In this paper the different methods of hollow parts with flange manufacturing are presented. The results of theoretical–experimental research on radial extrusion of hollow parts with flanges are shown. In the research the pipe parts form 6060 aluminum alloy formed in ambient temperature were used. The influence of tool geometry in forming zone was investigated. Experimental research was made in special equipment placed into workspace of laboratory testing machine. Numerical simulations were made by means of Deform-3D software. In the results, the distributions of stress, strains, Cockroft–Latham criterion and loads are presented.
The article presents the results of numerical modelling of the process of extrusion of flanged hollow product using combined direct, indirect and radial extrusion. The process under investigation was carried out based on the deep hollow extrusion method being the subject of the Invention Patent PL 206467 granted to the author of this paper. In modelling of the process, the scheme of double-sided extrusion with varying-diameter punches and radial extrusion and flange forging by pressing in impressions made in the container and the die plate was used. During the numerical examination, the influence of the lower punch diameter on the degree of filling of the container and die impressions was determined. The force parameters of the process under examination were compared with those of the previously developed process of manufacturing similar products by direct die forging of the hollow wall. It was also demonstrated that, in the process under investigation, the maximum extrusion force was considerably smaller than that during the extrusion of a flanged hollow with direct die forging of the flange from the wall of the hollow.
PL
W artykule przedstawiono wyniki modelowania numerycznego procesu wyciskania wyrobu tulei z kołnierzem z zastosowaniem połączonego współbieżnego, przeciwbieżnego i promieniowego wyciskania. Badany proces realizowano w oparciu o sposób wyciskania tulei głębokich będący przedmiotem udzielonego autorowi pracy patentu na wynalazek PL 206467. Podczas modelowania procesu zastosowano schemat dwustronnego wyciskania stemplami o zróżnicowanej średnicy oraz wyciskanie promieniowe i matrycowanie kołnierza poprzez docisk w wykrojach wykonanych w pojemniku i płycie matrycowej. Podczas badań numerycznych określono wpływ średnicy dolnego stempla na stopień wypełnienia wykroju pojemnika i matrycy. Porównano parametry siłowe badanego procesu z opracowanym wcześniej procesem wytwarzania analogicznych wyrobów poprzez bezpośrednie matrycowanie ścianki tulei. Również wykazano, iż w badanym procesie maksymalna siła wyciskania jest znacznie mniejsza niż podczas wyciskania tulei z kołnierzem z bezpośrednim matrycowaniem kołnierza ze ścianki tulei.
W artykule analizowano technologiczne warunki precyzyjnego kształtowania wielu wyrobów metalowych metodą dwustronnego wyciskania promieniowego. W badaniach eksperymentalnych stosowano różne narzędzia dzielone. Na specjalnej, 5-cylindrowej prasie hydraulicznej wytwarzano jedno-, dwu- i trójkołnierzowe wyroby, a także wyroby mono- i bimetalowe. Analizowano głównie procesy kształtowania na zimno 3-kołnierzowych wyrobów aluminiowych. Za pomocą metody elementów skończonych przeprowadzono analizę płynięcia metalu w procesach precyzyjnego kształtowania wyrobów dwustronnym wyciskaniem promieniowym, wykorzystując do tego celu program DEFORM 2D v.8.1. Badano warunki technologiczne wpływające na prawidłowe wypełnienie trzech poprzecznych prześwitów narzędziowych. Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych stwierdzono, że nowa prasa hydrauliczna wykazuje dużą przydatność technologiczną w procesach wytwarzania wyrobów precyzyjnych.
EN
The analysis of technological conditions for precision metal forming of many products by the two-sided radial extrusion was presented in this paper. Various split tools were used in experimental investigations. On special, 5-cylinder hydraulic press was shaped one-, two- and three-flange products, as well as mono- and bimetal products. The processes of cold forming of 3-flange products from aluminium were analysed mainly. The finite element analysis of the metal flow during the precision forming of products by the two-sided radial extrusion were carried out using the DEFORM 2D software (Version 8.1). Technological conditions affecting the correct filling of three transverse tool clearances were studied. Based on conducted experimental research, it was confirmed that the new hydraulic press showed large technological usefulness in the manufacture processes of precise products.
