Application of a measuring arm with an integrated laser scanner in the analysis of the shape changes of forging instrumentation during production

• Autorzy: Gronostajski Z. , Hawryluk M. , Kaszuba M. , Ziemba J.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.2.6

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie ramienia pomiarowego ze zintegrowanym skanerem laserowym do analizy zmian kształtu oprzyrządowania kuźniczego w trakcie produkcji

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

In the article, the authors present an innovative approach consisting in an analysis of the wear (shape changes) of one of the forging tools directly during production, with the use of a laser scanner, without the necessity of their disassembly from the forging unit. The tests consisted in direct measurements of the shape changes of cyclically sampled forgings during the forging process (every 1000 item), and next, based on the proceeding wear, an indirect analysis was performed of the shape change of the impression of the selected tool, i.e. a filler. At the time of the short technological intervals in the process, direct measurements were performed of the tool itself, with the purpose of verifying the results of the forgings’ measurement in relation to the actual changes in the tool. The performed analyses showed a good agreement of the geometrical properties of the surfaces (of the selected forgings representing the proceeding wear of the tool) and the geometrical defect of the working impression of the tool, based on the direct measurements during the production process. The obtained results allow for a fast analysis of the forging tool life with respect to the quality and the quantity (of material defect), which, in consequence, leads to significant economical savings. The proposed method makes it possible to make decisions on the time period of the tool operation based on the tools’ actual wear, instead of – as has been the case in forging plants up till now – after the given maximal number of forgings has been made or a premature tool damage has been observed.

PL

W artykule autorzy przedstawili innowacyjne podejście polegające na analizie zużywania się (zmian kształtu) jednego z narzędzi kuźniczych bezpośrednio w trakcie produkcji przy wykorzystaniu skanera laserowego, bez konieczności ich demontażu z agregatu kuźniczego. Badania polegały na bezpośrednich pomiarach zmian kształtu cyklicznie pobieranych odkuwek podczas procesu kucia (co 1000szt), a następnie na podstawie postępującego zużywania dokonywana była w sposób pośrednia analiza zmian kształtu wykroju wybranego narzędzia - wypełniacza. Natomiast w momencie krótkich przerw technologicznych w procesie przeprowadzano bezpośrednie pomiary samego (analizowanego) narzędzia w celu weryfikacji wyników pomiaru odkuwek w stosunku do rzeczywistych zmian narzędzia. Przeprowadzone analizy wykazały dużą zgodność cech geometrycznych powierzchni (wybieranych odkuwek odzwierciedlających zużywanie się narzędzia), a ubytkiem geometrycznym wykroju roboczego narzędzia na podstawie bezpośrednich pomiarów podczas produkcji. Uzyskane rezultaty pozwoliły na dokonanie szybkiej analizy trwałości narzędzia kuźniczego pod względem jakościowym i ilościowym (ubytku materiału), co w konsekwencji prowadzi do znacznych oszczędności. Zaproponowana przez autorów metoda pozwala na podejmowanie decyzji o czasie eksploatowania narzędzi na podstawie ich rzeczywistego zużycia, a nie, jak to ma miejsce obecnie w kuźniach, po określonej maksymalnej ilości wykonanych odkuwek lub zaobserwowanego w tym okresie przedwczesnego uszkodzenia narzędzia.

Słowa kluczowe

EN

scanning of forging tools; tool life; failure mechanisms

PL

skanowanie narzędzi kuźniczych; trwałość; mechanizmy niszczące

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 2
• Strony: 194--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gronostajski Z.

• Department of Mechanical Engineering Wroclaw University of Technology Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Hawryluk M.

• Department of Mechanical Engineering Wroclaw University of Technology Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Kaszuba M.

• Department of Mechanical Engineering Wroclaw University of Technology Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Ziemba J.

