Quantitative evaluation of the tribological conditions at the tool-workpiece interface in metal forming is usually accomplished by the ring compression test. This paper describes an experimental investigation into friction factor under warm forming conditions according to the lubricants and the lubricating methods using the ring compression test. Four different lubricants, two water based graphite and two oil based graphite lubricants, and three different lubricating methods were applied in the experiments. Calibration curves with the friction shear factor were obtained using FEM analysis and verified by the experimental results. The influence of lubricant and lubricating methods on friction are discussed. In the ring compression test, the lower friction factor got to spray the oil based lubricant on die and billet in warm forging temperature.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권5호
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pp.58-67
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1996
In the present study, the pressure distribution, wall shear stress distribution and friction factor of developing turbulent pulsating flows are investigated theoretically and experimentally in the entrance region of a square duct. The pressure distribution for turbulent pulsating flows are in good agreement with the theoretical values. The time-averaged pressure gradients of the turbulent pulsating flows show the same tendency as those of turbulent steady flows as the time-averged Reynolds number $(Re_{ta})$ increase. Mean shear stresses in the turbulent pulsating flow increase more in the inlet flow region than in the fully developed flow region and approach to almost constant value in the fully developed flow region. In the turbulent pulsating flow, the friction factor of the quasi-steady state flow $({\lambda}_{q, tu})$ follow friction factor's law in turbulent steady flow. The entrance length of the turbulent pulsating flow is not influenced by the time-averaged Reynolds number $(Re_{ta})$ and it is about 40 times as large as the hydraulic diameter.
With the recent increase in the demand for the net-shape forming, numerical simulations are being commonly adopted to increase the efficiency and effectiveness of design of bulk metal forming processes. Proper consideration of tribological problems at the contact interface between the tool and workpiece is crucial in such simulations. In other words, lubrication and friction play important roles in metal forming by influencing the metal flow, forming load and die wear. In order to quantitatively estimate such friction condition or lubricant characteristic, the constant shear friction model is widely used for bulk deformation analyses. For this, new friction testing method based on the forward or backward extrusion process is proposed to predict the shear friction factor in this work. In this method, the tube-shaped punch pressurizes the workpiece so that the heights at the center and outer of punch (or mandrel) become different according to the friction condition. That is, the height at the center of punch is higher than that at the outer of the punch when the friction condition at the contact interface is severe. From this founding, the proposed friction testing method can be applied to effectively evaluate the friction condition in bulk metal forming processes.
Quantitative evaluation of the tribological conditions at the tool-workpiece interface in metal forming is usually accomplished by the ring-compressinon. test This paper describes an experimental investigation into shear friction factor under cold and hot forming conditions according to materials and lubricants using the ring compression test. Six different materials and five different lubricants were applied in the experiments. calibration curves with the friction coefficient were obtained using FEM analysis and verified by the verified by the experimental results. The influence of materials and lubricants level on friction are discussed. In the ring compression test the shear friction factor has a different from steels and aluminum water base graphite lubricants on cold working conditions and hot working conditions.
강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPFRC)는 뛰어난 압축 및 인장강도를 가지고 있는 재료이다. 일반 콘크리트는 균열 발생 후 균열에 수직으로 보강된 철근의 구속력을 수직항력으로, 구속력에 의해 발생하는 골재 맞물림 등에 의한 균열면의 거칠기를 마찰 계수로 표현하여 전단 마찰 강도를 정의하고 있다. UHPFRC는 골재 맞물림 현상은 없으나 강섬유의 부착응력에 의한 균열 후 인장력이 상당히 큰 특징이 있으며, 이러한 특징은 전단 마찰 강도에 반영되어야 함이 타당하다. 본 연구에서는 전단면에 횡철근이 보강된 24개의 직접 전단실험체를 제작하여 푸시 오프 실험을 수행하였다. 실험결과는 소성 이론에 의해 분석되었으며 이로부터 전단 마찰 계수와 유효 계수를 도출하였다. 소성 이론에 의한 전단 마찰 강도식은 기존 실험결과 및 기존 전단 마찰 강도식과 비교하여 타당성을 검증하였으며, 최종적으로 UHPFRC의 균열 후 인장강도를 고려한 일체식 구조체의 전단 마찰 강도식을 제안하였다.
