Modelowanie tarcia w próbie spęczania pierścieni ze stopu Ti6Al4V

• Autorzy: Lacki P.

Warianty tytułu

EN

A simulation of the friction in a ring test for Ti6Al4V alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych z próby spęczania na zimno pierścieni wykonanych ze stopu Ti6Al4V. Uwzględniono wpływ mikrogeometrii powierzchni na charakter współpracy pary trącej. Wyniki badań eksperymentalnych porównano z wynikami symulacji numerycznej. Do obliczeń numerycznych wykorzystano program ADINA System, bazujący na metodzie elementów skończonych. W modelu numerycznym założono sprężyste właściwości materiału matryc oraz sprężysto-plastyczne właściwości odkształcanego materiału. Ze względu na symetrię osiową procesu przyjęto dwuwymiarowy model osiowo-symetryczny. W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych pokazujące zmianę płynięcia materiału na skutek różnych warunków tarcia.

EN

Friction has a large influence on the course of the metal forming process. Many authors point to the complexity of the frictional processes occurring between the deformed material (especially titanium alloys) and the tools (steel). It results from the physical and chemical properties of titanium alloys and the particular conditions occurring in the metal forming processes. Complexity of the phenomena occurring in the contact zone causes that frictional hypotheses do not meet reflection in tests. It can be stated that the agreement between frictional hypotheses and real conditions worsens with increasingly difficult frictional conditions. The present-day knowledge does not allow for defining one universal hypothesis describing frictional conditions in relation to the metal working processes. The research mainly concentrates on the determination of the influence of the individual parameters on the frictional state of the specific frictional pair. Some tests show that the microgeometry of the contact surface affects the kind and character of the contact phenomena significantly. Numerical simulation is the only method allowing for the determination of the plastic strains in the deformed material. It is very difficult, or even impossible, to obtain such information by other methods. In most cases of the numerical simulations, the surface roughness is neglected because of a large number of the finished elements needed for modelling the process. Generally, such a simplification is justified and does not affect the calculation results significantly. In the paper, an influence of the contact microgeometry (surface roughness) on the deformation process was analysed. The numerical simulation of the upset forging of the titanium rings was carried out with the ADINA System v. 8.3, based on the finite element method. In the numerical model, the elastic properties of the die material and the elastic-plastic ones of the deformed material were assumed. According to the axial symmetry of the process, a 2-D model with axial symmetry was applied. The numerical model geometry of the upper and lower surface of the ring was varied in order to show a difference between a smooth and rough surface. The surface topography of the sample and dies was imaged. Imaging was produced of the surface roughness aimed at analysing the influence of the contact microgeometry on the course of the deformation process in the top layer of the deformed ring. The calculation results showing some changes in material flow resulting from different frictional conditions were compared with the test results. The "ring test" for Ti6Al4V alloy rings was carried out. Additionally, metallographic specimens of the deformed rings were obtained and analysed. It is observed that, with worsening frictional conditions, the rate of plastic deformation in the top layer increases. The local values of the plastic strains occurring at the unevenness tops can exceed limit values, and material decohesion appears. It is especially dangerous in the case of titanium deformation because the fractures, which are invisible at the beginning, develop suddenly after the end of the forging process.

Słowa kluczowe

PL

próba spęczania pierścieni; stopy tytanu; proces kucia; tarcie; symulacja numeryczna

EN

titanium alloy; forging process; ring test; friction; numerical simulation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 3
• Strony: 347--355
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Lacki P.

• Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 21, 42-200 Częstochowa,

Bibliografia

• 1. Adamus J.: Characteristic of shaping titanium sheets by cold working methods. Int. J. of Applied Mechanics and Engineering, 2006, vol. 11, no. 4, pp.727-733.
• 2. Gierzyńska-Dolna M.: Trybologiczne własności stopów tytanu. Materiały konferencyjne II Sympozjum "TYTAN I JEGO STOPY" 1992, pp. 5.1-5.13.
• 3. Gierzyńska-Dolna M.: Tarcie zużycie i smarowanie w obróbce plastycznej metali. WNT, Warszawa 1983.
• 4. Gierzyńska M.: Studium zjawisk trybologicznych w procesach obróbki plastycznej. Częstochowa 1974.
• 5. Gierzyńska-Dolna M., Lacki P.: Some aspects of modelling of metal forming processes. COMPUTERS & STRUCTURES Copyright(c) 2003 Elsevier Ltd. Ali rights reserved Volume 81, Issues 8-11, Pages 455-1109 (May 2003) K.J Bathe 60th Anniversary Issue Edited by Prof. J. Tedesco; Dr J. Walczak.
• 6. Melechov R., Tubielewicz K. and Błaszczuk W.: Titanium and its alloys. (in Polish) - Ed. Univ. Technol. Częstochowa 2004.
• 7. Lacki P.: Wpływ tarcia na nierównomierność odkształceń wyrobu w procesie kucia swobodnego. TRIBOLOGIA Nr 4/2003(190) rok XXXIV, s. 289-300.
• 8. Lacki P., Tatarek H.: Termomechaniczna symulacja procesu kucia na gorąco stopów tytanu VII Seminarium Naukowe "TYTAN I JEGO STOPY" Częstochowa 2002, Materiały Konferencyjne pod redakcją M. Gierzyńskiej-Dolnej, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, s. 91-97.
• 9. Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy. PWN, Warszawa 1985.
• 10. Kunogi H.: J. Sci. Res. Inst., 30 (1954) 6392.
• 11. Male A. T., Cockcroft M. G.: J. Inst. Metal., 93 (1964-1965) 38.
• 12. Gierzyńska-Dolna M., Adamus J., Lacki P.: Specyfika kucia stopów tytanu - Materiały Konf. "TYTAN I JEGO STOPY", Ustroń 1997, s. 47-52.
• 13. Lacki P.: The problem of describing the friction coefficient in numerical simulations of metal working. Tribology: Science and Applications, April 23-27, 2003, Vienna Publishing House; CUN PAN, Warszawa 2004.