Analiza zużycia narzędzi kuźniczych przy wykorzystaniu ramienia pomiarowego ze zintegrowanym skanerem laserowym

• Autorzy: Hawryluk M. , Ziemba J. , Skwarski M.

Warianty tytułu

EN

Analysis of forging tool wear with the application of a measuring arm integrated with a laser scanner

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Praca dotyczy możliwości wykorzystania technik skanowania 3D do kontroli zmian geometrii warstwy wierzchniej narzędzi kuźniczych w oparciu o pomiar zmian geometrycznych odkuwek cyklicznie pobieranych z procesu. Do badań wytypowano proces kucia odkuwki pokrywy stosowanej jako uszczelniacz wału korbowego w samochodach ciężarowych. Szczegółowej analizie poddano zużywanie się narzędzia – wypełniacza, stosowanego w drugiej operacji kucia (w górnym zestawie narzędzi). Badania zostały podzielone na dwa etapy. Pierwszym etapem była analiza zużycia narzędzi na podstawie bezpośredniego skanowania ich powierzchni, a następnie opracowania krzywej zużycia – ubytku materiału w zależności od liczby odkuwek. W drugim etapie przeprowadzono skanowanie wybranej powierzchni cyklicznie pobieranych odkuwek i na tej podstawie dokonywano analizy postępującego przyrostu materiału, co jednocześnie stanowiło ubytek materiału na narzędziach. Następnie wyznaczono charakterystykę zmian geometrii odkuwek i porównano z krzywą zużycia dla narzędzi. Uzyskane analizy wykazały dużą zgodność, co wskazuje na możliwość wykorzystania pośredniej metody skanowania odwrotnego 3D (na podstawie pomiarów powierzchni odkuwek) do analizy zmian geometrii warstwy wierzchniej narzędzi kuźniczych, bez konieczności ich demontażu z agregatu kuźniczego. Zaproponowane przez autorów innowacyjne podejście do oceny aktualnego stanu narzędzia kuźniczego pozwala na podejmowanie decyzji o przedłużeniu bądź skróceniu czasu jego eksploatacji na podstawie rzeczywistego (bieżącego) zużycia, a nie na podstawie sztywno ustalonej trwałości (maksymalnej liczby wykonanych odkuwek). Wykazane w pracy wady i zalety opracowanej metody z wykorzystaniem skanowania 3D pozwalają na wydłużenie czasu eksploatacji oprzyrządowania kuźniczego, a tym samym na wymierne obniżenie kosztów produkcji.

EN

The study discusses the possibilities of the application of 3D scanning techniques to control the changes in the geometry of the forging tool surface layer on the basis of a measurement of the geometrical changes of the forgings periodically collected from the process. For the investigations, the process of producing a forging of a lid used as a crankshaft seal in motor trucks was selected. A detailed analysis was performed on the wear of the tool – a filler used in the second forging operation (in the upper tool set). The studies were divided into two stages. The first stage was an analysis of the tools’ wear based on direct scanning of their surface, followed by the elaboration of the wear curve – material loss depending on the number of forgings. The second stage involved scanning of the selected surface of the periodically collected forgings and, based on it, an analysis of the proceeding material growth, which simultaneously constituted a material loss on the tools. Next, the characteristics of the geometry change of the forgings were determined and compared with the wear curve for the tools. The obtained analyses were in a good agreement, which suggests the possibility of using the indirect method of 3D reverse scanning (based on the forging surface measurements) for the analysis of the geometry changes of the forging tool surface layer, without the necessity to disassemble the tools from the forging aggregate. The innovative approach to the assessment of the current state of a forging tool proposed by the authors makes it possible to make decisions about a prolongation or shortening of its operation time based on the actual (pre-sent) wear, rather than on the basis of a predetermined, hardcoded durability (maximal number of produced forgings). The pros and cons of the elaborated method with the use of 3D scanning presented in the paper make it possible to prolong the operation time of forging instrumentation, thus measurably lowering the production costs.

Słowa kluczowe

PL

zużycie; trwałość narzędzi; narzędzia kuźnicze; skanowanie ramieniem pomiarowym

EN

wear; forging tool durability; scanning with a measuring arm

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 28, nr 3
• Strony: 223--238
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Hawryluk M.

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

autor

Ziemba J.

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

autor

Skwarski M.

