The paper presents results of FEM modelling as well as properties and microstructure of the ultralow-carbon ferritic steel after the unconventional SPD process—DRECE (dual rolls equal channel extrusion). Based on the conducted numerical simulation information about the deformation behaviour of a steel strip during the DRECE process was obtained. The simulation results were experimentally verified. The influence of DRECE process on hardness distribution, fracture behaviour and microstructure evolution of the investigated steel was analysed. The increase of steel strength properties after subsequent deformation passes was confirmed. The microstructural investigations revealed that the processed strips exhibit the dislocation cell microstructure and subgrains with mostly low-angle grain boundaries. The grains after processing had relatively high dislocation density and intense microband formation was observed. It was also proved that this unconventional SPD method fosters high grain refinement.
W artykule przedstawiono wyniki badań porównujących modelowanie fizyczne oraz modelowanie numeryczne. Do realizacji badań wytypowano proces walcowania kątownika równoramiennego. Badania numeryczne przeprowadzono metodą elementów skończonych z użyciem oprogramowania DEFORM-3D, a w modelowaniu fizycznym wykorzystano możliwości druku 3D do wykonania walców. Przeprowadzone badania potwierdzają zgodność pomiędzy przyjętymi metodami modelowania. Ponadto potwierdzono, że materiał modelowy jakim jest kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS) może być wykorzystany na narzędzia do walcowania ołowiu w gatunku Pb1.
EN
The article presents the results of research comparing physical modelling and numerical modelling. A rolling process of an angle bar was selected for the implementation of the tests. Numerical research was performed using the finite element method with the use of DEFORM-3D software. In physical modelling the possibilities of 3D printing for making rolls were used. The conducted research confirms the compatibility between the adopted modelling methods. Moreover, it was confirmed that the material which is ABS can be used for tools for rolling Pb1 lead.
W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań doświadczalnych walcowania skośnego kul w wykrojach śrubowych. W trakcie badań określono wpływ temperatury początkowej wsadu na jakość walcowanych kul oraz przebieg procesu walcowania. Przeanalizowano również wpływ średnicy półfabrykatu na jakość uzyskanych kul. Badania doświadczalne wykonano w kuźniczej walcarce skośnej, zainstalowanej w Politechnice Lubelskiej. Podczas prób kształtowano kule o średnicy S∅40 mm w dwukrotnych wykrojach śrubowych. Uzyskane wyniki wskazują, że najlepsze jakościowo wyroby uzyskuje się podczas walcowania odkuwek z półfabrykatów nagrzanych do temperatury około 1000°C.
EN
This paper presents selected numerical and experimental results of a skew rolling process for producing balls by helical tools. The study investigates the effect of the billet’s initial temperature on the quality of produced balls and the rolling process itself. In addition, the effect of billet diameter on the quality of produced balls is investigated. Experimental tests were performed using a helical rolling mill available at the Lublin University of Technology. The experiments consisted in rolling 40 mm diameter balls with the use of two helical tools. The results demonstrate that the highest quality balls are produced from the billet preheated to approx. 1000°C
W artykule przedstawiono rozważania teoretyczne dotyczące wpływu zmiany szerokości narzędzia klinowego na przebieg procesu walcowania poprzeczno-klinowego. Rozpatrzono trzy warianty narzędzi, w których przyrost szerokości klina na długości zmieniał się w sposób ubywający, stały oraz narastający. Przeprowadzona analiza teoretyczna w oprogramowaniu Deform 3D ver. 11 pozwoliła określić kształt uzyskanych odkuwek. Ponadto wyznaczono stan naprężenia oraz odkształcenia, a także rozkład znormalizowanego kryterium pękania Cockcroft-Latham. Określono także wpływ kształtu klina na parametry siłowe procesu walcowania.
EN
The article presents theoretical considerations regarding the effect of changing the width of the wedge tool on the course of the cross-wedge rolling process. Three variants of tools were considered, in which the increase in the width of the wedge on the length of the tool changed in a way that was decreasing, constant and increasing. Theoretical analysis was carried out in the Deform 3D software ver. 11 allowed to determine the shape of the obtained forgings. In addition, the state of stress and strain as well as the distribution of the normalized Cockcroft-Latham damage criterion were determined. The influence of the wedge shape on the force parameters of the rolling process also was determined.
