Określanie nacisków kontaktowych podczas procesu wygniatania regularnych nierówności na powierzchniach walcowych

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono nową technologię przygotowania powierzchni pod nagniatanie, polegającą na plastycznym kształtowaniu regularnych symetrycznych okresowych nierówności powierzchni. Tak przygotowana powierzchnia umożliwia uzyskiwanie warstwy wierzchniej wyrobu po nagniataniu o korzystniejszych własnościach w porównaniu z tradycyjnymi metodami przygotowania powierzchni tj. toczenia, frezowania lub szlifowania. Dobór głównej siły wygniatania w analizowanym procesie jest zagadnieniem podstawowym. Natomiast jego rozwiązanie jest niezbędne do prawidłowego projektowania procesu technologicznego z zastosowaniem nagniatania. W ramach pracy, do rozwiązania problemu zastosowano metody analityczne oraz metody modelowania matematycznego i komputerowego. Opracowano algorytm umożliwiający określanie nacisków kontaktowych podczas wygniatania. Rozwiązanie opracowanego równania ruchu obiektu przeprowadzono z zastosowaniem MES. Porównano wyniki obliczeń nacisków kontaktowych metodami analitycznymi i numerycznymi.

SŁOWA KLUCZOWE: główna siła wygniatania, warstwa wierzchnia, stan powierzchni, technologia obróbki nagniataniem, metody numeryczne, modelowanie i symulacja procesów, Metoda Elementu Skończonego.

ABSTRACT: In the paper, the new technology of surface preparation before burnishing was discussed. It involves the formation of a regular plastic, symmetric, periodic surface asperities. This specially prepared surface makes possible getting a better surface layer of the product after burnishing process then surfaces prepared during conventional treatment as turning or grinding. Selection of the main force embossing process is analyzed as a basic issue. On the other hand the solution of it, is essential to proper design process using plastic formation. In this work to solve the problem, the analytical and the physical, mathematical and computer modeling methods were used. An algorithm for specifying contact pressure during embossing was elaborated. The solution of developed equations of motion using FEM was developed. Contact pressure calculated analytically were compared with numerical solution.

KEYWORDS: principal embossing force, surface layer, surface condition, burnishing processing technology, numerical methods, modeling and simulation of processes, Finite Element Method.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Przybylski W.: Technologia obróbki nagniataniem, Warszawa, WNT 1987.
• Kukiełka L.: Theoretical and experimental foundations of surface roller burnishing with the electrocontact heating, Book of Mechanical Engineering. Technical University of Koszalin No 47, Koszalin 1994, pp. 348.
• Patyk R., Kukiełka L. 2009. Prognozowanie wytrzymałości zmęczeniowej zęba kultywatora z wykorzystaniem metod numerycznych. Inżynieria Rolnicza. Nr 9 (118).
• Legutko S., Nosal S.: Kształtowanie technologicznej i eksploatacyjnej warstwy wierzchniej części maszyn, Poznań, Ośrodek Wydawnictw Naukowych 2004.
• Patyk R.: New method of technological surface layer shaping of machine parts during duplex burnishing rolling process. Steel Research International, Special Edition: 14th International Conference on Metal Forming, 2012, pp. 115 - 117.
• Kulakowska A.: Problems of surface preparation under burnishing rolling in aspect of product quality. Steel Research International vol. 81/9, 2010, pp. 218-221.
• Patyk R.: Theoretical and experimental basis of regular asperities about triangular outline embossing technology. Steel Research International vol. 81/9, 2010.
• Patyk R., Kukielka L.: Optimization of geometrical parameters of regular triangular asperities of surface put to smooth burnishing. Steel Research International vol. 2, 2008.
• Patyk S., Patyk R., Kukiełka L.: Analiza sił w procesie nagniatania tocznego powierzchni chropowatych. Materiały konferencyjne TON 2008, Gdańsk 2008
• Patyk S.: Analiza sił nagniatania tocznego powierzchni chropowatych o trójkątnym zarysie nierówności. Rozprawa doktorska (w przygotowaniu).
• Kulakowska A.: Experimental researches of burnishing rolling process of regular surface asperities prepared in turning process. Steel Research International. Special Edition: 14th International Conference on Metal Forming, 2012, pp. 127-131.
• Kukielka L., Kulakowska A., Patyk R.: Numerical analysis of embossing process of regular inequalities with triangular outline on cylindrical semi product, Journal of Systemics, Vol. 8/3, Cybernetics and Informatics 2010, pp. 36-41.
• 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 vol. 2, 2008, pp. 42-48.
• Hill R.: TheMathematical Theory of Plasticity. Oxford At The Clarendon Press 1986.
• Johnson K. L.: Contact mechanics. Cambridge University Press 1985.
• Szczepiński W.: Introduction to analysis of plastic formation processing. PWN, Wa-wa, 1967.
• Szczepiński W.: Mechanic of plastic flow. PWN, Warszawa, 1978.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.3.145