Production of hollow shafts satisfying mechanical performance requirements can well meet the needs of lightweight. The purpose of this work is to investigate the effect of cross wedge rolling (CWR) process parameters on microstructure and mechanical properties of TC4 titanium alloy hollow shafts, so as to ensure the feasibility of forming TC4 titanium alloy hollow shaft by CWR. The results demonstrate that the initial deformation temperature, area reduction, wall thickness, and mandrel have significant effects on the volume fraction of primary alpha phase (fα_p), morphology of alpha phase and interface of alpha/beta phase. The decrease of the fα_p, the increase of fine secondary alpha phase content and the increase of the number of alpha/beta phase interfaces can increase the strength of TC4 alloy hollow shafts, but decrease the elongation. When the initial deformation temperature is 950 °C, the contribution of the thick secondary alpha phase is similar to that of the primary alpha phase, resulting in the decrease of strength. The strength is further improved owing to the grain refinement with the increase of area reduction to 60%. The strength decreases as the wall thickness increases owing to the non-uniform microstructure distribution, which can be improved by increasing the area reduction appropriately. The comprehensive mechanical properties of the workpiece rolled with a mandrel are evidently higher than that rolled without a mandrel. Under any forming condition in this work, every fracture surface is covered with abundant dimples and voids, showing good ductile fracture characteristics.
Artykuł przedstawia wyniku symulacji numerycznych, w których analizowano wpływ parametrów matrycy oraz geometrii półfabrykatu rurowego na proces przepychania bez trzpienia osiowosymetrycznych elementów drążonych. Badania numeryczne przeprowadzono metodą elementów skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Deform 2D. W rezultacie przeprowadzonej analizy wyznaczono: rozkład intensywności odkształcenia, stan naprężeń, zmiany grubości ścianek odkuwek drążonych oraz charakterystyki siłowe procesu. Wyniki zrealizowanych badań wskazują na silną zależność przebiegu procesu przepychania wyrobów drążonych od początkowej grubości ścianki wsadu rurowego oraz kąta matrycy.
EN
The paper presents the numerical results of investigating the effect of geometrical parameters of die and tubular specimen on open die extrusion process without mandrel realized for hollow axisymmetric shafts. The numerical investigation was performed by the finite element method (FEM) with the simulation software suite Deform 2D. As a result of the numerical analysis, the following were determined: distributions of the effective strain, distributions of the state of stress, variations in wall thickness of the hollow shaft as well as variations in the force parameters of the process. The results demonstrate that the initial wall thickness of the tube and angle of the die have a significant effect on hollow parts open die extrusion process.
Artykuł przedstawia wyniku symulacji numerycznych, w których analizowano wpływ parametrów matrycy oraz geometrii półfabrykatu rurowego na proces przepychania bez trzpienia osiowosymetrycznych elementów drążonych. Badania numeryczne przeprowadzono metodą elementów skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Deform 2D. W rezultacie przeprowadzonej analizy wyznaczono: rozkład intensywności odkształcenia, stan naprężeń, zmiany grubości ścianek odkuwek drążonych oraz charakterystyki siłowe procesu. Wyniki zrealizowanych badań wskazują na silną zależność przebiegu procesu przepychania wyrobów drążonych od początkowej grubości ścianki wsadu rurowego oraz kąta matrycy.
EN
The paper presents the numerical results of investigating the effect of geometrical parameters of die and tubular specimen on open die extrusion process without mandrel realized for hollow axisymmetric shafts. The numerical investigation was performed by the finite element method (FEM) with the simulation software suite Deform 2D. As a result of the numerical analysis, the following were determined: distributions of the effective strain, distributions of the state of stress, variations in wall thickness of the hollow shaft as well as variations in the force parameters of the process. The results demonstrate that the initial wall thickness of the tube and angle of the die have a significant effect on hollow parts open die extrusion process.
