/jeras/article/view/55
  • 51. https://www.ogsindustries.com/
  • 52. https://www.iqsdirectory.com/articles/metal-stamping/die-stamping.html
  • 53. https://www.polteknik.pl
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-93ab540b-c561-46b3-9983-8d2720ce8881
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.