Park, Gun Chul;Ko, Tae Jo;Kurniawan, Rendi;Ali, Saood
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.2
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pp.23-31
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2021
Surface texturing is a promising route to reduce the friction forces between two surfaces in sliding contact. To this end, the fabrication of micro dimples is one of the most widely used surface texturing methods. According to published results, textured surfaces with elliptical micro dimples offer the best friction performance. Therefore, we fabricated elliptical micro dimples on carbon steel (SM45C) by using dual frequency vibration assisted machining. High and low frequencies of 16.3 kHz and 230 Hz were applied to the 3D resonant elliptical vibrator. The 3D resonant elliptical vibrator with a triangular cubic boron nitride insert was assembled on a computer numerically controlled turning lathe. Oval micro dimples of various profiles were manufactured on carbon steel. In terms of the profile of the elliptical micro dimples, the experimental results indicated that the average micro dimple width and depth were 112 ㎛ and 7.7 ㎛. These dimensions are closely related to the cutting conditions and can be easily controlled.
Park, Gun Chul;Ko, Tae Jo;Kurniawan, Rendi;Ali, Saood
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.5
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pp.38-44
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2020
Surface texturing of micro-dimples has been used in many manufacturing industries to reduce friction between two sliding contacted surfaces. Surface texturing decreases the frictional force owing to minimizing of the sliding contact area. In this paper, micro-dimples have been fabricated on an Al6061-T6 surface using a two-frequency elliptical vibration texturing (TFEVT) method. A high-frequency of 18 kHz and low-frequency of 250 Hz were applied to an elliptically-vibrated tool holder. The Stribeck curve was plotted to analyze the friction coefficient trends. Furthermore, the representative wetting index, such as the water contact angle (WCA), was measured by considering the friction coefficient. WCA is associated with micro-dimple density and associated parameters. Consequently, the dimpled surfaces with a low friction coefficient exhibited a relatively high WCA in the feed direction. According to the Stribeck curve, the dimpled surfaces demonstrate superior friction performance for mixed-film lubrication compared to the non-textured surface.
Laser surface texturing (LST) methods are widely applied now to reduce friction and improve reliability of machine components such as thrust bearings, mechanical face seals and piston rings, etc. In this paper, the effect of dimple shapes on the lubrication characteristics of parallel thrust bearing are studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. Pressure and streamline distributions, variations of supporting load, leakage flow rate and friction force, are compared for three different dimple sectional shapes such as circle, pyramid and rectangle type. The lubrication characteristics are highly affected by dimple shapes and number of dimples. The pyramid type dimple shape can support the highest load while the rectangle type is the best in friction reduction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.437-442
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2013
In recent times, surface texturing methods have been widely applied to reduce friction and improve the reliability of machine components such as parallel thrust bearings, mechanical face seals, and piston rings. In this study, a numerical analysis is carried out to investigate the effect of uniformly spaced hemispherical dimples on the lubrication characteristics of a slider bearing using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. The pressure distributions, load capacity, leakage flowrate, and friction force are strongly affected by the dimple diameter and the number of dimples. In particular, the load capacity and friction force decrease linearly with the dimple density whereas the leakage increases. These results can be used for designing the optimum dimple characteristics in order to improve the lubrication performance of slider bearings, for which further studies are required.
Kim, Sung-Gi;Song, Kuen-Chul;Kim, Sang-Beom;Chae, Young-Hun
Tribology and Lubricants
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v.24
no.5
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pp.234-240
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2008
It is well known that surface texturing improves the tribological properties of mechanical components for enhancing hydro-dynamic effect or serving as a micro reservoir. There are not, however, enough researches to reveal the effects of surface texturing on the tribological properties under grease lubrication which is used in lubricating many mechanical elements. In the present study, therefore, the effects of surface texturing on the tribological properties are investigated under grease lubrication based on an experimental approach. The results show that surface texturing decreases friction coefficient. It is found that the friction coefficient can be decreased by controlling the diameter and density of micro-dimple. The diameter of dimple is more effective under high load and low speed than otherwise. And, the density of dimple is effective under low load and high speed.
