Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of the Heating Temperature of a Nickel-Chromium Steel Charge Material on the Stability of the Forging Process and the Durability of the Die

Hawryluk Marek R., Lachowicz Marzena, Janik Marta, Gronostajski Zbigniew, Stachowicz Mateusz

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 2

711--722

EN

The study discusses the issues of low durability of dies used in the first operation of producing a valve type forging from high nickel steel assigned for the application in motor truck engines. The analyzed process of manufacturing the exhaust valve forgings is realized in the coextrusion technology, followed by forging in closed dies. This process is difficult to master, mainly due to elevated adhesion of the charge material (high nickel steel - NCF3015) to the tool substrate as well as very high abrasive wear of the tool, most probably caused by the dissolution of hard carbide precipitates during the charge heating. A big temperature scatter of the charge during the heating and its short presence in the inductor prevents microstructure homogenization of the bearing roller and dissolution of hard precipitates. In effect, this causes an increase of the forging force and the pressures in the contact, which, in extreme cases, is the cause of the blocking of the forging already at the beginning of the process. In order to analyze this issue, complex investigations were conducted, which included: numerical modelling, dilatometric tests and hardness measurements. The microstructure examinations after the heating process pointed to lack of structure repeatability; the dilatometric tests determined the phase transformations, and the FEM results enabled an analysis of the process for different charge hardness values. On the basis of the conducted analyzes, it was found that the batch material heating process was not repeatable, because the collected samples showed a different amount of dissolved carbides in the microstructure, which translated into different hardnesses (from over 300 HV to 192 HV). Also, the results of numerical modeling showed that lower charge temperature translates into greater forces (by about 100 kN) and normal stresses (1000 MPa for the nominal process and 1500 MPa for a harder charge) and equivalent stresses in the tools (respectively: 1300 MPa and over 1800 MPa), as well as abrasive wear (3000 MPa mm; 4500 MPa mm). The obtained results determined the directions of further studies aiming at improvement of the production process and thus increase of tool durability.

2

Properties of new-generation hybrid layers combining hardfacing and nitriding dedicated to improvement in forging tools’ durability

Kaszuba Marcin, Widomski Paweł, Białucki Piotr, Lange Artur, Boryczko Bożena, Walczak Mariusz

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 3

212--223

EN

This article deals with the subject of layers produced in a hybrid process combining hardfacing and nitriding. These layers are characterized by improved resistance to wear, which arises from the synergy between favorable materials during hardfacing and nitriding treatment. Tests were conducted on hot-work tool steel (H11) samples. Hardfaced layers consisting of three layers were applied to these samples, where layers were made from two materials-Robotool 46 and Hardface VMolc powder wires. Next, samples of both materials were nitrided using ZeroFlow gas nitriding technology, with control of potential aimed at obtaining a diffusion layer without a white zone of nitrides on the surface. The next step was to investigate the properties of hardfaced layers and of layers hardfaced after nitriding treatment. Conducted tests covered observations of the microstructure, microhardness measurements as a function of distance from the surface, measurement of stresses in the surface layer by means of X-ray diffraction, and tribological tests. Obtained test results show that hybrid layers combining hardfacing and nitriding may be suitable for improving the lifetime of tools applied in hot forging processes.

3

Badania tribologiczne i biotribologiczne w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Obróbki Plastycznej

Wiśniewski Tomasz, Sulej-Chojnacka Joanna, Leshchynsky Volf, Lijewski Marcin, Łapaj Łukasz

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 3

247--272

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań, które są efektem realizowanych w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytucie Obróbki Plastycznej zarówno projektów krajowych, jak i międzynarodowych, dotyczących tematyki tribologicznej oraz biotribologicznej. Przedstawiono wyniki badań, których efektem jest opracowanie nowej generacji narzędzi kuźniczych (zaprojektowanie narzędzi do kucia na zimno z odpowiednio przygotowaną powierzchnią roboczą i opracowanie nowych wielowarstwowych, nanostrukturalnych powłok gradientowych) oraz rozwiązanie problemu wczesnego zużywania się części pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Dla elementów trących pracujących w wysokiej temperaturze opracowano rozwiązanie, które znalazło praktyczne zastosowanie w przemyśle w zakresie poprawy technologii smarowania. Opracowanie technologii wprowadzenia cząstek smarów stałych na powierzchnie współpracujących tribologicznie części pracujących w podwyższonych temperaturach stało się niezwykle istotne dla wielu gałęzi przemysłu, które spotykają się na co dzień z problemami wczesnego zużywania elementów współpracujących. W drugiej części pracy skupiono się na problemach biotribologicznych, gdzie głównym wyzwaniem jest wydłużenie trwałości endoprotez stawu biodrowego. W związku z tym prowadzono prace związane z dokładnym poznaniem procesu zużywania się endoprotez. Bardzo ważną kwestię stanowi również badanie właściwości tribologicznych nowych materiałów przeznaczonych na elementy endoprotez. Badania prowadzono na specjalnie do tego celu zaprojektowanym i zbudowanym symulatorze stawu biodrowego, który spełnia wymogi normy ISO.

