Modified Steels for Cold-Forming U-Bolts Used In Leaf Springs Systems

In this work, a low alloy steel and a fabrication process were developed to produce U-Bolts for commercial vehicles. Thus, initially five types of no-heat treated steel were developed with different additions of chrome, nickel, and silicon to produce strain hardening effect during cold-forming processing of the U-Bolts, assuring the required mechanical properties. The new materials exhibited a fine perlite and ferrite microstructure due to aluminum and vanadium additions, well known as grain size refiners. The mechanical properties were evaluated in a servo-hydraulic test machine system-MTS 810 according to ASTM A370-03; E739 and E08m-00 standards. The microstructure and fractography analyses of the cold-formed steels were performed by using optical and scanning electronic microscope techniques. To evaluate the performance of the steels and the production process, fatigue tests were carried out under load control (tensile-tensile), R = 0.1 and f = 30 Hz. The Weibull statistic methodology was used for the analysis of the fatigue results. At the end of this work the 0.21% chrome content steel, Alloy 2, presented the best fatigue performance.

Chipless machining; methods of cold forming ferrous metals, including heading, rolling, spinning, swaging, extruding, and high-energy-rate forming.

Includes bibliography.

Application of the finite element method in cold forging processes

The demand for more efficient manufacturing processes has been increasing in the last few years. The cold forging process is presented as a possible solution, because it allows the production of parts with a good surface finish and with good mechanical properties. Nevertheless, the cold forming sequence design is very empirical and it is based on the designer experience. The computational modeling of each forming process stage by the finite element method can make the sequence design faster and more efficient, decreasing the use of conventional "trial and error" methods. In this study, the application of a commercial general finite element software - ANSYS - has been applied to model a forming operation. Models have been developed to simulate the ring compression test and to simulate a basic forming operation (upsetting) that is applied in most of the cold forging parts sequences. The simulated upsetting operation is one stage of the automotive starter parts manufacturing process. Experiments have been done to obtain the stress-strain material curve, the material flow during the simulated stage, and the required forming force. These experiments provided results used as numerical model input data and as validation of model results. The comparison between experiments and numerical results confirms the developed methodology potential on die filling prediction.

Finite element modeling of tube deformation during cold pilgering

A three-dimensional finite element model of cold pilgering of stainless steel tubes is developed in this paper. The objective is to use the model to increase the understanding of forces and deformations in the process. The focus is on the influence of vertical displacements of the roll stand and axial displacements of the mandrel and tube. Therefore, the rigid tools and the tube are supported with elastic springs. Additionally, the influences of friction coefficients in the tube/mandrel and tube/roll interfaces are examined. A sensitivity study is performed to investigate the influences of these parameters on the strain path and the roll separation force. The results show the importance of accounting for the displacements of the tube and rigid tools on the roll separation force and the accumulative plastic strain.

Comportamiento tribomecánico de sistemas de sustrato: recubrimiento duros

En aplicaciones como la conformación en frío, donde los metales duros recubiertos con películas de naturaleza cerámica son ampliamente empleados, la existencia de un contacto mecánico repetitivo induce tensiones Hertzianas y origina el fallo por fatiga. En este trabajo, se investigan diversos recubrimientos cerámicos depositados por deposición física desde fase vapor sobre calidades diferentes de metal duro y un acero rápido pulvimetalúrgico para evaluar sus respectivas respuesta al contacto y comportamiento a fatiga. El trabajo experimental incluye la caracterización de los sistemas mediante ensayos de rayado y nanoindentación y la evaluación de las curvas tensión-deformación de indentación esférica de los sustratos, tanto desnudos como recubiertos, poniendo especial atención en determinar las tensiones de contacto críticas asociadas a la deformación plástica y a la aparición de grietas circulares en la superficie recubierta. A este estudio, le siguen numerosos ensayos a fatiga a cargas inferiores a aquéllas identificadas como críticas bajo carga monotónica y para un número de ciclos comprendido entre 1.000 y 1.000.000 de ciclos. Los resultados experimentales indican que las películas cerámicas no parecen desempeñar un papel relevante en la aparición de la cedencia plástica, siendo la deformación plástica global controlada por la deformación del sustrato. No obstante, para tensiones elevadas de indentación durante el régimen plástico, existe la aparición de grietas circulares en los recubrimientos cerámicos. Además, la aparición de las mismas es sensible a la fatiga por contacto. Este análisis mecánico se complementa con una inspección detallada del daño generado en profundidad y superficie.

