Effect of floating-plug drawing process parameters on surface finish of inner and outer surfaces of AISI 321 stainless steel thin-walled tubes

• Autorzy: Żaba Krzysztof , Szpunar Marcin

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2024.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ procesu ciągnienia na korku swobodnym na wykończenie powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej rur cienkościennych wykonanych ze stali nierdzewnej AISI 321

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents the results of the analysis of changes in the surface topography of AISI 321 (1.4541) thin-walled stainless steel tubes in single-pass Floating-Plug Drawing (FPD) process. Experimental tests were carried out with variable drawing speed (1, 2, 3, 4, 6, and 10 m/min) and different angles of floating plug (11.3°, 13° and 14°). Wisura DSO7010 (Fuchs Oil) lubricant was used in the experiments. Mean roughness Ra and ten point height of irregularities Rz were adopted as surface quality indicators. Roughness parameters were measured independently on the inner and outer surfaces of thin-walled tubes. Analysis of variance was used to analyse the relationship between process parameters (drawing speed and angle of floating plug) and surface roughness of tubes. A decrease in the values of both analyzed roughness parameters was observed as a result of the drawing process. The FPD process significantly improves the inner surface quality of AISI 321 thin-walled stainless steel tubes. The mean roughness value tends to increase with increasing drawing speed, while the angle of the floating-plug has no significant effect on the mean roughness Ra.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy zmian topografii powierzchni rur cienkościennych ze stali nierdzewnej AISI 321 po procesie ciągnienia na korku swobodnym. Badania eksperymentalne przeprowadzono w jednym przejściu, ze zmienną prędkością ciągnienia (1, 2, 3, 4, 6, and 10 m/min) oraz różnymi kątami β korka swobodnego (11.3°, 13° and 14°). W badaniach eksperymentalnych wykorzystano smar Wisura DSO7010 (Fuchs Oil). Jako wskaźniki jakości powierzchni przyjęto średnie arytmetyczne odchylenie rzędnych profilu Ra oraz wysokość chropowatości według 10 punktów Rz. Parametry chropowatości mierzono niezależnie na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni rur cienkościennych. Do analizy związków pomiędzy parametrami procesu ciągnienia (prędkość ciągnienia i kąt korka swobodnego) wykorzystano analizę wariancji. Zaobserwowano zmniejszenie wartości obydwu analizowanych parametrów chropowatości w wyniku procesu ciągnienia. Proces ciągnienia na korku swobodnym znacznie poprawia jakość wewnętrznej powierzchni cienkościennych rur ze stali nierdzewnej AISI 321. Zaobserwowano tendencję do zwiększania się parametru Ra wraz ze wzrostem prędkości ciągnienia, podczas gdy kąt β korka swobodnego nie miał znaczącego wpływu na średnią chropowatość Ra.

Słowa kluczowe

EN

analysis of variance; floating plug; stainless steel; surface roughness; tube drawing

PL

analiza wariancji; korek swobodny; stal nierdzewna; chropowatość powierzchni; ciągnienie rur

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 41, nr 1
• Strony: 27--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Żaba Krzysztof

• Department of Metal Working and Physical Metallurgy of NonFerrous Metals, AGH - University of Science and Technology

autor

Szpunar Marcin

• Doctoral School of the Rzeszow University of Technology, Rzeszow University of Technology

