Numerical And Experimental Study On Producing Aluminum Alloy 6061 Shafts By Cross Wedge Rolling Using A Universal Rolling Mill

• Autorzy: Tofil A. , Tomczak J. , Bulzak T.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0210

Warianty tytułu

PL

Teoretyczno-doświadczalne badania procesu walcowania poprzeczno-klinowego odkuwki ze stopu aluminium 6061 w uniwersalnej walcarce kuźniczej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a selection of numerical and theoretical results of the cross wedge rolling process for producing stepped shafts made of aluminum alloy 6061. The numerical modeling was performed using the FEM-based Simufact Forming simulation software. In the simulations, we examined the kinematics of metal flow and determined the distribution patterns of effective strains, temperatures, axial stresses and the Cockroft-Latham damage criterion. Variations in the rolling forces were determined, too. The numerical results were verified experimentally using a universal rolling mill designed and constructed by the present authors. This machine can be used to perform such processes as cross wedge rolling, longitudinal rolling and round bar cropping. During the experiments, we examined process stability and finished product geometry and recorded the torques. The experimental results confirm that axisymmetric aluminum alloy shafts can be produced by cross wedge rolling with two rolls. Last but not least, the experiments served to evaluate the technological potential of the rolling mill used.

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań teoretyczno – doświadczalnych procesu walcowania poprzeczno – klinowego odkuwki wałka stopniowanego ze stopu aluminium w gatunku 6061. Analizę teoretyczną przeprowadzono w programie Simufact Forming, bazującym na metodzie elementów skończonych. W trakcie symulacji analizowano kinematykę płynięcia materiału, wyznaczono rozkłady intensywności odkształcenia, temperatury, naprężeń w kierunku osiowym oraz kryterium zniszczenia wg Cockrofta Lathama. Ponadto określono parametry siłowe podczas walcowania. Weryfikacji doświadczalnej wyników modelowania numerycznego procesu walcowania dokonano w uniwersalnej walcarce kuźniczej, która stanowi własna konstrukcję. Zastosowana walcarka umożliwia realizacje takich procesów jak: walcowanie poprzeczno-klinowe, walcowanie kuźnicze wzdłużne oraz dzielenie bezodpadowe. Podczas eksperymentu analizowano stabilność procesu, geometrie ukształtowanych odkuwek oraz rejestrowano wartość momentów obrotowych. Uzyskane wyniki prowadzonych badań potwierdziły możliwość kształtowania osiowosymetrycznych odkuwek ze stopów aluminium metodą WPK dwoma walcami. W trakcie eksperymentu określono również możliwości technologiczne walcarki.

Słowa kluczowe

EN

cross wedge rolling; aluminum alloys; FEM; experiment

PL

walcowanie poprzeczno-klinowe; stopy aluminium; MES; doświadczenie

• 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. 2A
• Strony: 801--807
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Tofil A.

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

autor

Tomczak J.

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

autor

Bulzak T.

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

Bibliografia

• [1] Z. Pater, Walcowanie poprzeczno-klinowe. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2009.
• [2] Z. Pater, A. Tofil, Experimental and theoretical analysis of the cross-wedge rolling process in cold forming conditions, Arch. Metall. Mater. 52, 55-65 (2007).
• [3] Z. Pater, Cross-Wedge Rolling of Shafts With an Eccentric Step, J. Iron. Steel Res. Int. 18, 26-30 (2011).
• [4] Z. Deng, M. Lovell, K. Tagavi, Influence of Material Properties and Forming Velocity on the Interfacial Slip Characteristics of Cross Wedge Rolling, J. Manuf. Sci. Eng. 123, 647-653 (2001).
• [5] A. Tofil, Research of new splitting process of pipe billets from 2618A aluminium alloy basing on cross-wedge rolling. Arch. Metall. Mater. 58, 725-729 (2013).
• [6] J. Bartnicki, Z. Pater, The aspects of stability in cross-wedge rolling processes of hollowed shafts, J. Mater. Process. Technol. 155-156, 1867-1867 (2004).
• [7] T. Bulzak, J. Tomczak, Z. Pater, Przegląd metod kształtowania rowków wiórowych wierteł krętych ze stali narzędziowych, Przegląd Mechaniczny 6, 15-21 (2013).
• [8] M.T. Wang, X.T. Li, F.S. Du, Current trends in cross wedge rolling for part forming, ISIJ Int. 45, 1521-1525 (2005).
• [9] Simufact.material 2012. 0.0.14871, simufact engineering gmbh, Hamburg 2012.
• [10] A. Gontarz, J. Piesiak, Model pękania według kryterium Cockrofta-Lathama dla stopu magnezu MA2 w warunkach kształtowania na gorąco, Obróbka Plastyczna Metali. 4, 217-227 (2010).
• [11] X. Duana, X. Velayb, T. Sheppard, Application of finite element method in the hot extrusion of aluminium alloys. J. Mater. Sci. Eng. 369, 66-75 (2004).
• [12] H.N. Hana, K.H. Kim, A ductile fracture criterion in sheet metal forming process, J. Mater. Process. Technol. 142, 231-238 (2003).
• [13] A. Tofil, Z. Pater, J. Tomczak, Dwuwalcowa klatka walcownicza, zwłaszcza do walcowania poprzecznego, wzdłużnego oraz dzielenia bezodpadowego. Polski patent PL 215512 (2013).
• [14] A. Tofil, J. Tomczak, Z. Pater, Przekładnia redukcyjna ze zmiennym kierunkiem obrotów wałów wyjściowych, z możliwością pomiaru momentu obrotowego. Polski patent, numer decyzji DP/P.395434/8/aper. (2011).

Uwagi

EN

Financial support of Structural Funds in the Operational Programme – Innovative Economy (OP IE) financed from the European Regional Development Fund – Project ”Modern material technologies in aerospace industry” (No. POIG.0101.02-00-015/08) is gratefully acknowledged.

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.