Numeryczne określenie wcisku walcowania i warunków smarowania w aspekcie jakości gwintu o zarysie łukowym o dużym skoku wykonywanym na rurach o dużej długości

STRESZCZENIE: Artykuł dotyczy nowoczesnej metodyki określania warunków walcowania gwintów łukowych o dużym skoku na rurach, również cienkościennych, wykorzystujących Metodę Elementu Skończonego (MES). Opracowana aplikacja WALCOWANIE GWINTÓW w systemie ANSYS/LS-DYNA pozwala na symulację zjawisk fizycznych towarzyszących procesowi obróbki. Przykładowo pokazano zastosowanie aplikacji do obliczenia wcisku i warunków smarowania w procesie walcowania gwintu specjalnego o zarysie łukowym (ang. round thread) o wymiarach d = 32 [mm], P =12,7 [mm], stosowanych podczas wiercenia głębokich otworów w skałach metodą samowiercenia. Numerycznie określono stany przemieszczeń, odkształceń i naprężeń w dowolnym miejscu gwintu podczas jego kształtowania i po procesie. Wyjaśniono przyczyny i warunki powstawania błędów zarysu gwintu. Dla zaprojektowanej czterorolkowej głowicy walcującej określono wcisk walcowania i warunki smarowania w aspekcie jakości gwintu. Przedstawiono przykładowe wyniki analiz numerycznych. Wyniki obliczeń numerycznych weryfikowano eksperymentalnie.

SŁOWA KLUCZOWE: walcowanie gwintów, gwinty o zarysie łukowym, zarys powierzchni czynnej walców, wcisk walcowania, modelowanie, MES, analiza numeryczna, warunki smarowania, jakość gwintu.

ABSTRACT: The aim of this article is concern to modern determination of rolling conditions for arched thread with quick pitch on the thin-walled pipes by means of Finite Element Methods. Developed in this article application WALCOWANIE GWINTÓW in the ANSYS/LS-DYNA system let for simulation of the physical phenomena accompanying during the working process. Exemplary, applying application for calculation of the rolling interference and lubrication conditions for round thread rolling with dimension d = 32 [mm], P = 12,7, applying for drilling hole in the rock by using self-drilling method were shown. Determination of state of displacement, strain and stresses in any place of the thread during and after rolling process were done numerically. Explanation of the causes of errors formation during the round thread rolling process like outline errors, deviation of shape and damage (crack) of the thread were shown. For designed axial rolling head with four rolls determination of the rolling interference and lubrication conditions in quality aspects of the screw were done. The work presented an example of the results of the numerical analysis.

KEYWORDS: thread rolling, thread with arched outline, outline of the active roll surface, the rolling interference, modelling, FEM, numerical analysis, lubrications condition, thread quality.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Czarnecki H., Michalczuk H.: Modelowanie i symulacja procesu wygniatania gwintów wewnętrznych na zimno. Mechanik, nr 11/2014, Warszawa 2014, s. 13-24.
• Domblesky J.P., Feng F.: A parametric study of process parameters in external thread rolling. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 121, ELSEVIER, 2002, pp. 341÷349.
• Domblesky J.P., Feng F.: Two-dimensional and three-dimensional finite element models of external thread rolling. Professional Engineering Publishing, Volume 216, No 4/2002, pp. 507÷517.
• ISO 10208:1991 International Standard - Rock drilling equipment – Left hand rope threads. First editon 1991-02-15.
• Kukielka K., Kukielka L.: Modeling And Numerical Analysis Of The Thread Rolling Process. WILEYVCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Volume 6, Issue 1, Weinheim, 2006, pp. 745-746.
• 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.
• 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.
• 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.
• Kukiełka K.: Numerical simulations of deformation and stress in the cold rolled thread. ARCHIWUM TECHNOLOGII MASZYN I AUTOMATYZACJI, Tom 31, Nr 1, 2011, s. 57-66.
• Kukiełka K.: Modelling the external thread rolling process using finite element method. ARCHIWUM TECHNOLOGII MASZYN I AUTOMATYZACJI Tom 31, Nr 3, 2011, s. 49-58.
• 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, 2012 s. 136-139.
• 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.
• Kukiełka K.: Efektywny model numeryczny do analizy procesu walcowania gwintów trapezowych metodą elementu skończonego. Mechanik, nr 11/2014, Warszawa 2014, s. 13-24.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 L. Kukiełki, Koszalin 2012, ISSN 0239-7129, s. 109÷128.
• Łyczko K.: Technologia walcowania gwintów zewnętrznych. WNT, Warszawa, 2010.
• Olszak W.: Obróbka skrawaniem. WNT, Warszawa, 2008.
• Pater Z., Gontarz A., Weronski W.: New method of thread rolling. Journal of Materials Processing Technology Volume 153–154, ELSEVIER, 2004, pp. 722÷728.
• 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.
• 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, 2010, s. 143-150.
• 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, 2011, s. 283-290.
• Żołnik P., Pater Z.: Analiza numeryczna procesu walcowania poprzecznego gwintu śruby M20x2, 5 metodą styczną. Obróbka Plastyczna Metali 21, 2010, s. 155-167.
• Żurawski Z., Sikora J., Błużek J.: Walcowanie gwintów. WNT, Warszawa, 1962.
• Kukiełka K., Kukiełka L.: Głowica do walcowania gwintów zewnętrznych. Patent nr P 402652, z dn. 4.02.2013.
• ANSYS LS − DYNA User's Guide.
• 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, 2012, s. 129-136.
• Kukiełka L., Kukiełka K.: Modelling and analysis of the technological processes using finite element method (w niniejszym czasopiśmie).
• Kukiełka L.: Podstawy badań inżynierskich. PWN, Warsaw, 2002.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.3.151