Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/00294

Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/00294 pt.:
„Obciskanie obrotowe - nowa metoda wyznaczania odkształcalności metali i ich stopów”

  Cel prowadzonych badań/hipoteza badawcza

Celem naukowym projektu jest wyznaczenie odkształcalności materiałów konstrukcyjnych w warunkach obciążeń zmiennych, charakterystycznych dla procesów walcowania poprzecznego i walcowania skośnego w oparciu o nowatorską próbę obciskania obrotowego. Badaniami objęte będą typowe materiały konstrukcyjne (stale, stopy aluminium, stopy tytanu i inne) odkształcane w różnych temperaturach.

Zastosowana metoda badawcza/metodyka

Realizacja projektu oparta będzie na rozwiązaniach teoretycznych i badaniach doświadczalnych, których zakres odpowiadał będzie profilowi działalności naukowo-badawczej zespołu.

Rozwiązania teoretyczne dotyczyć będą:

• wykonania symulacji termo-mechanicznej prób obciskania obrotowego realizowanego na zimno i na gorąco, w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia 3D;
• wyznaczenia wpływu parametrów testu (gniotu, prędkości, temperatury itd.) na rozkłady intensywności odkształcenia, prędkości odkształcenia, temperatury i naprężeń w próbkach poddanych obciskaniu obrotowemu;
• wyznaczenia rozkładów funkcji zniszczenia w wytypowanych punktach próbek obciskanych obrotowo;
• określenia parametrów siłowych (sił i momentów) działających na narzędzia podczas obciskania obrotowego;
• wyznaczenia rozkładów funkcji zniszczenia w klasycznych próbach rozciągania i ściskania, celem uzyskania materiału porównawczego dla próby obciskania obrotowego.

W analizie teoretycznej wykorzystane będą metody modelowania numerycznego, bazujące na MES. Planuje się wykonanie symulacji w oparciu o oprogramowanie komercyjne (Simufact.Forming, Deform-3D, Forge NxT1.1) oraz 32 procesorowe komputery HP, będące w dyspozycji zespołu badawczego.

            Badania doświadczalne wykonane zostaną w celu wyznaczenia wartości granicznych funkcji zniszczenia dla wytypowanych materiałów. W tym zakresie planowane jest wykonanie następujących badań:

• próby obciskania obrotowego na zimno i na gorąco, realizowane na stanowisku do walcowania poprzecznego z rejestracją podstawowych parametrów siłowych procesu;
• próby obciskania obrotowego na gorąco realizowane na stanowisku do walcowania skośnego z rejestracją podstawowych parametrów siłowych procesu;
• klasyczne próby rozciągania i ściskania na zimno próbek kształtowych (z rejestracją sił) mające na celu uzyskanie materiału porównawczego do próby obciskania obrotowego;
• plastometryczne próby ściskania, rozciągania i skręcania w celu uzyskania modeli materiałowych badanych materiałów;
• próby ściskania mające na celu wyznaczenie wartości współczynnika tarcia dla badanych par trących.

Badania laboratoryjne obciskania obrotowego zostaną wykonane na stanowiskach do walcowania poprzecznego oraz walcowania skośnego. Są to unikalne stanowiska badawcze w skali kraju, które zostały zaprojektowane przez członków zespołu badawczego i są chronione prawem patentowym.

Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki

Wyniki otrzymane w ramach projektu są ważne dla dziedziny nauk technicznych i są związane z rozwojem takich dyscyplin naukowych, jak: inżynieria materiałowa, metalurgia, budowa i eksploatacja maszyn oraz inżynieria produkcji. Zastosowanie informacji uzyskanych w projekcie pozwoli na bardziej precyzyjne symulowanie numeryczne procesów kształtowania, w których naprężenia zmieniają się cyklicznie z rozciągających na ściskające i odwrotnie, co może doprowadzić do utworzenia pęknięcia wiązkiego (efekt Mannesmanna). W szczególności dotyczy to takich procesów jak: walcowanie poprzeczne, walcowanie poprzeczno-klinowe, walcowanie skośne oraz walcowanie śrubowe.

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu OPUS.

Wartość projektu: 884 000 PLN.