The influence of the scale formation and the die angle on the heat transfer in the drawing out process

• Autorzy: Hadała, B. , Malinowski, Z.
• Konferencja: 14th KomPlasTech Conference, Zakopane, January 14-17, 2007
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes the influence of the scale formation and the die angle on the heat transfer in the drawing out process. The die angle affects the surface of contact of the ingot with the anvils and it results the heat flux transferred to the air and tools. In order to describe the heat transfer boundary conditions in the zone of material contact with the dies the secondary scale formation as a function of time and a forged steel surface temperature have been taken into account. The scale thickness has been calculated on the basis of the experimental equation defining the growth of the weight of scale while steel cooling in the air. It was assumed that the scale formed during heating of the ingot in the furnace has been completely removed during preliminary operations. It has made it possible to vary the heat transfer coefficient as a function of process time and the scale thickness. The dependence of the heat transfer coefficient on the type of anvil has been determined by taking into account the die angle and the deformation ratio during the drawing out operation. The empirical functions have been established to approximate the ratio of material contact with the anvils. The tape of anvil and the deformation ratio have been taken into account. On the basis of the developed heat transfer boundary conditions, the temperature field of the forged shaft has been calculated. The temperature distributions in the cross section of the shaft have been presented. The temperature calculations have been performed by the finite element method.

PL

W artykule przedstawiono analizę wpływu zgorzeliny i kąta kowadeł na wymianę ciepła w procesie wydłużania swobodnego wlewka. Kąt kowadeł wpływa na powierzchnię styku kutego materiału z kowadłami i w rezultacie zmienia się strumień ciepła odprowadzanego do kowadeł i przejmowanego przez powietrze. W celu ustalenia warunków brzegowych w strefie kontaktu wlewek - kowadło, uwzględniono, wzrost grubości zgorzeliny wtórnej w zależności od czasu i temperatury powierzchni kutej stali. Grubość zgorzeliny wyliczono na na podstawie eksperymentalnych zależności przyrostu masy zgorzeliny podczas chłodzenia w powietrzu po operacji nagrzewania. Założono, że zgorzelina pierwotna, powstała podczas nagrzewania w piecu, została usunięta w czasie wydłużania wstępnego. Pozwoliło to na wykazanie zmienności współczynnika wymiany ciepła w zależności od grubości zgorzeliny i czasu trwania procesu. Wykazano także zależność współczynnika wymiany ciepła od rodzaju zastosowanych kowadeł z uwzględnieniem kąta rozwarcia powierzchni roboczej kowadła i wielkości gniotu stosowanego podczas operacji kucia. Dla każdego z kowadeł została przyjęta funkcja empiryczna umożliwiająca przybliżenie udziału pola powierzchni styku. Na podstawie ustalonych zależności wykonano obliczenia pola temperatury wlewka i przedstawiono przykładowe wyniki rozkładu temperatury w przekroju poprzecznym w strefie styku kowadła z odkształcanym materiałem. Obliczenia zostały dokonane za pomocą metody elementów skończonych.

Słowa kluczowe

EN

heat transfer; scale formation; drawing out precess; finite element method

• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 7, No. 2
• Strony: 218-223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Hadała, B.

autor

Malinowski, Z.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, Kraków

Bibliografia

• Banaszek, G., 2002, Wpływ kształtu narzędzi i głównych parametrów kucia na jakość wewnętrzną odkuwek, PhD thesis, PCZ, (in Polish).
• Devadas, C., Samarasekera, I.V., 1986, Heat transfer during hot rolling of steel strip, Ironmaking and Steelmaking, 13, 311-321.
• Kukuryk, B., 1994, Symetryczny i asymetryczny proces kucia dużych wlewków, WPCz, Częstochowa, (in Polish).
• Lenard, J.G., 1990, An Experimental Study of Boundary Conditions in Hot and Cold Flat Rolling, Annals of the CIRP, 39, no 1,279-282.
• Malinowski, Z., 2005, Numeryczne modele w przeróbce plastycznej i wymianie ciepła, Wydawnictwo AGH, (in Polish).
• Malinowski, Z., 2001, Analysis of Temperaure Fields in the Tools Durling Forging of Axially Symmetrical Parts, Archives of Metallurgy, 46, 93-118.
• Malinowski, Z., Lenard, J.G., Davies, M.E., 1994 A study of the heat-transfer coefficient as a function of temperature and pressure, J. Mat. Proc. Tech., 41,125-142.
• Murata, K., Morise, H., Mitsutsuka, M., Naito, H., Komatsu, T., Shida, S., 1984, Heat Transfer between Metals in Contact and Its Application to Protection of Rolls, Trans. ISIJ, 24, B-309.
• Opel, L.I., Waszczenko, A.I., Klimuszkin, A.K., Szulc, L.A., 1974, Issledowanie okislenia metalla posle nagrewa w pieci: Cernaja metalurgia, 5, 177-179 (in Russian).
• Pawelski, O., 1969, Berechnung der Warmedurchgangszahl fur das Warmwalzen und Schmieden. Archiv fur das Eisenhuttenwesen, 40, 821 – 827 (in German).
• Pietrzyk, M., Kusiak, H., Lenard, J.G., Malinowski, Z., 1994, Heat Exchange between the Workpiece and the Tool in the Metal Forming Processes, Proc. 6th Conf. Formability'94, eds, Bartecek, J., Ostrava 24-27 Oct., Czech Republic, 329-338.
• Senkara, T., 1983, Obliczenia cieplne pieców grzewczych w hutnictwie, Katowice (in Polish).