• Department of Mechanical Engineering Wroclaw University of Technology Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1. Bills P.J, Racasan R, Underwood R.J, Cann P, Skinner J, Hart A.J, Jiang X, Blunt L. Volumetric wear assessment of retrieved metal-on-metal hip prostheses and the impact of measurement uncertainty. Wear 2012; 274–275: 212-219, http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2011.08.030.
• 2. Carmignato S, Spinelli M, Affatato S, Savio E. Uncertainty evaluation of volumetric wear assessment from coordinate measurements of ceramic hip joint prostheses. Wear 2011; 270(9-10): 584-590, http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2011.01.012.
• 3. Farooqui S.A, Morse E.P.: Methods and artifacts for comparison of scanning CMM performance. Journal of Computing and Information Science in Engineering 2007; 7(1): 72-80, http://dx.doi.org/10.1115/1.2709928.
• 4. Gąska A, Olszewska M. Ocena odwzorowania kształtu za pomocą współrzędnościowego ramienia pomiarowego wyposażonego w głowicę optyczną. Postępy Nauki i Techniki 2011; 7: 37-43.
• 5. Gronostajski Z, Hawryluk M, Kaszuba M, Niechajowicz A, Polak S, Walczak S, Jabłoński D. Die profile optimization for forging constant velocity joint casings. Archives of Metallurgy and Materials 2011; 56(2): 551-558, http://dx.doi.org/10.2478/v10172-011-0059-z.
• 6. Gronostajski Z, Hawryluk M, Niechajowicz A, Zwierzchowski M, Kaszuba M, Będza T. Application of the scanning laser system for the wear estimation of forging tools. Computer Methods in Materials Science 2011; 11(2): 425-431.
• 7. Gronostajski Z, Hawryluk M. The main aspects of precision forging. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2008; 8(2): 39-55, http://dx.doi.org/10.1016/S1644-9665(12)60192-7.
• 8. Gronostajski Z, Kaszuba M, Hawryluk M, Marciniak M, Zwierzchowski M, Mazurkiewicz A, Smolik J. Improving durability of hot forging tools by applying hybrid layers. Metallurgy 2015; 54(4): 687-690.
• 9. Gronostajski Z, Kaszuba M, Hawryluk, M, Zwierzchowski M. A review of the degradation mechanisms of the hot forging tools. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2014; 14(4): 528-539, http://dx.doi.org/10.1016/j.acme.2014.07.002.
• 10. ISO GPS 10360-4:2000 Geometrical Product Specifications (GPS) – Acceptance and Reverification Tests for Coordinate Measuring Machines (CMM) – Part 4: CMMs used in Scanning Measuring Mode. Norma.
• 11. Kawalec A, Magdziak M. Metoda obliczania krzywej offset. Przegląd Mechaniczny 2011; 70(7-8): 26-30.
• 12. Kawalec A, Magdziak M. Wpływ metody dopasowania na wyniki pomiarów pióra łopatki, XI Forum Inżynierskie ProCAx, 2012; 2.
• 13. Kontrola jakości odkuwek i matryc - archiwizacja i regeneracja matryc. Materiały informacyjne: ITA-polska; http://www.ita-polska.com.pl.
• 14. Kuş A. Implementation of 3d optical scanning technology for automotive applications. Sensors 2009; 9: 1967-1979, http://dx.doi.org/10.3390/s90301967.
• 15. Langton D.J, Sidaginamale R.P, Holland J.P, Deehan D, Joyce T.J, Argol A.F, Meek R.D, Lord J.K. Practical considerations for volumetric wear analysis of explanted hip arthroplasties. Bone & Joint Research 2014; 3: 60-68, http://dx.doi.org/10.1302/2046-3758.33.2000249.
• 16. Li F. X, Longstaff A, Fletcher S, Myers S. Integrated tactile and optical measuring systems in three dimensional metrology. Computing and Engineering Researchers' Conference, University of Huddersfield, Mar 2012; 1-6.
• 17. Lord J.K, Langton D.J, Nargol A.V.F, Joyce T.J. Volumetric wear assessment of failed metal-on-metal hip resurfacing prostheses. Wear 201; 272(1): 79-87.
• 18. Lu Z1, McKellop HA. Accuracy of methods for calculating volumetric wear from coordinate measuring machine data of retrieved metal-on-metal hip joint implants. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, part H 2014; 228(3): 237-49, http://dx.doi.org/10.1177/0954411914524188.
• 19. Lulkiewicz J, Szkudelski S, Pachutko B. Kompleksowe badania matryc kuźniczych. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 2015; 3(90):16-19.
• 20. Machácek, P, Tomícek J. Application of laser scanning in reverse engineering and prototype manufacturing. WTP 2010; 1(21): 35-44.
• 21. Magdziak M. Metoda pomiaru powierzchni swobodnych na obrabiarce sterowanej numerycznie. Praca doktorska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów 2012.
• 22. Marton E, Pizzolon F. Dimensional control during forging. Innovative 3d laser measuring systems, Forge Applications 2010; (1).
• 23. Measurement of a forging die for tooling corrections. Materiały informacyjne: AICON_3D_SYSTEM; http://www.aicon3d.com/fileadmin/user_upload/produkte/ en/breuckmann_Scanner/01_PDF_IuT/Forging_die_measurement_Web.pdf.
• 24. Pachutko B, Ziółkiewicz S. Investigation of the wear processes of dies for forging building anchors basing on metallographic examinations. Obróbka Plastyczna Metali 2012; 23(4): 277-293.
• 25. Peng X., Wang L., Yang W., Zhao Y., Li D., Jin Z., Fan B., Dong S., Zhang S.: Optimized adaptive control for evaluation of artificial hip joint volumetric wear by coordinate measuring. Hsi-An Chiao Tung Ta Hsueh/Journal of Xi'an Jiaotong University 2014; 48(8): 128-135.
• 26. Salah Hame, R. A. Influence of fitting algorithm and scanning speed on roundness error for 50 mm standard ring measurement using CMM. Metrology and Measurement Systems 2008; 15(1): 33-53.
• 27. Ulatowski K. Ramiona pomiarowe – rynek i zastosowania. Magazyn Przemysłowy 2013; http://www.magazynprzemyslowy.pl/zarzadzaniei-rynek/Ramiona-pomiarowe-rynek-i-zastosowania.
• 28. Weckenmann A, Weickmann J. Optical inspection of formed sheet metal parts applying fringe projection systems and virtual fixation. Metrology and Measurement Systems 2006; 13(4): 321-334.