In this study, the sliding wear in spur gears, using Archard's wear model, is analyzed. Formulas of tooth sliding wear depth along the line of action are derived. The tooth profile is modified Id make a smooth transmission of the normal loads and the cylinder profile for reducing the pressure spike is suggested. The sliding wear rate is calculated with these profiling results. We expect these modification methods to contribute to the reduction of sliding wear not only in the root, but the tip of tooth and tooth edge.
Wear model for predicting the vehaviour of a depth is considered in this paper. It is deduced from the energy and volume based wear models such as the Archard equation and the workrate model. A new parameter of the equivalent depth ($D_e$= wear volume /worn area) is considered for the wear model of a depth prediction. A concenpt of a dissipated shear energy density is accommodated for in the suggested models. It is found that $D_e$ can distinguish the worn area shape. A cubic of $D_e$($D_e^3$) gives a better linear regression with the volume than that of the maximmum depth $D_{max}e$($D_{max}^3$) does. Both $D_{max}$ and $D_e$ are used for the presently suggested depth-based wear model. As a result, a wear depth profile can be simulated by a model using $D_{max}$. Wear resistance from the concern of an overall depth can be identified by the wear coefficient of the model using $D_e$.
The service life of tools in metal forming process is to a large extent limited by wear, fatigue fracture and plastic deformation. In elevated temperature forming processes wear is the predominant factor for tool operating life. To predict tool life by wear Achard's model is generally applied. Usually hardness of die is considered to be a function of temperature. But hardness of die is a function of not only tem-perature but also operating time of die. To consider softening of die by repeated operation it is necessary to express hardness of die by a function of a function of temperature and time. By experiment of reheating of die softening curve was obtained and applied to suggest modified Archard's Model in which hardness is a function of main tempering curve.
A pin-on-disk test is performed to measure the wear volume of a ductile cast iron (DCI) roll when it wears down using a high carbon steel and two alloy steels at different sliding velocities between the roll and the material (steel). Normal pressure is set as constant and test temperatures are 400, 500 and $600^{\circ}C$. In addition, thermal softening behavior of the DCI roll is examined using a high-temperature micro-hardness tester and the surface hardness variation of the DCI roll is expressed in terms of temperature and heating time. Based on experimental data, a wear coefficient used in Archard's wear model for each material is obtained. The wear volume is clearly observed when the test temperature is $400^{\circ}C$ and sliding velocity varies. However, it is not measured at temperatures of $500^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$ even with variations in sliding velocity. From the optical photographs of the pin and disk, the abrasive wear is observed at $400^{\circ}C$ clearly, but no at $500^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$. At higher temperatures, the pin surface is not smooth and has many tiny caves distributed on it. It is found that wear volume is dependent on the carbon contents rather than alloy contents. Results also reveal that the variations of wear coefficients are almost linearly proportional to the carbon contents of the material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2110-2117
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2003
A physics-based material removal model in various scales is described and a feature scale simulation for a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed in this work. Three different scales are considered in this model, i.e., abrasive particle scale, asperity scale and wafer scale. The abrasive particle and the asperity scales are combined together and then homogenized to result in force balance conditions to be satisfied in the wafer scale using an extended Greenwood-Williamson and Whitehouse-Archard statistical model that takes into consideration the joint distribution of asperity heights and asperity tip radii. The final computation is made to evaluate the material removal rate in wafer scale and a computer simulation is performed for detailed surface profile variations on a representative feature. The results show the dependence of the material removal rate on the joint distribution, applied external pressure, relative velocity, and other operating conditions and design parameters.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2000.04a
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pp.67-70
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2000
The tool life is not long enough under sever forming condition in warm forging. The tool life is affected by wear heat fatigue plastic deformation and so on. Especially wear is one of the most serious factors for tool life. To increase tool life we should consider various factors like processing design die design die materials lubrication and cooling system This study design to obtain the steady state temperature of die by FEM analysis under several conditions of cooling. There are four cooling conditions in this study no cooling internal cooling external cooling and both internal and external cooling. With above obtained temperatures tool life is predicted using Archard's model that is considered softening of die. The effect of internal cooling system is better than that of externally cooled die. To predict the die life the steady state temperature is calculated by using mean temperature of die. Considering only wear the die life much longer as the cooling effect is bigger. The more accurate die life will be predicted if we consider heat crack as well as wear.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.1
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pp.116-122
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1996
In forming processes, die failure must be considered before die design. One of the main reasons of die failure in industrial application of metal forming technologies is wear. The die wear affects the tolerances of formed parts, metal flow and costs of processes etc. The only way to control these failures is to develop methods which allow prediction of the die wear and which are suited to be used in the design state in order to optimize the process. In this paper, wire drawing processes were simulated using the rigid-plastic finite element method and its results were used for predicting the die wear by Archard's wear model. The effects of the temperature rising on the wear profiles of die were also investigated. The simulation results were compared with the measured die profiles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.983-989
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2011
A numerical algorithm for predicting fretting wear was developed using the boundary element method (BEM). A contact analysis was performed numerically using the relation between the elastic displacement and uniformly distributed loading of a rectangular patch on a semi-infinite solid. Geometrical updating based on nodal wear depths was performed. The wear depths were computed using the Archard's equation for sliding wear. In order to investigate the efficiency of BEM for predicting fretting wear, a problem involving a two-dimensional cylinder on a flat contact was analyzed, comparing it with the simulation model proposed by McColl et al. that was based on the finite element method. The developed method was then applied to the analysis of a spherical contact and it was shown that the developed simulation technique could efficiently predict fretting wear. Moreover, the effect of a step cycle on the solution obtained by the developed method was investigated.
In this study, a wear test method was proposed to predict the wear life of the CrN layer coated on the surface of the press tools for manufacturing the auto-parts with ultra high strength steel (UHSS) with a tensile strength of 1.5 GPa. The pin-on-disc type wear test was carried out to confirm the feasibility and the reproducibility of the wear amount according to the test conditions such as the normal force, the sliding velocity, and the sliding speed. The test conditions were obtained from the finite element stamping analysis and the wear simulation. With the wear amount from the wear test, a prediction model of the wear depth in the CrN coating layer was proposed according to the test conditions with the design of experiments such as Taguchi method and the response surface method. The derived prediction model was then compared to the result of the Archard wear model, fully describing that the proposed model can effectively predict the wear life of the press tools for the auto-parts with UHSS.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.219-220
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2002
To establish a thermodynamic basis for degradation, a hypothesis was made on the potential correlation between entropy and degradation for wear of machinery components. This paper reports an experimental study of wear of model machinery component pairs, on an accelerated testing basis. Measured were wear, friction, temperatures, and entropy flow. Results show a strong correlation between the referenced wear and the production of entropy flow. The hypothesis linking wear to entropy led to formulations consistent with the Archard/Holm wear law.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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