W artykule opisano przykład zastosowania nowego procesu walcowania śrubowo-klinowego (WŚK) do kształtowania prętów kołowych z zużytych główek szyn kolejowych. Proponowaną koncepcję walcowania wstępnie zweryfikowano przy użyciu metody elementów skończonych w oprogramowaniu Forge NxT 1.1. W trakcie obliczeń określono parametry siłowe procesu, zużycie narzędzi oraz wyznaczono rozkłady intensywności odkształcenia. Prognozowano możliwość pojawienia się zjawisk ograniczających realizację procesu w warunkach rzeczywistych. Dodatkowo porównano technologię walcowania wzdłużnego z proponowaną technologią walcowania skośnego prętów z główek szyn. Uzyskane wyniki badań wskazują, że możliwe jest walcowanie prętów z główek szyn kolejowych stosując obie metody walcowania. Wyniki analizy wskazują, że pręty kształtowane metodą walcowania skośnego posiadają znacznie większą dokładność aniżeli pręty walcowane wzdłużnie.
EN
The article describes an example of the application of a new process helical- wedge rolling (HWR) for forming circular bars from a scrapped rail head. The proposed rolling concept was initially verified using the finite element method in Forge NxT 1.1. During the computations, the force parameters of the process, tool wear and effective strain distributions were determined. The possibility of occurrence of phenomena limiting the process in real conditions was forecasted. In addition, the longitudinal rolling technology was compared with the proposed technology of rolling the circular bars from the heads of the rails. The obtained test results indicate that it is possible to rolling circular bars from the heads of rails using both rolling methods. The results of the analysis show that bars shaped by means of skew rolling have much higher accuracy than longitudinally rolled bars.
The paper describes the design of a flat-wedge reversing mill used for forming balls directly from heads of scrap railway rails. At the beginning an innovative rolling method for producing balls is presented. This two-stage method consists in forming balls from heads of scrap railway rails using plate-shaped flat tools. The first stage involves preparation of a workpiece by changing the irregular shape of the rail head into a round bar. Next, the workpiece is automatically moved to the working space of the other tool set, where forgings of balls are formed on return motion of the slide. To enable the production of balls under industrial conditions in accordance with the above concept, a flat-wedge rolling mill was designed and constructed. The results demonstrate that the machine can be used to produce balls from heads of scrap railway rails.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper describes limitations in the process of cross wedge rolling (CWR). The problem of necking (rupture) of a shaft step is discussed in detail. In addition, the paper also overviews the state of the art of modelling the cross wedge rolling process by the finite element method-based software, Deform-3D. Next, the paper presents methods for increasing effectiveness in two types of CWR: cross wedge rolling where axial flow of metal is blocked and cross wedge rolling with upsetting. The proposed rolling methods are then verified numerically by Deform-3D. Finally, the presented solutions are verified in experimental tests of a rolling process for producing a lever (with blocked axial flow of metal) and for an upset rolling process for producing a driving shaft.
W opracowaniu przedstawiono wyniki badań nad nowym procesem wyciskania wierteł krętych w matrycach dzielonych. Głównym celem tych badań było określenie parametrów, które wpływają w istotny sposób na przebieg procesu. Parametry technologiczne wyznaczono, wykorzystując modelowanie komputerowe. Symulacje numeryczne oparte na metodzie elementów skończonych zrealizowano w oprogramowaniu DEFORM – 2D/3D Ver 11.0. Na podstawie otrzymanych wyników określono wpływ temperatury materiału, warunków tarcia, prędkości wyciskania oraz geometrii matrycy na przebieg oraz dokładność procesu wyciskania wierteł krętych. Wyznaczono parametry optymalne odnośnie warunków tarcia, temperatury oraz prędkości wyciskania. Ustalono, że największy wpływ na dokładność geometryczną wyciskanych wierteł ma kształt matryc oraz warunki tarcia. Wykorzystując sztuczne sieci neuronowe oraz wyniki symulacji numerycznych, określono model matematyczny opisujący zależność kąta pochylenia rowków wiórowych od parametrów geometrycznych matrycy. Walidację wyników teoretycznych przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych. Badania przeprowadzono na prasie hydraulicznej PYE-160 oraz na specjalnie skonstruowanym przyrządzie do wyciskania w matrycach łupkowych. Do realizacji prac doświadczalnych wykorzystano dwa zestawy narzędziowe. W trakcie prowadzonych badań wyciskano wiertła ze stali narzędziowej do pracy na zimno w gatunku 100Cr6. Wyniki badań doświadczalnych potwierdziły przydatność opracowanego modelu matematycznego w projektowaniu narzędzi do wyciskania wierteł krętych.