Kylmämuokatun austeniittisen ruostumattoman teräsputkipalkin hitsaus

Diplomityön tavoitteena on selvittää kylmälujitetusta austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä valmistettavan putkipalkin pituussuunnassa hitsaamalla tapahtuvaa valmistusta. Työssä tarkastellaan eri hitsausprosessien lämmöntuonnin ja putkipalkin kylmämuovaamalla tapahtuvan valmistuksen ja hitsin jälkikäsittelynvaikutuksia putkipalkin pituushitsin mekaanisiin ominaisuuksiin. Teoriaosassa on perehdytty austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsaukseen, kylmämuokkaamalla lujitetun teräksen käyttäytymiseen hitsauksessa, monipoltinkaari-, TIG-suurtaajuuspulssi- ja kaariavusteiseen laserhitsaukseen. Kokeellisessa osassaon suoritettu koehitsauksia edellä mainituilla menetelmillä kylmälujitetulle austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle ja suoritettu saatujen koehitsien mekaanisien ominaisuuksien arviointia. Saatujen koetulosten perusteella ontodettu, että huolimatta hitsauksen lämmöntuonnin kylmämuokatun teräksen lujuusarvoja alentavasta vaikutuksesta on mahdollista valmistaa hitsin osalta perusaineen lujuusluokituksen täyttäviä putkipalkkeja. Tämä johtuu putkipalkin kylmämuovaamalla tapahtuvan valmistuksen ja hitsin jälkikäsittelyn hitsauksessa pehmentyneen vyöhykkeen lujuusarvoja takaisin perusaineen tasolle palauttavasta vaikutuksesta.

Kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten äärikestävyyden ja jäykkyyden määrittäminen sekä materiaalimallin kehittäminen

Työssä on tutkittu elementtimenetelmän avulla kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien materiaalimallin kehittämistä ja putkipalkkien X-liitosten jäykkyyden ja äärikestävyyden määrittämistä. Työn tavoitteena on tutkia kylmämuovauksen vaikutuksia putkipalkkiprofiilin materiaaliominaisuuksiin materiaalikokeiden ja elementtianalyysien avulla sekä kehittää putkipalkille anisotrooppista materiaalimallia. Työssä määritettyjä materiaalimalleja on sovellettu X-liitosten elementtimalleihin, joiden käyttäytymistä on verrattu äärikestävyyskokeiden tuloksiin. Tutkimuksen perusteella Eurocode 3:n mitoitusohjeita voidaan turvallisesti soveltaa kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten laskennassa. Työssä tehtyjen materiaalikokeiden ja elementtianalyysien perusteella materiaalin anisotrooppisuuden vaikutus liitoksen kestävyyteen on vähäistä, ja putkipalkin pituussuuntaista materiaalimallia voidaan soveltaa myös kehäsuuntaisille materiaaliominaisuuksille. Materiaalikokeiden simulointi osoittaa, että elementtimenetelmää voidaan käyttää materiaalimallin määrittämisen apuvälineenä.

