Modelowanie smarowania i zmian chropowatości powierzchni w procesach przeróbki plastycznej

• Autorzy: Stupkiewicz S. , Marciniszyn A.

Warianty tytułu

EN

Modelling of lubrication and roughness evolution in metal forming processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaproponowano metodę analizy smarowania hydrodynamicznego przy bardzo cienkich warstwach filmu olejowego. Podejście ma charakter mikromechaniczny (wprowadza się wielkości makroskopowe i ich lokalne fluktuacje) i bazuje na rozwiązaniu sprzężonych zagadnień przepływu smaru i sprężysto-plastycznych deformacji nierówności powierzchni przy pomocy metody elementów skończonych. Wynikiem analizy są rozkłady wielkości lokalnych (np. fluktuacje ciśnienia, lokalna grubość filmu olejowego) jak również wielkości makroskopowe otrzymane przez uśrednienie odpowiadających im wielkości mikroskopowych. Taką wynikową wielkością makroskopową, ważną z punktu widzenia przyszłych zastosowań w tribologii procesów przeróbki plastycznej, jest efektywne naprężenie cierne. Przeprowadzone analizy wykazały znaczący wpływ chropowatości powierzchni na efektywne siły tarcia. Uzyskane wyniki potwierdzają również znany efekt wpływu makroskopowych odkształceń plastycznych na deformacje nierówności powierzchni i związane z tym zmiany chropowatości. Ze względu na szereg założeń upraszczających otrzymane wyniki mają raczej charakter jakościowy. Prowadzone obecnie prace nad ulepszeniem modelu koncentrują się na uwzględnieniu nienewtonowskiego zachowania smaru (w tym wpływu ciśnienia na lepkość) i efektów temperaturowych, oraz zastosowaniu rzeczywistych topografii nierówności powierzchni (w tym przejście do problemów trójwymiarowych).

EN

In this paper a micromechanical modelling approach is proposed, which is aimed at studying the lubricant flow and asperity deformation in the thin-film hydrodynamic lubrication regime. A finite element model is developed which couples the local lubricant flow at the asperity scale with the deformation of the asperities and of the underlying surface layer. Reynolds equation is used to describe the flow of lubricant which is modelled as a Newtonian fluid. An illustrative numerical example is provided.

Słowa kluczowe

PL

smarowanie hydrodynamiczne; chropowatość powierzchni; procesy przeróbki plastycznej

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT
• Czasopismo: Informatyka w Technologii Materiałów
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 4, Nr 1-2
• Strony: 23--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Stupkiewicz S.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa

autor

Marciniszyn A.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa

Bibliografia

• Avitzur, B., Nakamura, Y., 1986, Analytical determination of friction resistance as a function of normal load and geometry of surface irregularities, Wear, 107, 367-383.
• Bech, J., Bay, N., Eriksen, M., 1999, Entrapment and escape of liquid lubricant in metal forming, Wear, 232, 134-139.
• Boman, R., Ponthot, J.-P., 2002, Numerical simulation of lubricated contact in rolling processes, J. Mat. Proc. Technol., 125- 126, 405-411.
• de Souza Neto, E.A., Hashimoto, K., Peric, D., Owen, D.R.J., 1996, A phenomenological model for frictional contact accounting for wear effects, Phil. Trans. Royal Soc. Lon. A, 354, 819-843.
• Dowson, D., Higginson, G.R., 1977, Elasto-hydrodynamic lubrication, Pergamon Press.
• Gearing, B.P., Moon, H.S., Anand., L., 2001, A plasticity model for interface friction: application to sheet metal forming, Int. J. Plasticity, 17, 237-271.
• Korelc, J., 2002, Multi-language and multi-environment generation of nonlinear finite element codes, Engineering with Computers, 18, 312-327.
• Lo, S.-W., Wilson, W.R.D., 1999, A theoretical model of micropool lubrication in metal forming, Trans. ASME J. Tribol., 121,731-738.
• Montmitonnet, P., 2001, Plasto-hydrodynamic lubrication (PHD) - application of lubrication theory to metal forming processes, C. R. Acad. Sci., Paris, t.2 , 729-737.
• Mróz, Z., Stupkiewicz, S., 1998, Constitutive model of adhesive and ploughing friction in metal forming processes, Int. J. Mech. Sci., 40, 281-303.
• Patir, N., Cheng, H.S., 1978, An average flow model for determining effects of three-dimensional roughness on partial hydrodynamic lubrication, Trans. ASMEJ.Lubr. Technol., 100, 12-17.
• Patir, N., Cheng, H.S., 1979, Application of average flow model to lubrication between rough sliding surfaces, Trans. ASME J. Lubr. Technol., 101, 220-230.
• Pfestorf, M., Engel, U., Geiger, M., 1998, Three-dimensional cha-racterization of surfaces for sheet metal forming, Wear, 216, 244-250.
• Pinkus, O., Stemlicht, B., 1961, Theory of hydrodynamic lubrication, McGraw-Hill Book Comp., London.
• Stupkiewicz, S., Mróz, Z., 1999, A model of third body abrasive friction and wear in hot metal forming, Wear, 231, 124-138.
• Stupkiewicz, S., Mróz, Z., 2003, Phenomenological model of real contact area evolution with account for bulk plastic deformation in metal forming, Int. J. Plasticity, 19, 323-344.
• Sutcliffe, M.P.R, 1988, Surface asperity deformation in metal forming processes, Int. J. Mech. Sci., 30, 847-868.
• Tripp, J., 1983, Surface roughness effects in hydrodynamic lubrication: the flow factor method, Trans. ASME J. Tribol., 105, 458-465.
• Wanheim, T., Bay, N., Petersen, A.S., 1974, A theoretically determined model for friction in metal working processes, Wear, 28, 251-258.
• Wilson, W.R.D., 1979, Friction and lubrication in bulk metal-for- ming processes, J. Appl. Metal working, 1, 1-19.
• Wilson, W.R.D., Chang, D., 1996, Low speed mixed lubrication of bulk metal forming processes, Trans. ASMEJ. Tribol., 118, 83-89.
• Wilson, W.R.D., Marsault, N., 1998, Partial hydrodynamic lubrica¬tion with large fractional contact areas, Trans. ASMEJ. Tribol., 120, 1-5.
• Wilson, W.R.D., Sheu, S, 1988, Real area of contact and boundary friction in metal forming, Int. J. Mech. Sci., 30, 475-489.
• Zienkiewicz, O.C., 1972, Metoda elementów skończonych, Arkady,