High Carbon Wire Cracking during Cold Forming Process / 
Vznik trhlin vysokouhlíkového drátu při tváření za studena

Marcel Janošec¹, Richard Fabík¹, Markéta Smetanová^1, Marek Machetanz¹, Zoltán Pozbai²

¹ŽDB DRÁTOVNA a.s., Jeremenkova 66, 735 51, Bohumín, Czech Republic
²D&D Drótáru Zrt., Sajószigeti u.4., H-3527, Miskolc, Hungary

Abstract

The article focuses on the issue of crack formation in high-carbon steel wires during the cold upsetting process. This operation ensures the fixation of wire ends in prestressing systems, particularly in systems for concrete tower structures of wind turbines. FEM simulations, physical experiments, and metallographic analyses were used to analyse the causes of these defects. Computer simulations confirmed the presence of unfavourable tensile stresses occurring in the upset parts of the wires. This finding led to the design of a modified tool. In the new tool, tensile components are minimized and compressive stresses prevail in the deformed zone, which are safer in terms of plasticity and the risk of material failure. Physical simulations were carried out on samples with varying levels of initiation defects. It was confirmed that defect depth and the magnitude of the applied deformation influence the resulting crack opening. Based on these results, an adjustment of the sample height was proposed for the physical simulation. The results of the study contribute to a deeper understanding of the mechanisms of material failure during forming and may serve as a basis for improving tool design and increasing the reliability of the manufacturing process.

Keywords: wire, cracking, cold forming, FEM, metallography

Abstrakt

Článek se zabývá problematikou vzniku trhlin v drátech z uhlíkové oceli během procesu tváření za studena. Tato operace zajišťuje upevnění konců drátů v předpínacích systémech, zejména v systémech pro betonové stožárové konstrukce větrných turbín. K analýze příčin těchto vad byly použity simulace metodou konečných prvků (FEM), fyzikální experimenty a metalografické analýzy. Počítačové simulace potvrdily přítomnost nepříznivých tahových napětí v deformovaných částech drátů. Tento poznatek vedl k návrhu upraveného nástroje, v němž jsou tahové složky minimalizovány a v deformované zóně převládají tlaková napětí, jež jsou bezpečnější z hlediska plasticity a rizika selhání materiálu. Fyzikální simulace byly provedeny na vzorcích s různou hloubkou počátečních vad. Bylo potvrzeno, že hloubka vady a velikost aplikované deformace ovlivňují výsledné otevření trhliny. Na základě těchto zjištění byla navržena úprava výšky vzorku pro fyzikální simulace. Výsledky studie přispívají k hlubšímu pochopení mechanismů selhání materiálu během tváření a mohou sloužit jako podklad pro optimalizaci konstrukce nástrojů a zvýšení spolehlivosti výrobního procesu.

Klíčová slova: drát, vznik trhlin, tváření za studena, metoda konečných prvků (FEM), metalografie

Stáhnout článek