BazTech - Yadda

1

45 Years of Deliberations on the Thermo-Mechanical Interpretation of Friction and Wear. Part 2. The Microscopic Interpretation of the Tribological Proces

Sadowski Jan

Tribologia

|

2022

|

nr 3

87--100

EN

In this second part, the pulse sources of heat, dependences among the intensive parameters of the friction process – temperature, unit pressures, friction velocity – and wear intensity, and some physical properties of the materials of solids in friction are presented. The flux densities are described in extensive quantities across the elementary surface dF of a nominal contact of solids. The thermodynamic criterion of galling is formulated, and the temperature characteristic of minimum wear and maximum resistance to wear is established. Minimum and maximum wear intensities and the specific work of wear are determined. It is proven that a temperature measured in a selected point of friction couple element does not uniquely characterise thermal processes in a tribological system. However, it does characterise the maximum gradient of temperatures measured in at least two points situated as close to a friction contact as possible. A method of determining unit real pressures is proposed. The presence of a cooling effect in the process of tribological wear is disclosed. Wear is interpreted as a disintegration of a solid caused by volumetric and superficial mechanical work. A system of new wear measures is suggested.

PL

W drugiej części pracy przedstawiono impulsowe źródła ciepła, ustalono zależności między intensywnymi parametrami procesu tarcia – temperaturą, naciskami jednostkowymi, prędkością tarcia a intensywnością zużywania i niektórymi własnościami fizycznymi materiałów trących się ciał. Opisano gęstości strumieni wielkości ekstensywnych przepływających przez elementarną powierzchnię dF styku nominalnego ciał. Sformułowano termodynamiczne kryterium zacierania, ustalono temperaturę charakterystyczną dla minimalnego zużycia i maksymalnej odporności na zużywanie. Ustalono maksymalne i minimalne wartości intensywności zużywania oraz graniczne wartości pracy właściwej zużycia. Wykazano, że temperatura zmierzona w wybranym punkcie elementu pary tarciowej nie charakteryzuje jednoznacznie procesów cieplnych zachodzących w systemie tribologicznym, lecz maksymalny gradient temperatur, zmierzonych w co najmniej dwóch punktach położonych możliwie blisko styku tarciowego. Zaproponowano sposób wyznaczania jednostkowych nacisków rzeczywistych. Ujawniono występowanie efektu chłodzenia w procesie zużywania tribologicznego. Zużywanie zinterpretowano jako rozdrabnianie ciała stałego, wywołane wykonaniem pracy mechanicznej objętościowej i powierzchniowej. Zaproponowano system nowych miar zużycia.

2

Simulation study of the process of friction in the working elements of a car braking system at different degrees of wear

Borawski A.

Acta Mechanica et Automatica

|

2018

|

Vol. 12, no. 3

221--226

EN

Among the many elements of a modern vehicle, the braking system is definitely among the most important ones. Health, and, frequently, life, may rest upon the design and reliability of brakes. The most common friction pair used in passenger cars today is a disc which rotates with the road wheel and a cooperating pair of brake pads. The composite material of the pad results in changing tribological properties as the pad wears, which was demonstrated in experimental studies. The change is also facilitated by the harsh operating conditions of brakes (high and rapid temperature changes, water, etc.). This paper looks into how changing tribology reflects on the heating process of disc and pads during braking. And so a simulation study was conducted, as this method makes it possible to measure temperature in any given point and at any time, which is either impossible or extremely difficult in real life conditions. Finite element method analyses were performed for emergency braking events at various initial speeds of the vehicle reflecting the current road speed limits.

3

Plastyczne kształtowanie obrzeży otworów kołnierzowych w blachach tytanowych z wykorzystaniem termicznego efektu tarcia

Balawender T., Śliwa R. E., Kosidło J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 4