Friction reduction between sliding hydraulic machine components is required to improve efficiency and reliability of hydraulic machineries. It is recently reported that surface texturing on sliding bearing surfaces can reduce the friction force highly. In this paper, numerical analysis is carried out to investigate the effect of dimple numbers and inlet boundary pressures on the lubrication characteristics of a parallel sliding bearing using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. The results show that the pressure distribution, load capacity, dimensionless friction force and leakage with dimple number and their locations, and inlet pressures. The overall lubrication characteristics are highly affected by dimple numbers and boundary pressure. The numerical method adopted and results can be used in design of efficient hydraulic machine components.
Iqbal, K. Y. Mohd;Segu, D. Z.;Pyung, H.;Kim, J. H.;Kim, S. S.
Tribology and Lubricants
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v.31
no.6
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pp.287-293
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2015
Laser surface texturing (LST), a surface engineering modification, has been considered as one of the new processes used to improve tribological characteristics of materials by creating artificially patterned microstructure on the contact surface of mechanical components. In LST technology, the laser is optimized to obtain or manufacture the dimples with maximum precision. The micro-dimples reduce the coefficients of friction and also improve the wear resistance of materials. This study investigates the effect of dimple density is investigated. For this purpose, a ball-on-disc type tester is used with AISI 52100 bearing steel as the test material. Discs are textured with a 5% and 10% dimple density. Experimental work is performed with normal loads of 5 N, 10 N, and 15 N under a fixed speed of 150 rpm at room temperature. The effect of the textured surface is compared to that of the untextured one. Experimental results show that the textured surface yields lower friction coefficients compared to those of untextured surfaces. Specifically, the 10% dimple density textured surface shows better friction reduction behavior than the 5% dimple density textured sample, and has an 18% improvement in friction reduction compared with the untextured samples. Microscopic observation using a scanning electron microscope (SEM) shows that the major friction mechanisms of the AISI 52100 bearing steel are adhesion, plastic deformation, and ploughing.
Je T.J.;Kim H.J.;Kim B.H.;Huh B.W.;Seong D.Y.;Yang D.Y.;Choi D.S.
Transactions of Materials Processing
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v.15
no.4
s.85
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pp.326-332
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2006
Sandwich structures, which are composed of a thick core between two faces, are commonly used in many engineering applications because they combine high stiffness and strength with low weight. Depending on the sheets by a rolling process, which is a more efficient and economical approach compared to other types of processes, has become an increasingly important subject of study. In this paper, we made a roll forming machine which progressive forming possible and force measurement for a roll forming of the sheet metal forming. And we designed a roll molding that arrayed of embossing size 3mm in diameter fabricate micro dimple inner structure plate. We carried out forming experiment such as array change and thickness to sts304 sheet. Ultimately, this research developed inner structure plate of high stiffness.
Friction reduction between machine components is important for improving their efficiency and lifespan. In recent years, surface texturing has received considerable attention as a viable means to enhance the efficiency and tribological performance of highly sliding mechanical components such as parallel thrust bearings, mechanical face seals, and piston rings. In this study, we perform lubrication analysis to investigate the effect of dimple shapes and orientations on the lubrication characteristics of a surface textured parallel thrust bearing. Numerical analysis involves solving the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. We use dimples consisting of hemispherical and different semiellipsoidal orientations for simulation. We compare pressure and streamline distributions, load capacity, friction force, and leakage flowrate for different numbers of dimples and orientations. We find that the dimple shapes, orientations, and their numbers starting from an inlet influence the lubrication characteristics. The results show that partial texturing of the bearing inlet region, and the ellipsoidal dimples with the major axis aligned along the lubricant flow direction exhibit the best lubrication characteristics in terms of higher load capacity and lower friction. The results can be used in the design of optimum dimple characteristics for parallel thrust bearings, for which further research is required.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.4
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pp.333-339
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2012
The main objective of the present study is to investigate the roles of the micro-dimpled surface on the drag reduction. To investigate the effectiveness of the micro-dimpled surface, the flat plates are prepared. The micro-size dimples are directly carved on the metal surface by ultrasonic nano-crystal surface modification (UNSM) method. Momentum of the main flow is increased by the dimple patterns within the turbulent boundary layer (TBL), however, there is no significant change in the turbulence intensity in the TBL. The influence of dimple patterns is examined through the flow field survey near the flat plate trailing edge in terms of the profile drag. The wake flow velocities in the flat plate are measured by PIV technique. The maximum drag reduction rate is 4.6% at the Reynolds number of $10^6{\sim}10^7$. The dimples tend to increase the drag reduction rate consistently even at high Reynolds number range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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