Numerical analysis of tool failure in hot forging processes

• Autorzy: Behrens A. , Schäfer F. , Hundertmark A. , Bouguecha A.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna uszkodzeń narzędzi w procesach kucia na gorąco

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The determination of tool failure is of great interest for increasing the efficiency of hot forging processes. This paper presents an enhanced Finite-Element (FE) based approach for die wear calculation, in order to realize a design of hot forging dies which is optimized in terms of tool service life. In the first step, basic investigations concerning the development of the tool material's hardness taking thermal softening into account are introduced, based on a model process. In addition, the approach mentioned is calibrated by substantial industrial data to obtain realistic results over a larger number of operating cycles. Beyond, first results of numerical investigations on thermal-mechanical fatigue of hot forging dies are shown.

PL

Określanie (przewidywanie) awarii narzędzi jest bardzo ważne dla zwiększenia wydajności procesów kucia na gorąco. Praca niniejsza przedstawia oparte na metodzie elementów skończonych podejście do obliczania zużycia matryc w celu skonstruowania matryc do kucia na gorąco, które byłyby zoptymalizowane w aspekcie trwałości. Najpierw, wprowadzono podstawowe badania nad rozwojem twardości materiału narzędzia z uwzględnieniem zmiękczenia termicznego, oparte na procesie modelowym. Ponadto, podejście to opiera się na solidnych danych przemysłowych, gdzie uzyskano realistyczne wyniki z wielkiej liczby cykli pracy. Poza tym przedstawiono pierwsze wyniki badań numerycznych nad cieplno-mechanicznym zmęczeniem matryc do kucia na gorąco.

Słowa kluczowe

EN

hot forging; wear; fatigue; FEM

PL

kucie na gorąco; zużycie; zmęczenie; MES (metoda elementów skończonych)

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 19, nr 4
• Strony: 11--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Behrens A.

autor

Schäfer F.

autor

Hundertmark A.

autor

Bouguecha A.

• Institut of Metal Forming, Hannover, Niemcy

Bibliografia

• [1] Heinemeyer, D.: Untersuchungen zur Frage der Haltbarkeit von Schmiedegesenken. Dr.-Ing. Thesis, Hannover, 1976
• [2] Bobke, T.: Randschichtphänomene bei Verschleißvorgängen an Gesenkschmiedewerkzeugen. Dr.-Ing. Thesis, Hannover, 1991
• [3] Kang, J.H.; et al.: A study on a die wear model considering thermal softening (I): Construction of the wear model, Journal of Materials Processing Technology 96, pp. 53-58, 1999
• [4] Kang, J.H.; et al.: A study on a die wear model considering thermal softening (II): Application of the suggested wear model, Journal of Materials Processing Technology 94, pp. 183-188, 1999
• [5] Lee, H C; et al.: Estimation of die service life in hot forging considering lubricants and surface treatments. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 217, pp. 1011-1022, 2003
• [6] Archard, J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces. Journal of Applied Physics, pp. 981-988, 1953
• [7] Schruff, I.: Zusammenstellung der Eigenschaften und Werkstoffkennwerte der Warmarbeitsstähle X38CrMoV51, X40CrMo51, X32CrMoV33 und X38CrMoV53, Thyssen Edelstahl Technische Berichte, 15. Band, Heft 2, pp. 70-81, 1989
• [8] Knörr, M.: Auslegung von Massivumformprozessen gegen Versagen durch Ermüdung. Dr.-Ing. Thesis, Hannover, 1995
• [9] Gao, S.: Life Estimation of Forging Dies. Fortschr.-Ber. VDI Reihe 5 Nr. 716, VDI Verlag Düsseldorf, 2005
• [10] Chaboche, J.-L.; Rousselier, G.: On the Plastic and Viscoplastic Constitutive Equations, Part I: Rules Developed with Internal Variable Concept. J. Pressure Vessel Technology. ASME 105, pp. 153-158, 1983
• [11] Chaboche, J.-L.: Modeling of ratchetting: evaluation of various approaches, European Journal of Mechanics, A/Solids, 13, No 4, pp. 501-518, 1994
• [12] Meidert, M.: Beitrag zur deterministischen Lebensdauerabschätzung von Werkzeugen der Kaltmassivumformung, Dr.-Ing. Thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 2006
• [13] Pedersen, T.: Numerical modelling of cyclic plasticity and fatigue damage in cold-forging tools, Int. Journal of Mechanical Sciences 42, pp. 799-818, 2000