Przedstawiono analizę warunków plastycznego płynięcia metalu w różnych procesach wyciskania promieniowego. Komputerowe symulacje procesów przeprowadzono przy użyciu programu FORGE2. Analizowano płynięcie metalu przy zastosowaniu jednostronnego oraz dwustronnego procesu wyciskania. Stosowano także narzędzia o różnym kształcie. Stwierdzono, że zachowanie stateczności plastycznego płynięcia jest możliwe tylko w przypadku zastosowania wykrojów matrycowych, będących w stanie kształtować wyroby w obecności naprężeń wszechstronnie ściskających (sigma(m) < 0), czyli wówczas, gdy ściskające naprężenia osiowe i promieniowe będą przeważać nad dodatnimi naprężeniami obwodowymi.
EN
The analysis of conditions of plastic metal flow for different processes of the radial extrusion was presented in this paper. The computer simulations were carried out using the FORGE2 software. The metal flow by use of one-sided and two-sided extrusion process was analysed. Different shapes of dies were applied also. It has been found that conservation of stability conditions of plastic flow is possible only in this case when the die impressions have the capability to forming of product in hydrostatic pressure (sigma(m) < 0), that is, when the axial and radial compressive stresses are predominated over the circumferential tensile stresses.
Przedstawiono teoretyczne przesłanki prawidłowego doboru kształtu narzędzi do wyciskania promieniowego wyrobów. Za pomocą programów komputerowych DEFORM-2 i FORGE3 analizowano różne warunki płynięcia metalu. Udowodniono, że w przypadku nieprawidłowego doboru kształtu narzędzi dochodzi do niestateczności plastycznego płynięcia, która ujawnia się promieniowym podziałem wyciskanego materiału. Wykazano, że zbyt małe kąty nachylenia powierzchni wykrojów matrycowych przyczyniają się do obwodowego rozciągania warstw zewnętrznych kształtowanego metalu, co prowadzi do niekontrolowanego płynięcia metalu i utraty stateczności plastycznego płynięcia. Wyniki symulacji zostały potwierdzone badaniami eksperymentalnymi procesów wyciskania przeprowadzonymi na zimno i gorąco, a także w stanie półciekłym. Stwierdzono, że symulacje przeprowadzone metodą elementów skończonych pozwalają sprawdzić zachowanie stateczności plastycznego płynięcia, a tym samym ocenić przydatność zaprojektowanych narzędzi do zastosowań praktycznych.
EN
Theoretical premises for correct choice of tool shape for radial extrusion of products have been presented. The different conditions of metal flow were analyzed using DEFORM-2 and FORGE3 programme. It was proved that, in the case of incorrect choice of tool shape, instability of plastic flow occurs, which leads to radial partition of extruded material. It has been show that too small angles of inclination of die surfaces cause a circumferential tension of the external layer of deformed metal, which guides to the uncontrolled metal flow, and the loss of flow stability. The results of simulations have been confirmed by experimental investigations for radial extrusion processes carried out under cold and hot forming conditions, and also in semi-liquid state. It was found that the flow analysis using FEM solutions permits to check the stability of plastic flow and evaluates the usefulness of tools designed.
Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych procesów wyciskania promieniowego z zastosowaniem różnych narzędzi zapewniających zachowanie stateczności plastycznego płynięcia. Komputerowe symulacje procesów przeprowadzono przy użyciu programu FORGE3. Stwierdzono, że w przypadku zastosowania narzędzi o niewłaściwym kształcie, w zewnętrznych warstwach kształtowanego wyrobu pojawiają się wysokie rozciągające naprężenia obwodowe (sigma teta > 0), co uniemożliwia otrzymanie wymaganego wyrobu. Zachowanie stateczności plastycznego płynięcia jest możliwe tylko w przypadku zastosowania wykrojów matrycowych będących w stanie kształtować wyroby w obecności naprężeń wszchstronnie ściskających (sigma m < 0), czyli wówczas, gdy ściskające naprężenia osiowe i promieniowe będą przeważać nad dodatnimi naprężeniami obwodowymi. Na podstawie wyników symulacji stwierdzono, że takie warunki spełniają przede wszystkim wykroje matrycowe o kształcie zbieżnym, które wymuszają płynięcie metalu przy udziale odpowiednio wysokich ściskających naprężeń osiowych (sigma z < 0). Wykroje płaskie, jak wykazały wyniki symulacji, mogą być również wykorzystane, jednakże pod warunkiem, że wewnątrz tych wykrojów zostaną umieszczone takie wkładki kształtujące wyrób, które dzięki hamowaniu płynięcia i wywołaniu ściskających naprężeń promieniowych (sigma r < 0) będą także zapewniać pełną kontrolę płynięcia metalu.
