CEL I TEZA PRACY
BADANIA WŁASNE
8. Dyskusja wyników badań własnych i ich weryfikacja w warunkach przemysłowych
Proces kucia swobodnego w warunkach laboratoryjnych przebiegł zgodnie z przyjętymi założeniami. Dokonano rejestracji głównych parametrów procesu, które w kolejnych etapach posłużyły opracowaniu modeli do symulacji numerycznej. Na rysunku 8.1 przedstawiono przykładowe wyniki rejestracji przebiegu siły w czasie wielooperacyjnego procesu kucia swobodnego. Dane te zostały wykorzystane do korekty wyników symulacji numerycznej, której celem było dokładne odwzorowanie procesów wykonywanych w warunkach laboratoryjnych.
a) b)
Rys. 8.1. Zmiana siły w czasie kucia swobodnego: a) odkuwki ze stopu Inconel 600, b) odkuwki ze stali C21.
Kolejnym parametrem zarejestrowanym w trakcie badań, który został wykorzystany w symulacji numerycznej była prędkość ruchu narzędzia górnego. W programie QForm VX standardowym założeniem kucia na prasie hydraulicznej jest określanie stałej prędkości ruchu suwaka. Zarejestrowane wyniki potwierdzają jednak, że prędkość ta ulega zmianie w zależności od stadia zaawansowania procesu. Przykładowe wyniki rejestracji prędkości w trakcie całego procesu kucia przedstawiono na rysunku 8.2.
a) b)
Rys. 8.2. Wyniki rejestracji zmiany prędkości ruchu narzędzia górnego w czasie kucia: a) odkuwki ze stopu Inconel 600, b) odkuwki ze stali C21.
Przedstawiony powyżej sposób prezentacji wyników kucia swobodnego stwarza pewne problemy z ich interpretacją. W związku z tym podczas doboru parametrów do symulacji numerycznej skupiono się na analizie pojedynczych gniotów. Dodatkowe nałożenie krzywych na wspólny wykres pozwoliło na wyodrębnienie poszczególnych etapów kształtowania. Na rysunku 8.3 przedstawiono przykładowe wyniki rejestracji parametrów dla pojedynczych gniotów w trakcie wydłużania swobodnego.
a) b)
Rys. 8.3. Wyniki pomiarów parametrów dla pojedynczego gniotu podczas kucia: a) odkuwki ze stopu Inconel 600, b) odkuwki ze stali C21.
W obu przypadkach można wyodrębnić etap dojazdu narzędzia do materiału, którego początek objawia się nagłym wzrostem prędkości oraz intensywnym szumem na wykresie pomiaru siły. Moment napotkania materiału przez narzędzie widoczny jest poprzez regularny wzrost siły. Kąt pochylenia krzywej jest zależny od założonej prędkości ruchu suwaka prasy. W początkowym etapie odkształcania można dostrzec nagły spadek prędkości chwilowej związany z oporem stawianym przez odkształcany materiał. Następnie prędkość wzrasta, aż do założonej wartości, która utrzymuje się do osiągnięcia finalnej odległości między narzędziami. Zakończeniu odkształcania towarzyszy spadek prędkości oraz siły nacisku do zera. Ujemne wartości prędkości oznaczają ruch suwaka prasy ku górze.
Kolejnym etapem weryfikacji poprawności założeń przyjętych w symulacji było porównanie zmiany temperatury kutego elementu podczas procesu. Do kompleksowej analizy parametrów termicznych wykorzystano pirometry (pomiar powierzchniowy) oraz termopary (pomiar podpowierzchniowy). Na rysunku 8.4a pokazano wzrost temperatury elementu wsadowego ze stali 34CrNiMo6 podczas nagrzewania do temperatury kucia, natomiast na rysunkach 8.4b, c, d przedstawiono obniżanie się temperatury na powierzchni poszczególnych elementów w czasie kształtowania. We wszystkich przypadkach proces zakończono przy temperaturze powierzchni odkuwki znacznie niższej niż powszechnie zakładany dolny zakres temperatury kucia danego materiału.
a) b)
c) d)
Rys. 8.4. Analiza parametrów termicznych: a) nagrzewaniu wsadu ze stali 34CrNiMo6, b) spadek temperatury podczas kucia odkuwki ze stopu Inconel 600, c) spadek temperatury podczas kucia odkuwki ze stali C21,
d) spadek temperatury podczas kucia odkuwki ze stali 34CrNiMo6.
