The use of a measuring arm with a laser scanner for analysis and support of regenerative surfacing processes of forging dies

• Autorzy: Kaszuba Marcin D. , Widomski Paweł , Kiełczawa Tomasz , Gronostajski Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.26628/wtr.v92i3.1103

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie ramienia pomiarowego ze skanerem laserowym do analizy i wspomagania procesów napawania regeneracyjnego matryc kuźniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research conducted in order to develop the technology of regenerative surfacing of forging dies. The selected example shows how the use of a measuring arm with a laser scanner can be used to support the regeneration process. The tests were conducted in industrial conditions of a forging die. The analysis of the regeneration process was carried out at each of 4 stages: after wear in the forging process, after initial machining, after regenerative surfacing and after final machining. It has been shown that scanning can be used to develop programs for mechanical pre-treatment, to measure the volume of padding welds, to determine the amount of finishing allowance, to verify the effectiveness of the surfacing process and to control the quality of the die before the forging process. The obtained results confirmed the effectiveness of the regeneration carried out. In terms of performance, it has been shown that too much padding weld's material is a machining allowance. For this reason, the treatment is time and energy consuming and about 68% of the padding weld's material is waste or chips. The analysis showed the possibility of saving up to 45% of the weld metal material by using reasonable allowances of smaller thickness. These results indicate the need to modify the regeneration technology and the legitimacy of using robotic surfacing, which can provide greater precision and repeatability in the laying of padding weld’s beads. The next stage of research will be robotization of the analyzed forging die regeneration process using WAAM technology.

PL

Artykuł prezentuje efekty badań prowadzonych w celu rozwoju technologii napawania regeneracyjnego matryc kuźniczych. Na wybranym przykładzie pokazano w jaki sposób zastosowanie ramienia pomiarowego ze skanerem laserowym może służyć do wspomagania procesu regeneracji. Badania prowadzono w przemysłowych warunkach kuźni matrycowej. Analizę procesu regeneracji prowadzono na każdym z 4 etapów: po zużyciu w procesie kucia, po wstępnej obróbce mechanicznej, po napawaniu regeneracyjnym oraz po wykańczającej obróbce mechanicznej. Wykazano, że skanowanie może być wykorzystywane do opracowania programów wstępnej obróbki mechanicznej, do pomiaru objętości napoin, do określenia wielkości naddatku na obróbkę wykańczającą oraz do weryfikacji skuteczności procesu napawania i kontroli jakości matrycy przed procesem kucia. Uzyskane wyniki potwierdziły skuteczność przeprowadzonej regeneracji. W aspekcie wydajności wykazano, że zbyt wiele materiału napoiny stanowi naddatek pod obróbkę mechaniczną. Z tego powodu obróbka jest czaso- i energochłonna a ok. 68% materiału napoiny stanowi odpad czyli wióry. Przeprowadzona analiza wykazała możliwość zaoszczędzenia do 45% materiału stopiwa przy zastosowaniu rozsądnych naddatków o mniejszej grubości. Wyniki te wskazują na konieczność modyfikacji technologii regeneracji oraz zasadność stosowania napawania zrobotyzowanego, które może zapewnić większą precyzję i powtarzalność przy układaniu ściegów napoiny. Kolejnym etapem badań będzie robotyzacja analizowanego procesu regeneracji matrycy kuźniczej przy wykorzystaniu technologii WAAM.

Słowa kluczowe

EN

hardfacing; regeneration; forging die; wear; scanning; remanufacturing

PL

napawanie; regeneracja; matryca kuźnicza; zużycie; skanowanie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 92, nr 3
• Strony: 23--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kaszuba Marcin D.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland

autor

Widomski Paweł

• Wrocław University of Science and Technology, Poland

autor

Kiełczawa Tomasz

• Wrocław University of Science and Technology, Poland

autor

Gronostajski Zbigniew

• Wrocław University of Science and Technology, Poland

Bibliografia

• [1] Widomski P., Gronostajski Z., Comprehensive review of methods for increasing the durability of hot forging tools. Procedia Manufacturing, 2020, Vol.47, 349-355. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.04.280
• [2] Mazurkiewicz A., Smolik J., The innovative directions in development and implementations of hybrid technologies in surface engineering. Archives of Metallurgy and Materials, 2015, Vol. 60(3), 2161-2172. DOI:10.1515/amm-2015-0362
• [3] Kashani H., Amadeh A., Vatanara M.R., Improvement of wear resistance of hot working tool steel by hardfacing Part 2 - Case study. Materials Science and Technology, 2008, Vol. 24(3), 356-360. https://doi.org/10.1179/174328407X166731
• [4] Pytel S., Turek J., Okoński S., Zarębski K., The properties and microstructure of padding welds built up on the surface of forging dies. Archives of Foundry Engineering, 2010, Vol. 10(3 spec.), 5-10.
• [5] Wang H.J., Wu Y.Z., Wang H.C., Sun Y.Z., Wang G., Design method and verification for long life hot forging die. In: Materials Research Innovations, 2011.
• [6] Ahn D.G., Lee H.J., Cho J.R., Guk D.S., Improvement of the wear resistance of hot forging dies using a locally selective deposition technology with transition layers. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2016, Vol. 65(1), 257-260. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.013
• [7] Klimpel A., Napawanie i Natryskiwanie Cieplne.WNT, 2000, 470.
• [8] Turyk J.R., Struktura i właściwosci warstw napawanych na wykrojach matryc kuźniczych. Politechnika Krakowska, 2019.
• [9] Dobrzański L.A., Bonek M., Piec M., Hajduczek E., Klimpel A., Laser modification of hot-work tool steels gradient layers.In: 24th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, ICALEO 2005 - Congress Proceedings, 2005.
• [10] Ostrowska K., Gąska A., Kupiec R., Gromczak K., Wojakowski P., Sładek J., Comparison of accuracy of virtual articulated arm coordinate measuring machine based on different metrological models. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 2019.
• [11] Ratajczak E., Zaawansowane pomiary współrzędnościowe w technikach wytwarzania. PAK, 2007, Vol. 53(9bis), 9-16.
• [12] Piratelli-Filho A., Souza P.H.J., Arencibia R., Anwer N., Study of Contact and Non-contact Measurement Techniques Applied to Reverse Engineering of Complex Freeform Parts. International Journal of Mechanical Engineering and Automation, 2014, 1-10.
• [13] Data Sheet of Romer Absolute 7520si.
• [14] Methods for Performance Evaluation of Articulated Arm Coordinate Measuring Machines. US, 2004.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).