Na podstawie analizy literatury specjalistycznej i własnych rozwaŜań teoretycznych, modelowania numerycznego z wykorzystaniem MES i przeprowadzonych badań procesu kształtowania kolan z rur stwierdzono, Ŝe:
1. Zastosowanie do kształtowania w warunkach izotermicznego odkształcenia trzpienia z opracowanym analitycznie optymalnym kształtem zapewnia uzyskanie kolan o wyraźnie mniejszym zróŜnicowaniu grubości ścianek w porównaniu do kolan odkształcanych przy uŜyciu trzpienia o kalibrowaniu stosowanym w przemyśle.
2. Na zmianę grubości ścianki odkształcanej rury bardzo istotny wpływ wywiera sposób jej nagrzewania. Odpowiednio ukierunkowany nagrzew rury w strefie odkształcającej umoŜliwia zminimalizowanie róŜnościenności otrzymanych kolan.
3. Modelowanie z wykorzystaniem MES oraz badania laboratoryjne procesu kształtowania kolan pozwoliły stwierdzić, Ŝe odkształcenia materiału kolana kształtowanego metodą hamburską róŜnią się od odkształceń teoretycznych dla hipotetycznego idealnego procesu odkształcania.
4. W modelu teoretycznym trudno jest uwzględnić wiele zjawisk zachodzących w rzeczywistym procesie. Dwa z trzech opracowanych w pracy modeli teoretycznych pozwalają na jakościową analizę procesu, jednakŜe wartości obliczone istotnie róŜnią się od wartości zmierzonych. Z tego powodu nie mogą one słuŜyć do analiz ilościowych procesu.
5. Proces izotermicznego odkształcania rury powoduje skrócenie włókna obojętnego na łuku zewnętrznym kolana oraz pogrubienie ścianki kolana na łuku wewnętrznym.
6. Proces odkształcenia długiego odcinka rury róŜni się od procesu odkształcania szeregu krótkich odcinków rur, stosowanego zwykle w produkcji kolan metodą hamburską. RóŜnice te spowodowane są swobodnym odkształcaniem się wolnych końców poszczególnych odcinków rur. Szczególnie duŜe róŜnice powstają podczas odkształcania pierwszych dwóch odcinków rur. Od odcinka trzeciego proces odkształcania ustala się.
7. Zastosowany w pracy do symulacji procesu kształtowania kolan program LS-DYNA, wykorzystujący termomechaniczną symulację MES przy uŜyciu elementów powłokowych oraz ukierunkowanym nagrzewie modelowanym przy uŜyciu kontaktu termicznego, umoŜliwia jego wydajną termomechaniczna symulację.
Literatura
[1] Rosenbusch B. (red.), Lehrstellenatlas Hamburger Osten 2005, Billenetz, 2005, s. 45. [2] Piela A. (red.), Informatyka w technologii metali, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,
Gliwice, 2003.
[3] Korzemski J.W., Gięcie rur cienkościennych, WNT, Warszawa, 1971.
[4] Tang N.C., Plastic-deformation analysis in tube bending, International Journal of Pressure Vessels & Piping, 2000, nr 77, s. 751-759.
[5] Śloderbach Z., Metody obliczania wyjściowej - początkowej grubości rury przeznaczonej do gięcia, Przegląd Mechaniczny, 1998, nr 21, s. 9 - 12, 17.
[6] Mirshams R.A., M. Sabbaghian, Failure analysis of an elbow tube fitting, Engineering Failure Analysis, 2003, nr 10, s. 215 - 221.
[7] Wang X., Cao J., Wrinkling Limit in Tube Bending, Transactions of the ASME, 2001, nr 123, s. 430 - 435.
[8] Jina Z. i in., KBS-aided design of tube bending processes, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2001, nr 14, s. 599 – 606.
[9] Dzidowski E.S., Wpływ tolerancji wykonania rur cienkościennych na ich skłonność do fałdowania się podczas gięcia, Rudy i Metale NieŜelazne R47, 2002, nr 10 - 11, s. 524 – 529.