Analiza parametrów zarejestrowanych podczas laboratoryjnych procesów kucia oraz ich porównywanie do danych uzyskanych w symulacji doprowadziły do precyzyjnego numerycznego odzwierciedlenia prób fizycznych. Osiągnięto wystarczającą zgodność sił kucia, prędkości przemieszczania się narzędzia górnego, zmiany temperatury detalu oraz kształtu finalnego odkuwek (porównanie na podstawie skanowania 3D). Na rysunku 8.5 przedstawiono przykład implementacji krzywych uzyskanych w trakcie rejestracji parametrów podczas laboratoryjnej próby kucia.
a) b)
Rys. 8.5. Przykład przeniesienia wyników próby laboratoryjnej symulacji w programie QForm VX: a) krzywa umocnienia materiału, b) prędkość ruchu narzędzia górnego w czasie pojedynczego gniotu.
Finalne wersje symulacji potwierdziły charakterystyczne dla procesu wydłużania zjawiska związane z niejednorodnym rozkładem własności w objętości odkuwek. Na rysunku 8.6 można zaobserwować zmianę intensywności odkształcenia w różnych etapach kształtowania odkuwki ze stali 34CrNiMo6. Widoczna jest nierównomierność tego parametry na przekroju wzdłużnym. Rozmieszczenie obszarów charakterystycznych pokrywa się z tymi uzyskanymi w trakcie badań wstępnych. Zadawane gnioty wywołują efekt przerobu struktury w rdzeniu odkuwki. Powstała w początkowych etapach nierównomierność (rys. 8.6b) nie ulega niwelowaniu mimo zmiany wartości posuwu bezwzględnego. Ostatecznym wynikiem jest osiągnięcie nierównomiernego rozkładu odkształcenia wzdłuż rdzenia, jak i przy powierzchni (rys. 8.6f).
a) b) c)
d) e) f)
Rys. 8.6. Rozkład intensywności odkształcenia na przekroju wzdłużnym elementu ze stali 34CrNiMo6 podczas wydłużania: a-f) końcowe etapy kolejnych przejść.
a) b) c)
d) e) f)
Rys. 8.7. Rozkład intensywności odkształcenia na przekroju wzdłużnym elementu ze stopu Inconel 600 podczas spęczania (a) i wydłużania: b-f) końcowe etapy kolejnych przejść.
Zupełnie odmienna sytuacja ma miejsce w przypadku odkuwki ze stopu Inconel 600. Spęczanie wykonane w ramach pierwszej operacji wywołało nierównomierność odkształcenia typową dla tej operacji (rys. 8.7a). Wydłużanie (rys. 8.7b-f), wykonane w sposób niekonwencjonalny, pogłębiało to zjawisko doprowadzając ostatecznie do osiągnięcia wysokich wartości intensywności odkształcenia w osi elementu (rys. 8.7f). Takie zjawisko może mieć pozytywny skutek w związku z zagęszczaniem materiału w strefach newralgicznych, jednakże z drugiej strony, mogą pojawić się problemy z niedostatecznym przekuciem materiału na końcach odkuwki.
a) b)
c) d)
Znacznie słabsze przekucie materiału na końcach odkuwki potwierdza analiza twardości na przekroju wzdłużnym elementu. Przyczyną takiego zjawiska jest nierównomierność odkształcenia, która została wywołana spadkiem temperatury na powierzchniach czołowych próbki podczas spęczania. Duży gradient temperatury wywołany długotrwałym kontaktem materiału z narzędziami spowodował lokalne obniżenie plastyczności materiału i w konsekwencji wzrost sił tarcia pogłębiających nierównomierność intensywności odkształcenia i baryłkowatość próbki.
a)
b)
Rys. 8.9. Zestawienie rozkładów intensywności odkształcenia na przekrojach odkuwki ze: a) zdjęciami mikrostruktur, b) wykresem rozkładu twardości dla odkuwki ze stopu Inconel 600.