EN
This paper presents the results of research on a new process of extrusion of twist drills in split dies. The main purpose of the experiments was to determine the parameters that have a significant impact on the course of the investigated process. Technological parameters were determined using computer modeling. Numerical simulations based on the Finite Element Method were performed using DEFORM – 2D/3D software V11.0. The results were used to determine the influence of material temperature, friction conditions, extrusion rate and die geometry on the course and accuracy of extrusion of twist drills. Optimum friction conditions, temperature and extrusion rate were determined. It was found that the geometric accuracy of extruded drills depended on die shape and friction conditions. Artificial neural networks and the results of numerical simulations were used to define a mathematical model describing the dependence of drill helix angle on the geometric parameters of the die. Theoretical results were verified experimentally under laboratory conditions. The tests were carried out on a PYE-160 hydraulic press and on a specially constructed device for extrusion in two-segment dies. Two sets of tools were used in the experiments. During the tests, drills were extruded form 100Cr6 cold-work tool steel. Experimental results confirmed that the mathematical model developed could be successfully used in the design of tools for extruding twist drills.
W pracy przedstawiono wyniki analizy teoretyczno-doświadczalnej procesu obciskania obrotowego osiowosymetrycznych elementów drążonych na zimno. Badania prowadzono pod kątem określenia wpływu grubości ścianki półfabrykatu rurowego na przebieg procesu kształtowania oraz jakość uzyskanych wyrobów. Analizę teoretyczną przeprowadzono w oparciu o wyniki modelowania numerycznego metodą elementów skończonych. Obliczenia wykonano w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia w programie Simufact Forming. Uzyskane wyniki zweryfikowano podczas prób laboratoryjnych, zrealizowanych w specjalnym agregacie do obciskania obrotowego. Rezultaty badań potwierdziły możliwość kształtowania na zimno drążonych odkuwek wałków stopniowanych w szerokim zakresie grubości ścianki półfabrykatów rurowych.
EN
The paper reports the results of theoretical and experimental analyses of a cold rotary compression process for producing axisymmetric hollow parts. The aim of the study was to determine the effect of wall thickness of tubular billet on the rotary compression process and product quality. The theoretical analysis involved numerical modelling by the finite element method. The numerical analysis was performed in a three-dimensional state of strain using Simufact Forming. The numerical results were then verified in laboratory tests conducted using a specially designed machine for rotary compression. The experimental results confirm that stepped hollow shafts can be cold formed from tubes with different wall thicknesses.
W artykule przedstawiono nową metodykę projektowania walców śrubowych do walcowania kul, które wykorzystywane są do rozdrabniania materiałów (mielenia) w młynach kulowych. Podano zależności pozwalające na obliczenie podstawowych wymiarów wykrojów. Zaproponowany sposób projektowania walców zilustrowano na przykładzie dotyczącym kształtowania kul o średnicy 60 mm. Weryfikacji proponowanej metody projektowania walców dokonano na drodze symulacji numerycznej. Wyniki obliczeń potwierdziły trafność proponowanego rozwiązania.
EN
This article presents a new methodology for designing helical rolls for balls rolling, primarily used for grinding media in ball mill. The dependencies that allow to calculate the basic parameters of the impression are given. The proposed design of the rollers is illustrated by the example of forming balls 60 mm in diameter. Verification of the proposed roll design was done by numerical simulation. The results of the calculations have confirmed the relevance of the proposed solution.
W artykule przedstawiono wyniki badań, w których określono warunki tarcia podczas kształtowania stali C45 w temperaturze 1150°C. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem smarów na bazie szkła: szkło wodne, mieszanina szkła wodnego i grafitu oraz proszek szklany. Celem badań było wyznaczenie czynnika tarcia m. Wartości czynników tarcia wyznaczono na podstawie porównania wymiarów próbek spęczanych doświadczalnie z wynikami symulacji numerycznych. Szukaną wartość czynnika tarcia określano na podstawie minimalizacji funkcji celu.
