Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Optymalizacja kształtu odkuwki kołnierzowej z wykorzystaniem metody Rosenbrocka w celu minimalizacji jej masy

Gronostajski Z., Hawryluk M., Misiun G., Polak S., Pawełczyk M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

97--102

PL

W pracy autorzy podjęli się optymalizacji odkuwki kołnierzowej w celu minimalizacji masy materiału wsadowego. Przemysłowy proces kucia realizowany jest na prasie korbowej o dopuszczalnym nacisku 2500 ton w 3 operacjach: spęczania, kucia matrycowego wstępnego i kucia matrycowego wykańczającego. Do przeprowadzonej optymalizacji wykorzystano bezgradientowy algorytm Rosenbrocka, który sprzężono z modelem numerycznym przy wykorzystaniu języka Python. W ramach badań przeprowadzono modelowanie numeryczne procesu kucia, które pozwoliło na określenie jego najistotniejszych parametrów, m.in.: sił, rozkładów odkształcenia i pola temperatur oraz sposobu płynięcia. Główne parametry optymizacji dobrano na podstawie wyników symulacji komputerowych oraz normy kucia odkuwki kołnierzy. Przyjęto, że minimalizacja masy odkuwki będzie realizowana poprzez zmianę trzech wybranych na podstawie wyników MES, najistotniejszych parametrów – grubości i położenia denka oraz wysokości otwarcia na wypływkę. Wynikiem przeprowadzonej optymalizacji było obniżenie masy materiału o 5,3%. Otrzymane rezultaty optymalizacji zostały poddane analizie a następnie weryfikacji opartej o eksperyment w warunkach przemysłowych.

EN

In presented article authors has decided to optimize forging of the flange type in order to minimize the weight of the initial billet. Industrial forging process was carried out on the crank press with the pressure of 2500 tonnes in three operations: upsetting, initial die forging and final die forging. To conduct the optimization Rosenbrock algorithm has been used. For the study numerical modeling of industrial forging process has been carried out. Based on the results of computer simulation and standards of flange forging authors decided to reduce the weight by interfering into three selected parameters - thickness and the position of the bottom and the height of the outside flash opening. The result of the optimization was material weight reduction by 5,3% The obtained results were analyzed and will be verified by experiment in industrial conditions.

2

Solution Examples of Selected Issues Related to Die Forging

Gronostajski Z., Hawryluk M., Jakubik J., Kaszuba M., Misiun G., Sadowski P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2773--2782

EN

The paper presents selected examples of solutions and specific user applications associated with the industrial forging processes. Various process specific issues encountered during many years of bilateral collaboration with the forging industry are addressed and analysis methods are presented. As demonstrated in numerous articles and publications, the parameters influencing the die forging process are subject to complicated and mutually related dependencies, which can affect and complicate the methods of analysis. For this reason, researchers, more and more frequently, involve the use of additional support tools such as CAD / CAM / CAE, numerical modelling based on FEM, tool surface scanning methods, physical modelling, advanced microstructural research and dedicated control-measurement systems to validate engaged solutions. The research conducted by the authors included mainly: an analysis of the preform preparation, the impact of the geometry on the forging quality and the heating methods of the material and the tools, analysis of the tribological conditions, as well as an optimization of selected processes in respect of the force parameters, strain and temperature distributions and finally, a weight minimization of the input material. The issues discussed by the authors in the article intend, on the basis of the experience of its creators, to review the issues of the current forging technology and to indicate its possible solutions and development directions.

PL

W artykule przedstawiono wybrane przykłady rozwiązań i ich zastosowań w przemysłowych procesach kucia matrycowego. Opisano zagadnienia i problemy, z którymi autorzy zetknęli się w trakcie wieloletniej współpracy z przemysłem kuzienniczym oraz metody ich analizy. Jak wykazano w licznych artykułach i opracowaniach parametry wpływające na procesy kucia matrycowego podlegają złożonym i wzajemnie powiązanym relacjom, które w znacznym stopniu komplikują analizę procesów kucia. Jest to powodem coraz częstszego sięgania po szereg narzędzi informatycznych: CAD/CAM/CAE, symulacje numeryczne oparte o MES, skanowanie powierzchni matryc i stempli, a także zaawansowane badania mikrostrukturalne, modelowanie fizyczne, czy też zastosowanie specjalnych systemów pomiarowo-kontrolnych do praktycznej weryfikacji zastosowanych rozwiązań. Przeprowadzone w pracy badania obejmowały głównie: analizę przygotowania wstępniaków, wpływu ich geometrii na jakość odkuwki, sposobu nagrzewania materiału i narzędzi, analizę warunków tribologicznych, a także optymalizację wybranych procesów ze względu na parametry siłowe, rozkłady odkształceń i temperatur oraz zminimalizowanie masy materiału wsadowego. Zagadnienia opisane przez autorów w artykule mają na celu przybliżyć problematykę współczesnych procesów kucia matrycowego i metody ich rozwiązywania oraz wskazać możliwe kierunki rozwoju tej technologii.