Brak dogrzewania międzyoperacyjnego spowodował, że tzw. zjawisko zimnych końców, wywołane operacją spęczania, miało swoje konsekwencje w dalszych operacjach kształtowania wyrobu finalnego. Na rysunku 8.9a przedstawiono rozkład intensywności odkształcenia na przekroju poprzecznym elementu ze stopu Inconel 600 zestawione ze zdjęciami mikrostruktur pobranych z poszczególnych stref. Przyczyną występowania dużego ziarna przy powierzchni jest niewielkie odkształcenie plastyczne, które nie doprowadziło do jego rozdrobnienia.
Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku rozkładu intensywności odkształcenia. Na rysunku 8.9b można zauważyć, że obszary o obniżonej twardości (końce odkuwki) są związane z niskimi wartościami intensywności odkształcenia.
Obszar niewielkich odkształceń ma również związek z pęknięciami pojawiającymi się podczas kucia odkuwki ze stopu Inconel 600. Pęknięcie ma charakterystyczny kształt a wyniki symulacji przedstawiają, że pojawiło się ono podczas ostatniego zadanego gniotu. Czołowe powierzchnie elementu w trakcie operacji spęczania stały się bocznymi powierzchniami podczas wydłużania i to właśnie ten obszar jest miejscem powstania wady. Na rysunku 8.10 przedstawiono porównanie kształtu pęknięcia i miejsca powstania zakuć z wynikami symulacji przedstawiającymi obszary podwyższonego ryzyka pęknięć wyznaczonymi przy pomocy kryterium pękania Freudenthala.
a) b)
c) d)
Rys. 8.10. Analiza pęknięć powstałych podczas kucia: a), c) pęknięcia na powierzchni odkuwki (kolor czerwony), b), d) wyodrębnienie obszarów o wysokim ryzyku powstania pęknięcia na podstawie symulacji numerycznej.
Analizując wyniki przedstawione na rysunku 8.10 można wywnioskować, że źródłem pęknięcia są zakucia powstałe we wcześniejszym etapie procesu. Aby potwierdzić wzajemny związek tych dwóch, powszechnie spotykanych w praktyce kuźniczej wad wykonano dodatkowe badania uzupełniające. Zdecydowano się na przekucie swobodne (przy użyciu tych samych narzędzi płaskich i tej samej maszyny) pręta z materiału modelowego charakteryzującego się bardzo dużą podatnością na pękanie. Przy niewielkich gniotach jednostkowych wywołano wady typowe dla technologii kucia swobodnego, takie jak krzyż kucia (pęknięcia w kształcie krzyża na powierzchni czołowej), zakucia oraz pęknięcia przypowierzchniowe. Zestawienie wyników testów laboratoryjnych i symulacji numerycznych dało spodziewane wyniki. Obszary występowania zakuć (zaznaczone kolorem czerwonym na rysunku 8.11a) pokrywają się z obszarami najwyższego ryzyka pękania oszacowanego przy pomocy kryterium pękania Freudenthala. Analiza wizualna próbek potwierdziła te wyniki. Zakucie, które jest miejscem koncentracji odkształcenia staje się w przypadku procesów kucia swobodnego punktem inicjacji pęknięć przypowierzchniowych, z powodu szybkiego przekroczenia wartości odkształcenia krytycznego.
a) b)
Rys. 8.11. Wyniki badań uzupełniających - wydłużanie w warunkach laboratoryjnych próbek z materiału modelowego podatnego na pękanie: a) prognozowanie zakuć i ryzyka pękania,
b) pęknięcia na powierzchni odkształconych próbek.