EN

This paper presents the results of research, which are the effect of national and international projects carried out at the Łukasiewicz Research Network – Metal Forming Institute, concerning both tribological and biotribological topics. The research results, the effect of which is the development of a new generation of forging tools (the design of cold forging tools with a properly prepared work surface and the development of new multilayered, nanostructured gradient coatings) and the solution to the problem of early wear of the parts working in difficult conditions are presented. For friction elements operating at high temperature, a solution has been developed that has found practical applications in the industry in the field of improving lubrication technology. The development of the technology of introducing solid lubricant particles onto the surfaces of tribologically cooperating parts operating at elevated temperatures has become extremely important for many industries that daily face problems with the early wear of cooperating elements. The second part of the work focuses on biotribological problems and the main challenge is to extend the durability of hip joint endoprostheses. In connection with this, work was carried out to thoroughly understand the process of endoprosthesis wear. Examination of the tribological properties of new materials intended for elements of endoprostheses is also a very important issue. The research was conducted on a specially designed and built hip joint simulator, which meets the requirements of the ISO standard.

4

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.

5

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.

6

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.

7

Cellular automata model for prediction of crack initiation and propagation in hot forging tools

Rauch L., Chmura A., Gronostajski Z., Polak S., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 3

437--447

EN

The paper presents design and implementation of the cellular automata (CA) model, which predicts damage of forging tools due to fatigue. The transition rules for the model were developed on the basis of known information regarding crack initiation and propagation. The coefficients in the model were determined by the inverse analysis of the thermal fatigue tests performed on the Gleeble 3800 simulator and in the special device with a rotating disc. The CA model was coupled with the conventional abrasive wear model. The layers of cell in the CA space, which are in contact with the workpiece, were removed successively following the abrasive wear of the tool. The CA model was connected with the finite element (FE) programme, which simulates stresses in tools during forging. Since this multiscale approach appeared to be extremely demanding as far as computing times are considered, an efficient implementation of the model on heterogeneous hardware architectures was prepared. Results of simulations were compared with the industrial data and good predictive capabilities of the model were confirmed.

8

Efficient cellular automata model for prediction of damage of hot forging tools due to thermal fatigue

Nowak P., Rauch Ł.

Computer Methods in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, No. 4

197--205

EN

W pracy przedstawiono implementację modelu automatów komórkowych (ang. Cellular Automata - CA) przewidującego rozwój pękania zmęczeniowego w narzędziach do kucia na gorą¬co. Reguły przejścia opracowano na bazie dostępnych informacji dotyczących inicjacji i propagacji pęknięć. Współczynniki modelu wyznaczono na podstawie prób zmęczeniowych przeprowadzo¬nych na symulatorze Gleeble 3800. Model CA połączono z pro¬gramem MES, który symuluje naprężenia podczas kucia. To wieloskalowe podejście jest bardzo wymagające obliczeniowo. Dlatego efektywna równoległa implementacja tego modelu była głównym celem pracy. Model pękania zmęczeniowego zrealizowano w technice GPGPU, co ułatwiło implementację algorytmów za pomocą udostępnienia API (z j. ang. Application Programming Interface) dostarczającego funkcje z biblioteki OpenGL. Platformę wspoma-gającą obliczenia CA podzielono na części biblioteczną i aplika¬cyjną. Biblioteka dostarcza API do obsługi jądra programu w technologii OpenGL dedykowanego na akceleratory oblicze¬niowe CPU i GPU. Aplikacyjna część wykorzystuje API dostar¬czone przez bibliotekę i jej zadaniem jest przekazanie i zarządza¬nie parametrami wejściowymi do obliczeń. Zadaniem aplikacji jest również stworzenie wejściowej przestrzeni automatów ko¬mórkowych, wczytanie i ustawienie wartości wewnętrznych komórek CA oraz przekazanie ich do obliczeń na akceleratorach. W pracy opisano implementację modelu oraz przedstawiono przykładowy wynik symulacji pęknięć w matrycy kuźniczej. Dzięki zrównolegleniu algorytmu i wykorzystaniu czterech kart GPU uzyskano wysokie przyspieszenie obliczeń przy dobrej skalowalności.

