Wyznaczenie parametrów procesu ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach cienkich drutów ze specjalnych stopów magnezu za pomocą matematycznego modelu

• Autorzy: Milenin A. , Kustra P.

Warianty tytułu

EN

Determination of technological parameters of special magnesium alloy in wire drawing process in heated die using a mathematical model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy rozpatrzono proces ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach drutów o średnicach 0,1÷0,9 mm ze stopów MgCa0,8 oraz A×30, przeznaczonych na resorbowalne nici chirurgiczne do spajania tkanki miękkiej. W związku z niską technologiczną plastycznością takich stopów podczas ciągnienia na zimno, zaproponowano proces, w którym drut w procesie ciągnienia jest podgrzewany przez ciągadło do temperatury około 300 °C. W tym celu opracowano urządzenie, pozwalające na kontrolowane nagrzewanie ciągadła i przeprowadzenie procesu ciągnienia. Problemem jest dobór parametrów procesu ciągnienia (odkształceń, prędkości ciągnienia, temperatury narzędzia, kształtu narzędzia), pozwalających na otrzymanie drutu bez wyżarzania między przepustami oraz uniknięcie utraty spójności drutu. Do rozwiązania problemu wykorzystano program MES Drawing2d, do którego zaimplementowano modele utraty spójności rozpatrywanych stopów Mg. W trakcie symulacji zaobserwowano trzy mechanizmy utraty spójności: wyczerpanie zapasu plastyczności w kotlinie odkształcenia, klasyczne zerwanie drutu oraz zerwanie związane z wysokim gradientem temperatury wzdłuż drutu po jego wyjściu z kotliny odkształcenia. Na podstawie symulacji MES wyznaczono technologiczne parametry procesu ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach. Wyniki symulacji zostały zweryfikowane eksperymentalnie. Efektem pracy są wykonane druty ze stopów MgCa0,8 oraz A × 30 o średnicach 0,1÷0,9 mm.

EN

In the present paper drawing process in heated die of thin magnesium wire with diameter 0,1÷0,9 mm for surgical application was examined. Magnesium alloys have low plasticity during cold deformation that is why new drawing process in heated die was proposed. In this technology drawn wire is locally heated by die to temperature about 300 °C. Main idea of this drawing process in heated die is to carry out drawing process in such condition in which recrystallization occurs and drawn wire does not break. That is why there are some problems in this technology in defining proper drawing parameters as deformation, drawing velocity, tool temperature and the shape of tool. To solve this problem Drawing2d FEM program was used. This FEM code was expand with ductility function of considered magnesium alloys. The simulation shows three possible mechanisms of fracture − the exhaustion of plasticity in deformation zone, the classical breaking of wire and break associated with high temperature gradient along the wire after it exits from deformation zone. Based on the FEM simulations, the technological parameters of drawing process in heated die were determined. The simulation results were verified experimentally. The result of the work are thin wires with magnesium alloys (MgCa0.8 and A×30) with diameters 0.1÷0.9 mm.

Słowa kluczowe

PL

ciągnienie; stopy magnezu; Ax30; MgCa0.8; MES (metoda elementów skończonych)

EN

drawing process; magnesium alloys; Ax30; MgCa0,8; FEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 79, nr 1
• Strony: 50--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Milenin A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kustra P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Watanebe H., Mukai T., Ishikawa K.: Different speed rolling of AZ31 magnesium alloy and the resulting mechanical properties, Journal of Materials Science, vol. 39, 2004, pp. 1477÷1480
• 2. Swiostek J., Goken J., Letzig D., Kainer K. U.: Hydrostatic extrusion of commercial magnesium alloys at 100 °C and its influence on grain refinement and mechanical properties, Materials Science and Engineering, vol. 424, 2006, pp. 223÷229
• 3. Ogawa N., Shiomi M., Osakada K.: Forming limit of magnesium alloy at elevated temperatures for precision forming, International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol. 42, 2002, pp. 607÷614
• 4. Bach F.-W., Kucharski R., Bormann D.: Magnesium compound structures for the treatment of bone defects. Engineering of Biomaterials, 2006, no. 56÷57, pp. 58÷61
• 5. Thomann M., Krause, C., Bormann D., Von der Höh N., Windhagen H., Meyer-Lindenberg A.: Biomaterials comparison of the resorbable magnesium alloys LAE442 and MgCa0,8 concerning their mechanical properties, gradient of degradation and boneimplant- contact after 12 month implantation in rabbit model, NRW - Fundamentals and Clinical Applications, 2008, no. 3, pp. 107÷108
• 6. Milenin A., Seitz J.-M., Bach Fr.-W., Bormann D., Kustra P.: Production of thin wires of magnesium alloys for surgical applications, Proc. Conf. Wire Expo, 2010, Milwaukee, USA, pp. 61÷70
• 7. Milenin A., Byrska D., Gridin O., The multi-scale physical and numerical modeling of fracture phenomena in the MgCa0.8 alloy, Computers and Structures, 2011, no. 89, pp. 1038÷1049
• 8. Milenin A., Program komputerowy Drawing2d – narzędzie do analizy procesów technologicznych ciągnienia wielostopniowego. Hutnik-Wiadomości Hutnicze, t. 72, 2005, nr 2, s. 100÷104
• 9. Milenin A., The numerical model of heat phenomena in tube and wire drawing of Mg alloys in heated dies, Materiały Konferencji KomPlasTech, 2010, s. 1÷9
• 10. Milenin A., Kustra P., Paćko M., Mathematical model of warm drawing of MgCa0.8 alloy accounting for ductility of the material, Computer Methods in Materials Science, 2010, no. 10, pp. 69÷79
• 11. Milenin A., Kustra P., Mathematical model of warm drawing process of magnesium alloys in heated dies, Steel Research International, vol. 81, 2010, pp. 1251÷1254
• 12. Grosman F., Tkocz M., Zastosowanie funkcji odkształcalności granicznej do prognozowania utraty spójności materiału. Mat. 11 Konf. Informatyka w Technologii Metali, Zakopane 2004, s. 339÷346
• 13. Kolmogorov V., Mechanika obrabotki metallow dawleniem – Moscow, Metallurgy, 1986
• 14. Bogatow A., Osobennosti reologiczeskogo povedenija i razruszenija metalla pri monotonnoj i znakoperemennojdeformaciji. Plasticzeskaja deformacja stalej i spławów, Moscow, 1996, s. 90÷98