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

Bibliografia

• [1] Bills P.J., R. Racasan, et al. 2012. „Volumetric wear assessment of retrieved metal-on-metal hip prostheses and the impact of measurement uncertainty”. Wear 274–275: 212–219.
• [2] Curless B. 2000. „From Range Scans to 3D Models”. ACM SIGGRAPH Computer Graphics 33 (4): 38–41. DOI:10.1145/345370.345399.
• [3] Derejczyk K., K. Siemiński. 2016. „Analiza dokładności metod optycznego skanowania 3D”. Mechanik 4: 312–313.
• [4] Dworzak Ł., M. Hawryluk, M. Kaszuba, J. Ziemba. 2016. „Analysis of the approximation of data obtained from scanning of a forging tool by instrument measuring arm under production conditions”. W mat. konf. IV Manufacturing Conference & 95th Anniversary of the Faculty of Mechanical Engineering and Management: IV International Scientific Technical Conference MANUFACTURING 2014, Poznan, Poland, 8-10 December 2014, 23–34. Poznań: Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management.
• [5] Gąska A., M. Olszewska. 2011. „Ocena odwzorowania kształtu za pomocą współrzędnościowego ramienia pomiarowego wyposażonego w głowicę optyczną”. Postępy Nauki i Techniki 7: 37–43.
• [6] Gronostajski Z., M. Hawryluk, J. Jakubik, M. Kaszuba, G. Misiun, P. Sadowski. 2015. „Solution examples of selected issues related to die forging”. Archives of Metallurgy and Materials 60 (4): 2767–2775.
• [7] Gronostajski Z., M. Hawryluk, M. Kaszuba, J. Ziemba. 2016. „Application of a measuring arm with an integrated laser scanner in the analysis of the shape changes of forging instrumentation during production”. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability 18 (2): 194–200. DOI: 10.17531/ein.2016.2.6.
• [8] Gronostajski Z., M. Hawryluk, M. Kaszuba, P. Widomski, J. Ziemba. 2017. „The application of the reverse 3D scanning method to evaluate the wear of forging tools divided on two selected areas”. International Journal of Automotive Technology 18 (4): 653−662.
• [9] Gronostajski Z., M. Kaszuba, M. Hawryluk, M. Marciniak, M. Zwierzchowski, A. Mazurkiewicz, J. Smolik. 2015. „Improving durability of hot forging tools by applying hybrid layers”. Metallurgy 54 (4): 687–690.
• [10] Gronostajski Z., M. Kaszuba, M. Hawryluk, M. Zwierzchowski. 2014. „A review of the degradation mechanisms of the hot forging tools”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 14 (4): 528–539.
• [11] Gronostajski Z., M. Kaszuba, S. Polak, M. Zwierzchowski, A. Niechajowicz, M. Hawryluk. 2016. „The failure mechanisms of hot forging dies”. Materials Science and Engineering: A Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing 657: 147–160.
• [12] Hawryluk M., J. Ziemba. 2017. „The possibility of using scanning techniques in forging applications”. Obróbka Plastyczna Metali 27 (1): 39–58.
• [13] Juras B., D. Szewczyk. 2011. „Dokładność pomiarów realizowanych skanerem optycznym”. Postępy Nauki i Techniki 7: 29–36.
• [14] Kawalec A., M. Magdziak. 2012. „Wpływ metody dopasowania na wyniki pomiarów pióra łopatki”, XI Forum Inżynierskie ProCAx, część II, Kraków, 16-18 października 2012 r.
• [15] Kuş A. 2009. „Implementation of 3D optical scanning technology for automotive applications”. Sensors 9 (3): 1967–1979.
• [16] Lord J.K., D.J. Langton, A.V.F. Nargol, T.J. Joyce. 2011. „Volumetric wear assessment of failed metal-on-metal hip resurfacing prostheses”. Wear 272 (1): 79–87.
• [17] Lulkiewicz J., S. Szkudelski, B. Pachutko. 2015. „Kompleksowe badania matryc kuźniczych”. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 3 (90): 16–19.
• [18] Machácek P., J. Tomícek. 2010. „Application of laser scanning in reverse engineering and prototype manufacturing”. WTP 1 (21): 35–44.
• [19] Marton E., F. Pizzolon. 2010. „Dimensional control during forging. Innovative 3d laser measuring systems”. Forge Applications 1 (23): 35–44.
• [20] Pachutko B., S. Ziółkiewicz. 2012. „Investigation of the wear processes of dies for forging building anchors basing on metallographic examinations”. Obróbka Plastyczna Metali 23 (4): 277–293.
• [21] Ratajczyk E. 2008. „Współrzędnościowe ramiona pomiarowe i ich testy dokładności”. Przegląd Elektrotechniczny 5: 181–185.
• [22] Weckenmann A., J. Weickmann. 2006. „Optical inspection of formed sheet metal parts applying fringe projection systems and virtual fixation”. Metrology and Measurement Systems 13(4): 321–334.
• [23] Wieczorowski M., M. Ruciński, R. Koteras. 2010. „Application of optical scanning for measurements of castings and cores”. Archives of Foundry Engineering 10: 265−268.
• [24] Wszołek A. 2014. „Dokładność skanera 3D”. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 5: 12.