Effect of the lubrication on the friction characteristics of EN AW-2024-T3 aluminium alloy sheets

• Autorzy: Krasowski Bogdan , Kubit Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2022.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ smarowania na właściwości tarciowe blach ze stopu aluminium EN AW-2024-T3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of friction tests conducted on EN AW-2024 Alclad aluminium alloy sheets. The lubrication efficiency of oleic acid, mineral and vegetable oils with the addition of SiO2 and TiO2 nanoparticles was determined using the strip drawing test to assess the friction conditions in the flange area in the deep drawing process. The samples in the form of sheet metal strips were pulled between countersamples with a rounded surface at a speed of 2.5 mm/s. Gear oil and oleic acid demonstrated the lowest value of the coefficient of friction (COF) in the whole range of nominal pressures investigated. The lowest efficiency in reducing the COF was shown by hydraulic oil, olive oil and machine oil. A high content of TiO2 nanoparticles (0.5-0.9%wt%) is beneficial in the friction process involving oleic acid.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tarcia blach ze stopu aluminium EN AW-2024-T3 Alclad. Efektywność smarowania za pomocą kwasu oleinowego, olejów mineralnych oraz roślinnych z dodatkami nanocząstek SiO2 oraz TiO2 została określona za pomocą testu przeciągania blachy używanego do oceny warunków tarcia panujących w kołnierzowej części wytłoczki w procesie głębokiego wytłaczania. Próbki w postaci pasów blachy przeciągano pomiędzy przeciwpróbkami o zaokrąglonej powierzchni (R = 200 mm) z prędkością 2,5 mm/s. Olej przekładniowy oraz kwas oleinowy zapewniły najmniejszą wartość współczynnika tarcia w całym zakresie analizowanych nacisków nominalnych. Najmniejszą efektywność zmniejszania współczynnika tarcia wykazały olej hydrauliczny, oliwa z oliwek oraz olej maszynowy. Najkorzystniejszy efekt zmniejszenia wartości współczynnika tarcia wynikający z dodatku nanocząstek SiO2 jest widoczny dla kwasu oleinowego przy zawartości nanocząstek 0,5% (wagowo). Wysoka zawartość nanocząstek TiO2 (0,5-0,9% wagowo) jest korzystna podczas procesu tarcia z udziałem kwasu oleinowego.

Słowa kluczowe

EN

aluminium alloy; lubrication; nanoparticles; strip drawing test; coefficient of friction

PL

stop aluminium; smarowanie; nanocząstki; test przeciągania blachy; współczynnik tarcia

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2022
• Tom: z. 94
• Strony: 23--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krasowski Bogdan

• Carpatian State School in Krosno, Department of Mechanics and Machine Building, Rynek 1, 38-400 Krosno, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1346-9476

autor

Kubit Andrzej

• Rzeszow University of Technology, Department of Manufacturing Processes and Production Engineering, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6179-5359

