Modelling of the die wear in the hot forging process using the Archard model

• Autorzy: Wilkus M. , Polak S. , Gronostajski Z. , Kaszuba M. , Rauch M. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zużycia narzędzi do kucia na gorąco z wykorzystaniem modelu Archarda

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In hot forging, die wear is the main cause of failure and cost of dies is a meaningful part of the manufacturing costs. In this paper, the wear analysis of a closed hot forging die used at the final stage of a component manufacturing has been performed. The simulation of forging process was carried out by commercial finite element software and the depth of wear was evaluated using Archard model. The results of the die wear measurements were used for identification of material parameters in the die wear model. Changes of the material parameter and hardness of the die material with increasing number of forgings were introduced in the model. By comparing the numerical results with measurements taken from the worn die, the accuracy of the model was evaluated for different points of the die surface. The parts of the die in which other than abrasive wear mechanism are active were identified.

PL

W procesach kucia na gorąco zużycie narzędzi jest główną przyczyną ich zniszczenia i koszty narzędzi są znaczącą częścią całkowitych kosztów produkcji. W niniejszej pracy przeprowadzono analizę kucia w matrycach zamkniętych, stosowanego w końcowym etapie wytwarzania wyrobów kutych. Symulacje procesu kucia wykonano programem wykorzystującym metodę elementów skończonych połączoną z modelem Archarda i na podstawie tych symulacji określono wielkość zużycia ściernego. Wyniki pomiarów wielkości zużycia wykorzystano do identyfikacji parametrów materiałowych w modelu zużycia. Na podstawie porównania wyników obliczeń numerycznych z pomiarami matryc po odkuciu różnej liczby odkuwek oceniono dokładność modelu dla różnych punktów matrycy. Pozwoliło to na zidentyfikowanie obszarów matrycy, w których inne mechanizmy niż zużycie ścierne są odpowiedzialne za zużycie narzędzi.

Słowa kluczowe

EN

forging; tool wear; Archard model; identification

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.2
• Strony: 311--321
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Wilkus M.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Polak S.

• Wrocław University of Technology, Łukaszewicza 5, 50-3 71 Wroclaw, Poland

autor

Gronostajski Z.

• Wrocław University of Technology, Łukaszewicza 5, 50-3 71 Wroclaw, Poland

autor

Kaszuba M.

• Wrocław University of Technology, Łukaszewicza 5, 50-3 71 Wroclaw, Poland

autor

Rauch M.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Pietrzyk M.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Abachi, S., Akkok, M., Gokler, M.I., 2010, Wear analysis of hot forging dies, Tribology International, 43, 467-73.
• Archard, J.F., 1953, Contact and rubbing of flat surfaces, Journal of Applied Physics, 24,981-988.
• Bayer, R.G., 2004, Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Marcel Dekker Inc., New York.
• Behrens, B.-A., Schafer, F., 2009, Service life predictions for hot bulk forming tools, Steel Research International, 80, 887-891.
• Behrens, B.-A., Bouguech, A., Hadifi, T., Klassen, A., 2012, Numerical and experimental investigations on the service life estimation for hot-forging dies, Key Engineering Materials, 504-506,163-168.
• Chenot, J.-L., Bellet, M., 1992, The viscoplastic approach for the finite-element modelling of metal forming processes, Numerical modelling of material deformation processes, (eds) Hartley, P., Pillinger, I., Sturges, C.E.N., Springer-Verlag, London, Berlin, 179-224.
• Jeong, D.J., Kim, D.J., Kim, J.H., Kim, B.M., Dean, T.A., 2001, Effects of surface treatment and lubricants for warm forging die life, Journal of Materials Processing Technology, 113, 544-550.
• Gronostajski, Z., Hawryluk, M., Niechajowicz, A. Zwierzchowski, M., Kaszuba, M., Bedza, T., 2011, Application of the scanning laser system for the wear estimation of forging tools, Computer Methods in Materials Science, 11, 425-431.
• Gronostajski, Z., Ziolkiewicz, S., Hawryluk, M., Kaszuba, M., Polak, S., Jaskiewicz, K., Bedza, T., 2013, Modeling of the tool wear in TR forging of fastener, Computer Methods in Materials Science, 13, 77-83.
• Gronostajski, Z., Kaszuba, M., Hawryluk, M., Zwierzchowski, M., 2014a, A review of the degrada¬tion mechanisms of the hot forging tools, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 14, 528-539.
• Gronostajski, Z., Będza, T., Kaszuba, M., Marciniak, M., Polak, S., 2014b, Modelling the mechanisms of wear in forging tools, Obrobka Plastyczna, 25, 301 -315.
• Hensel, A., 1990, Technologie der Metallformung -Eisen-und Nichteisenwerkstoffe, Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie.
• Hoff, N.J., 1954, Approximate analysis of structures in the presence of moderately large steps deformation, Quarterly of Applied Mathematics, 12,49-55.
• Kang, J.H., Park, I.W., Jae, J.S., Kang, S.S., 1999, A study on die wear model considering thermal softening (II): Application of the suggested wear model, Journal of Materials Processing Technology, 94, 183-188.
• Kocanda, A., Marciniak, Z., 1990, On the problem of optimum temperature of warm working die, CIKP Annals - Manufacturing Technology, 39, 295-297.
• Kocanda, A., 2003, Okreslenie trwalosci narzedzia w ob-robce plastycznej metali, in: Informatyka w Technologii Metali, eds, Piela, A., Grosman, F., Kusiak, J., Pietrzyk, M., Publ.: Wydawnictwo Politechniki Sla.-skiej, Gliwice, 213-256 (in Polish).
• Lavtar, L., Muhic, T., Kugler, G., Tercelj, M., 2011, Analysis of the main types of damage on a pair of industrial dies for hot forging car steering mechanisms, Engineering Failure Analysis, 18, 1143-1152.
• Mozgovoy, S., Hardell, J., Deng, L., Oldenburg, M., Prakash, B., 2009, Effect of temperature on friction and wear of prehardened tool steel during sliding against 22MnB5 steel, Tribology - Materials, Surfaces & Interfaces, 8, 65-73.
• Norton, F.H., 1929, Creep of steel at high temperature, McGraw Hill, New York.
• Nowak, J., Weglarczyk, S., Pietrzyk, M., 2011, Numeryczna symulacja zużycia narzędzi w procesie kucia stopów na bazie miedzi z zastosowaniem różnych technologii kucia, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji,31, 77-91 (in Polish).
• Skóra, M., Węglarczyk, S., Pietrzyk, M., Numerical simulation of tool wear as support of optimization of manufacturing chain for fasteners, Computer Methods in Materials Science, 13, 2013, 68-76.
• Sztangret, L., Szeliga, D., Kusiak, J., Pietrzyk, M., 2012, Application of the inverse analysis with metamodelling for the identification of the metal flow stress, Canadian Metallurgical Quarterly, 51, 440-446.
• Turk, R., Perus, I., Tercelj, M., 2004, New starting points for the prediction of tool wear in hot forging, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44, 1319-1331.