Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zastosowanie replik do kontroli części z wykorzystaniem stykowych pomiarów współrzędnościowych

Hawryluk M., Kuran M., Ziemba J.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 11

958--960

PL

Współczesna technika pozwala na projektowanie i wykonanie elementów maszyn o tak skomplikowanej geometrii, że ich weryfikacja z wykorzystaniem współrzędnościowych maszyn pomiarowych jest trudna lub wręcz niewykonalna. Zaprezentowano możliwość zastosowania replik fragmentów geometrii wyrobu do kontroli cech geometrycznych z wykorzystaniem pomiarów stykowych na maszynie współrzędnościowej.

EN

Modern technology allows to design and manufacture machine elements with complex geometry that makes it difficult or even impossible to use coordinate measuring machines for verification of them. The article presents the possibility of using replicas of product geometry to control geometric features using contact measurements on a coordinate machine.

2

Możliwości zastosowania mas r aplikacyjnych w pomiarze zużycia powierzchni roboczych matryc kuźniczych z głębokimi wykrojami z wykorzystaniem skanowania laserowego 3D

Hawryluk M., Kuran M., Ziemba J., Janik M.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 4

25--33

PL

W artykule zaprezentowano możliwości zastosowania metody replikowania geometrii narzędzia kształtującego wyrób w procesie kucia dokładanego na gorąco do kontroli cech geometrycznych z wykorzystaniem techniki skanowania laserowego 3D. Spośród kilkunastu mas o rożnych właściwościach i przeznaczeniu, badaniom poddano dwie masy do replikowania o zbliżonych parametrach, którymi wypełniono matrycę kuźniczą o głębokim -wykroju roboczym stosowaną w procesu wyciskania współbieżnego. Uzyskane wyniki wykazały, że w oparciu o wybrane parametry charakteryzujące masy replikacyjne oraz własne badania możliwy jest dobór optymalnej masy dla pomiarów wykonywanych metodą skanowania 3D ze względu na najlepsze odwzorowanie warstwy wierzchniej i zminimalizowanie deformacji pojawiającej się podczas usuwania replik z mierzonych wykrojów roboczych matryc. Zaproponowane podejście wykorzystujące pomiar w technice skanowania 3D mas replikacyjnych powierzchni narzędzi umożliwia przeprowadzanie badań nieniszczących dla pełnych roboczych powierzchni matryc kuźniczych o głębokich wykrojach i -wspomaganie procesu podejmowania decyzji o ich dalszej eksploatacji poprzez miarodajne określenie ich zużycia.

EN

The article presents the possibilities of using the method of replicating the geometry of the tool shaping the product in the hot forging process for the control of geometric features using 3D laser scanning. Out of a dozen or so masses with different properties and purpose, two masses for replication with similar parameters were tested, which were filled with a forging die with a deep working cavity used in the process of forward extrusion. The obtained results showed that on the basis of the selected parameters characterizing replication masses and own test s, it is possible to select the optimal mass for 3D scanning measurements due to the best mapping of the surface layer and the minimization of the deformations occurring when removing the replicas from the measured working cavities of the dies. The proposed approach using measurement in the 3D scanning technique of replicate masses of tool surfaces enables to perform non-destructive testing of full working surfaces of forging dies with deep cavities and to support decision making about their further exploitation by the reliable determination of their wear.

3

The possibility of applying reverse scanning techniques to analyse the wear of forging tools and forging defects

Hawryluk M., Ziemba J.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 6

215--222

EN

The study refers to the application of a 3D reverse scanning method for the analysis of the progressing wear of forging tools as well as for the detection of forging flaws in a selected hot die forging process. With the use of the POLYWORKS software, two parameters were determined: the volume increase (positive volume), describing the tool wear, and the volume loss of the forging material (outside volume), pointing to the forging defects, e.g. in the form of underfills. Both parameters (positive and outside volume) are interdependent and, on their basis, it is possible to elaborate the performance characteristics in time, e.g. the tool wear curve and the curve pointing to the possibility of the presence of forging defects. The presented approach can constitute a useful and effective tool enabling a fast analysis of the current state of the tools and the quality of the forgings (without the necessity of a significant disturbance of the production process), and it can also be an instrument used to analyse the stability and properness of the production process.