[10] Li H. i in., Wrinkling Limit Based on FEM Virtual Experiment During NC Bending of Thin Walled Tube, Material Science Forum Vols. 471 – 472, 2004, s. 498 – 502.
[11] Litwin P., Stachowicz F., Moment gnący i spręŜynowanie w procesie gięcia rur. Badania eksperymentalne i symulacja numeryczna, Rudy i Metale NieŜelazne R47, 2002, nr 10 - 11, s. 529 – 532.
[12] Stachowicz F., Bending with upsetting of copper tube elbows, Journal of Materials Processing Technology, 2000, nr 100, s. 236 - 240.
[13] Śloderbach Z., Analityczne określanie zmagazynowanej energii deformacji plastycznej podczas gięcia metalowych rur na giętarkach, Przegląd Mechaniczny, 2000, nr 9, s. 15 – 20.
[14] Hauch S., Bai Y., Bending moment capacity of pipes, Offshore Mechanical and Arctic Engineering, 1999, nr 11-16, s. 1 – 12.
[15] Glinkowski B.i in., Technologia robót kotlarskich, WNT, Warszawa, 1968.
[16] Gillanders J., Pipe and tube bending manual, Fabricators and Manufacturers Association International, Rockford, Illinois, 1994.
[17] MCP system upgrades tube bending for Bae, Aircraft Engineering and Aerospace Technology Vol.70, 1998, nr 1, s. 1 – 3.
[18] Al-Qureshi H.A., Elastic-plastic analysis of tube bending, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1999, nr 39, s. 87 – 104.
[19] Vollertsen F. i in., Extrusion, channel and profile bending: a review, Journal of Materials Processing Technology, 1999, nr 87, s. 1 – 27.
[20] Kubiński W., Wytwarzanie kolan rurowych na zimno, Hutnik – Wiadomości Hutnicze, 2001, nr 5, s. 172 – 180.
[21] Miller J.E. i in., On bend-stretch forming of aluminum extruded tubes - I: experiments, International Journal of Mechanical Sciences, 2001, nr 43, s. 1283 – 1317.
[22] Miller J.E. i in., On bend-stretch forming of aluminum extruded tubes - II: analysis, International Journal of Mechanical Sciences, 2001, nr 43, s. 1319 – 1338.
[23] Zeng Y., Li Z., Experimental research on the tube push-bending process, Journal of Materials Processing Technology, 2002, nr 122, s. 237 - 240.
[24] Miller G., Tube Bending Processes. A Comprehensive Guide, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Michigan, 2003.
[25] Kubiński W., Kuczera M., Metody gięcia rur metalowych na zimno, Obróbka Plastyczna Metali, 2003, nr 5, s. 5 – 24.
[26] Sobociński M., Analiza jakości kształtowania na zimno łuków rurowych przez przepychanie, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, 2004, nr 1, s. 93 – 99.
[27] HÜTTE. Taschenbuch Für Eisenhüttenleute, Verlag Von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, 1961.
[28] Agamalova L.L. i in., Investigation of tubes made from Kh18N10T steel and bent with heating by VHF current, Engineering and Russian Library of Science Volume 2, 1966, nr 11, s. 753 - 755.
[29] Franz W.D., Maschinelles Rohrbiegen, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1988.
[30] Hu Z., Li J.Q., Computer simulation of pipe-bending processes with small bending radius using local induction heating, Journal of Materials Processing Technology, 1999, nr 91, s. 75 – 79.
[31] Mijasaka K., Satoh T., Development of an Upset Pipe-Bending Method by High-Frequency Induction Heating and Its Product Size, Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity Vol. 42, 2001, no. 485, s. 584 – 589.
[32] Chałupczak J., Nowe technologie kształtowania elementów rurociągów, 7 Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna “Problemy narzędziowe w obróbce plastycznej” ATR Bydgoszcz , SIMP Bydgoszcz, 2001, s. 31 – 38.