9

Narzędzie do wytwarzania tulei z dnem i tulei przelotowych nowym sposobem dwustronnego złożonego wyciskania

Michalczyk J.

Przegląd Mechaniczny

|

2013

|

nr 7-8

40--44

PL

Celem opracowania konstrukcji nowego narzędzia byto zweryfikowanie wybranych wyników z badań teoretycznych dla procesu dwustronnego złożonego wyciskania tulei głębokich i tulei przelotowych. Weryfikacji zostały poddane obliczenia numeryczne zmiany wartości siły wyciskania w zależności od drogi stempla oraz charakter lokalnych stref odkształceń metalu na przekroju wzdłużnym tulei. Badania eksperymentalne wykonano na stanowisku badawczym składającym się z maszyny wytrzymałościowej oraz narzędzi do wyciskania tulei. Materiałem modelowym do badań laboratoryjnych był ołów. W analizowanym sposobie wyciskania, jako wsad posłużyły próbki walcowe o wymiarach ɸ49x75 mm. W celu określenia charakteru płynięcia metalu podczas wyciskania, na powierzchni przekroju wstępniaka wzdłuż osi symetrii, naniesiono kwadratową siatkę koordynacyjną o długości boku 1,5 mm.

EN

The purpose of constructing new tool was to verify choosen test results of theoretical investigations for two-sided complex process of deep and through-sleeves extrusion. The verification involved numerical calculation of changes In extrusion force depending on the path of stamp and on the character of local zones of deformations of metal on longitudinal section of the sleeve. The experimental research were executed on a testing stand consisting from stamina machine and tools for the sleeve extrusion. Lead was a model materiał for laboratory research. In the analyses of extrusion methods the cylindrical samples were used with dimensions ɸ49x75 mm. In order to define flowing character of the metal during the extrusion, a sguare mesh of 1,5 mm side length was placed on the surface of the leader along the symmetry axis.

10

Zastosowanie warstw hybrydowych na narzędziach do kucia na gorąco odkuwki koła czołowego

Gronostajski Z., Kaszuba M., Hawryluk M., Będza T., Włodarczyk W., Smolik J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 253

101--106

PL

W pracy przedstawiono opis zjawisk zachodzących na powierzchni matryc do kucia na gorąco odkuwki koła czołowego, gdzie w celu poprawy ich trwałości zastosowano warstwy hybrydowe. Analizie poddano narzędzia wykonane ze stali WCLV stosowane w drugiej operacji kucia. Oceniono skuteczność zastosowanych warstw hybrydowych w zwiększaniu trwałości analizowanych narzędzi. Przeprowadzone badania wykazały, że modyfikowanie właściwości warstwy wierzchniej przez zastosowanie technik hybrydowych typu warstwa azotowana i powłoka PVD daje możliwość efektywnego zwiększenia trwałości narzędzi kuźniczych w analizowanym procesie.

EN

The article presents a description of the phenomena occurring on the surface of dies with hybrid layer for hot forging of front wheel. Analysis was carried out on the tools made of steel WCLV used in the second operations. The effectiveness of the hybrid layer for improving the durability of analyzed tools has been evaluated.

11

Badania procesów zużycia matryc do kucia zaczepu budowlanego na podstawie badań metalograficznych

Pachutko B., Ziółkiewicz S.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2012

|

T. 23, nr 4

277-293

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikroskopowych i profile mikrotwardości na przekrojach matryc Slotanker 5 t ze stali WCL do kucia łba stoSkowego po 3000 i 6000 cyklach kucia oraz matryc do kucia łba walcowego po 9000 cyklach pracy. Dominującą przyczyną zużycia części roboczej materiału stożka lub czaszy matrycy okazały się pęknięcia powstałe wskutek oddziaływania zmiennych obciążeń dynamicznych na odpuszczoną strefę wierzchnią narzędzia. Odpuszczenie tej strefy nastąpiło w wyniku oddziaływania temperatury kutego materiału. W obszarze promienia otworu stwierdzono zużycie ścierne i największe zmiany twardości skutkiem odpuszczenia materiału matrycy. Zaproponowano zmiany technologii wykonania narzędzi kuźniczych i monitorowanie zmian wymiarów geometrycznych narzędzi w następnym etapie badań.

