Application of the cross-wedge rolling process to the manufacture of preforms for elongated forgings

ABSTRACT: The article presents two examples of the use of the cross-wedge rolling process (CWR) to form preforms into forgings for the mining industry. A novelty in the discussed rolling processes was the use of flanges, which were used to form the tapered ends of preforms. The correctness of the solutions was verified by numerical simulations using the Forge® programme. Workpiece shape progressions are presented for both rolling and drop forging. Fields of temperature, effective strain and damage function in rolled preforms are also presented. Furthermore, it is shown how radial force and torque change during rolling.

KEYWORDS: cross-wedge rolling, CWR, preform, FEM

STRESZCZENIE: W artykule opisano dwa przykłady zastosowania procesu walcowania poprzeczno-klinowego (WPK) do kształtowania przedkuwek na odkuwki dla górnictwa. Nowością w tych procesach walcowania było zastosowanie listew oporowych, za pomocą których formowano zakończenia stożkowe przedkuwek. Poprawność prezentowanych rozwiązań zweryfikowano w symulacjach numerycznych, które wykonano w programie Forge®. Przedstawiono progresje kształtu przedmiotu obrabianego zarówno podczas walcowania, jak i kucia matrycowego. Zaprezentowano także mapy temperatury, intensywności odkształcenia i funkcji zniszczenia w przedkuwkach walcowanych. Ponadto pokazano, jak podczas walcowania zmieniają się siła rozporowa i moment obrotowy.

SŁOWA KLUCZOWE: walcowanie poprzeczno-klinowe, WPK, przedkuwka, MES

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Wasiunyk P. „Kucie matrycowe”. Warszawa: Wyd. Naukowo-Techniczne (1987).

[2] Pater Z. ”Cross-Wedge Rolling”. W: red. Button S.T. „Comprehensive Materials Processing”. T. 3 Elsevier Ltd. (2014): 211–279.

[3] Pater Z. „Walcowanie poprzeczno-klinowe”. Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej (2009).

[4] Pater Z. „Study of Cross Wedge Rolling Process of BA3002-type Railway Axle”. Adv. Sci. Technol. Res. J. 16, 2 (2022): 225–231, https://doi.org/10.12913/22998624/147310.

[5] Kache H., Stonis M., Behrens B.A. ”Development of a warmcross wedge rolling process using FEA and downsized experimental trials”. Prod. Eng. Res. Devel. 6 (2012): 339–348, https://doi.org/10.1007/s11740-012-0379-5.

[6] Meyer M., Stonis M., Behrens B.A. ”Cross wedge rolling andbi-directional forging of preforms for crankshafts”. Prod. Eng. Res. Devel. 9 (2015): 61–71, https://doi.org/10.1007/s11740-014-0581-8.

[7] Behrens B.A., Stonis M., Rasche N. ”Influence of the forming angle in cross wedge rolling on the multi-directional forgingof crankshafts”. Int. J. Mater. Form. 11 (2018): 31–41, https://doi.org/10.1007/s12289-016-1326-3.

[8] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. ”FEM simulation of the cross-wedge rolling process for a stepped shaft”. Strength of Materials. 49, 4 (2017): 521–527, https://doi.org/10.1007/s11223-017-9895-z.

[9] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. ”An innovative method forforming balls by cross rolling”. Materials. 11 (2018): e1793, 1–14, https://doi.org/10.3390/ma11101793.

[10] Kruse J., Jagodzinski A., Langer J., Stonis M., Behrens B.A. ”Investigation of the joining zone displacement of cross-wedge rolledserially arranged hybrid parts”. Int. J. Mater. Form. 13 (2020): 577–589, https://doi.org/10.1007/s12289-019-01494-3.

[11] Bulzak T. ”Ductile Fracture Prediction in Cross-Wedge Rollingof Rail Axles”. Materials. 14, 21 (2021): e6638, https://doi.org/10.3390/ma14216638.

[12] Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Walczuk-Gągała P. ”Novel damage calibration test based on cross-wedge rolling”. Journal of Materials Research and Technology. 13 (2021): 2016–2025, https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.06.022.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2023.3.7

 

* Artykuł recenzowany