[33] Kubiński W., Wytwarzanie kolan rurowych na gorąco. Hutnik – Wiadomości Hutnicze, 2001, nr 12, s. 467 – 471.
[34] Pacanowski J., Kosowicz Z., Analiza wpływu metody gięcia rur na deformację kolanka rurowego, Rudy i Metale NieŜelazne R41, 1996, nr 10, s. 419 – 423.
[35] Kubiński W., Kuczera M., Gięcie rur metalowych na gorąco, Obróbka Plastyczna Metali, 2004, nr 4, s. 23 – 36.
[36] Grüner P., Über Rohrbiegeverfahren, Maschinenmarkt, 1960, nr 30/31, s. 120 - 129. [37] Janecki D., Mączyński J. F., Laserowe doginanie rur - oprzyrządowanie i sterowanie,
Przegląd Mechaniczny, 1999, nr 23 - 24, s. 36 – 38.
[38] Sender E., Zowczak W., Zmiany własności mechanicznych stali St3 w procesie zaginania laserowego, Przegląd Mechaniczny, 1999, nr 23/24, s. 33 – 35.
[39] Wesołowski Z., Laserowe zginanie cylindrycznej rury metalowej, Przegląd Mechaniczny, 2000, nr 1, s. 15 – 17.
[40] Wenchuan L., Lawrence Yao Y., Laser Bending of Tubes: Mechanism, Analysis, and Prediction, Journal of Manufacturing Science and EngineeringVol. 123, 2001, s. 674 – 681.
[41] Hao N., Li L., An analytical model for laser tube bending, Applied Surface Science, 2003, nr 208/209, s. 432 – 436.
[42] Hao N., Li L., Finite element analysis of laser tube bending process, Applied Surface Science, 2003, nr 208-209, s. 437 - 441.
[43] śebrowski M., Rozwinięcia blach w rurociągach, Przegląd Mechaniczny, 2000, nr 10, s. 9 – 17.
[44] Yuan S. J. i in., The integrally hydro-forming process of pipe elbows, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 1998, nr 75, s. 7 – 9.
[45] Shijian Y. i in., Finite element analysis of hydro-forming process of a toroidal shell, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1999, nr 39, s. 1439 – 1450. [46] Shijian Y. i in., A new hydroforming process for large elbow pipes, Journal of Materials
Processing Technology, 2001, nr 117, s. 28 – 31.
[47] DIN 2605 Steel butt-welding pipe fittings; elbows and bends with reduced pressure factor.
[49] DIN 2609 Steel butt-welding pipe fittings; technical delivery conditions. [50] Kazanecki J., Wytwarzanie rur bez szwu, Wydawnictwo AGH, 2003.
[51] Łuksza J., Elementy ciągarstwa, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo – Dydaktyczne, Kraków, 2001.
[52] Świłło S., Kocańda A., Techniki numerycznej analizy obrazu w metodach doświadczalnych pomiaru odkształceń i badaniu kształtu, Przegląd Mechaniczny, 2000, nr 3, s. 19 – 25.
[53] Kapiński S., Kształtowanie elementów nadwozi samochodów, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1996.
[54] Rodriguez A. i in., Strain distribution analysis of hot forged seamless pipe-fittings, Materials Science and Technology, 2000, nr 16, s. 171 – 174.
[55] Kvačkaj T. i in., Vplyv technologických parametrov výroby bezšvíkových navarovacích oblúkov na ich výslednú kvalitu, Acta Metallurgica Slovaca, 2002, nr 8, s. 170 – 177. [56] Salas-Zamarripa E. i in., Simulacion del proceso de forja en caliente de codos sin costura,
Ingenierias Vol. VI, 2003, nr 20, s. 6 – 11.
[57] Salas-Zamarripa E. i in., Improvement in Tool Design for Hot Forging of Seamless Elbow Fittings, 2003 ABAQUS User’s Conference, 2003, s. 1 - 11.