EN
The paper presents the results of investigations in which friction conditions were determined during forming of C45 steel at 1150 °C. The research was conducted using glass-based lubricants: water glass, a mixture of water glass and graphite, and glass powder. The aim of this research was determining values of friction factors m. The values of friction factors were determined on the basis of the comparison of the dimensions of the experimental samples with the results of numerical simulations. The target value of friction factor was determined on the basis of minimizing the objective function.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper reports the results of theoretical and experimental tests of a forming process for producing ball studs which are widely used in the automotive industry. It is proposed that semi-finished ball studs are produced by cross wedge rolling in a double configuration. The theoretical analysis was performed by numerical techniques based on the finite element method. Numerical computations were made using the simulation software DEFORM v 11.0. During the simulations, the accuracy of the adopted tool design was verified, and optimal parameters of the process along with the effect of selected parameters of the process and the quality of produced parts were determined. The proposed rolling process was verified under laboratory conditions using a flat-wedge forging machine available at the Lublin University of Technology. The experimental findings show a high agreement with the numerical results, in terms of both quality and quantity. The results confirm that ball studs can be produced by the proposed cross wedge rolling technique.
The paper presents a new extrusion process for producing twist drills using split dies. The design of the dies is described, where the profile of the flute-forming element is the same as the profile of the flute on the plane inclined to the drill axis at an angle equal to the helix angle. The proposed method for the extrusion of twist drills by the new type of dies is verified by numerical modeling. Three cases of the extrusion process are modelled, each with a different position of the flute-forming element relative to the axis of the drill. The paper investigates the effect of the position of the flute-forming element on the angle of inclination of the flutes and the cross-section shape of the drill. Numerical modeling is performed using DEFORM-3D.
W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu parametrów matrycy na jakość wierteł krętych wyciskanych na gorąco. Badania przeprowadzono w oparciu o modelowanie numeryczne przy użyciu metody elementów skończonych. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu promienia r, długości paska kalibrującego h oraz kąta pochylenia występu kształtującego γ na wielkość kąta pochylenia rowków wiórowych wierteł wyciskanych. Przeprowadzone badania pozwoliły określić zależność kąta pochylenia rowków wiórowych wyciskanych wierteł w zależności od trzech parametrów definiujących geometrię wykroju roboczego matrycy. Ponadto określono wpływ wyżej wymienionych parametrów na wartość siły wyciskania.
EN
The article presents the results of research on Influence of die parameters on the quality of hot extruded twist drills. The numerical modelling of the process is performed by the finite element method. The aim of this study was to determine the effect of radius r, the length of the strip calibration h and the angle of inclination γ performance shaping the size of the angle of flute twist drill. The simulations help determine the relationship between variations in the angle of flutes in extruded drills and the parameters that define the geometry of the die. Based on the numerical results, the effect of die geometry on the extrusion force is determined too.
W opracowaniu przedstawiono wybrane wyniki prób dzielenia mechanicznego złomowanych szyn kolejowych. Celem badań było określenie możliwości oddzielania mechanicznego główki i stopy od środnika złomowanych szyn kolejowych oraz określenie parametrów geometrycznych narzędzi. Badania zrealizowano w warunkach laboratoryjnych z wykorzystaniem prasy hydraulicznej i specjalnie zaprojektowanego tłocznika. Próby dzielenia prowadzono w dwóch etapach. W pierwszym nagniatano karby na środniku wzdłuż główki i stopy, w drugim rozrywano mechanicznie szyny wzdłuż nagniatanych karbów. W trakcie eksperymentu analizie poddano jakość powierzchni pękania, parametry siłowe procesu oraz trwałość narzędzi.
EN
The paper reports selected results of the tests in mechanical cutting of scrap railway rails. The objective of the study was to investigate the possibility of mechanical separation of the rail’s head and foot from the web, as well as to determine the proper tool geometry. The tests were performed under laboratory conditions using a hydraulic press and a cutting-off die specially designed for this purpose. The tests were run in two stages. First, notches were burnished on the web along the head and foot. After that, the rails were subjected to mechanical tearing along the burnished notches. During the experiments, the quality of cracking surface, force parameters of the process and tool life were examined, too.
W pracy przedstawiono innowacyjny proces walcowania skośnego pręta cylindrycznego, wytwarzanego z główki złomowanej szyny kolejowej. W procesie tym wykorzystywane są walce śrubowe, których konstrukcja umożliwia wykonywanie na półwyrobie walcowanym pierścieniowych zgrubień, które w następnej fazie procesu ulegają redukcji do pożądanego przekroju kołowego. Zalecane jest przy tym poprzedzenie procesu walcowania prasowaniem bocznym, prowadzącym do wstępnego uregulowania kształtu poprzecznego materiału wsadowego. Sprawdzenia poprawności przyjętego rozwiązania dokonano w drodze symulacji numerycznej, wykonanej w środowisku programu Simufact.Forming.
