Efektywny model numeryczny do analizy procesu walcowania gwintów trapezowych metodą elementu skończonego

• Autorzy: Kukiełka K.

Warianty tytułu

EN

Effective numerical model to analyze the trapezoidal thread rolling process with finite element method

• Konferencja: XII Konferencja Naukowa "Technologia obróbki przez nagniatanie" Sopot, 17-18 czerwca 2014r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób opracowania efektywnego modelu numerycznego niezbędnego do symulacji i analizy procesu walcowania gwintów trapezowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Opisano algorytm modelowania i analizy procesu walcowania gwintów z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznych i fizycznych (materiałowych). Określono warunki stabilności i zbieżności rozwiązań numerycznych układu poprzez analizę wrażliwości intensywności maksymalnych odkształceń i naprężeń w punktach dyskretnych przedmiotu na: zmianę wymiarów elementu skończonego, liczbę elementów skończonych i funkcję kształtu elementu skończonego. Opracowany, efektywny model komputerowy zastosowano następnie do analizy procesu walcowania gwintów trapezowych, której celem było określenie wpływu kształtu narzędzia walcującego na mapy przemieszczeń, odkształceń i naprężeń powstających w gwincie podczas procesu walcowania i resztkowych, pozostałych po procesie. Przedstawiono przykładowe wyniki obliczeń numerycznych.

EN

The paper presents the way to develop effective numerical model necessary to simulate and analyze the trapezoidal threads rolling process with using of Finite Element Method. The modelling and analysis algorithm of thread rolling process, taking into account the non-linearity of geometric and physical (material) were describes. The stability and convergence of numerical solutions of the system by a sensitivity analysis of the maximum intensity of stress and strain at discrete points of the thread to: change of the dimensions of the finite element, the number of finite elements and finite element shape function were carried out. Developed an effective computer model was used to analyze the trapezoidal thread rolling process, where the aim of this researches was to determine the effect on the shape of the rolling tool on strains and stresses maps arising in the thread after rolling process and the residual stresses after the process. Exemplary results of numerical calculations are shown.

Słowa kluczowe

PL

model numeryczny efektywny; proces walcowania gwintów trapezowych; metoda elementów skończonych; MES

EN

effective numerical mode; rolling process; finite element method; FEM

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Mechanik
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 87, nr 11CD
• Strony: 156--167
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kukiełka K.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Produkcji, Zakład Metrologii i Jakości