Odmienny schemat powstawania pęknięć był obserwowany w przypadku odkuwki wydłużanej ze stali C21. Istotne jest, że jedynie w elemencie przekuwanym ze stopniem P3 zaobserwowano tego typu wady. Pęknięcia były rozmieszczone równomiernie na płaszczyznach bocznych, górnej oraz dolnej. Przyjęły one postać siatki o liniach skierowanych w różnych kierunkach. Podobnie jak w przypadku odkuwki ze stopu Inconel 600 wady miały charakter przypowierzchniowy – nie wnikały w głąb odkuwki. Spodziewano się również występowania pęknięć wewnętrznych, inicjowanych znaczną porowatością
materiału wsadowego. Wykonane badania potwierdziły jednak, że struktura wewnętrzna jest ciągła – wady w postaci pustek uległy zamknięciu.
a) b) c)
Rys. 8.12. Wyznaczenie obszarów podwyższonego ryzyka pękania podczas pojedynczego gniotu w trakcie wydłużania swobodnego: a-c) kolejne etapy kucia.
Na szczególną uwagę zasługuje fakt, iż do wytypowania obszarów o podwyższonym ryzyku pękania, pokrywających się z miejscami występowania nieciągłości na powierzchni odkuwki posłużyło w tym przypadku kryterium pękania Cockcrofta i Lathama (rys. 8.12). Oznacza to, że w obszarach tych następuje koncentracja największego naprężenia głównego, a naprężenia średnie przyjmują wartości dodatnie, co świadczy o dominacji rozciągającego stanu naprężeń. Porównanie rozkładu kryteriów Cockcrofta i Lathama oraz Freudenthala przedstawiono na rysunku 8.13. Kryterium Freudenthala wskazuje jedynie krawędzie wzdłużne elementu, jako obszary szczególnie narażone na pękanie. W tych miejscach pęknięcia nie były obserwowane.
a) b)
Rys. 8.13. Porównanie obszarów o podwyższonym ryzyku występowania pęknięć wytypowanych na podstawie kryteriów: a) Cockcrofta i Lathama, b) Freudenthala.
Odmienność dwóch rozważanych kryteriów zweryfikowano testem ściskania próbek z materiału modelowego, charakteryzujących się różną strukturą początkową, a co za tym idzie różną podatnością na pękanie. Próbki spęczono w narzędziach płaskich na połowę wysokości początkowej, w temperaturach 900 i 1100°C, wywołując pęknięcia w określonych obszarach. Wygląd próbek przed i po teście przedstawiono na rysunku 8.14.
a)
b)
Rys. 8.14. Próbki do badań weryfikujących rozważane kryteria pękania: a) przed odkształceniem, b) po odkształceniu.
Z przedstawionych w tabeli 8.1 wyników można wywnioskować, że pęknięcia występujące w próbce nr 3 na powierzchni górnej są wskazane przez kryterium Freudenthala, natomiast pękanie na ściance bocznej próbki nr 5 wskazuje kryterium Cockcrofta i Lathama. Można zatem zauważyć, że w metodykach przewidywania pękania podczas kucia swobodnego istotne jest nie tylko określenie krytycznych wartości odkształcenia, ale również prawidłowy wybór kryterium pękania. Ważne jest zatem przypisanie odkształcenia krytycznego do danego kryterium pękania, poprzez wywołanie danego typu wady podczas testu laboratoryjnego.
Tabela. 8.1. Określenie obszarów szczególnie podatnych na pękanie podczas ściskania z uwzględnieniem dwóch rozważanych kryteriów. 3 4 5 6 Co cc kcro ft i L a tha m F re ud ent ha l
Pomimo zgodności co do parametrów technologicznych pomiędzy kuciem stali C21 i 34CrNiMo6 pęknięcia zaobserwowano tylko w przypadku stali niskowęglowej. Porównanie własności mechanicznych potwierdziło odmienność obu materiałów. Szczególną uwagę zwraca charakter rozdzielenia materiału podczas prób jednoosiowego rozciągania i łamania na młocie Charpy’ego. Na rysunkach 8.15 i 8.16 porównano wygląd próbek po wykonanych testach oraz odmienny charakter krzywych umocnienia.
a) b)
c)
Rys. 8.15. Próbki po teście rozciągania: a) stal 34CrNiMo6, b) stal C21 c) porównanie krzywych umocnienia.
