Analysis of tribological performance of new stamping die composite inserts using strip drawing test

• Autorzy: Żaba Krzysztof , Kuczek Łukasz , Puchlerska Sandra , Wiewióra Marcel , Góral Marek , Trzepieciński Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2023.7

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości tribologicznych nowych wkładek kompozytowych tłoczników za pomocą testu przeciągania pasa blachy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article assesses the tribological performance of new composite tool sets for stamping dies. Four sets of composite countersamples were tested. These consisted of polyurethane resin with mineral filler (base variant) and modified with aluminium powder (10wt%) and roving fabric (5wt%). Strip samples for the strip drawing tests were cut from AMS5599 (Inconel 625) corrosion-resistant nickel alloy, AMS5510 (321) corrosion and heat-resistant steel and AMS6061-T4 heat treatable aluminium alloy sheet metals. The influence of the type of sample material on the coefficient of friction (COF) was observed. The smallest values of the COF over the entire range of clamping force values used on AMS5599 and AMS5510 sheets were observed during tests with countersamples made of the base variant of composite. When testing the AMS6061-T4 aluminium alloy sheet, the countersamples modified with roving fabric provided the lowest value of COF, which stabilised at a value of about 0.197 as pressure was increased.

PL

Celem artykułu jest ocena właściwości tribologicznych nowych kompozytowych wkładek do tłoczników. Badaniom poddano cztery zestawy przeciwpróbek kompozytowych składających się z żywicy poliuretanowej z wypełniaczem mineralnym (wariant bazowy) oraz modyfikowanych proszkiem aluminiowym (10% mas.) i tkaniną rowingową (5% mas.). Próbki do testu przeciągania pasa blachy wycięto z blach AMS5599, AMS5510 i AMS6061-T4. Zaobserwowano wpływ rodzaju materiału przeciwpróbki na współczynnik tarcia. Najmniejsze wartości współczynnika tarcia w całym zakresie zmian siły docisku dla blach AMS5599 i AMS5510 zaobserwowano podczas badań z przeciwpróbkami wykonanymi z bazowego wariantu kompozytu. Podczas badania blachy ze stopu aluminium AMS6061-T4 przeciwpróbki modyfikowane tkaniną rowingową zapewniły najmniejszą wartość współczynnika tarcia, która w zakresie ustabilizowanym osiągnęła wartość około 0,197.

Słowa kluczowe

EN

friction; coefficient of friction; composite tool; stamping tool

PL

tarcie; współczynnik tarcia; narzędzie kompozytowe; tłocznik

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 55--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Żaba Krzysztof

• Department of Metal Working and Physical Metallurgy of Non-Ferrous Metals, AGH - University of Science and Technology, al. Adama Mickiewcza 30, 30-059 Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6541-885X

autor

Kuczek Łukasz

• Department of Metal Working and Physical Metallurgy of Non-Ferrous Metals, AGH - University of Science and Technology, al. Adama Mickiewcza 30, 30-059 Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0253-0673

autor

Puchlerska Sandra

• Department of Metal Working and Physical Metallurgy of Non-Ferrous Metals, AGH - University of Science and Technology, al. Adama Mickiewcza 30, 30-059 Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7009-0716

autor

Wiewióra Marcel

• ERKO sp. z o.o. sp.k., Czeluśnica 80, 38-204 Tarnowiec, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7698-6476

autor

Góral Marek

• Research and Development Laboratory for Aerospace Materials, Rzeszow University of Technology, Powstancow Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7058-510X

autor

Trzepieciński Tomasz

• Department of Manufacturing Processes and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4366-0135