Bibliografia

• 1. Bartnicki, J., & Pater, Z. (2005). Walcowanie poprzeczno – klinowe wyrobów drążonych [Cross-wedge rolling of hollow products]. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej.
• 2. Byon, S. M., Lee, S. J., Lee, D. W., Lee, Y. H., & Lee, Y. (2011). Effect of coating material and lubricant on forming force and surface defects in wire drawing process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21, 104–110. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61071-6
• 3. Campos, H. B., & Cetlin, P. R. (1998). The influence of die semi-angle and of the coefficient of friction on the uniform tensile elongation of drawn copper bars. Journal of Materials Processing Technology, 80–81, 388–391. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(98)00117-4
• 4. Danckert, J., & Endelt, B. (2009). LS-Dyna(R) used to analyse the drawing of precision tubes. Proceedings of the 7th European LS_DYNA Conference, Salzburg, Austria, 14-15 May 2009, pp. 1–14.
• 5. de Castro Maciel, D., Martins, N., Corradi, D. R., Gomes, D. J. C., Dutra, J. M. S., & da Silva, G. C. (2016). Lubrication influence in the drawing process of aluminum, steel and copper alloys. Proceedings of the 5th International Conference on Integrity-Reliability-Failure, 24-28 July 2016, Porto, Portugal, pp. 145–156.
• 6. Kwan, C. T. (2002). A generalized velocity field for axisymmetric tube drawing through an arbitrarily curved die with an arbitrarily curved plug. Journal of Materials Processing Technology, 122(2-3), 213–219. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00013-4
• 7. Larsson, J., Jansson, A., & Karlssomn, P. (2019). Monitoring and evaluation of the wire drawing process using thermal imaging. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 101, 2121–2134. https://doi.org/10.1007/s00170-018-3021-7
• 8. Łuksza, J. (2001). Elementy ciągarstwa [Fundamentals of drawing]. Wydawnictwo AGH.
• 9. Martínez, G. A. S., Rodriguez-Alabanda, O., Prosco, U., Tintelecan, M., & Kabayama, L. K. (2022). The influences of the variable speed and internal die geometry on the performance of two commercial soluble oils in the drawing process of pure copper fine wire. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 118, 3749–3760. https://doi.org/10.1007/s00170-021-08172-2
• 10. Necpal, M., Martinkovič, M., & Vaclav, Š. (2018). Determination of the coefficient of friction under cold tube drawing using FEM simulation and drawing force measurement. Research Papers Faculty of Materials Science and Technology Slovak University of Technology, 26(42), 29–34. https://doi.org/10.2478/rput-2018-0003
• 11. Nowosielski, M., Żaba, K., Nowak, S., & Świątek, B. (2016, May 23-25). Projektowanie procesu ciągnienia rur z brązu na trzpieniu swobodnym [Design of the floating-plug drawing of bronze tubes]. Proceedings of the 4th Conference “Doskonalenie Jakości Procesów Technologicznych”. Sromowce Niżne, Poland, pp. 95–111.
• 12. Pasierb, A., Osika, J., & Żaba, K. (2000). Optymalizacja procesu ciągnienia rur na korku swobodnym z materiałów trudno odkształcalnych [Optimum conditions for drawing of pipes, from hard-deformable materials, on free plug]. Rudy i Metale Nieżelazne, 45(10–11), 520–527.
• 13. Patil, M., Singh, V., Gupta, A. K., Regalla, S. P., Bera, T. C., Simhachalam, B., & Srinivas, K. (2021). Tin layer as a solid lubricant for cold tube drawing processes. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 9, 459–472. https://doi.org/10.1007/s40684-020-00301-8
• 14. Patil, M., Singh, V., Simhachalam, B., & Srinivas, K. (2020). Effect of lubrication technique in tube drawing. Materials Today: Proceedings, 28, 426–431. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.027
• 15. Pernis, R. (2001). Ciągnienie rur na trzpieniu swobodnym [Floating-plug drawing of tubes]. Rudy i Metale Nieżelazne, 46(7), 305–311.
• 16. Pernis, R., & Kasala, J. (2013). The influence of the die and floating plug geometry on the drawing process of tubing. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 65, 1081–1089. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4241-x
• 17. Pouyafar, V., Bolandi, H., & Meshkabadi, R. (2022). Tube drawing analysis using upper bound and energy methods and validation by Cockcroft-Latham failure criteria. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 44, Article 9. https://doi.org/10.1007/s40430-021-03302-z
• 18. Rubio, E. M., Camacho, A. M., Pérez, R., & Marín, M. M. (2017). Guidelines for selecting plugs used in thin-walled tube drawing processes of metallic alloys. Metals, 7, Article 572. https://doi.org/10.3390/met7120572
• 19. Rubio, E. M., González, C., Marcos, M., & Sebastián, M. A. (2006). Energetic analysis of tube drawing processes with fixed plug by upper bound method. Journal of Materials Processing Technology, 177, 175–178. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.03.193
• 20. Sadok, L., & Pietrzyk, M. (1981). Analiza pracy korka swobodnego w obszarze odkształcenia [Analysis of the work of a free plug in the deformation area]. Hutnik, 2, 62–65.
• 21. Shen, W. H., Li, Z. G., Zhang, S. H., & Liu H. M. (2009). Numerical simulation of floating-plug drawing of copper tubes with pores. International Journal of Product Development, 7(3-4), 301–310. https://doi.org/10.1504/IJPD.2009.023324
• 22. Skoblik, R., & Wilczewski, L. (2006). Technologia Metali. Laboratorium [Metal Technology. Laboratory]. Politechnika Gdańska.
• 23. Smith, D. J., Bramley, A. N. (1973). A theoretical study of tube drawing with a floating plug. In: Tobias, S.A., Koenigsberger, F. (eds) Proceedings of the Thirteenth International Machine Tool Design and Research Conference. Palgrave, London. https://doi.org/10.1007/978-1-349-01857-4_70
• 24. Suliga, M. (2014). Analysis of the heating of steel wires during high speed multipass drawing process. Archives of Metallurgy and Materials, 59(4), 1475–1480. https://doi.org/10.2478/amm-2014-0251
• 25. Świątkowski, K., & Hatalak, R. (2001). Study of the new floating-plug drawing process of thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology, 151(1–3), 105–114. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.04.024
• 26. Um, K. K., & Lec, D. N. (1997). An upper bound solution of tube drawing. Journal of Materials Processing Technology, 63(1-3), 43-48. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(96)02597-6
• 27. Wang, C. S., & Wang, Y. C. (2008). The theoretical and experimental of tube drawing with floating plug for micro heat-pipes. Journal of Mechanics, 24(2), 111–117. https://doi.org/10.1017/S1727719100002136
• 28. Yan, J. P., Zhao, R., Meng, B., Wan, M., & Wang, Z. X. Analysis of the properties and microstructure of ultra-thin tube. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1270, Article 012023. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1270/1/012
• 29. Yoshida, K., Watanabe, M., & Ishikawa, H. (2001). Drawing of Ni–Ti shape-memory-alloy fine tubes used in medical tests. Journal of Materials Processing Technology, 118, 251–255. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)00930-X
• 30. Żaba, K., & Pasierb, A. (2004). Analiza parametrów procesu ciągnienia rur na korku swobodnym ze stali 1H18N10T pod kątem stanu i własności otrzymanych wyrobów [Analysis of floating-plug drawing process of 1H18N10T steel tubes with consideration of condition and properties of the obtained products]. Rudy i Metale Nieżelazne, 48(10-11), 524–517.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).