Numerical analysis of the cross-wedge rolling process of a railway axle *

ABSTRACT: The article presents an innovative method of manufacturing railway axle using two wedge rolls. The novelty of the solution consists in the simultaneous forming of axle by three pairs of wedges, which allows to significantly shorten the length of tools, leading to a reduction of the diameter of the rolls to an acceptable value. The correctness of the proposed solution was verified by means of numerical simulation. The shape progression of the formed axle, the effective strain, temperature and damage function distributions are presented. It is also shown how the force and torque on the rollers changes during rolling process.

KEYWORDS: cross-wedge rolling, railway axle, FEM

STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono innowacyjną metodę wytwarzania osi kolejowych za pomocą dwóch walców klinowych. Nowość rozwiązania polega na jednoczesnym kształtowaniu osi przez trzy pary klinów, co pozwala na znaczne skrócenie długości narzędzi, prowadzące do zmniejszenia średnicy walców do akceptowalnej wartości. Poprawność zaproponowanego rozwiązania sprawdzono na drodze symulacji numerycznej. Przedstawiono geometrię ukształtowanej osi oraz rozkłady intensywności odkształcenia, temperatury i funkcji zniszczenia. Pokazano również, jak w trakcie kształtowania zmieniają się siła i moment obrotowy na walcach.

SŁOWA KLUCZOWE: walcowanie poprzeczno-klinowe, oś kolejowa, MES

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Shu X., Wei X., Li C., Hu Z. “The influence rules of stress about technical parameters on synchronous rolling railway axis with multi-wedge cross-wedge rolling”. Appl. Mech. Mater. 37–38 (2010): 1482–1488, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.37-38.1482.

[2] Xu C., Shu X. “Influence of process parameters on the forming mechanics parameters of the three-roll skew rolling forming of the railway hollow shaft with 1:5”. Metalurgija. 57, 3 (2018): 153–156.

[3] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. “Numerical analysis of the skew rolling process for rail axles”. Arch. Metall. Mater. 60, 1 (2015): 415–418, https://doi.org/10.1515/amm-2015-0068.

[4] Pater Z. “FEM analysis of loads and torque in a skew rolling process for producing axisymmetric parts”. Arch. Metall. Mater. 62, 1 (2017): 85–90, https://doi.org/10.1515/amm-2017-0011.

[5] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. “Numerical analysis of the skew rolling process for main shaft”. Metalurgija. 54, 4 (2015): 627–630.

[6] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. “Numerical analysis of a skew rolling process for producing a stepped hollow shaft made of titanium alloy Ti6Al4V”. Arch. Metall. Mater. 61, 2 (2016): 677–682, https://doi.org/10.1515/amm-2016-0115.

[7] Pater Z. Cross wedge rolling, in: Button S.T. (ed.). Comprehensive Materials Processing. 3 (2014): 211–279. Elsevier Ltd.

[8] Pater Z., Tomczak J. “A new cross wedge rolling process for producing rail axles”. MATEC Web of Conferences. 190, 11006 (2018): 1–8, https://doi.org/10.1051/matecconf/201819011006.

[9] Peng W., Zheng S., Chiu Y., Shu X., Zhan L. “Multi-wedge cross wedge rolling process of 42CrMo4 large and long hollow shaft”. Rare Metal Mat. Eng. 45, 4 (2016): 836–842, https://doi.org/10.1016/S1875-5372(16)30084-4.

[10] Zheng S., Shu X., Han S., Yu P. “Mechanism and force-energy parameters of a hollow shaft’s multi-wedge synchrostep cross-wedge rolling”. J. Mech. Sci. Technol. 33, 5 (2019): 1–10, https://doi.org/10.1007/s12206-019-0411-1.

[11] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Wójcik Ł., Walczuk P. “Assessment of ductile fracture criteria with respect to their application in the modeling of cross wedge rolling”. J. Mater. Process. Techn. 278 (220): 116501, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116501.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2020.2.6

 

* Artykuł recenzowany