251--262

PL

Odkształcalność tytanu i jego stopów w temperaturze otoczenia jest ograniczona, wymaga stosowania bardzo dużych nacisków oraz powoduje znaczne sprężynowanie wyrobów. Powszechnie stosowana jest zatem przeróbka plastyczna na gorąco stopów tytanu, wymagająca nagrzewania materiału do wysokich temperatur (od 870 do 950oC). Możliwa jest także przeróbka plastyczna w podwyższonych temperaturach, która powoduje znaczne obniżenie granicy plastyczności i poprawę odkształcalności. Podgrzewanie może być realizowane różnymi metodami, np. elektrycznymi, ogniowymi, laserem i innymi. W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych kształtowania obrzeży otworów kołnierzowych, będących istotnym elementem geometrycznym części konstrukcji, w tym lotniczych. Zastosowano innowacyjne rozwiązanie podwyższenia temperatury materiału przez tarciowe grzanie obszaru kołnierza. Narzędzie stanowi wirujący stempel o stożkowej powierzchni roboczej, który trąc o powierzchnię krawędziową otworu, generuje ciepło powodujące podwyższenie temperatury materiału i jednocześnie powoduje przetłaczanie blachy w kołnierz w otworze matrycy. Taki sposób nagrzewania materiału nie wymaga stosowania dodatkowego oprzyrządowania, jest ekonomicznie uzasadniony i przyjazny środowisku. Dobór optymalnych parametrów procesu jest jednak trudny, gdyż ilość wydzielającego się ciepła zależy od wielu czynników takich jak powierzchnia tarcia, warunki tarcia, prędkość narzędzi oraz właściwości materiału. Badania przeprowadzono na uniwersalnej frezarce pionowej zmieniając prędkość obrotową stempla i posuw stołu frezarki. Stwierdzono, że stopy tytanu (w gat. Grade 2 i Grade 5) wymagają małych prędkości, gdyż zbyt duże prędkości (obrotowa stempla i posuwu stołu) powodują przegrzewanie materiału, jego pękanie i nalepianie się na stempel. Dla założonych wymiarów otworu i kołnierza określono optymalne warunki realizacji procesu kształtowania.

EN

Deformability of titanium and its alloys in ambient temperature is restricted, needs applying of high pressure and causes considerable spring-back of products. Hot working of titanium alloys is commonly used, what means heating to high temperatures (870–950oC). Hot-cold working in heighten temperatures is applied too, because it causes reducing of yield stress and increasing of deformability. The heating can be realized by different methods, e.g. by electrical, firing, laser and other methods. The work presents the results of initial experiments of plastic forming of hole flange rims which are essential geometrical element of mechanical constructions including aviation. The innovative solution of friction heating of flange region was applied to increase of material temperature. The rotating punch was applied as a tool, which rubbing to rim surface of a hole in a sheet, generated heat and drew sheet into the flange on a die hole. Such heating manner do not require additional device, is economically motivated and environmentally friendly. The choice of process optimal parameters is difficult because the quantity of heat emission depends on many factors (mainly to friction surface size, friction conditions, speed of tools, material properties and others. The tests were realized on vertical milling machine with changing punch rotating speed and milling table feed. It was affirmed that forming of titanium alloys by this manner needs low speeds; too big speeds (rotating of punch and table feed) caused overheating of the material, its cracking and sticking to the punch. The optimal conditions of the forming process were determined for assumed dimensions of a hole and a flange.

4

Wpływ warunków tarcia na procesy cieplne zachodzące podczas nagrzewania tarciowego nateriałów różnoimiennych.

Pietras A., Papkala H.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

1999

|

R. 43, nr 5

121-129

PL

Dotychczasowe wyniki badań wskazują na to, iż zjawiska cieplne zachodzące podczas nagrzewania tarciowego różnych materiałów przebiegają, w każdym przypadku, nieco odmiennie. Celem pracy było poznanie wpływu warunków zgrzewania na rozkład współczynnika tarcia oraz na moc cieplną procesu tarcia a także na tworzące się struktury metalograficzne. Badano procesy nagrzewania tarciowego prętów oraz elementów o pierścieniowej powierzchni tarcia. W wyniku badań stwierdzono, iż podczas nagrzewania tarciowego zestawu: żeliwo + stal konstrukcyjna, jak również zestawu: stal + stal, temperatura styku tarciowego wzrasta wraz ze wzrostem prędkości obrotowej tarcia pomimo tego, że moc cieplna procesu oraz skrócenie elementów mogą ulec znacznemu zmniejszeniu. Podczas nagrzewania tarciowego, zarówno wydzielanie ciepła tarcia, jak i procesy zużycia materiału zależą od tych samych czynników (np. od prędkości liniowej tarcia czy docisku tarcia), są ze sobą powiązane i wspólnie wpływają na procesy cieplne, których skutkiem jest odpowiednio uplastyczniony i nagrzany obszar styku traciowego.

