Wspomagana numerycznie optymalizacja procesu wyciskania rur i prętów bimetalowych

• Autorzy: Kazanowski P. , Misiołek W. Z. , Epler M. E. , Sikka V. K.

Warianty tytułu

EN

Numerically enhanced optimization of bi--material rod and tube extrusion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Osiągnięty został cel badań, jakim było przeanalizowanie wpływu wyjściowej geometrii wlewka na stabilność przekroju poprzecznego bimetalowego pręta pełnego oraz bimetalowej rury wyciskanej na trzpieniu. Wyniki badań eksperymentalnych i symulacji komputerowej dostarczyły danych, na podstawie których można wyznaczyć optymalną długość materiału wewnętrznego bimetalowego wlewka gwarantującą minimalny odpad i tym samym maksymalny uzysk. Długość wyrobu bimetalowego o zadowalającej jakości zależy od wielu czynników. W badaniach sprawdzono jedynie wpływ początkowej grubości i długości materiału wewnętrznego i zewnętrznego wlewka zakładając stały kąt matrycy alfa = 90°. Jednakże na podstawie wyników badań dostępnych w literaturze (Bandar i inni 2000) można stwierdzić, że wpływ kąta matrycy stożkowej na stabilność przekroju poprzecznego gotowego wyrobu nie jest tak silny jak wpływ skrócenia długości materiału wewnętrznego wlewka. Próby na prasach doświadczalnych posłużyły do weryfikacji dotychczas otrzymanych wyników analizy numerycznej oraz metodą ele­mentów skończonych. Generalnie można potwierdzić przydatność współczesnego oprogramowania do wspomagania numerycznego optymalizacji procesu wyciskania rur i prętów bimetalowych. Stabilność geometryczna wyznaczona numerycznie jest bardzo podobna do stabilności osiągniętej doświadczalnie. Jednakże stabilność wymiarowa nie jest jedynym czynnikiem wpływającym na jakość gotowego wyrobu. Jakość ta zależy w dużej mierze od spójności wyrobu będącej z kolei funkcją jednorodności mikrostruktury obszaru kontaktu. Jak zostało pokazane na przykładzie wyciskanych rur i prętów bimetalowych, rzeczywiste wyroby wykazują skomplikowaną topografię obszaru kontaktu. Zjawisko to jest na obecnym stanie wiedzy prawie niemożliwe do wyliczenia pakietami bazującymi na metodzie elementów skończonych. Aby umożliwić tego typu obliczenia niezbędna jest bardzo dobra znajomość mechanizmów stojących za zmianami strukturalnymi obserwowanymi w trakcie wyciskania prętów i rur bimetalowych. Wnikliwe badania prowadzone obecnie w Institute for Metal Forming na Lehigh University w Bethlehem, PA, USA mająmiędzy innymi na celu ustalenie powiązań między parametrami wyciskania prętów bimetalowych a własnościami gotowego wyrobu.

EN

The presented research results are an outcome of ongoing studies on optimization of the bi-material extrusion process. The initial billet geometry was optimized with a special focus on the ratio of the inner to the outer material thickness within the extrusion billet in order to control metal flow. The physical and numerical modeling techniques supported by a theoretical analysis have been implemented in the presented study. The visioplasticity technique was used for physical modeling and the numerical modeling was performed with the Finite Element Method DEFORM package. Obtained experimental results confirmed the influence of the initial bi-material billet geometry on the geometrical stability of the extrudate cross-section. A complex interface microstructures between two aluminum alloys as well as between plain carbon steel and stainless steel extruded simultaneously have been observed using light optical microscopy. The proposed material and process modifications resulted in improved yield.

Słowa kluczowe

PL

geometria wlewka; przekrój poprzeczny bimetalowego pręta pełnego; bimetalowa rura wyciskana na trzpieniu; analiza numeryczna; metoda elementów skończonych; optymalizacja procesu wyciskania rur i prętów bimetalowych; topografia obszaru kontaktu

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT
• Czasopismo: Informatyka w Technologii Materiałów
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 3, Nr 3-4
• Strony: 138--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kazanowski P.

• Institute for Metal Forming , Lehigh University, 5 East Packer Avenue, Bethlehem, PA 18015, USA

autor

Misiołek W. Z.

