Numerical Analysis of the Skew Rolling Process for Rail Axles

• Autorzy: Pater Z. , Tomczak J. , Bulzak T.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0068

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna procesu walcowania skośnego osi wagonowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes a new method for producing stepped rail axles. The method is based on the skew rolling process. With this method, the product is formed by three tapered rolls located every 120° on the perimeter of the billet. Positioned askew to the centerline of the billet, the rolls rotate in the same direction and with the same velocity. At the same time, they get closer together or go apart depending on the desired cross sectional reduction of an axle step. In addition, the workpiece is shifted lengthwise relative to the rolls by the translational motion of the workpiece-holding chuck. In order to verify the designed method for producing rail axles, a series of numerical simulations were performed using the Simufact. Forming v.12 simulation software. The numerical modeling enabled the determination of maps of the effective strain and temperature in the finished product as well as variations in the loads and torques during rolling. The numerical results unambiguously confirm that the skew rolling method can be applied to form parts of considerable dimensions (the modeled axles had a length of 2146 mm and their maximum diameter was 202 mm).

PL

W artykule opisano metodę wytwarzania stopniowanej osi wagonowej bazującą na procesie walcowania skośnego. W metodzie tej wyrób kształtowany jest za pomocą trzech rolek stożkowych, rozmieszczonych na obwodzie wsadu co 120°. Rolki te ustawione są skośnie względem osi wsadu, a w trakcie kształtowania obracają się z jednakową prędkością w tę sa-mą stronę oraz jednocześnie zsuwają lub rozsuwają się - w zależności od redukcji przekroju poprzecznego kształtowanego stopnia osi. Dodatkowo, wyrób kształtowany przesuwany jest wzdłużnie względem rolek, w wyniku ruchu postępowego uchwytu utwierdzającego jeden z jego końców. Sprawdzenia poprawności założonej koncepcji kształtowania osi wagonowej dokonano w drodze symulacji numerycznej wykonanej w programie Simufact. Forming v.12. W efekcie wykonanych obliczeń uzyskano mapy intensywności odkształcenia i temperatury w ukształtowanym wyrobie oraz wyznaczono przebiegi sił i momentów w trakcie walcowania. Jednoznacznie potwierdzono możliwość kształtowania wyrobów o dużych gabarytach (długość osi wynosi 2146 mm, a jej średnica maksymalna 202 mm) metodą walcowania skośnego.

Słowa kluczowe

EN

skew rolling; rail axle; FEM

PL

walcowanie skośne; oś wagonowa; FEM

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 1
• Strony: 415--418
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pater Z.

• Mechanical Department, Lublin University of Technology, 36 Nadbystrzycka, 20-618 Lublin, Poland

autor

Tomczak J.

• Mechanical Department, Lublin University of Technology, 36 Nadbystrzycka, 20-618 Lublin, Poland

autor

Bulzak T.

• Mechanical Department, Lublin University of Technology, 36 Nadbystrzycka, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Z. Pater, Development of Cross Wedge Rolling Theory and Technology. Steel Research International, “Special edition: Metal Forming 2010”, 25-32 (2010).
• [2] Z. Pater, Cross-Wedge Rolling. In Comprehensive Materials Processing; Button, S. T., Ed.; Elsevier Ltd. 3, 211-279 (2014).
• [3] J. Zhao, L. Lu, The application of multi-wedge cross wedge rolling forming long shaft technology, Applied Mechanics and Materials 101-102, 1002-1005 (2012).
• [4] J. Zhou, Z. Yu, Q. Zeng, Analysis and experimental studies of internal voids in multi-wedge cross wedge rolling stepped shaft, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 72, 1559-1566 (2014).
• [5] B. Sun, X. Zeng, X. Shu, W. Peng, P. Sun, Feasibility Study on Forming Hollow Axle with Multi-wedge Synchrostep by Cross Wedge Rolling, Applied Mechanics and Materials 201-202, 673-677.
• [6] X. Shu, Z. Li, W. Zu, Bending Analysis and Measures of the Forming of Automobile Semi-axle on Cross-Wedge Rolling with Multi-wedge, Applied Mechanics and Materials 184-185, 75-79 (2012).
• [7] Z. Pater, Multi-wedge cross rolling of balls. Journal of Iron and Steel Research International 20, 10, 46-50 (2013).
• [8] X. Shu, X. Wei, Ch. Li, Z. Hu, The influence rules of stress about technical parameters on synchronous rolling railway axis with multi-wedge cross-wedge rolling, Applied Mechanics and Materials 37-38, 1482-1488 (2010).
• [9] B. Hu, X. Shu, P. Yu, W. Peng, The Strain Analysis at the Broadening Stage of the Hollow Railway Axle by Multi-wedge Cross Wedge Rolling, Applied Mechanics and Materials 494-495, 457-460 (2014).
• [10] E. R. Sor, New rolling processes. Ed. Metalurgizdat, Moscow 1960 (in Russian).
• [11] Z. Pater, A. Tofil, Experimental and Theoretical Analysis of the Cross-Wedge Rolling Process in Cold Forming Conditions, Archives of Metallurgy and Materials 52, 2, 289-297 (2007).
• [12] Z. Pater, The Analysis of the Strain in Parts Formed by Means of the Wedge-Rolls Rolling (WRR), Archives of Metallurgy and Materials 50, 3, 675-690 (2005).
• [13] J. Tomczak, Z. Pater, J. Bartnicki, Skew rolling of balls in mul-tiple helical impressions, Archives of Metallurgy and Materials 58, 4, 1072-1076 (2013).
• [14] Z. Pater, J. Tomczak, J. Bartnicki, M. R. Lovell, P. L. Menezes, Experimental and numerical analysis of helical-wedge rolling process for producing steel balls. International Journal of Ma-chine Tools & Manufacture 67, 1-7 (2013).
• [15] Z. Pater, T. Bulzak, A. Tofil, J. Tomczak, Helical-wedge rolling of balls. Kovarenstvi, 47, 84-87 (2013).
• [16] Z. Pater, Analysis of the helical-wedge rolling process for pro-ducing a workholding bolt. Metalurgija 53, 4, 653-656 (2014).
• [17] Z. Pater, Analysis of the Helical-Wedge Rolling Process for Producing a Long Stepped Shaft. Key Engineering Materials 622-623, 893-89 (2014).