EN

The investigation results obtained till now show that thermat phenomena occuring during friction heating of different material run in the different manner in each case. The purpose of the work was to disvover the effect of friction welding conditions of the friction coefficient pattern and on thermal energy in the friction processes as well as on metallographical structures being formed. It has been investigated the processes of friction heating of rods and elements whose friction surface was in the ring form. As a result of investigations it was found that during friction heating of material sets: cast iron + constructional steel and steel + steel, the temperature of friction area increased with the increase of friction rotational speed whereas the thermal energy of the friction as well as the shortening of the elements being heated could be reduced substantially at the same time. During friction heating of materials, both heat emission and material consumption processes depend on the same variables (for instance: friction linear velocity of friction pressure) there are interrelated and influence together on thermal processes, the consequence of which is friction contact area properly plasticized and heated.

5

Najnowsze osiągnięcia w zakresie zgrzewania tarciowego.

Honey Ch.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

1999

|

R. 43, nr 5

77-81

PL

Przedstawiono najnowsze osiągnięcia firmy Thompson Welding Ltd w dziedzinie technologii zgrzewania tarciowego. Zaprezentowano przede wszystkim rozwiązania istotne z punktu widzenia wykorzystania technologii zgrzewania tarciowego w przemyśle maszynowym, zwłaszcza przy produkcji seryjnej. Do najistotniejszych rozwiązań należy usuwanie wypływki, nieodzownie związanej z procesem zgrzewania, sterowanie pracą zgrzewarki oraz oprzyrządowaniem dodatkowym a także kontrola i dokumentowanie jakości wykonania złączy. Artykuł przedstawia również inne technologie łączenia, opracowane niedawno, wykorzystujące zasadę zgrzewania tarciowego. Opracowane rozwiązania zostały zweryfikowane praktycznie na wielu urządzeniach firmy Thompson Welding Ltd, wykorzystywanych od lat w przemyśle światowym.

EN

It has been described the latest achivements of Thompson Welding Ltd in the field of friction welding. The solutions essential from the view point of application of friction welding technology to machine building industry, especially to lot production have been presented first of all. To the most essential solutions belong the means of external and internal flash removal which is an operation inherent in friction welding processes, computerised control of the friction welding machine system as well as quality control and recording of welding conditions. In the paper it has been presented also the newest developments in welding, making use of friction heating pronciple (for instance Friction Stir Welding). The presented solutions were veryfied practically for Thompson Welding Ltd whose machines have worked for many years in the world industry.

6

Analiza zjawisk cieplnych podczas nagrzewania tarciowego materiałów znacznie różniących się własnościami fizycznymi.

Kubiszyn I., Pietras A.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

1999

|

R. 43, nr 4

41-48

PL

Podczas nagrzewania tarciowego stali szybkotnących z konstrukcyjnymi, w wyniku tarcia w strefie przyzgrzeinowej, od strony stali szybkotnącej powstaje warstwa silnie uplastycznionego materiału, tzw. warstwa pośrednia. W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem warunków nadgrzewania tarciowego, w jakich powstaje ww. warstwa pośrednia, na moc cieplną tarcia oraz osiągane temperatury w styku. W wyniku przeprowadzonych badań i obliczeń stwierdzono, iż w wypadku nagrzewania tarciowego kombinacji stali SK5M ze stalą 55, wraz ze wzrostem prędkości obrotowej tarcia wzrasta moc cieplna procesu tarcia, wzrasta skrócenie elementów, ale i wzrasta temperatura styku. Przeprowadzono również badania porównawcze procesu nagrzewania tarciowego stali konstrukcyjnych, w wyniku których stwierdzono, iż w tym przypadku, zawsze duża moc cieplna procesu oraz duże skrócenie elementów wiążą się z niskimi prędkościami obrotowymi.

EN

During friction heating of high-speed steels to constructional ones a layer of strongly plasticised material, so called intermediate layer, is formed on the side of high-speed steel. In the paper there are presented the results of investigation into the influence of friction heating conditions, in which the intermediate layer is formed, on the friction thermal energy and on the temperatures achived on the contact area. In consequence of investigations and calculations it has been stated that in friction heating of SK5M steel to 55 grade steel the increase in thermal energy of the friction process, shortening of elements being welded as well as in increase of the temperature on the contact area. Comparable testing of friction heating processes for constructional steels was made, in consequence of which it was stated that in this case the high thermal energy of the friction process and considerable shortening of workpieces were connected with low rotation speed.