Pękanie próbek ze stali C21 ma niewątpliwie charakter ciągliwy. Widoczne jest to bardzo wyraźnie na przełomach próbek rozciąganych (rys. 8.15b) – w postaci charakterystycznego przewężenia, oraz łamanych (rys. 8.16b) – próbka nie uległa całkowitemu rozdzieleniu. Obserwacje przełomów potwierdziły znacznie większy udział strefy błyszczącej (odpowiadającej pękaniu ciągliwemu) w przypadku tego materiału.
Próbki ze stali 34CrNiMo6 uległy pęknięciu w sposób kruchy. Jest to widoczne w postaci charakterystycznego ułożenia płaszczyzny pękania próbek rozciąganych (rys. 8.15a), nachylonej pod kątem zbliżonym do 45° do kierunku działania siły. Płaszczyzna ta odpowiada płaszczyźnie działania maksymalnych naprężeń stycznych. Próbka łamana na młocie Charpy’ego charakteryzuje się ewidentnym przełomem kruchym (rys. 8.16a).
Wyraźna różnica widoczna jest również na wykresie przedstawiającym krzywe umocnienia obu materiałów. Pękaniu kruchemu próbek ze stali 34CrNiMo6 towarzyszy znacznie mniejsze odkształcenie plastyczne, świadczące o gwałtownej propagacji pęknięcia.
Przedstawione porównanie może świadczyć o tym, że stal 34CrNiMo6 jest bardziej podatna na pękanie podczas kucia niż stal C21. Zaprzecza to jednak obserwacjom powierzchni próbek po procesie. Należy pamiętać o tym, że badania własności mechanicznych zostały wykonane po dodatkowej obróbce cieplnej, która utworzyła wytrzymałą, lecz niezwykle kruchą strukturę stali 34CrNiMo6.
a)
b)
Rys. 8.16. Wygląd próbek po łamaniu na młocie Charpy’ego: a) stal 34CrNiMo6, b) stal C21.
Można wywnioskować zatem, że pęknięcia, które powstały podczas kucia stali C21 związane są z przekroczeniem odkształcenia granicznego w skrajnie niskiej temperaturze kucia na gorąco, w przeciwieństwie do odkuwki ze stopu Inconel 600, gdzie powstałe pęknięcie zostało wywołane powstaniem innej wady – zakucia.
Połączenie wyników laboratoryjnych oraz tych uzyskanych z symulacji numerycznej wykazuje silną zależność parametrów procesu z ryzykiem powstawania pęknięć podczas kucia swobodnego. Interesującą kwestią jest fakt, że pęknięcie rozpoczyna się po przekroczeniu odkształcenia krytycznego, które natomiast może zostać powiązane z maksymalnym, bezpiecznym stopniem przekucia, którego osiągnięcie gwarantuje wykonanie odkuwki pozbawionej tego typu wad.
Z wykonanych badań wstępnych wynika, że stopień przekucia liczony na podstawie zmiany intensywności odkształcenia przyjmuje różne wartości, przy dużych odkształceniach względnych, w zależności od przyjętego modelu jego obliczania. W niniejszej analizie zastosowano model Sińczaka, ponieważ wykazuje on wysoką zgodność, w szczególności
w odniesieniu do technologii uwzględniających zarówno samo wydłużanie, jak i przy połączeniu tej operacji ze spęczaniem.
a)
b)
c)
Rys. 8.17. Miejsca pomiaru powierzchni przekroju poprzecznego wykonanych odkuwek: a) próbka P1, b) próbka P2, c) próbka P3.
Szczegółowo analizując laboratoryjny proces wydłużania, z naciskiem na zmiany parametrów geometrycznych, można zauważyć, że wartość stopnia przekucia, liczonego w oparciu o zmianę przekroju poprzecznego odkuwki, jest zmienna w zależności od miejsca wykonania pomiaru. Na rysunku 8.17 wskazano miejsca analizy powierzchni przekroju poprzecznego wykonanych odkuwek. Można zauważyć, że brak niwelowania efektów poszerzenia pogłębia ten efekt, co jest widoczne w przypadku próbek P2 i P3. W przypadku próbki P1 zróżnicowanie stopnia przekucia na długości odkuwki jest najmniejsze.