PL

Artykuł dotyczy możliwości wykorzystania metody skanowania odwrotnego 3D za pomocą skanera laserowego w celu analizy postępującego zużycia warstwy wierzchniej narzędzi kuźniczych, jak również do detekcji wad odkuwek w procesie kucia matrycowego na gorąco koła czołowego. Za pomocą oprogramowania POLYWORKS wyznaczano dwa parametry: przyrosty objętości (positive volume) określające zużycie narzędzia oraz ubytki objętości materiału odkuwki (outside volume) wskazujące wadę odkuwek, np.: w postaci niewypełnienia. Oba te parametry (positive i outside volume) są od siebie niezależne i na ich podstawie można opracować charakterystyki eksploatacyjne w czasie, m.in. krzywej zużycia narzędzia oraz krzywej wskazującej na możliwość wystąpienia wad odkuwek. Zaprezentowane podejście może stanowić użyteczne i skuteczne narzędzie pozwalające na szybką ocenę bieżącego stanu narzędzi oraz jakości odkuwek (bez konieczności znaczącej ingerencji w proces produkcyjny), a także może być instrumentem analizy stabilności i poprawności procesu wytwarzania.

4

Modelowanie numeryczne procesu kucia na gorąco odkuwki piasty

Hawryluk M., Rychlik M., Gronostajski Z., Nowak B., Ziemba J., Kondracki P., Zwierzchowski M., Kaszuba M., Widomski P.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2018

|

Vol. 85, nr 1

27--31

PL

W pracy przedstawiono wyniki modelowania numerycznego procesu kucia matrycowego na gorąco odkuwki piasty w celu analizy i poprawy przemysłowego procesu jej wytwarzania. Termomechaniczny model kucia odkuwki piasty z odkształcalnymi narzędziami opracowano przy użyciu oprogramowania Qform 7. Do opracowania i budowy modeli CAD narzędzi kuźniczych wykorzystano program Catia V5R20, firmy Dassault Systemes. Uzyskane wyniki z symulacji numerycznych dotyczyły, m.in. analizy: rozkładów pola temperatur, odkształceń plastycznych, sposobu wypełnienia wykroju dla odkształcanego materiału odkuwki, a także sił kucia oraz analizy rozkładu naprężeń stycznych i normalnych we wkładkach matrycowych celem identyfikacji miejsc najbardziej narażonych na zużycie lub pękanie. Otrzymane rezultaty porównano z przemysłowym procesem kucia i na tej podstawie wprowadzono korekty wynikające z modelowania numerycznego.

EN

The paper presents the results of numerical modeling of the hot die forging process of hub in order to analyze and improve the industrial process of its manufacture. Thermo-mechanical model of hub forging with deformable tools was developed using the software Qform 7. To develop and build CAD models of forging tools used in Catia V5R20 sofware of Dassault Systemes. The obtained results from numerical simulations concerned, among others analysis of temperature distributions, plastic deformation, the way of deformed material flows, as well as forging forces and analysis of the distribution of mean and normal stresses in die inserts to identify areas most exposed to wear or cracking. The obtained results were compared with the industrial forging process and on this base the corrections resulting from numerical modeling were introduced.

5

Analiza procesu kucia odkuwki typu rozwidlonego stosowanej w układzie napędowym koparki przy użyciu wyników symulacji numerycznej

Hawryluk M., Rychlik M., Gronostajski Z., Ziemba J., Nowak B., Jabłoński P.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2018

|

Vol. 85, nr 8

251--255

PL

Praca dotyczy wykorzystania wyników modelowania numerycznego procesu kucia odkuwki typu rozwidlonego stosowanej w układzie napędowym koparki (przegub Cardana) realizowanego na młotach na gorąco. Głównym celem analizy było wykorzystanie symulacji komputerowej do analizy i poprawy przemysłowego procesu wytwarzania odkuwki. Termomechaniczny model kucia odkuwki typu widły z odkształcalnymi narzędziami opracowano przy użyciu oprogramowania Qform 7. Do zbudowania modeli narzędzi kuźniczych wykorzystano program Catia V5R20. W wyniku przeprowadzonych symulacji numerycznych uzyskano, m.in.: rozkłady odkształceń plastycznych oraz temperatur dla odkuwki i narzędzi. Dodatkowo dokonano analizy rozkładu naprężeń średnich i zastępczych w matrycach oraz przebiegów sił w procesie kucia. Otrzymane wyniki pozwoliły na pełniejszą analizę procesu kucia, w tym: identyfikację potencjalnych wad odkuwki (zakuć) oraz obszarów narzędzi najbardziej podanych na uszkodzenie. Wykorzystanie uzyskanych wyników z modelowania numerycznego pozwoliło na poprawę i wprowadzenie usprawnień w przemysłowym procesie kucia.