[58] Rodriguez A. i in., Forming of seamless pipe fittings, Journal of Materials Processing Technology, 2002, nr 120, s. 432 – 437.
[59] Zhengyi J. i in., Study on expanding and bending forming process of thick-wall pipe, Tube International, 1998, s. 12 – 14.
[60] Vaselková J., Výroba rurových navarovacích oblúkov tvárnením za tepla, Acta Metallurgica Slovaca, 1996, nr 2, s. 112 – 117.
[61] Khan S. i in., Innovative Applications of Induction Heating for Selective Heat-Treatment, Science Vision Vol. 5, 2000, nr 2, s. 14 – 19.
[62] Grüner P., Fehlerquellen bei der Herstellung der Hamburger Rohrbogen (Teil I), Maschinenmarkt, 1960, nr 33, s. 11 – 13.
[63] Grüner P., Fehlerquellen bei der Herstellung der Hamburger Rohrbogen (Teil II), Maschinenmarkt, 1960, nr 41, s. 11-14.
[64] Mackerle J., Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping – a bibliography (1976 - 1996), International Journal of Pressure vessels and Piping, 1996, nr 69, s. 279 – 339.
[65] Mackerle J., Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping, an addendum, (1996 – 1998), International Journal of Pressure vessels and Piping, 1999, nr 76, s. 461 – 485.
[66] Mackerle J., Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping, an addendum (1998 – 2001), International Journal of Pressure vessels and Piping, 2002, nr 79, s. 1 – 26.
[67] Yang J.i in., The tube bending technology of a hydroforming process for an automotive part, Journal of Materials Processing Technology, 2001, nr 111, s. 175 – 181.
[68] Trana K., Finite element simulation of the tube hydroforming process – bending, preforming and hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, 2002, nr 127, s. 401 – 408.
[69] Zhan M. i in., A study on a 3D FE simulation method of the NC bending process of thin-walled tube, Journal of Materials Processing Technology, 2002, nr 129, s. 273 – 276. [70] Neugebauer R., Laux G., FEM - Modellierung und Simulation des Biegens von
Rundrohren, Symposium „Simulation in der Produkt - und Prozessentwicklung“, 5-7 November 2003, Bremen, s. 25-30.
[71] Pater Z., Ołów jako materiał modelowy do symulacji procesów obróbki plastycznej na gorąco, Obróbka Plastyczna Metali, 2003, nr 4, s. 41 – 48.
[72] Pei Q.X. i in., Thermo-Mechanical Modelling and Analysis of Equal Channel Angular Pressing, Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials, 2005, nr 23, s. 263 – 266.
[73] LS-DYNA Theoretical Manual, Livermore Software Technology Corporation, May 1998.
[74] LS-DYNA Keyword User’s Manual, Livermore Software Technology Corporation, April 2003.
[75] Leisten R. i in., Determination of Boundary Values for the Numerical Simulation of Metal Forming Processes using Fuzzy Control, European Symposium on Intelligent Techniques, June 3 - 4 1999, Orthodox Academy of Crete, Greece, s. 1 – 10.
[76] Rumiński M. i in., Analysis of the effect of die shape on the distribution of mechanical properties and strain field in the tube sinking process, Journal of Materials Processing Technology, 1998, nr 80/81, s. 683 – 689.
[77] Shirayori A i in., Influence of Initial Thickness Deviation in Tube Periphery on Tube Deformation During Free Hydraulic Bulging, Transactions of North American Manufacturing Research Institution of SME, 2002, nr 30, s. 111 - 118.
[78] Štok B., Mole N., Coupling FEM & BEM for Computationally Efficient Solutions of Multi – Physics and Multi – Domain Problems, Multi-physics and Multi-scale Computer Models in Non-linear Analysis and Optimal Design of Engineering Structures Under Extreme Conditions June 13 - 17, 2004, Bled, Slovenia, , s. 711 - 738.