3

An Analysis Of The Industrial Forging Process Of Flange In Order To Reduce The Weight Of The Input Material

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Misiun G., Niechajowicz A., Polak S., Pawełczyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

849--853

EN

This paper presents an analysis of the industrial process of hot forging a flange. The authors developed several thermomechanical models of the forging process for which they carried out computer simulations using the MSC.Marc 2013 software. In the Jawor Forge flanges with a neck are manufactured by hot forging in crank presses with a maximum load of 25 MN. The input material, in the form of a square bar, is heated up to a temperature of 1150°C and then formed in three operations: upsetting, preliminary die forging and finishing die forging. The main aim of the studies and the numerical analyses, in which the geometry of the tools would be modified, was to maximally reduce the amount of the input material taking into account the capabilities of the Jawor Forge, and consequently to significantly reduce the production costs. Besides the Forge’s equipment resources, the main constraint for modifications was the flange-with-neck forging standard which explicitely defines the tolerances for this element. The studies, which included numerical modelling, infrared measurements and technological tests, consisted in changing the geometry of the tools and that of the forging preform. As a result, the optimum direction for modifications aimed at reducing the mass of the input material was determined. The best of the solutions, making it possible to produce a correct forging in the Jawor Forge operating conditions, were adopted whereby the weight of the preform was reduced by 6.11%. Currently research is underway aimed at the application of the proposed and verified modifications to other flange forgings.

PL

Artykuł dotyczy analizy przemysłowego procesu kucia matrycowego na gorąco odkuwki typu kołnierz. Autorzy publikacji opracowali szereg modeli termomechanicznych procesu kucia, dla których przeprowadzili symulacje komputerowe z zastosowaniem oprogramowania MSC.Marc 2013. Przemysłowy proces wytwarzania kołnierzy z szyjką w kuźni Jawor wykonuje się metodą kucia na gorąco na prasach korbowych pracujących z maksymalnym obciążeniem 25 MN. Materiał wsadowy w postaci pręta kwadratowego jest nagrzewany do temperatury 1150°C i następnie kształtowany z wykorzystaniem trzech operacji – spęczania, matrycowania wstępnego oraz matrycowania wykańczającego. Głównym celem przeprowadzanych badań i analiz numerycznych polegających na modyfikacji geometrii narzędzi było jak największe ograniczenie wielkości materiału wsadowego przy jednoczesnym uwzględnieniu możliwości technologiczno-technicznych Kuźni Jawor. Miało to pozwolić na znaczącą redukcję kosztów produkcji. Za największy ogranicznik przeprowadzanych modyfikacji poza parkiem maszynowym zakładu przyjęto normę kucia kołnierzy z szyjką, która w jednoznaczny sposób definiuje tolerancje wykonywanego elementu. Przeprowadzone badania polegające na zmianie geometrii narzędzi i przedkuwki, obejmujące modelowanie numeryczne, pomiary termowizyjne oraz próby technologiczne pozwoliły określić optymalny kierunek wprowadzanych modyfikacji procesu umożlwiający redukcję masy materiału wsadowego. Przyjęcie przez autorów najlepszego z możliwych do uzyskania w warunkach Kuźnia Jawor rozwiązań pozwoliło na zmniejszenie masy wstępniaka o 6,11% w stosunku do masy wyjściowej. Obecnie trwają dalsze prace badawcze związane z przełożeniem zaproponowanych i zweryfikowanych zmian na inne odkuwki kołnierzowe.

4

Possibilities of investigating abrasive wear in conditions close to those prevailing in industrial forging processes

Hawryluk M., Marciniak M., Misiun G.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2014

|

Vol. 16, no. 4

600--607

EN

This paper presents aTriboForge – a prototype test stand for investigating abrasive wear, which unlike conventional tribometers, makes it possible to study wear under high pressures (500 MPa), i.e. in conditions close to those prevailing in industrial forging processes. The idea behind the designed and constructed prototype test stand was to most accurately reproduce the phenomena and processes acting on the surface layer of forging tools during their contact with the material being deformed. Preliminary tests were carried out on a tool material/selected forged material combination. A rotating disc made of tool steel (WCL) and a rectangular counter-sample made of the forged material (QS19-20), pressed against the disc constituted the friction pair. Thanks to a special control-measuring system integrated with the test stand it is possible to measure in real time several major parameters, such as: temperature distribution, the rotational speed of the sample, the pressure exerted by the counter-sample, the amount of wear, the sliding distance and changes in the friction coefficient value. The friction pairs would work for a fixed time of 4 hours at a constant counter-sample pressure of 10 kN (which for an average contact area amounted to about 220 MPa) at an average speed of 5 rpm (1 full rotation took about 12 s). Assuming that the key parameters describing abrasive wear are sliding distance and pressure per unit area, it has been shown that the magnitude of wear (material loss) depending on the cycle length is close to that in the actual industrial forging process. This proves the suitability of the test stand for the comprehensive analysis of the abrasive wear of forging dies.