Bibliografia

• 1. Abe, Y., Mori, K., Hatashita, F., Shiba, T., Daodon, W., & Osakada, K. (2016). Improvement of seizure resistance in ironing of stainless steel cup with cermet die having fine lubricant pockets. Journal of Materials Processing Technology, 234, 195-207. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.03.017
• 2. Ahmad, N.A., Samion, S., Rahim E.A., & Jamir, M.R.M. (2020). Environmentally approach for enhancing tribological characteristics in metal forming: A review. Journal Tribologi, 26, 37-59.
• 3. Bay, N., Azushima, A., Groche, P., Ishibashi, I., Merklein, M., Morishita, M., Nakamura, T., Schmid, S., & Yoshida, M. (2010). Environmentally benign tribo-systems for metal forming. CIRP Annals, 59(2), 760-780. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.05.007
• 4. Carcel, A.C., Palomares, D., Rodilla, E., & Pérez Puig, M.A. (2005). Evaluation of vegetable oils as pre-lube oils for stamping. Materials Design, 26, 587-593. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2004.08.010
• 5. Cortes V., Sanchez K., Gonzalez R., Alcoutlabi M., & Ortega J.A. (2020). The performance of SiO2 and TiO2 nanoparticles as lubricant additives in sunflower oil. Lubricants, 8, 10. https://doi.org/10.3390/lubricants8010010
• 6. Dou, S., Wang, X., Xia, J., & Wilson, L. (2020). Analysis of sheet metal forming (warm stamping process): A study of the variable friction coefficient on 6111 aluminum alloy. Metals 10, 1189. https://doi.org/10.3390/met10091189
• 7. Dou, S., Xia, J. (2019). Analysis of sheet metal forming (stamping process): A study of the variable friction coefficient on 5052 aluminum slloy. Metals, 9, 853. https://doi.org/10.3390/met9080853
• 8. Fox, N.J., Stachowiak, G.W. (2007). Vegetable oil-based lubricants—A review of oxidation. Tribology International, 40, 1035-1046. https://doi.org/10.1016/j.tri-boint.2006.10.001
• 9. Gulzar, M., Masjuki, H.H., Kalam, M.A., Varman, M., Zulkifli, N.W.M., Mufti, R.A., Zahid, R., & Yunus, R. (2017). Dispersion stability and tribological characteristics of TiO2/SiO2 nanocomposite-enriched biobased lubricant. Tribology Transactions, 60, 670-680. https://doi.org/10.1080/10402004.2016.1202366
• 10. Hernández Battez, A., González, R., Viesca, J.L., Fernández, J.E., Díaz Fernández, J.M., Machado, A., Chou, R., & Riba, J. (2008). CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear additive in oil lubricants. Wear, 265, 422-428. https://doi.org/10.1016/j.wear.2007.11.013
• 11. Idegwu, C.U., Olaleye, S.A., Agboola, J.B., & Ajiboye, J.S. (2019). Evaluation of some non-edible vegetable oils as lubricants for conventional and non-conventional metal forming processes. AIP Conference Proceedings, 2113, 030004. https://doi.org/10.1063/1.5112532
• 12. Krasowski, B. (2021) Analiza procesu kształtowania przyrostowego usztywnień w cienkościennych konstrukcjach nośnych wykonanych ze stopów aluminium EN AW- 2024-T3 oraz EN AW-7075-T6. Rozprawa doktorska. Politechnika Rzeszowska.
• 13. Liñeira del Río, J.M., Guimarey, M.J.G., Prado, J.L., Lugo, L., López, E.R., & Comuñas, M.J.P. (2022), Improving the tribological performance of a biodegradable lubri-cant adding graphene nanoplatelets as additives. Journal of Molecular Liquids, 345, 117797. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117797
• 14. Padgurskas, J., Rukuiža, R., Meškinis, A., Kreivaitis, R., & Spruogis, B. (2016). Influence of manufacturing methods on the tribological properties of rapeseed oil lubricants. Transport, 31, 56-62. https://doi.org/10.3846/16484142.2015.1048525
• 15. Pang, H., Ngaile, G. (2020). Formulation of SiO2/oil nanolubricant for metal forming using hydrodynamic cavitation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 234, 1549-1558. https://doi.org/10.1177/0954405420933120
• 16. Peng, D., Chen, C., Kang, Y., Chang, Y. & Chang, S. (2010). Size effects of SiO2 nano-particles as oil additives on tribology of lubricant. Industrial Lubrication and Tribology, 62, 111-120. https://doi.org/10.1108/00368791011025656
• 17. Peng, D.X., Kang, Y., Hwang, R.M., Shyr, S.S., & Chang, Y.P. (2009). Tribological properties of diamond and SiO2 nanoparticles added in paraffin. Tribology International, 42, 911-917. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2008.12.015
• 18. Rao, K.P., Xie, C.L. (2006). A comparative study on the performance of boric acid with several conventional lubricants in metal forming processes. Tribology International, 39, 663-668. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.05.004
• 19. Rodrigues, J., Costa, I., Farinha, J.T., Mendes, M., & Margalho, L. (2020). Predicting motor oil condition using artificial neural networks and principal component analysis. Eksploatacja I Niezawodnosc-Maintenance and Reliability, 22(3), 440-448. http://dx.doi.org/10.17531/ein.2020.3.6
• 20. Seshacharyulu, K., Bandhavi, C., Naik, B.B., SrinivasaRao, S.S., & Singh, S.K. (2018). Understanding friction in sheet metal forming-A review. Materials Today: Proceedings, 5(9), 18238-18244. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.160
• 21. Sigvant, M., Pilthammar, J., Hol, J., Wiebenga, J.H., Chezan, T., Carleer, B., & van den Boogard, T. (2019). Friction in sheet metal forming: influence of surface roughness and strain rate on sheet metal forming simulation results. Procedia Manufacturing, 29, 512-519. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.02.169
• 22. Vinay, K.U., Vinoth, M.A. (2014). Analysis of mechanical properties of pure aluminium based metal matrix composite. International Journal of Innovative Research & Studies, 3(5), 702-711.
• 23. Więckowski, W., Adamus, J., & Dyner, M. (2020). Sheet metal forming using environ-mentally benign lubricant. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 20, 51. https://doi.org/10.1007/s43452-020-00053-x
• 24. Yu, Z.Q., Hou, Y.K., Li, S.H., Lin, Z.Q., Zhang, W.G. (2010). Surface damage behavior of galvanized steel sheets in forming process under tension-bending. International Journal of Modern Physics B, 24(30), 5877-5884. https://doi.org/10.1142/S0217979210057481
• 25. Zabala, A., Galdos, L., Childs, C., Llavori, I., Aginagalde, A., Mendiguren, J., & Saenz de Argandoña, E. (2021). The interaction between the sheet/tool surface texture and the friction/galling behaviour on aluminium deep drawing operations. Metals, 11, 979. https://doi.org/10.3390/met11060979
• 26. Zareh-Desari, B., Davoodi, B. (2016). Assessing the lubrication performance of vegetable oil-based nano-lubricants for environmentally conscious metal forming processes. Journal of Cleaner Production, 135, 1198-1209. https://doi.org/10.1016/j.jcle-pro.2016.07.040
• 27. Zavala, J.M.D., Martínez-Romero, O., Elías-Zúñiga, A., Gutiérrez, H.M.L., de la Vega, A.E., & Taha-Tijerina, J. (2021). Study of friction and wear effects in aluminum parts manufactured via single point incremental forming process using petroleum and vegetable oil-based lubricants. Materials, 2021, 14, 3973. https://doi.org/10.3390/ma14143973

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).