Można wywnioskować, że w przypadku stopnia przekucia wyznaczanego w oparciu o zmianę parametrów geometrycznych również obserwuje się pewną nierównomierność na długości odkuwki. Wynika z tego, że istotny jest ostatni etap wydłużania, w którym odkuwce nadawany jest finalny kształt. Zbiorczo wyniki pomiarów powierzchni przekrojów, lokalne wartości geometrycznego stopnia przekucia oraz ich uśrednienie przedstawiono w tabeli 8.2.
Tabela 8.2. Lokalne zmiany wartości przekrojów poprzecznych i lokalnych, geometrycznych stopni przekucia analizowanych odkuwek. Symbol próbki Symbol przekroju Powierzchnia przekroju, mm Lokalny geometryczny stopień przekucia Średni geometryczny stopień przekucia P1 A1 1367,70 2,09 2,07 A2 1378, 04 2,08 A3 1410,31 2,03 P2 A1 774,73 3,73 3,66 A2 846,76 3,42 A3 734,14 3,94 A4 852,09 3,40 A5 718,97 4,02 A6 810,10 3,57 P3 A1 647,75 4,30 4,65 A2 564,65 5,13 A3 728,48 3,97 A4 541,35 5,35 A5 702,05 4,13 A6 528,37 5,49
Rozważając te same odkuwki pod kątem obliczania stopnia przekucia w oparciu o model Sińczaka, można zauważyć, że także wykazuje on pewną nierównomierność rozkładu na powierzchni przekroju wzdłużnego odkuwek. Jest to związane z niejednorodnym rozkładem odkształcenia w objętości elementu, typowym dla operacji kucia swobodnego. Uzyskane wyniki potwierdzają wnioski wyciągnięte na podstawie badań wstępnych. Można zauważyć pewną analogię do stopnia przekucia obliczanego w oparciu o zmianę przekroju poprzecznego elementu – najmniejsza nierównomierność jest obserwowana w przypadku próbki P1 (rys. 8.18a).
Przedstawione wyniki zobrazowały pewną trudność związaną z obliczaniem stopnia przekucia przy pomocy modelu Sińczaka. Okazuje się, że przyjęcie parametru a jako stałej dla wszystkich rozpatrywanych wariantów kucia jest błędne. Parametr ten powinien być dostosowywany indywidualnie do założonej technologii kucia. W niniejszej pracy zdecydowano się na kalibrację stałej a, w oparciu o uśrednione wartości intensywności odkształcenia w osi odkuwki. Następnie odniesiono je do geometrycznego stopnia przekucia obliczanego na podstawie zmiany przekroju poprzecznego odkuwki. Można wywnioskować, zatem, że wartości stopnia przekucia obliczanego w oparciu o intensywność odkształcenia są
zależne od geometrycznej postaci tego parametru Wbrew powszechnie przyjętej opinii parametry te nie wykluczają się, a wręcz są od siebie zależne.
a)
Stopień przekucia
b)
c)
Rys. 8.18. Rozkład stopnia przekucia liczony przy pomocy modelu Sińczaka na przekrojach wzdłużnych próbek odkształcanych w warunkach laboratoryjnych: a) próbka P1, b) próbka P2, c) próbka P3.
Podobne założenia przyjęto podczas analizy technologii uwzględniającej spęczanie i wydłużanie. Dodatkowo, w przypadku odkuwki ze stopu Inconel 600 zauważono charakterystyczny rozkład stopnia przekucia na powierzchni elementu, z widoczną koncentracją wysokich jego wartości w miejscach powstania zakuć i pęknięć (rys. 8.19).
a) b) Stopień
przekucia
Rys. 8.19. Rozkład stopnia przekucia na przeciwległych końcach odkuwki ze stopu Inconel 600, z widoczną koncentracją tego parametru w miejscach powstania zakuć.