EN

The work concerns the use of results of numerical modeling of the forging process of the fork type forging used in the excavator’s drive system (cardan joint) realized on steam-air hammers in hot die forging. The main purpose of the analysis was to use computer simulation to analyze and improve the industrial forging process. Thermomechanical model of forging with deformable tools was developed using the software Qform 7. To build models of forging tools was used Catia V5R20 sofware. As a result of the modeling was obtained: distributions of plastic deformations and temperatures for forgings and tools. Additionally distribution of mean and von Missesstresses in dies and as well forging forces. The obtained results allow for a full analysis of the forging process, including: identification of potential defects of forgings (laps) and areas of the tools most reported for damage. Using the results of numerical modeling was allowed to improve and put improvements in the industrial forging process.

6

Analysis of the influence of lubrication conditions on tool wear used in hot die forging processes

Hawryluk M., Gronostajski Z., Ziemba J., Dworzak Ł., Jabłoński P., Rychlik M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 2

169--176

EN

The study discusses the subject of lubrication in the processes of hot die forging with the consideration of the durability of forging tools and instrumentation. It presents a literature research as well as the authors’ own investigations of the effect of the use of cooling and lubrication agents, the amount of the dosage as well as the direction of its application, and also the factors influencing the tribological conditions. The lubrication devices and systems currently applied in the industry have been analyzed as well. On this basis, making use of their knowledge and experience, the authors have developed and constructed a lubricating device. The elaborated system, implemented into the industrial process, makes it possible to select and ensure the optimal tribological conditions of the process by way of controlling the amount and frequency of the applied lubricant dosage. It can constitute an alternative for the manual method of lubricant application, which is dependent on the human factor, or the fully automated, yet expensive, lubrication systems. The obtained test results point to potential possibilities of a permanent introduction of the constructed device also into other forging processes, through its integration with a manipulator. The proposed solution ensures more stability and higher repeatability of the lubrication conditions as well as increases the efficiency of the production process, thus significantly reducing the unit costs of the production of forgings.

PL

Praca dotyczy problematyki smarowania w procesach kucia matrycowego na gorąco z uwzględnieniem trwałości narzędzi i oprzyrządowania kuźniczego. Przedstawiono badania literaturowe oraz własne autorów dotyczące wpływu zastosowania środków smarno-chłodzących, ilości dawki i kierunku jej podawania oraz innych czynników wpływających na warunki tribologiczne. Przeanalizowano także obecnie stosowane w przemyśle urządzenie i systemy smarowania. Na tej podstawie autorzy w oparciu o wiedzę i doświadczenie opracowali i zbudowali urządzenie smarujące. Opracowany system, zaimplementowany do przemysłowego procesu pozwala na dobór i zapewnienie optymalnych warunków tribologicznych w procesie poprzez sterowanie ilością i częstotliwością podawanej dawki środka smarnego. Może być ono alternatywą dla manualnej metody nanoszenia środka smarnego, zależnej od czynnika ludzkiego lub w pełni zautomatyzowanych, lecz drogich systemów smarowania. Uzyskane wyniki badań wskazują na potencjalne możliwości wprowadzenia na stałe do pracy zbudowanego urządzenia także do innych procesów kucia poprzez integrację z manipulatorem. Zaproponowane rozwiązanie zapewnia większą stabilność i powtarzalność warunków smarowania oraz pozytywnie wpływa na zwiększenie wydajności procesu wytwarzania, a tym samym znacząco obniża jednostkowe koszty produkcji odkuwek.

7

Wear Mechanisms Analysis of Dies Used in the Process of Hot Forging a Valve Made of High Nickel Steel

Hawryluk M., Gronostajski Z., Kaszuba M., Krawczyk J., Widomski P., Ziemba J., Zwierzchowski M., Janik M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

1963--1974

EN

The study presents a durability analysis of dies used in the first operation of producing a valve-type forging from high nickel steel assigned to be applied in motor truck engines. The analyzed process of producing exhaust valves is realized in the forward extrusion technology and next through forging in closed dies. It is difficult to master, mainly due to the increased adhesion of the charge material (high nickel steel) to the tool’s substrate. The mean durability of tools made of tool steel W360, subjected to thermal treatment and nitriding, equals about 1000 forgings. In order to perform a thorough analysis, complex investigations were carried out, which included: a macroscopic analysis combined with laser scanning, numerical modelling by FEM, microstructural tests on a scanning electron microscopy and light microscopy (metallographic), as well as hardness tests. The preliminary results showed the presence of traces of abrasive wear, fatigue cracks as well as traces of adhesive wear and plastic deformation on the surface of the dies. Also, the effect of the forging material being stuck to the tool surface was observed, caused by the excessive friction in the forging’s contact with the tool and the presence of intermetallic phases in the nickel-chromium steel. The obtained results demonstrated numerous tool cracks, excessive friction, especially in the area of sectional reduction, as well as sticking of the forging material, which, with insufficient control of the tribological conditions, may be the cause of premature wear of the dies.

