Development and Modelling of the Method of Mandrelless Small-Radius Tube Bending

• Autorzy: Michalczyk J. , Wojsyk K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0449

Warianty tytułu

PL

Opracowanie i modelowanie sposobu beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper reports the results of research aimed at creating theoretical grounds for a new method of mandrelless small-radius tube bending (1.5D_rR_g<2.5D_r, where D_r - tube diameter, R_g - bending radius). As the result of applying such a methodology it is possible to carry out the bending process (with an angle of up to 180°) and obtain an ovalization and wall thinning in the bending area, which are much smaller than those in currently manufactured products. The currently used bending methods and bending equipment are able to achieve a minimum bending radius not less than three times the tube outer diameter. The research hypothesis has assumed the existence of tube bending methods that are more efficient that those known so far. Than methods do not rely on circular bending contours, but instead they may use other shaping die contours which has not been explored yet. Circular benders used in practice fail in that they do not yield the expected results on small radii and do not control the material flow (do not ensure its correct behaviour) in the bending zone. The literature review has shown that there are currently no theoretical studies, numerical analyses and experimental verifications related to the processes of mandrelless tube bending on small radii, i.e. for 1.5D≤R≥2.5D, where: (R - bending radius, D - tube outer diameter) up to an angle of 180°. Due to the lack of studies on this subject, in their approach to the numerical modelling of the problem, the authors of the paper were guided by their own experience in this field and made every effort to make the numerical model reflect the actual process as accurately as possible. They were only aided by the general knowledge accumulated in the literature on numerical modelling. To sum up, the purpose of the publication is to demonstrate that the change in the die recess towards a shape resembling an ellipse results in a change in the characteristics of metal flow (movement) along the tube perimeter and in a change in the stress characteristics and, as a consequence, a change in the tube cross-section in the bending zone. The research discussed in this paper seeks to establish the correct flow of material in the tube cross-section in the bending zone by determining the most efficient bender recess shape and friction surface forming, which will eliminate the excessive ovalization and upper wall thinning. The expected effect of implementing this bending technology will be increasing the flow capacity in energy systems, which will directly translate into a reduction of atmospheric CO emissions due to the lower energy consumption. In addition, the paper has presented the concepts of tools intended for the experimental verification of tube bending process.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań polegających na stworzeniu podbudowy teoretycznej do nowej metody beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach (1.5D_rR_g<2.5D_r, gdzie D_r – Średnica rury, R_g – promień gięcia). W wyniku zastosowania takiej metodyki można przeprowadzić proces gięcia (o kącie do 180°) i otrzymać w obszarze gięcia owalizację i pocienienie ścianki znacznie mniejsze niż w otrzymywanych obecnie wyrobach. Obecnie stosowane metody gięcia oraz urządzenia gnące pozwalają osiągnąć minimalny promień gięcia nie mniejszy niż trzykrotność średnicy zewnętrznej rury. Hipoteza badawcza zakładała, że istnieją efektywniejsze od dotychczas znanych sposoby gięcia rur. Sposoby te nie są oparte na kołowych profilach gnących, lecz mogą uwzględniać inne niezbadane dotychczas profile form kształtujących. Stosowane w praktyce kołowe wykroje zawodzą w ten sposób, że, nie dają efektów na małych promieniach, nie sterują (nie umożliwiają właściwego przepływu materiału w strefie gięcia). Analiza literatury wykazała, iż nie istnieją obecnie żadne opracowania teoretyczne, analizy numeryczne oraz weryfikacje doświadczalne dotyczące procesów beztrzpieniowego gięcia rur na małych promieniach tj. dla 1.5D≤R≥2.5D, gdzie: (R – promień gięcia, D – średnica zewnętrzna rury) do kąta 180°. Autorzy pracy w podejściu do modelowania numerycznego zagadnienia z uwagi na brak opracowań w tym zakresie (gięcie małych promieni) kierowali się własnym doświadczeniem w tej dziedzinie i dokonali wszelkich starań, aby założony model numeryczny jak najbardziej uprawdopodobnić z rzeczywistym procesem. Wspomagali się jedynie ogólną wiedzą zgromadzoną w literaturze nt. modelowania numerycznego. Reasumując celem publikacji jest wykazanie, iż zmiana kształtu wybrania wzornika w kierunku kształtu zbliżonego do elipsy skutkuje zmianą charakterystyki płynięcia (przemieszczania się) metalu po obwodzie rury i zmianą charakterystyki naprężeń a w konsekwencji zmianę kształtu przekroju rury w strefie gięcia. Prezentowane w pracy badania polegają na poszukiwaniu właściwego przepływu materiału w przekroju rury w strefie gięcia poprzez ustalenie najbardziej efektywnego kształtu wybrania w wykroju oraz kształtowaniu powierzchni tarcia, przez co zostaną wyeliminowane: nadmierna owalizacja i pocienienie ścianki górnej. Przewidywanym efektem zastosowania tej technologii gięcia będzie zwiększenie wydajności przepływu w instalacjach energetycznych, co ma związek bezpośredni związek ze spadkiem emisji CO do atmosfery w wyniku mniejszego zużycia energii. Ponadto w pracy przedstawiono koncepcje narzędzi do doświadczalnej weryfikacji procesu gięcia rur.

Słowa kluczowe

EN

mandrelless tube bending; small bending radii

PL

beztrzpieniowe gięcie rur; małe promienie gięcia

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2797--2804
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Michalczyk J.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 42-200 Czestochowa, 19 Armii Krajowej Av., Poland

autor

Wojsyk K.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Computer Since

Bibliografia

• [1] S. Erbel, K. Kuczyński, Z. Marciniak, Obróbka plastyczna, Warszawa 1981.
• [2] F. Stachowicz, J. Mater Process Tech. 100, 236 - 240 (2000)
• [3] J. Kazanecki, Wytwarzanie rur bez szwu. Kraków 2003.
• [4] W. P. Romanowski, Poradnik Obróbka Plastyczna na zimno, Warszawa, 1976.
• [5] J. Pacanowski, Z Kosowicz, Rudy i Metale Nieżelazne. R41: nr 10, 419 - 423 (1996).
• [6] W. Kubiński, M. Kuczera, Obróbka Plastyczna Metali 5, 5 -24 (2003).
• [7] M. Zahn. J Mater Process Tech. 127, 401 - 408 (2002).
• [8] A. Stefanik , H. Dyja, S. Mróz, Arch. Metall. Mater. 56, 2 (2011).
• [9] M. Kopernik, M. Pietrzyk, Arch. Metall. Mater. 52, 2 ( 2007).
• [10] J. L. Chenot, L. Fourment, T. Coupez, R. Ducloux, E. Wey, Forging and Related Technology. Birminghams, 113, (1998).
• [11] Hoff N. J, Quart, Appl. Mech. 2, 49 (1954).
• [12] Norton F. H, Creep of Steel at High Temperature. McGraw Hill, New York 1929.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.