Bibliografia

• 1. Bergweiler, G., Fiedler, F., Kampker, A., & Lichtenthäler, K. (2019). Additively manufactured forming tools in prototype construction (in German). Umformtechnik Blech Rohre Profile.
• 2. Bergweiler, G., Fiedler, F., Shaukat, A., & Loffler, B. (2021). Experimental investigation of dimensional precision of deep drawn cups using direct polymer additive tooling. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 5(1), 3. https://www.mdpi.com/2504-4494/5/1/3
• 3. Birkhold, M., Pauli, F.B., Lechler, A., & Verl, A. (2013). On the development of transformable sheet metal forming tools. IFAC Proceedings Volumes, 46(16), 391-396. https://doi.org/10.3182/20130825-4-US-2038.00040
• 4. Domitner, J., Silvayeh, Z., Shafiee Sebet, A., Öksüz, K.I., Pelcastre, L., & Hardell, J. (2021). Characterization of wear and friction between tool steel and aluminum alloys in sheet forming at room temperature. Journal of Manufacturing Processes, 64, 774-784. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.02.007
• 5. Ersoy-Nürnberg, K., Nürnberg, G., Golle, M., & Hoffmann, H. (2008). Simulation of wear on sheet metal forming tools - An energy approach. Wear, 265(11-12), 1801-1807. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.04.039
• 6. Frank, C. (1999). Polymers as tooling material for deep drawing of sheet metal (in German). PhD thesis. Leibniz University Hannover.
• 7. Groche, P., Christiany, M., & Wu, Y. (2019). Load-dependent wear in sheet metal forming. Wear, 422-423, 252-260. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.01.071
• 8. Hol, J., Cid Alfaro, M.V., de Rooij, M.B., & Meinders, T. (2012). Advanced friction modeling for sheet metal forming. Wear, 286-287, 66-78. https://doi.org/10.1016/j.wear.2011.04.004
• 9. Kirkhorn, L., Bushlya, V., Andersson, M., & Ståhl, J. E. (2013). The influence of tool microstructure on friction in sheet metal forming. Wear, 302, 1268-1278. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.01.050
• 10. Leal, R., Barreiros F., Alves L. (2017). Additive manufacturing tooling for the automotive industry. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 92, 1671-1676. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0239-8
• 11. Levy, G.N., Schindel, R., Schleiss, P., Micari, F., & Fratini, L. (2003). On the use of SLS tools in sheet metal stamping. CIRP Annals, 52(1), 249-252. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60577-0
• 12. Liewald, M. & de Souza, J. H. C. (2008). New developments on the use of polymeric materials in sheet metal forming. Production Engineering, 2, 63-72. https://doi.org/10.1007/s11740-008-0077-5
• 13. Murtagh, A. M., Lennon, J. J., & Mallon, P. J. (1995). Surface friction effects related to pressforming of continuous fibre thermoplastic composites. Composites Manufacturing, 6, 169-175. https://doi.org/10.1016/0956-7143(95)95008-M
• 14. Park, Y., & Colton, J.S. (2003). Sheet metal forming using polymer composite rapid prototype tooling. Journal of Engineering Materials and Technology, 125(3), 247-255. https://doi.org/10.1115/1.1543971
• 15. Schell, T. (2005). Basic investigations of a new Rapid Tooling technique for sheet metal forming (in German). PhD thesis. University of Erlangen-Nürnberg.
• 16. Schmoeckel, D., Frontek, H., & von Finckenstein, E. (1986). Reduction of wear on sheet metal forming tools. CIRP Annals, 35(1), 195-198. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61869-1
• 17. Schuh, G., Bergweiler, G., Bickendorf, P., Fiedler, F. & Cong, C. (2020), Sheet metal forming using additively manufactured polymer tools. Procedia CIRP, 93, 20-25. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.04.013
• 18. ten Thije, R. H. W., Akkerman, R., van der Meer, L., & Ubbink, M. P. (2008). Tool-ply friction in thermoplastic composite forming. International Journal of Material Forming, 1, 953-956. https://doi.org/10.1007/s12289-008-0215-9
• 19. Vierzigmann, H.U., Merklein, M., & Engel, U. Friction conditions in sheet-bulk metal forming. Procedia Engineering, 19, 377-382. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.11.128

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).