8

Durability analysis of forging tools after different variants of surface treatment using a decision-support system based on artificial neural networks

Mrzygłód B., Hawryluk M., Gronostajski Z., Opaliński A., Kaszuba M., Polak S., Widomski P., Ziemba J., Zwierzchowski M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1079--1091

EN

This article concerns a decision-support system based on artificial neural networks (ANN) enabling analysis and forecasting of the durability of forging tools used in the hot forging process of a cover forging – a sealing element of the driveshaft in road freight vehicles. The process of knowledge acquisition, adopted neural network architecture and parameters of the developed network are presented. In addition, 3 variants of a hybrid layer (gas nitrided layer GN + PVD coating) were applied to the selected tools (punches applied in the 2nd top forging operation): GN/AlCrTiN, GN/AlCrTiSiN, and GN/CrN, in order to improve durability, and the resultant tools were also compared to standard tools (with only gas nitriding) and regenerated tools (after repair welding regeneration). The indispensable knowledge about the durability of selected forging tools (after various surface engineering variants), required for the process of learning, testing and validation for various neural network architectures was obtained from comprehensive, multi-year studies. These studies covered, among other things: operational observation of the forging process, macroscopic analysis combined with scanning of tools’ working surfaces, microhardness measurements, microstructural analysis and numerical modeling of the forging process. The developed machine-learning dataset was a collection of approx. 900 knowledge records. The input (independent) variables were: number of forgings manufactures, pressing forces, temperature on selected tool surfaces, friction path and type of protective layer applied to tool. Meanwhile, output (dependent) variables were: geometrical loss of tool material and percentage share of the four main destructive mechanisms. Obtained results indicate the validity of employing ANN-based IT tools to build decision-support systems for the purpose of analyzing and forecasting the durability of forging tools.

9

Możliwości wykorzystania technik skanowania w aplikacjach kuźniczych

Hawryluk M., Ziemba J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 1

39--58

PL

Artykuł dotyczy możliwości zastosowania nowoczesnych bezstykowych technik pomiarowych w kuźniach matrycowych, w szczególności możliwości wykorzystania skanerów optycznych i ramion pomiarowych ze zintegrowanymi skanerami liniowymi. W pracy wskazano na różne aspekty bezstykowych technik pomiarowych wykorzystywanych głównie do dwóch grup obiektów, zwracając uwagę na niedostateczną świadomość ważności stosowanych przyrządów i metod pomiaru, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa uzyskiwanych wyrobów oraz istotnych problemów pomiarowych, wynikających z ekstremalnych warunków panujących w przemysłowych procesach kucia na gorąco. Do pierwszej grupy zaliczyć można rozmaite pomiary odkuwek, m.in.: ich kontrolę w trakcie i po procesie kucia oraz po obróbce mechanicznej z wykorzystaniem techniki kontroli skanów na wirtualnych sprawdzianach z bazami cząstkowymi. Drugą grupę obiektów pomiarowych stanowi oprzyrządowanie kuźnicze, gdzie pomiary obejmują szeroko rozumianą kontrolę jakości nowych matryc, stempli i wkładek matrycowych, analizę zużycia narzędzi kuźniczych oraz pomiary dla narzędzi regenerowanych w technologii napawania. W pracy przedstawiono także inne możliwości wykorzystania technik skanowania, m.in.: do analizy małych i precyzyjnych narzędzi kuźniczych. Przeanalizowano także możliwość stosowania technik skanowania odwrotnego 3D do bezpośredniej kontroli jakości oraz zmian geometrii warstwy wierzchniej narzędzi kuźniczych, bez konieczności ich demontażu, na podstawie pomiaru zmian geometrii cyklicznie pobieranych odkuwek.