EN
The paper describes an innovative helical rolling process for producing a round bar from a head of a scrap rail. The process involves the use of helical rolls, the design of which enables formation of ring-shaped shoulders on the workpiece. These shoulders are then reduced to the desired circular section. It is recommended that the helical rolling process be preceded by lateral moulding, as this will make the billet more compact. The developed solution was verified numerically with the simulation programme Simufact.Forming.
W artykule przedstawiono przykład walcowania długiego wału głównego, wykorzystywanego w samochodach półciężarowych, metodą walcowania poprzeczno-klinowego. Omówiono zasadę tego procesu kształtowania, podkreślając zalety tej metody wytwarzania. Przedstawiono wyniki analizy numerycznej, progresję kształtu wyrobu w trakcie walcowania, mapy intensywności odkształcenia i temperatury oraz rozkłady sił i momentów walcowania, które potwierdziły przydatność proponowanej technologii do wytwarzania wałków długich.
EN
The paper discusses a technique of cross wedge rolling and its application to the production of long main shafts that are used in light trucks. First, the design of this forming technique is described. Then the paper stresses the main advantages of this process production. Finally, the reported numerical results workpiece shape change during rolling, maps of effective strains and temperatures as well as loads and torques confirm that the discussed technique is suitable for producing long shafts.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a numerical analysis of a skew rolling process for producing axle shafts for a motor truck. In this process, three forming tools (disc or conical rolls) located every 120° on the circumference of the workpiece are set askew relative to the axis of the workpiece and they are rotated in the same direction at identical speed. The rollers can converge or diverge (relative to the axis of the workpiece) depending on the applied cross sectional reduction of a shaft step. In addition, the spacing of the rolls is synchronized with axial displacement of the workpiece-holding chuck. An advantage of this process is its universality, because the same rolls can be used to form different products depending on the motion of the rolls and chuck. Based on the numerical results, we compared two skew rolling techniques, each using differently shaped tools. The results of effective strain, temperature, damage function as well as loads and torques demonstrate that skew rolling is an effective method for producing elongated parts such as stepped axles and shafts.
PL
W artykule przedstawiono analizę numeryczną procesu walcowania skośnego półosi samochodu ciężarowego. W proponowanym procesie walcowania skośnego trzy narzędzia kształtu; (rolki zbieżne lub stożkowe), rozmieszczone na obwodzie przedmiotu obrabianego co 120°, ustawione są skośnie względem wyrobu i obracają się z jednakową prędkością w tę samą stronę. Rolki mają możliwość zsuwania i rozsuwania się (w kierunku wsadu), w zależności od zastosowanej redukcji przekroju poprzecznego kształtowanego stopnia wałka. Przy tym rozstaw rolek zsynchronizowany jest z przemieszczeniem osiowym uchwytu, w którym zamocowany jest koniec wyrobu kształtowanego. Zaletą omawianego procesu jest jego uniwersalność, objawiająca się tym, że korzystając z tych samych rolek można kształtować rożne wyroby, których kształt wynikać będzie z odpowiednio zaprogramowanego ruchu rolek i uchwytu. Bazując na wynikach symulacji porównano dwie metody walcowania skośnego, w których zastosowano narzędzia o różnym kształcie. Bazując na wyznaczonych rozkładach intensywności odkształcenia, temperatury, funkcji zniszczenia oraz sil i momentów walcowania stwierdzono, że proces walcowania skośnego jest efektywną metodą wytwarzania odkuwek wydłużonych, w szczególności typu stopniowanych osi i wałów.
The paper describes a rolling process for a hollow Ti6Al4V alloy shaft used in driving systems of light trucks. The shaft is formed by skew rolling using three tapered rolls. The principle of this forming process was discussed stressing its universality due to the potential of applying it for forming various products by one set of rolls. The numerical analysis results (product shape progression in rolling, wall thickness distribution, effective strain, temperature and variations in loads and torques) confirm that the proposed technique can be used for producing hollow long shafts.
This paper presents the chosen results of ball pins hollow forgings forming by means of rotary compression. Theoretical research was based on numerical simulations, conducted using finite element method. The software Simufact was applied for calculations needs. During simulations, kinematics of material flow, strain intensity distribution, damage criterion according to Cockroft-Latham and temperature distributions were determined. Force parameters in the process were also determined and limiting phenomena were identified. Results from FEM modeling were verified in laboratory conditions. Ball pins hollow forgings forming tests were performed in a special forge aggregate. The obtained results fully confirmed the possibility of ball pins hollow forgings manufacturing by means of rotary compression.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.