Bibliografia

• [1] Bohdal Ł.: Modelowanie i analiza numeryczna procesów cięcia blach z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznej i fizycznej. Rozprawa doktorska. Koszalin 2009.
• [2] Bohdal Ł, Kukiełka L.: Modelowanie i analiza numeryczna procesu cięcia blach nożami krążkowymi z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznej i fizycznej. Mechanik nr. 8–9 (2011), s. 712–716.
• [3] Chodór J.: Modelowanie i analiza przemieszczania materiału obrabianego podczas mikroskrawania i nagniatania ślizgowego z uwzględnieniem nieliniowości procesu. Rozprawa doktorska. Koszalin 2011.
• [4] Choromańska M., Kukiełka K., Kurcek R, Forysiewicz M.: Nowoczesne metody symulacyjne wspomagające proces doboru narzędzi ściernych do obróbki części samochodowych. AUTOBUSY - TECHNIKA, EKSPLOATACJA, SYSTEMY TRANSPORTOWE Nr 5 r. 2012, str. 129-136.
• [5] Domblesky J.P., Feng F.: A parametric study of process parameters in external thread rolling. Journal of Materials Processing Technology, Volume 121, ELSEVIER, 2002, pp. 341÷349.
• [6] Domblesky J.P., Feng F.: Two-dimensional and three-dimensional finite element models of external thread rolling. Professional Engineering Publishing, Volume 216, Number 4/2002, pp. 507÷517.
• [7] Kałduński P.: Modelowanie i symulacja kształtowania wytłoczek kołowo symetrycznych bez kołnierza z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznej i fizycznej. Praca doktorska, Koszalin, 2009.
• [8] Kukielka K., Kukielka L.: Modeling And Numerical Analysis Of The Thread Rolling Process, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Volume 6, Issue 1, Weinheim, 2006, pp. 745-746.
• [9] Kukielka L., Kukielka K.: Numerical analysis of the process of trapezoidal thread rolling. High Performance Structures and Materials, ed. C.A. Brebbia, WITpress, Southampton, Boston, 2006, pp. 663-672.
• [10] Kukielka K., Kukielka L.: Numerical analysis of the physical phenomena in the working zone in the rolling process of the round thread. Computer Methods and Experimental Measurements for Surface Effect and Contact Mechanics VIII, eds. J.T.M de Hosson, C.A. Brebia, S-I Nishida, WITpress, Southampton, Boston, 2007, pp. 125-124.
• [11] Kukiełka K., Modelowanie i analiza numeryczna stanów deformacji i naprężeń w warstwie wierzchniej gwintów o zarysach trapezowym i łukowym walcowanych na zimno. Rozprawa doktorska. Politechnika Koszalińska, Koszalin, 2009.
• [12] Kukiełka K.: Numerical simulations of deformation and stress in the cold rolled thread. ARCHIWUM TECHNOLOGII MASZYN I AUTOMATYZACJI, Tom 31, Nr 1, r. 2011, str. 57-66.
• [13] Kukiełka K.: Modelling the external thread rolling process using finite element method. ARCHIWUM TECHNOLOGII MASZYN I AUTOMATYZACJI Tom 31, Nr 3, r. 2011, str. 49-58.
• [14] Kukiełka K.: Numerical modelling of the strain and stress states in the thread with quick pitch in rolling process on cold. Pomiar Automatyka Kontrola, nr 01/2012, r. 2012 str. 136-139.
• [15] Kukielka K., Kukielka L., Bohdal L., Kulakowska A., Malag L., Patyk R.: 3D Numerical Analysis the State of Elastic/Visco-Plastic Strain in the External Round Thread Rolled on Cold. Applied Mechanics and Materials “Novel Trends in Production Devices and Systems” Editors: Karol Velíšek, Peter Košťál and Milan Nad, 2014, USA-SLOVAKIA, p. 436-441.
• [16] Kukiełka L.: Theoretical and experimental foundations of surface roller burnishing with the electrocontact heating. Book of Mechanical Engineering. Technical University of Koszalin, No 47, 1994, pp. 348
• [17] Kukiełka L., Kustra J.: Numerical analysis of thermal phenomena and deformations in processing zone in the centreless continuous processes. Sixt International Conference Surface Treatment, 2003.
• [18] Kukielka L., Kukielka K., Kulakowska A., Patyk R., Malag L., Bohdal L.: Incremental Modelling and Numerical Solution of the Contact Problem between Movable Elastic and Elastic/Visco-Plastic Bodies and Application in the Technological Processes. Applied Mechanics and Materials “Novel Trends in Production Devices and Systems” Editors: Karol Velíšek, Peter Košťál and Milan Nad, 2014, USA-SLOVAKIA, p. 159-165.
• [19] Kukielka L., Geleta K., Kukielka K.: Modelling of initial and boundary problems with geometrical and physical nonlinearity and its application in burnishing processes. In Steel Research International, Special Edition, 14th International Conference on Metal Forming, 2012, pp. 1375-1378).
• [20] Kukiełka L., Kukiełka K.: Nowoczesna metoda modelowania i analizy procesów technologicznych precyzyjnej obróbki części samochodowych. Ekologiczne aspekty stosowania nowych technologii w transporcie. Monografia nr 235 Wydziału Mechanicznego, Politechniki Koszalińskiej, pod redakcją Leona Kukiełki, Koszalin 2012, ISSN 0239-7129 , str. 109÷128.
• [21] Kukiełka S., Kukiełka L: Experiment Planner 1.0–komputerowy program planowania eksperymentów rozpoznawczych i właściwych oraz identyfikacji i analizy modelu matematycznego obiektu badań Praca magisterska, Politechnika Koszalińska WM, Koszalin, 2002.
• [22] Kułakowska A., Kukiełka L.: Wpływ odchyłek zarysu regularnych nierówności powierzchni po obróbce toczeniem na wybrane właściwości wartswy wierzchniej wyrobu nagniatanego tocznie. Praca doktorska, Politechnika Koszalińska, Koszalin, 2006.
• [23] Kulakowska A., Kukielka L.: Numerical analysis and experimental researches of burnishing rolling process with taking into account deviations in the surface asperities outline after previous treatment. Steel Research International, 2, 2008, pp. 42-48.
• [24] Pater Z., Gontarz A., Weronski W.: New method of thread rolling. Journal of Materials Processing Technology Volume 153–154, ELSEVIER, 2004, pp. 722÷728.
• [25] Pater Z., Gontarz A., Weronski W.: Cross-wedge rolling by means of one flat wedge and two shaped rolls. Journal of Materials Processing Technology, Volume 177, ELSEVIER, 2006, pp. 550÷554.
• [26] Patyk, R., Kukiełka L.: Projekt nowej metody sterowania rozkładem naprężeń własnych w procesie wielokrotnego hybrydowego nagniatania gładkościowo-umacniającego. ARCHIWUM TECHNOLOGII MASZYN I AUTOMATYZACJI Tom 30 Nr 1, rok 2010, str. 143-150.
• [27] Szyc M.: Modelowanie i symulacja procesu kształtowania struktury geometrycznej powierzchni części stalowych dynamicznym nagniataniem śrutem kulistym. Rozprawa doktorska, Wydział Mechaniczny, Politechnika Koszalińska, Koszalin 2013.
• [28] Szczepanik K., Kukiełka L., Patyk R., Kukiełka K.: Symulacja numeryczna zjawisk fizycznych podczas nagniatania tocznego w procesie regeneracji części maszyn rolniczych. INŻYNIERIA ROLNICZA, Tom 5 Nr 130 r. 2011, str. 283-290.
• [29] Żołnik P., and Pater Z.: Analiza numeryczna procesu walcowania poprzecznego gwintu śruby M20x2, 5 metodą styczną. Obróbka Plastyczna Metali 21, 2010, s. 155-167.