EN

The article concerns the possibility of the use of modern non-contact measurement techniques in a die forges, in particular the possibility of using an optical scanners and measuring arms with integrated linear scanners. The work points to different aspects of measuring techniques used mainly for two groups of objects, emphasizing their important role in the context of the safety (achieved forgings – products) and the significant measurement problems due to the extreme conditions in industrial processes hot forging. The first group consists of various measurements of forgings, for example: its control during and after the forging and mechanical treatment, the use of control techniques scans on virtual exams with partial databases. The second group of measuring objects is forging instrumentation, where measurements include the widely understood quality control of new dies, punches and die inserts, the analysis of forging tools wear and measurement for regenerated tools in pad welding technology. The paper presents the other possibilities of using scanning techniques, inter alia: for geometric analysis of small and precise forging tools. Also examined the possibility of using 3D reverse scanning techniques to direct quality control and changes of surface layer geometry of the forging tools, (without the necessity of their disassembly), based on the measurement of geometry changes for cyclically collected forgings.

10

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

Hawryluk M., Ziemba J., Skwarski M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 3

223--238

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.

11

Analiza przyczyn występowania nagłych uszkodzeń narzędzi kuźniczych

Hawryluk M., Widomski P., Ziemba J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 1

75--92

PL

Artykuł dotyczy analizy przyczyn występowania przedwczesnych uszkodzeń i awarii matryc i stempli we wczesnym etapie ich eksploatacji, w odróżnieniu od „typowego”, przewidywalnego i postępującego zużycia narzędzi i oprzyrządowania kuźniczego. Obecnie w Europie i na świecie prowadzi się liczne badania zmierzające do podniesienia trwałości narzędzi kuźniczych. Trwałość najczęściej określana jest liczbą wyprodukowanych przez dane narzędzie, prawidłowych pod względem geometrycznym i jakościowym, odkuwek. Przyjmuje się, że w przypadku narzędzi stosowanych w procesach kucia na gorąco średnia trwałość wynosi około 5000 odkuwek, a czynniki i mechanizmy powodujące skrócenie czasu eksploatacji są dosyć dobrze przeanalizowane. Natomiast w literaturze przedmiotu niewiele miejsca poświęca się przedwczesnym uszkodzeniom oprzyrządowania kuźniczego. Przedstawiona w pracy analiza licznych takich przypadków, a także doświadczenia autorów wskazują, że najczęstszą przyczyną nagłej awarii są problemy związane z niewłaściwą obróbką cieplną (38%), obróbką mechaniczną powierzchni narzędzi (21%), materiałem narzędziowym (16%), błędami wynikającymi z niewłaściwego przygotowania narzędzi do eksploatacji (15%), nieodpowiednio opracowaną technologią kucia (6%) oraz inne przyczyny (4%). Należy podkreślić, że istotny wpływ na przedwczesne zużycie ma także czynnik ludzki, który niejednokrotnie w sposób świadomy lub nieświadomy przyczynia się do wystąpienia nieoczekiwanego zdarzenia powodującego nagłe uszkodzenie lub inną nieprzewidzianą awarię. Przedstawiona analiza ma przyczynić się do rozpoznania przyczyn tego rodzaju uszkodzeń oraz do skutecznej ich eliminacji.

EN

The article presents an analysis of the causes of the occurrence of premature damage and failure of dies and punches at an early stage of operation, as compared to the “typical”, predictable and proceeding wear of forging tools. At present, in Europe and the world, numerous studies are being performed aiming at increasing the durability of forging tools. The latter is usually determined by the number of forgings properly produced by the given tool in respect of geometry and quality. It is assumed that, in the case of tools used in hot forging processes, the average tool life is about 5000 forgings, and the factors and mechanisms shortening the operation time have been quite well analyzed. In turn, the subject literature provides little information on preliminary damage of forging instrumentation. An analysis of such numerous cases presented in the study as well as the authors’ experience point to the fact that the most common cause of rapid failure are problems connected with inappropriate thermal treatment (38%), improper mechanical treatment of tool surfaces (21%), faulty tool material (16%), errors resulting from the tools’ improper preparation for work (15%), inappropriately elaborated forging technology (6%) and others (4%). It should be emphasized that preliminary wear is also significantly affected by the human factor, which, often, consciously or unconsciously, contributes to the occurrence of an unexpected event causing rapid damage or failure. The presented analysis aims at contributing to the recognition of the causes of such type of damage as well as their effective elimination.

12

Development of a Method for Tool Wear Analysis Using 3D Scanning

Hawryluk M., Ziemba J., Dworzak Ł.