W artykule przedstawiono przykład kształtowania drążonego wału, wykorzystywanego w śmigłowcach, metodą walcowania skośnego trzecach, ma rolkami stożkowymi. Omówiono zasadę tego procesu kształtowania, podkreślając jego uniwersalność wynikającą z możliwości kształą wości towania różnego asortymentu wyrobów za pomocą jednego zestawu rolek. Przedstawiono wyniki analizy numerycznej (progresję kształtu wyrobu w trakcie walcowania, mapy intensywności odkształcenia, kryterium zniszczenia i temperatury oraz rozkłady sił i momentów walcoł wania), które potwierdziły przydatność proponowanej technologii do wytwarzania wałków drążonych.
EN
This paper presents a new method for forming hollow shafts that are predominantly used in helicopters – namely, skew rolling with three tapered rolls. The paper describes the design of this metal forming technique and stresses its universal character due to the fact that the technique can be used to produce a wide variety of parts using one set of rolls. The numerical results (i.e. the changes in the product shape during rolling, the distributions of effective strain, damage criterion, temperature as well as loads and torques) confirm that the proposed technique can be applied to produce hollow shafts.
The paper presents a new method for manufacturing hollow shafts, where tubes are used as billet. First, the design of a specially designed forging machine for rotary compression is described. The machine is then numerically tested with regard to its strength, and the effect of elastic strains of the roll system on the quality of produced parts is determined. The machine’s strength is calculated by the finite element method using the NX Nastran program. Technological capabilities of the machine are determined, too. Next, the results of the modeling of the rotary compression process for a hollow stepped shafts by the finite element method are given. The process for manufacturing hollow shafts was modeled using the Simufact.Forming simulation program. The FEM results are then verified experimentally in the designed forging machine for rotary compression. The experimental results confirm that axisymmetric hollow shafts can be produced by the rotary compression method. It is also confirmed that numerical methods are suitable for investigating both machine design and metal forming processes.
PL
W artykule zaprezentowano nowatorską technologię kształtowania drążonych odkuwek z wykorzystaniem wsadu rurowego. Następnie opisano konstrukcję opracowanego i wykonanego agregatu kuźniczego do realizacji procesu obciskania obrotowego. Przedstawiono wyniki numerycznej analizy wytrzymałościowej urządzenia oraz wpływ odkształceń sprężystych klatki roboczej na jakość kształtowanych odkuwek. Obliczenia wytrzymałościowe urządzenia wykonano metodą elementów skończonych w środowisku NX Nastran. Określono również możliwości technologiczne agregatu. Następnie przedstawiono wyniki modelowania metodą elementów skończonych procesu obciskania obrotowego drążonej odkuwki elementarnego wałka stopniowanego. Do przeprowadzenia symulacji numerycznych kształtowania odkuwek drążonych wykorzystano pakiet oprogramowania Simufact Forming. Wyniki symulacji MES zweryfikowano doświadczalnie w kuźniczym agregacie do obciskania obrotowego. W rezultacie przeprowadzonych badań potwierdzono możliwość kształtowania drążonych odkuwek osiowo-symetrycznych metodą obciskania obrotowego. Potwierdzono również zasadność stosowania metod numerycznych w analizie konstrukcji oraz procesów kształtowania plastycznego metali.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents the numerical and experimental results of producing hollow parts by a new method of rotary compression. First, the most popular methods for producing axisymmetric hollow parts are described. Next, the paper examines the forming of such parts by rotary compression. With the method, a hollow billet is shaped by tools that both rotate and translate relative to the axis of the billet. In order to estimate the technological viability of rotary compression, we numerically model the rotary compression process for a drive shaft by the finite element method. The 3D FEM simulations are performed using the Simufact Forming software suit. Thermal phenomena are investigated. The numerical results are then verified under laboratory conditions. The experimental results show a good agreement with the FEM results, which confirms that hollow parts such as stepped axes and shafts can be produced by rotary compression.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.