Lujasta rakenneteräksestä tehdyn rakenteen vikasietoisuuden määritys

Tässä työssä tutkittiin Ruukin valmistamista lujista Optim 700 MC Plus sekä Optim 700 QL teräksistä tehtyjen hitsattujen palkkirakenteiden vikasietoisuutta sekä murtumiskäyttäytymistä laboratoriossa suoritettujen täyden mittakaavan kokeiden avulla. Koerakenteet suunniteltiin siten, että rakenteen kylmämuovauksen sekä hitsauksen vaikutukset yhdessä rakenteen geometrian vaikutuksen kanssa heikentävät rakenteen murtumissitkeyttä rakenteeseen tehdyn teräväkärkisen alkusärön tasossa. Suunnitellussa koesarjassa varioidaan testauslämpötilan lisäksi hitsauksen lämmöntuontia sekä koerakenteeseen tehtävän alkusärön kokoa. Tässä työssä tavoitteena oli yleisesti esittää menettely hitsatun säröllisen teräsrakenteen kestävyyden arviointia varten. Optim 700 MC Plus teräksestä tehdyn koerakenteen käyttäytymistä tutkittiin laskennallisesti murtumismekaniikan avulla. Laadittujen FEM - mallien avulla laskettiin rakenteen murtumisparametrien arvot kummallekin tutkittavalle teräkselle. Optim 700 MC Plus materiaalista valmistetuille koerakenteen säröalueen rakennedetaljia vastaavalle koekappaleille suoritettiin murtumissitkeyskokeita. Murtumissitkeyskokeista saatujen tulosten avulla pystyttiin kuvaamaan täyden mittakaavan koerakenteessa olevan särön murtumiskäyttäytymistä mitoitusmenetelmissä. Koerakenteelle laskettiin tässä työssä kriittisen särökoon ja sitä vastaavan kuorman arvot perustuen rakenteen oletettuun hauraaseen, epästabiiliin sitkeään sekä plastiseen murtumiskäyttäytymiseen. Tässä työssä testattiin molemmista tutkittavista materiaaleista valmistetut täyden mittakaavan koerakenteet -40 °C lämpötilassa. Molemmat testatut rakenteet käyttäytyvät mitattujen siirtymätulosten perusteella melko hauraasti. Optim 700 MC Plus materiaalille saatujen laskentatulosten voidaan todeta testatun koekappaleen perusteella soveltuvan hauraasti käyttäytyvän rakenteen mitoitukseen.

Ristinivel nelivalssaimen voimansiirrossa

Nelivalssaimia käytetään yleisesti metallinauhojen ja -levyjen kylmämuovaukseen. Valssaimissa ristinivel siirtää vääntömomenttia kahden kulmassa olevan akselin välillä. Tässä tutkimuksessa haettiin ratkaisuja nelivalssaimessa esiintyvään epäsymmetriseen taivutustarpeeseen. Valssattavat kuparinauhat alkavat aaltoilla valssaajan puolelta noin yhden millimetrin paksuudessa. Tutkimuksen tarkastelu rajattiin koskemaan vain voimansiirrossa olevaa ristiniveltä, jonka epäiltiin olevan yksi mahdollinen ongelman aiheuttaja. Tutkimuksessa selvisi, että ristinivel ei aiheuta pystysuuntaisia voimia, jotka vaikuttaisivat suoraan nauhan poikkipintaprofiiliin. Kuitenkin ristinivelen aiheuttamat vaakasuuntaiset voimat voivat vaikuttaa epäsuorasti nauhan poikkipintaprofiiliin. Laatupoikkeamien taloudellinen merkitys havaittiin pieneksi, mutta myöhemmissä prosessivaiheissa kuparinauhan epäsymmetrinen poikkipintaprofiili aiheutti ongelmia.