Metrology and Measurement Systems

|

2017

|

Vol. 24, nr 4

739--757

EN

The paper deals with evaluation of a 3D scanning method elaborated by the authors, by applying it to the analysis of the wear of forging tools. The 3D scanning method in the first place consists in the application of scanning to the analysis of changes in geometry of a forging tool by way of comparing the images of a worn tool with a CAD model or an image of a new tool. The method was evaluated in the context of the important measurement problems resulting from the extreme conditions present during the industrial hot forging processes. The method was used to evaluate wear of tools with an increasing wear degree, which made it possible to determine the wear characteristics in a function of the number of produced forgings. The following stage was the use it for a direct control of the quality and geometry changes of forging tools (without their disassembly) by way of a direct measurement of the geometry of periodically collected forgings (indirect method based on forgings). The final part of the study points to the advantages and disadvantages of the elaborated method as well as the potential directions of its further development.

13

The Use of 3D Scanning Methods to Evaluate the Hybrid Layer Used in Forging Tools in Order to Improve their Durability

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Widomski P., Ziemba J., Smolik J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1549--1558

EN

This study is focused on tools used in the industrial process of hot forging of a front wheel forging (gear wheel) manufactured for the automotive industry. Five different variants were applied for the tools: 3 die inserts were coated with three different hybrid layers (PN + PVD type), i.e. AlCrTiN, AlCrTiSiN and CrN, one insert was only nitrided, and one was pad welded, to improve tool durability. The tool wear was analysed and represented by the material degradation on the working surface, based on the 3D scanning and the material growth of the periodically collected forgings. Additionally, the scanned tools were divided into two areas, in which it was found, based on the analysis, that various degradation mechanisms are predominant. Microstructural tests and hardness measurements of the analyzed tools were also performed. Based on the results, it was found that, in the central part of the die insert, thermo-mechanical fatigue, abrasive wear and plastic deformation occurred, while in the area of the bridge insert, only abrasive wear could be observed. For these areas, the loss of material was determined separately. It was established that the use of the GN+CrN and GN+AlCrTiN hybrid layers on forging tools improves their durability, while the best results in the central area were observed on the tool with the GN+CrN layer, which is the most resistant to thermo-mechanical fatigue. In the second analyzed area, good wear resistance occurred on GN+CrN, GN+AlCrTiN and pad welded inserts, for which, together with the increase of the forging number, a proportional, slight growth of the loss of material occurred.

14

Wear analysis of die inserts in the hot forging process of a forked type forging using reverse scanning techniques

Dworzak Ł., Hawryluk M., Ziemba J.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2017

|

Vol. 11, no 4

225--238

EN

This article presents a wear analysis of die inserts used in the hot forging process of a forked forging (yoke), an element applied in steering systems of passenger vehicles. Studies involved the application of an original reverse scanning method intended for rapid and reliable wear analysis of forging tools (with complicated shape) affording easy assessment without the need to dismount tools from the forging unit. The developed method involves analysis of progressive wear of forging tools based on measurements (scanning) of forgings periodically collected from the process and constitutes a useful tool for measurement and testing. As the authors’ earlier works have demonstrated, the proposed new approach to analysis of tool wear with the application of reverse 3D scanning has proven successful in multiple instances in the case of axially symmetrical objects. The presented results of studies indicate that it is possible to utilize the expanded method to analyze the lifetime of forging tools, including tools with complex geometry. Application of the reverse scanning method allows for continuous and practical monitoring of the condition of forging tools over the course of the forging process and should have a positive impact on improving production output and reducing production costs.

15

Możliwości zastosowania technik pomiarowych w procesach kucia matrycowego na gorąco

Hawryluk M., Kaszuba M., Widomski P., Ziemba J.

Przegląd Mechaniczny

|

2016

|

nr 9

16--22

PL

W pracy przedstawiono możliwości aplikacji współczesnych technik pomiarowych w przemyśle kuźniczym, z wykorzystaniem różnych narzędzi i przyrządów pomiarowych, stosowanych w metrologii warsztatowej. Wskazai różne aspekty technik pomiarowych, wykorzystywanych gtównie do dwóch grup obiektów. Pierwszą grupę obiektów stanowią rozmaite pomiary odkuwe (kontrola w trakcie i po kuciu oraz po obróbce mechanicznej), a w szczególna kontrola elementów wzorcowych z wykorzystaniem sprawdzianów do pomij błędów kształtu oraz jakości powierzchni. Do drugiej grupy obiektów można zaliczyć pomiary oprzyrządowania kuźniczego, obejmujące szeroko rozumiana kontrolę jakości (m.in.: charakterystyk geometrycznych, jakości powierzchna pomiar zużycia narzędzi kuźniczych, często połączony z kontrolą ich zużywani; Przeanalizowano także możliwość i zasadność stosowania technik skanowani; do bezpośredniej kontroli jakości i zmiany geometrii narzędzi w przemysłowyt procesach kucia, bez konieczności ich demontażu. W pracy przedstawiono także inne możliwości zastosowania współrzędnościowej techniki pomiarowej (WTP) w przemyśle kuźniczym, m.in.: do analizy i korekty kształtu po zabudów narzędzi na prasie oraz do oceny stanu technicznego maszyn kuźniczych.