EN

The paper presents the results of microscopic examinations and hardness profiles on the cross sections of Slotanker 5 t dies made of WCL steel for forging conical heads after 3000 and 6000 cycles and of dies for forging cylindrical heads after 9000 working cycles. Cause of the wear of the working part material in the cone or in the die bowl has been found to be cracks formed due to the various dynamic loads acting on the tempered top zone of the tool. Tempering of the zone has taken place result of the action of the forged material temperature. In the area of the hole radius, abrasive wear and the largest hardness changes have been found as result of the die material tempering. In the area of the hole radius, abrasive wear has been found due to tempering of the die material. Modifications of the tool execution technology has been proposed, as well as monitoring the changes of the tool geometrical dimensions.

12

Forging tools modification with graphene-like solid lubricant nanoparticles

Leshchynsky V., Ignatiev M., Wiśniewska-Weinert H., Borowski J., Rybak T., Dobrovnik I.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 1

341--348

EN

Purpose: Working conditions of forging tools have become severer with the years. To increase their wear and heat resistance the surface of the tool is coated by CVD/PVD methods. Relatively high friction coefficient of coatings results in high friction losses and low durability of coating films due to high shear stress at tool–workpiece interface. That is why improved self-lubricating system should be developed. Combination of modern coatings (nanostructured, nanolayers, nanocomposites, etc.) with self-lubricating tool design and application of solid lubricant MoS2 and WS2 graphene-like nanoparticles is very promising and effective way to solve existing forging tool problems. Design/methodology/approach: Laser micro-machining technology was applied to fabricate the network of micro-channels which serve like reservoirs for encapsulation of solid lubricant nanoparticles into tool body. Wide ranges of tribological tests on T-10 ball-on-disc tester were carried out to define the optimal geometry and network configuration of micro-channels ensuring generation of a lubricious transfer film at the tribological contact. Findings: As a result, increased tool durability and high forging precision could be reached. Analysis of failure mechanisms for different forging tools were carried out. It was found that one of the important reasons of tool wear is a high friction coefficient between treated material and the tool. Graphene-like nanoparticles of MoS2 solid lubricant were produced by Rolling Cleavage Technology. Paper consist SEM, TEM and AFM analysis of applied coatings and solid lubricant particles. Research limitations/implications: The continuous supply to a sliding area of nanoparticles will be for the first time applied to decrease high shear stress at an interface between forging tool and treated material.The next research step will be the transfer of the developed methods of self-lubrication from samples to real cold forging tools. Originality/value: Analysis of failure mechanisms for different forging tools were carried out.

13

Laserowa obróbka wkładek matrycowych do przyrządów TR

Ziółkiewicz S.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2004

|

T. 15, nr 5

5-12

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań prowadzonych w Instytucie Obróbki Plastycznej, dotyczących trwałości narzędzi do obróbki plastycznej na gorąco. Trwałości narzędzi kuźniczych wykonanych ze stali do pracy na gorąco, polepszono przez uszlachetnienie powierzchni roboczych laserową obróbką cieplną. Przeprowadzono badania porównawcze wytrzymałości zmęczeniowej, udarnościowej i cieplno-mechanicznej warstwy wierzchniej, obserwacje mikrostruktury i rozkładu twardości. Do badań eksploatacyjnych wytypowano wkładki matrycowe wykonane ze stali WCL, wykorzystywane w procesie kucia na gorąco w przyrządach TR odkuwek zaczepu budowlanego T-Slotanker 5T. Wykonano analizę numeryczną obciążeń cieplnych i mechanicznych wytypowanych wkładek. Przeprowadzono badania przemysłowe na stanowisku produkcyjnym. W porównaniu do tradycyjnych wkładek TR uzyskano prawie trzykrotny wzrost trwałości wkładek obrabianych laserowo.

EN

Paper presents results of tool life for hot metal forming investigation realised in Metal Forming Institute. Attempts have been made to improve the durability of forging tools by laser heat treatment of their working surfaces. The impact and thermo-mechanical testing, microstructure and hardness distribution have been carried out. For exploitation testing, die inserts of TR device for hot upsetting of the ends of the building anchor T-Slotanker 5T has been selected. The numerical analyse of thermo-mechanical loads for selected die inserts has been carried out. Industrial test was performed on the production stand. In the case of laser hardened inserts has received around three times longer tool life comparing to traditional once.