Rozkład stopnia przekucia na powierzchni i przekroju odkuwki zestawiono z mapami rozkładu ryzyka występowania pęknięć według kryteriów Cockcrofta i Lathama oraz Freudenthala (rys. 8.20). Można zauważyć dużą zgodność pomiędzy kryterium Freudenthala i stopniem przekucia, zarówno co do rozkładów parametrów na powierzchni, jak i na przekroju. Jest to niezwykle istotne, bo właśnie to kryterium wykazało największą
skuteczność w wyznaczeniu miejsc pęknięć odkuwki podczas kucia. Przyczyną uszkodzeń elementu było zakucie, które spowodowało lokalną koncentrację odkształcenia i przekroczenie krytycznych jego wartości. Oznacza to, że w przypadku tego typu wad stopień przekucia może posłużyć określaniu obszarów o podwyższonym ryzyku ich powstawania.
Stopień przekucia Kryterium pękania
Cockcrrofta i Lathama
Kryterium pękania Freudethala
a) b) c)
d) e) f)
Rys. 8.20. Porównanie rozkładu stopnia przekucia (a, d), kryterium pękania Cockcrofta i Lathama (b, e) i Freudenthala (c, f) na powierzchni odkuwki (a - c) i na przekroju wzdłużnym (d - f).
Uzyskane wyniki badań oraz wyciągnięte wnioski wykorzystano w analizie przemysłowego procesu kucia odkuwki wielkogabarytowej. Element, wykonany ze stali średniowęglowej z dodatkiem chromu i molibdenu, kształtowany był na prasie hydraulicznej z uwzględnieniem tylko i wyłącznie operacji wydłużania. Wlewek wsadowy był nagrzany w całej objętości do górnej wartości temperatur kucia na gorąco danego materiału. Mimo relatywnie długiego czasu kucia (ponad 20 minut) nie wykonywano dogrzewania międzyoperacyjnego. Wszelkie niezbędne dane do wykonania symulacji numerycznej procesu kucia zostały opracowane w oparciu o pomiary i obserwacje wykonane w trakcie analizy procesu przemysłowego. W uogólniony sposób przebieg kucia przedstawiono na rysunku 8.21.
Celem analizy przemysłowego procesu kucia swobodnego była weryfikacja opracowanej metodyki wyznaczania stopnia przekucia i zasadność jej stosowania w zakładach produkcyjnych. W poniższych rozważaniach odniesiono się także do procesów kucia swobodnego wykonanych w warunkach laboratoryjnych.
Rys. 8.21. Rozkład temperatury na przekroju wzdłużnym odkuwki na różnych etapach kucia.
Po wykonaniu symulacji numerycznej stwierdzono zgodność uzyskanych wyników z pomiarami temperatury i kształtu wyrobu kutego w warunkach przemysłowych. Zauważono również, typową dla wydłużania, nierównomierność intensywności odkształcenia, którą zobrazowano na rysunku 8.22. Obserwacja wyrobu po kucia potwierdziła, że wykonane zabiegi technologiczne nie doprowadziły do występowania pęknięć, ani zakuć. Z dokonanych pomiarów geometrii wyrobu wynika, że osiągnięto geometryczny stopień przekucia równy 3,2. Informacja ta została wykorzystana do skalibrowania współczynników używanych podczas wyznaczania rozkładu stopnia przekucia.
Intensywność odkształcenia
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Rys. 8.22. Rozkład intensywności odkształcenia na przekrojach poprzecznych w różnych miejscach odkuwki.
Proces kucia podzielono na cztery etapy, związane z przekuwanie elementu na określony wymiar przekroju poprzecznego. Na rysunku 8.23 przedstawiony rozkład stopnia przekucia na przekroju wzdłużnym odkuwki w różnych fazach kształtowania. Można zauważyć, że
przekroczenie stopnia przekucia równego 2 następuje dopiero w trzecim etapie kształtowania (rys. 8.23c).
Zauważalna jest także nierównomierność tego parametru obserwowana głównie na przekroju wyrobu gotowego (rys. 8.23d). Szczególną uwagę należy zwrócić na obszar