EN

The paper presents the possibilities of applying modern measuring techniaues in the forging industr/, using of various measuring tools, Instruments and machines in workshop metrology. The work points to different aspects of measuring technigues used mainly for two groups of objects. The first group d objects being various measurements of forgings (control during and afterthe forging and after machining), in particular control pattern parts using standard tests for measuring shape errors and surface puality. The second group of objects can include measurements of forging Instruments, including widely understood quality control (geometrie characteristics, surface quality, etc), the measurement of forging tools wear, often combined with control of their wear and tear Analyzed the possibility and validity of the use of scanning techniques to direct guality control and changingthe geometry of the tools in industrial processes forging, without dismantling. The paper presents the possibility of using other coordinate metrology (WTP) in the forging industry, analysis and correction of shape after build over of tools on the press and to evaluate the state of the equipment forging.

16

Wybrane aspekty technik pomiarowych w kuźniach matrycowych

Hawryluk M., Ziemba J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 11

1672--1673

PL

W pracy przedstawiono możliwości aplikacji technik pomiarowych w przemyśle kuźniczym w przypadku do dwóch grup obiektów: odkuwek i narzędzi kuźniczych, zwracając uwagę na niedostateczną świadomość ważności stosowanych przyrządów i metod pomiaru, w kontekście bezpieczeństwa uzyskiwanych wyrobów, oraz istotne problemy pomiarowe wynikające z ekstremalnych warunków panujących w przemysłowych procesach kucia matrycowego na gorąco.

EN

The paper presents the possibilities of application of modern measurement techniques in the forging industry used two groups of objects: forgings and forging tools, paying attention to the lack of awareness of the validity of used instruments and the methods of measurement, especially in the context of security achieved products and significant measurement problems due to the extreme conditions in industrial die hot forging processes.

17

Zastosowanie warstw hybrydowych w celu zwiększenia trwałości wybranych narzędzi do kucia odkuwki pokrywy

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Widomski P., Ziemba J., Rychlik M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 8

329--333

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące narzędzi stosowanych w przemysłowym procesie kucia matrycowego na gorąco wyrobu typu pokrywa, stosowanego w przemyśle samochodowym. W celu zwiększenia trwałości stosowanych narzędzi zostały one pokryte różnymi warstwami hybrydowymi typu PN+PVD. Zużycie analizowanych narzędzi w czasie badań eksploatacyjnych oceniano na podstawie skanowania 3D cyklicznie pobieranych odkuwek, na których odwzorowany był ubytek materiału narzędzia. W ramach badań przeprowadzono również analizę mikrotwardość i mikrostruktury analizowanych narzędzi. Na podstawie opracowanych wyników określono skuteczność warstw hybrydowych w zwiększaniu trwałości narzędzi stosowanych w przemysłowych procesach kucia.

EN

This study focused on tools used in the hot forging process of lid type components manufactured for the automotive industry. The tools were coated with different PN+PVD hybridlayers in order to improve tool durability. The tool wear represented by material degradation was evaluated through 3D scans of periodically collected samples. The samples’ microhardness and microstructure were also analyzed. The results demonstrated a next ent of the hybrid layers efficiency in improving tool durability for industrial forging applications.

18

Modelowanie zużycia ściernego stempla do kucia na gorąco odkuwki pokrywy

Kaszuba M., Polak S., Ziemba J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 8

344--347

PL

W pracy przedstawiono próby zastosowania modelu Archard do opisu zużycia ściernego stempli stosowanych w przemysłowym procesie kucia na gorąco. Wyniki uzyskane z modelowania numerycznego zostały zweryfikowane w warunkach przemysłowych. Analizie poddano stemple po różnych czasie eksploatacji i różnym stopniu zużycia.

EN

The paper presents attempts to apply the model to describe the Archard wear stamps used in the industrial process hot forging. The results of numerical modeling have been verified in industrial conditions. Punches were analyzed after a different time use and varying degrees of wear.