• Institute for Metal Forming , Lehigh University, 5 East Packer Avenue, Bethlehem, PA 18015, USA

autor

Epler M. E.

• Institute for Metal Forming , Lehigh University, 5 East Packer Avenue, Bethlehem, PA 18015, USA

autor

Sikka V. K.

• Oak Ridge National Laboratory, One Bethel Valley Road, Bldg. 4508, Oak Ridge, TN 37831, USA

Bibliografia

• Alcaraz, J.L., Gil-Sevillano, J., Martinez-Esnaola J.M., 1996, A Fracture Condition Based on The Upper Bound Method for the Extrusion of Bi-Metallic Tubes, J. Mat. Proc. Techno. ,61, 265-274.
• Apperley, M.H., Sorrell, C.C., Crosky, A., 2000, The Coextrusion of Metal-Sheated High-Temperature Superconductors, J. Mat. Proc. Techno., 102, 193-202.
• Avitzur, B., 1983, Handbook of Metal Forming Processes, John Wiley & Sons, New York.
• Bandar, A.R., Misiolek, W.Z., Kloske K.E., Jeong, T.H., 2000, Im-proving Flow in Soft-Core Bimaterial Billets, Mat. Konf. 7th International Aluminum Technology Seminar, Chicago, Illinois, 2,223-227.
• Kazanowski, P., Libura, W., 1999, Theoretical and Experimental Analysis of Extrusion With Different Die Geometry, Mat. Konf. Advanced Technology of Plasticity, Nuremberg, 1845-1850.
• Kazanowski, P., Misiołek W.Z., 2002a, Badanie geometrycznej stateczności przekroju poprzeznego rur bimetalowych wyciskanych na trzpieniu, Rudy Metale, 47.
• Kazanowski, P., Misiolek W.Z., 2002b, Physical and Numerical Analysis of Extrusion Process for Production of Bi-metallic Tubes, U.S. Department of Energy Report No. DE-FC07- 011D14254.
• Kazanowski P., Misiolek W.Z., Sikka V.K., 2003a, Analysis of the Influence of the Initial Billet Geometry and Die Design on the Product Geometry During Bi-Material Tube Extrusion, Mater. Sci. Forum, 426-432, 3795-3800.
• Kazanowski P., Epler M.E., Misiolek W.Z., 2003b, Bi-Metal Rod Extrusion - Process and Product Optimization, Mater. Sc. Eng. A - artykuł zaakceptowany do druku.
• Kiałka, J.. Misiolek W.Z., 1996, Studies of Dead Metal Zone For-mation in Aluminum Extrusion, Mat. Konf. 6th International Aluminum Technology Seminar, Chicago, Illinois, 2, 107-111.
• Oh, S.I., Wu, W.T., Tang, J.P., Vedhanayagam, A., 1991, Capabili-ties and Applications of FEM Code DEFORM: The Perspective of the Developer, J. Mater. Proc. Techno., 27,25-42.
• Pearson, C.E., Smythe, J.A., 1931, The influence of Pressure and Temperature on the Extrusion of Metals, J. Inst. Metals, 45,345-369.
• Prasad, Y.V.R.K., Sasidhara, S., Hot Working Guide - A Compendium of Processing Maps, ASM International, Materials Park, Ohio.
• Roberts, PR., Ferguson, B.L., 1991, Extrusion of Metal Powders, Internat. Mater. Rev., 36, 62-79
• Sasch, G., Eisbein, W., 1931, Power Cosumption and Mechanism of Flow in the Extrusion Process, Mitt. Material, 16,67-96.
• Siebel, E., Frangemeier, E., 1931, Research on Power Consuption in the Extrusion and Punching of Metals, Mitt. K. W. Inst, fur Eisenforschung, 13, 29-43.
• Śliwa, R., A test determining the ability of different materials to undergo simultaneous plastic deformation to produce metal composites, 1991, Sci. Eng. A., 135,259-266
• Śliwa, R., Plastic Zones in the Extrusion of Metal Composites, 1997, J. Mat. Proc. Techno., 67, 29-35.
• Wieder, S., 1999, Introduction to Mathcad for Scientists and Engineers, McGraw Hill, New York.