Effects of Fabrication Processes on the Behavior of S960 Ultra High Strength Steel (UHSS)

Strenx® 960 MC is a direct quenched type of Ultra High Strength Steel (UHSS) with low carbon content. Although this material combines high strength and good ductility, it is highly sensitive towards fabrication processes. The presence of stress concentration due to structural discontinuity or notch will highlight the role of these fabrication effects on the deformation capacity of the material. Due to this, a series of tensile tests are done on both pure base material (BM) and when it has been subjected to Heat Input (HI) and Cold Forming (CF). The surface of the material was dressed by laser beam with a certain speed to study the effect of HI while the CF is done by bending the specimen to a certain angle prior to tensile test. The generated results illustrate the impact of these processes on the deformation capacity of the material, specially, when the material has HI experience due to welding or similar processes. In order to compare the results with those of numerical simulation, LS-DYNA explicit commercial package has been utilized. The generated results show an acceptable agreement between experimental and numerical simulation outcomes.

Técnica alternativa de conformação de junção a partir de tubos metálicos

This work presents a technique for the cold forming of thin-walled cylindrical tubes, aimed at obtaining a symmetrical joint with an unconventional forming technique, using elastomer rod. The purpose of this work is to investigate the influence of the anisotropy on the total forming force, through the use of elastomer for obtaining T-junctions, in order to get a better result between experimental values and the analytical solution. For total forming force forecasting, it will be used the upper-bound theory and for a better understanding on the anisotropy behavior of the material, it will be employed the quadratic yielding criterion proposed by Hill. The employed materials for such investigation were Aluminum, Brass and Copper.

Distortional buckling of simple lipped channel in bending results of the experimental analysis versus direct strength methods

Cold-formed steel members are subject to failure caused by buckling, normally under loads smaller than those corresponding to partial or total yielding of the cross section. The buckling of members in bending can be classified as local or global, and the occurrence of one or the other type is expected by the members' geometric characteristics and by the constraints and load conditions. One of the local instability modes that can characterize a member's failure is distortional buckling of the cross section occurring on its own plane and involving lateral displacements and rotations. This paper presents and discusses the procedures and results obtained from experimental tests of cold-formed steel members under bending. Forty-eight beams were carried out on members in simple lipped channel, in pairs, with 6-meter spans and loads applied by concentrated forces at every 1/3 of the span. The thickness, width and dimensions, of the stiffeners were chosen so that the instability by distortion buckling of the cross section was the principal failure mode expected. The experimental results are compared with the obtained results by using the direct strength method.

Ceramic bonding to a machined Au-Ti alloy

Objective: To assess in vitro the bond strength of a machined surface of a Au-Ti alloy to a veneering ceramic. Method and Materials: Metal strips of the alloy Au 1.7-Ti 0.1-Ir were milled from a semiproduct fabricated by continuous casting and cold forming. For comparison, the same alloy as well as a traditional Au-Pt-Pd-In alloy were used in the as-cast state. Six samples of each group were fabricated for the crack initiation test, according to ISO 9693:1999, by preparing appropriate metal strips that were veneered with ceramic using a standard firing procedure. The crack initiation test was performed in a universal testing machine. Load at fracture was recorded. Means of bond strength were calculated for each group and the results compared by use of a 1-sided Student t test (P < .05). Fracture sites were documented by means of SEM. Results: Bond strength in the 3 groups was in the same order of magnitude. Failure mode was different for both alloys. Failure of the bonding to the Au-Ti alloy predominantly occurred at the alloy-oxide interface, no matter which fabrication process was used. On the Au-Pt-Pd-In alloy, more ceramic residues were observed. Conclusion: The machined alloy Au 1.7-Ti 0.1-Ir provides sufficient bond strength to veneering ceramics, but this has to be proven by a clinical study. (Quintessence Int 2007;38:867-872).

Review of Contact and Dynamic Phenomena in Cold Roll Forming

This review reflects the state of the art in study of contact and dynamic phenomena occurring in cold roll forming. The importance of taking these phenomena into account is determined by significant machine time and tooling costs spent on worn out forming rolls replacement and equipment adjustment in cold roll forming. Predictive modelling of the tool wear caused by contact and dynamic phenomena can reduce the production losses in this technological process.