Computational results with pseudoplastic fluid flows for fully developed non-Newtonian laminar flows have been obtained. Those consist of the product of friction factor and Modified Reynolds number and Nusselt numbers with respect to the shear rate parameter in an annular pipe. The numerical results of the product of friction factor and Reynolds numbers and the Nusselt numbers for both Newtonian region and the power law region were compared with previously published asymptotic results, respectively. In the present calculations, the product of friction factor and Newtonian Reynolds numbers for pseudoplastic fluid at power law region in annular pipe is 180% less than that for Newtonian fluid. For power law fluids with different power law flow indices, the difference of the product of friction factor and power law Reynolds number between previous and the present results at the power law region is within 0.20%. The solutions also show the effect of the shear rate parameter on the Nusselt number and about 11% increase of Nusselt number at the power region.
The main objective of this study is to examine the sensitivity of calibration curves of FEA of ring compression test to frictional shear factor. Ring compression test has been investigated by measuring dimensional changes at different positions of ring specimen and they include the changes in internal diameter at the middle and top section of the specimen, outer diameter at the middle and top section, surface expansion at the top surface, respectively. Initial ring geometries employed in analysis maintain a fixed ratio of 6 : 3 : 2, i.e. outer diameter : inner diameter : thickness of the ring specimen, which is generally known as 'standard' specimen. A rigid plastic material for different work-hardening characteristics has been modeled for simulations using rigid-plastic finite element code. Analyses have been performed within a definite range of friction as well as over whole range of friction to show different sensitivities to the interfacial friction for different ranges of friction. The results of investigation in this study have been summarized in terms of a dimensionless gradient. It has been known from the results that the dimensional changes at different positions of ring specimen show different linearity and sensitivity to the frictional condition on the contact surface.
Numerical Calculations for dimensionless pressure drop (friction factor times Reynolds number) have been obtained for fully developed laminar flow of MPL(Modified Power Law) fluid in isosceles triangle pipes. The solutions are valid for Pseudoplastic fluids over a wide range from Newtonian behavior at low shear rates through transition region to power law behavior at higher shear rates. The analysis identified a dimensionless shear rate parameter which for a given set of operating conditions specifies where in the shear rate range a particular system is operating, i.e., Newtonian, transition or power law region. The numerical calculation data of the dimensionless pressure drop for the Newtonian and power law regions are compared with previously published asymptotic results presenting within 0.16 % in Newtonian region and 2.98 % in power law region.
본 연구에서는 낙동강 모래의 내부마찰각과 모래와 건설재료들과의 접촉면에서 발생되는 표면마찰각의 특성을 파악하기 위하여 모래의 상대밀도와 전단속도를 변화시켜 목재, 강재, 몰탈, 그리고 역청재와 일련의 직접전단시험을 실시하였다. 시험결과 모든 경우에서 모래의 내부마찰각이 건설재료와의 표면마찰각보다 항상 크게 나타났고, 전단속도가 빠를수록 마찰각이 조금 증가되었다. 모래의 간극비가 작아짐에 의한 조밀화에 따라 마찰각은 선형적으로 증가하였으며, 간극비와 상대밀도의 변화에 따라 마찰각을 산정할 수 있는 식을 제시하였다. 또한 건설재료의 표면거칠기는 표면마찰각에 있어 중요한 인자임을 알 수 있었다.
The shear strength has been managed as an important factor in soil mechanics. The shear strength estimation model was developed to evaluate the shear strength using only a few soil properties by the linear regression analysis model which is one of the statistical methods. The shear strength is divided into two part; one is the internal friction angle ($\Phi$) and the other is the cohesion (c). Therefore, some valid soil factors among the results of soil tests are selected through the correlation analysis using SPSS and then the model are formulated by the linear regression analysis based on the relationship between factors. Also, the developed model is compared with the result of direct shear test to prove the rationality of model. As the results of analysis about relationship between soil properties and shear strength, the internal friction angle is highly influenced by the void ratio and the dry unit weight and the cohesion is mainly influenced by the void ratio, the dry unit weight and the plastic index. Meanwhile, the shear strength estimated by the developed model is similar with that of the direct shear test. Therefore, the developed model may be used to estimate the shear strength of soils in the same condition of study area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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