19

Application of a measuring arm with an integrated laser scanner in the analysis of the shape changes of forging instrumentation during production

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Ziemba J.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2016

|

Vol. 18, no. 2

194--200

EN

In the article, the authors present an innovative approach consisting in an analysis of the wear (shape changes) of one of the forging tools directly during production, with the use of a laser scanner, without the necessity of their disassembly from the forging unit. The tests consisted in direct measurements of the shape changes of cyclically sampled forgings during the forging process (every 1000 item), and next, based on the proceeding wear, an indirect analysis was performed of the shape change of the impression of the selected tool, i.e. a filler. At the time of the short technological intervals in the process, direct measurements were performed of the tool itself, with the purpose of verifying the results of the forgings’ measurement in relation to the actual changes in the tool. The performed analyses showed a good agreement of the geometrical properties of the surfaces (of the selected forgings representing the proceeding wear of the tool) and the geometrical defect of the working impression of the tool, based on the direct measurements during the production process. The obtained results allow for a fast analysis of the forging tool life with respect to the quality and the quantity (of material defect), which, in consequence, leads to significant economical savings. The proposed method makes it possible to make decisions on the time period of the tool operation based on the tools’ actual wear, instead of – as has been the case in forging plants up till now – after the given maximal number of forgings has been made or a premature tool damage has been observed.

PL

W artykule autorzy przedstawili innowacyjne podejście polegające na analizie zużywania się (zmian kształtu) jednego z narzędzi kuźniczych bezpośrednio w trakcie produkcji przy wykorzystaniu skanera laserowego, bez konieczności ich demontażu z agregatu kuźniczego. Badania polegały na bezpośrednich pomiarach zmian kształtu cyklicznie pobieranych odkuwek podczas procesu kucia (co 1000szt), a następnie na podstawie postępującego zużywania dokonywana była w sposób pośrednia analiza zmian kształtu wykroju wybranego narzędzia - wypełniacza. Natomiast w momencie krótkich przerw technologicznych w procesie przeprowadzano bezpośrednie pomiary samego (analizowanego) narzędzia w celu weryfikacji wyników pomiaru odkuwek w stosunku do rzeczywistych zmian narzędzia. Przeprowadzone analizy wykazały dużą zgodność cech geometrycznych powierzchni (wybieranych odkuwek odzwierciedlających zużywanie się narzędzia), a ubytkiem geometrycznym wykroju roboczego narzędzia na podstawie bezpośrednich pomiarów podczas produkcji. Uzyskane rezultaty pozwoliły na dokonanie szybkiej analizy trwałości narzędzia kuźniczego pod względem jakościowym i ilościowym (ubytku materiału), co w konsekwencji prowadzi do znacznych oszczędności. Zaproponowana przez autorów metoda pozwala na podejmowanie decyzji o czasie eksploatowania narzędzi na podstawie ich rzeczywistego zużycia, a nie, jak to ma miejsce obecnie w kuźniach, po określonej maksymalnej ilości wykonanych odkuwek lub zaobserwowanego w tym okresie przedwczesnego uszkodzenia narzędzia.

20

Zastosowanie regulatora PID w metodzie GRAFPOL do pozycjonowania napędu pneumatycznego

Dworzak Ł., Ziemba J.

Pneumatyka

|

2013

|

Nr 3-4

14--18

PL

Gdy wymagane jest uzyskanie przez napęd kilku zadanych pozycji pierwszym skojarzeniem są napędy elektryczne. W praktyce przemysłowej dokładność napędów elektrycznych w wielu aplikacjach jest zbyt duża. W takim przypadku zastosowanie znajdują prostsze w budowie i tańsze w zakupie serwonapędy pneumatyczne. Do ich sterowania stosowane mogą być specjalizowane sterowniki położeń lub regulatory. W związku z zaawansowaniem sterowników PLC możliwe jest obecnie realizowanie przez nie funkcji regulatora. W artykule zaprezentowano implementację regulatora PID zastosowanego do pozycjonowania napędu pneumatycznego w metodzie GRAFPOL modelowania procesów i algorytmów sterowania.

EN

If is required to get a few positions by the drive the first idea are electric drives. In commercial practice the accuracy of electric drives is in many applications too high. In this case is easier to build and cheaper to buy pneumatic servo drive. To control it can be used specialized positions drivers or controllers. Due to the high advancement of PLC is now possible to implement the functions of regulator into PLC. The paper presents the implementation of PID controller applied to the pneumatic servo drive in the GRAFPOL method modeling and design control algorithms.