PL

W pracy autorzy przedstawili prototypowe stanowisko do badania zużycia ściernego – TriboForge, które w odróżnieniu od klasycznych tribometrów pozwala na analizę zużycia w warunkachwysokich nacisków (500 MPa), czyli w warunkach zbliżonych do panujących w przemysłowych procesach kucia. Koncepcją zaprojektowanego i zbudowanego prototypowego stanowiska jest jak najdokładniejsze odwzorowanie zjawisk i procesów oddziałujących na warstwę wierzchnią narzędzi kuźniczych w kontakcie z odkształcanym materiałem odkuwki. Autorzy przeprowadzili wstępne badania dla skojarzenia: materiał narzędziowy i wybrany materiał odkuwki. Parę trącą stanowiły: obracający się krążek wykonany ze stali narzędziowej (WCL) oraz dociskana do niego próbka prostokątna z materiału odkuwki (QS19-20). Dzięki specjalnemu systemowi sterująco-pomiarowemu zintegrowanemu ze stanowiskiem możliwy jestpomiar on-line wielu istotnychparametrów(rozkładu temperatury, prędkości obrotowej próbki, siłydocisku przeciwpróbki, wielkości zużycia, drogi tarcia oraz zmianywartości współczynnika tarcia). Skojarzone próbki pracowały przez ustalony wcześniej czas 4 h przy docisku (stałą siłą około 10 kN, co przy średniej wielkości pola kontaktu wynosiło około 220 MPa), ze średnią prędkością obrotową 5obr/min (1 pełny obrót wynosił około 12 s). Przy założeniu, że najważniejszymi parametrami opisującymi zużycie ścierne są droga tarcia oraz nacisk jednostkowy wykazano, że wielkość zużycia (ubytku materiału) w zależności od długość cyklu jest zbliżonado procesu przemysłowego. Potwierdzato przydatność opracowanego stanowiska badawczego do kompleksowej analizy zużycia ściernego matryc kuźniczych.

5

Analiza niszczenia wkładek matrycowych stosowanych w przemysłowym procesie kucia na gorąco odkuwki rozwidlonej

Gronostajski Z., Hawryluk M., Krawczyk J., Marciniak M., Będza T., Misiun G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 8

534--538

PL

Praca dotyczy analizy zniszczenia wkładek matrycowych (dwuwykrojowych) stosowanych w przemysłowym procesie kucia na młocie odkuwki rozwidlonej o złożonej geometrii. Szczegółowej analizie poddano jedną z dolnych matryc, wybranych ze względu na niską trwałość wynoszącą zaledwie 1200 odkuwek. Na podstawie przeprowadzonych kompleksowych badań (skanowania powierzchni, pomiarów mikrotwardości, badań mikroskopowych, modelowania numerycznego, innych) wykazano, że najbardziej niebezpiecznym mechanizmem niszczącym dla analizowanego procesu jest pękanie mechaniczne oraz zmęczenie cieplno-mechaniczne. Wskutek pracy narzędzia w ekstremalnych warunkach (wysokie cykliczne udarowe obciążenia mechaniczne oraz termiczne) najbardziej intensywne uszkodzenia wykroju wstępnego, w wyniku zmęczenia cieplnego i zużycia ściernego zachodzą w miejscach złożonej geometrii iintensywnego płynięcia materiału odkuwkina promieniach zaokrągleń. Natomiast w przypadku wykroju wykańczającego dochodzi do zmęczeniowego pękania mechanicznego narzędzia w miejscach koncentracji naprężeń i dużych nacisków. Wykorzystanie pakietu obliczeniowego Forge oraz dalsze badania powinny pozwolić na podniesienie trwałości wkładek.

EN

This paper consist analysis of the diefailure(with two cavities)used in hammer forging manufacturing process of complex branched shape part. The precise analysis has been done for one of the lower dies, chosen on grounds of their short life which amounts to 1200 parts. Basing upon comprehensive studies (surface scanning, microhardness tests, microscope measurements, numerical modeling) it has been proved that the most dangerous failure mechanism for analyzed process is mechanical cracking and thermo-mechanical fatigue. Due to tool operating under extreme conditions(high cycling mechanical and temperature loads) the most rapid wear of initial die cavity takes place as a result of thermal fatigue and abrasive wear, around complex geometry and intensive material flow on the edge radius. On the other hand the finishing cavities damages because of a fatigue mechanical cracking in places of tension concentration and high occurrence. Using the numerical application Forge and further studies should allow to raise life time of analyzed tools.