Trwałość narzędzi w procesach kucia

• Autorzy: Gronostajski Z. , Kaszuba M. , Hawryluk M. , Nowak B.

Warianty tytułu

EN

Tool lifetime in forging processes

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule omówiono najważniejsze mechanizmy niszczące narzędzia w procesach kucia, takie jak: zużycie ścierne, zmęczenie cieplno-mechaniczne, odkształcenie plastyczne, pękanie zmęczeniowe, zużycie adhezyjne i utlenianie. Wykazano, że intensywność zużycia zmienia się wraz ze zmianą parametrów procesu lub miejsca na narzędziu, co jest zdeterminowane przez czas kontaktu pomiędzy matrycą i odkuwką oraz zmianami temperatury. Natomiast w literaturze wymienione zjawiska na ogół analizowane są oddzielnie i nie ma dokładnego opisu fizycznego procesu zużycia, uwzględniającego wszystkie zjawiska jednocześnie, jak ma to miejsce w rzeczywistości. Na podstawie analizy mechanizmów niszczących oraz warunków pracy narzędzi w procesach kucia na półgorąco i na gorąco, wyodrębniono trzy grupy czynników wpływających na trwałość narzędzi kuźniczych. Czynniki te związane są z narzędziem (rodzaj materiału, technologia wykonania, kształt, konstrukcja, jakość wykonania), z odkuwką (rodzaj materiału, kształt, temperatura początkowa przedkuwki, jakość powierzchni, tolerancja wymiarowa) oraz z eksploatacją (parametry procesu kucia, rodzaj maszyny, zastosowana technologia kucia). Omówiono również metodę poprawy trwałości narzędzi ze szczególnym uwzględnieniem technologii wykonania warstwy wierzchniej, gdzie obecnie duże perspektywy stwarzają metody hybrydowe obróbki powierzchniowej, polegające na zastosowaniu dwóch lub więcej technik inżynierii powierzchni w jednym procesie technologicznym. Najczęściej stosowanymi warstwami hybrydowymi są warstwy typu warstwa azotowana/powłoka PVD lub CVD. Dzięki połączeniu i wzajemnemu oddziaływaniu różnych technologii można uzyskać właściwości warstwy wierzchniej nieosiągalne przy zastosowaniu tych technik oddzielnie.

EN

This article discusses the most important mechanisms of tool destruction in forging processes, such as: abrasive wear, thermomechanical fatigue, plastic deformation, fatigue cracking, adhesive wear, and oxidation. It is shown that the intensity of wear changes when process parameters or the location on the tool change, which is determined by the time of contact between the die and forging as well as by temperature changes. The aforementioned phenomena are generally analyzed separately in the literature, and there is no precise physical description of the wear process that accounts for all of these phenomena simultaneously, just as they occur in reality. Based on analysis of destructive mechanisms and tool working conditions in semi-hot and hot forging processes, three groups of factors with an influence on the lifetime of forging tools were distinguished. These factors are related to the tool (type of material, manufacturing technology, shape, design, quality of workmanship), to the forging (type of material, shape, initial preform temperature, surface quality, dimensional tolerance) and to the forging process (forging process parameters, machine type, applied forging technology). A method for improving tool lifetime is also discussed, with particular emphasis on technology for forming the surface layer, where hybrid surface methods based on the application of two or more surface engineering techniques in one technological process are currently creating many new possibilities. The most commonly applied hybrid layers are nitrided layer/PVD or CVD coating. Thanks to the combination and reciprocal interaction of different technologies, properties of the surface layer that are not attainable when these techniques are applied separately can be achieved.

Słowa kluczowe

PL

kucie; inżynieria powierzchni; trwałość; narzędzia

EN

forging; surface engineering; lifetime; tools

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 3
• Strony: 255--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Gronostajski Z.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Obróbki Plastycznej i Metrologii, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław, Poland

autor

Kaszuba M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Obróbki Plastycznej i Metrologii, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław, Poland

autor

Hawryluk M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Obróbki Plastycznej i Metrologii, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław, Poland

autor

Nowak B.

• Kuźnia Jawor, ul. Kuziennicza 4, 59-400 Jawor, Poland

Bibliografia

• [1] Sińczak Jan, 2007. Kucie dokładne. Kraków: Uczelniane Wydaw. Nauk.-Dydakt. AGH
• [2] Brucelle, Olivier, Bernhart, Gerard. 1999. „Methodology for service life increase of hot forging tools.” Journal of Materials Processing Technology 87 (1): 237-246.
• [3] Kocańda, Andrzej. 2003. „Określenie trwałości narzędzia w obróbce plastycznej metali.” Informatyka w Technologii Metali, edited by Piela Antoni, Grosman Franciszek, Kusiak Jan and Pietrzyk Maciej, 213-256. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.
• [4] Ryuichiro, E., Katsuaki, K. 2008 „Failure analysis of hot forging dies for automotive components”. Engineering, Failure Analysis 15: 881–893.
• [5] Gronostajski, Zbigniew, Hawryluk, Marek, Zwierzchowski, Maciej, Kaszuba Marcin, Marciniak Marcin. 2011. „Analiza zmęczenia cieplnego stali WCLV stosowanej na matryce do kucia na gorąco.” Rudy i Metale Nieżelazne 56 (11): 654-660
• [6] Ryuichiro, Ebara, Katsuaki, Kubota. 2008. „Failure analysis of hot forging dies for automotive components.” Engineering, Failure Analysis 15: 881–893.
• [7] Gronostajski, Zbigniew, Hawryluk, Marek, Zwierzchowski Maciej, Kaszuba Marcin, Niechajowicz Adam. 2011. „Opis zjawisk zużycia matryc do kucia na gorąco tarczy do skrzyni biegów”. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 78 (8): 607-611.
• [8] Smolik, Jerzy. 2007. Rola warstw hybrydowych typu warstwa azotowana/powłoka PVD w procesie zwiększania trwałości matryc kuźniczych. Radom: WITE.
• [9] Klimpel, Andrzej, 1999. Technologie napawania i natryskiwania cieplnego. Gliwice : WPŚ.
• [10] Meller, Artur, Legutko, Stanisław, Smolik, Jerzy. 2010. „Badanie wpływu warstw hybrydowych na trwałość matryc do kucia na gorąco.” Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 30 (4): 199-211.
• [11] Starzyński, Grzegorz. 2002. „Warstwa wierzchnia i jej modelowanie.” Paper presented at VIII Seminarium Szkoleniowe nt. „Nieniszczące badania materiałów", Zakopane.
• [12] Smolik, Jerzy, Mazurkiewicz, Adam, Walkowicz, Jan. 2008. „Aplikacje hybrydowych technologii inżynierii powierzchni w praktyce przemysłowej.” Paper presented at Zebranie Komitetu Nauki o Materiałach – Polskiej Akademii Nauk, Radom, October 13.
• [13] Kwaśny, Waldemar. 2009. Prognozowanie własności powłok PVD i CVD na podstawie wielkości fraktalnych opisujących ich powierzchnie, Gliwice: International OCSCO World Press.
• [14] Ciski, Aleksander, Nakonieczny Aleksander, Babul, Tomasz. 2009. „Badanie możliwości połączenia technologii długookresowego wymrażania i kulowania stali narzędziowej do pracy na gorąco W300, Inżynieria Powierzchni 2: 3-9.