EN
The paper presents results of numerical simulations of the radial extrusion processes with the application of different tools, ensuring the stability of the plastic flow. The computer simulations were carried out using the FORGE3 software. It has been found that in the case of using tools having wrong shape, the high circumferential tensile stresses are appeared in external layers of metal (sigma theta > 0), that make impossible to receive required product. Conservation of stability conditions of plastic flow is possible only in this case when the die impressions have the capability to forming of product in hydrostatic pressure (sigma m < 0), that is, when the axial and radial compressive stresses are predominated over the circumferential tensile stresses. On the basis of the simulation results, it has been found that first of all these conditions can be fulfilled by the convergent die impressions, which induce the plastic flow at appropriately high radial compressive stresses (sigma z < 0). It has been showed, that the flat die impressions can be applied also, but on condition that inside these impressions will be placed such die inserts for forming of products, which ensured the full control of metal flow by braking of the radial flow and generating of the radial compressive stresses (sigma r < 0).
Przedstawiono teoretyczne przesłanki prawidłowego doboru kształtu narzędzi do wyciskania promieniowego wyrobów. Przydatność zastosowanych narzędzi oceniano na podstawie numerycznej symulacji procesów kształtowania aluminiowych wyrobów. Komputerowe symulacje procesów przeprowadzono przy użyciu programu FORGE3. Wykazano, że zbyt małe kąty zbieżności wykrojów matrycowych przyczyniają się do obwodowego rozciągania warstw zewnętrznych kształtowanego metalu, co prowadzi do niekontrolowanego płynięcia metalu i utraty stateczności plastycznego płynięcia. Wyniki symulacji zostały potwierdzone badaniami eksperymentalnymi procesów wyciskania przeprowadzonymi na zimno i gorąco, a także w stanie półciekłym. Stwierdzono, że symulacje przeprowadzone metodą elementów skończonych pozwalają sprawdzić zachowanie stateczności plastycznego płynięcia, a tym samym ocenić przydatność zaprojektowanych narzędzi do zastosowań praktycznych.
EN
Theoretical premises for correct choice of the tool shape for radial extrusion of product have been presented. The usefulness of the tools applied was evaluated on the basis of FEM simulations for forming processes of aluminium products. The computer simulations were carried out using FORGE3 programme. It has been shown that too small angless of inclination of die surfaces cause a circumferential tension of the external layer of deformed metal, which leads to uncontrolled metal flow and the loss of stability of plastic flow. The results of simulations have been confirmed by experimental investigations for radial extrusion processes carried out under cold and hot forming conditions, and also in semi-liquid state. It has been found that the flow analysis, using FEM solutions, permits to check the stability of plastic flow and evaluates the usefulness of tools designed.
W artykule przedstawiono opis badań, kształtowania krzyżaka samochodowego w procesie wyciskania promieniowego - na zimno w jednej operacji, na prototypowej specjalistycznej prasie podwójnego działania - PHdW250. Celem badań było uzyskanie w jednej operacji na zimno wyrobu zgodnego z założeniami konstrukcyjnymi oraz ustalenie wytycznych do procesu technologicznego. Jednocześnie przetestowano poprawność działania prototypowej prasy PHdW. W pracy zamieszczono zestaw narzędzi oraz tabele nastaw zasterowań do procesu kształtowania. Pokazano fotografie gotowego wyrobu i wyniki badań mikro- oraz makrostruktury kształtowanego materiału.
EN
The paper contains a description of investigation of one operation forming of automotive star-piece in the process of cold radial extrusion on the prototype PHdW 250 double action press. The purpose of the investigation was to obtain a product in accordance with the design assumptions in one cold operation and to determine guidelines for the technological process. At the same time, the correctness of the prototype PHdW 250 press functioning has been tested. A set of tools, as well as control setting tables for the forming process, have also been included in the present work. Photographs show the ready made product and the results of micro-and macro-structure investigation of the formed material.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.