Widok Studium rozkuwania swobodnego pierścienia kowadłem płaskim na trzpieniu okrągłym

Mgr inŜ. Paweł CHYŁA, prof. dr hab. inŜ. Jan SIŃCZAK

Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział InŜynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Kraków e-mail: pchyla@metal.agh.edu.pl

Dr inŜ. Jan TUREK

Kuźnia „GLINIK“ Sp. z o.o., Gorlice

Studium rozkuwania swobodnego pierścienia

kowadłem płaskim na trzpieniu okrągłym

Study of ring becking process with flat anvil

on circular expanding bar

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki analizy numerycznej procesu rozkuwania pierścienia narzędziami składają-cymi się z trzpienia i kowadła płaskiego. Wyznaczono numerycznie rozkład odkształceń w kolejnych uderze-niach dla całego obwodu pierścienia oraz poszerzenie i wielkość siły nacisku. Badano równieŜ zjawisko prze-mieszczania materiału przedkuwki pierścienia w kilku charakterystycznych uderzeniach kowadła oraz kierunki płynięcia materiału i wektory prędkości przemieszczeń materiału pierścienia w czasie kucia.

Abstract

In the paper numerical analysis of ring becking process with tools consisting of expanding bar and flat anvil were introduced. Strain distribution in consecutive shots for the entire circumference of the ring and the extension and force size were numerically determined. Also was studied the phenomenon of the movement of ring preform material in a few characteristic strokes of anvil and the material flow direction and velocity vectors of displacement of ring material during the forging process.

Słowa kluczowe: rozkuwanie pierścienia, intensywność odkształcenia, poszerzenie, modelowanie numeryczne Key words: ring becking, effective strain, widening, numerical modelling

1. WPROWADZENIE

DuŜe pierścienie o masie od kilkuset kg do kilkudziesięciu ton, szczególnie w przypadku niewielkich serii, wykonuje się bezpośrednio z wlewków metodą kucia swobodnego. Pierw-szy etap procesu kucia, w którym uzyskuje się przedkuwkę w postaci krąŜka z otworem, jest zaleŜny od wielkości stopnia odkształcenia uzyskiwanego w etapie rozkuwania pierścienia. Gdy w procesie rozkuwania pierścienia nie jest moŜliwe uzyskanie duŜego stopnia odkształce-nia, konieczne jest spęczanie i wydłuŜanie gwarantujące likwidację struktury odlewniczej [1]. Zasadniczym problemem przy kuciu pier-ścieni rozkuwanych jest dokładne obliczenie objętości materiału wsadowego, gdyŜ w czasie kucia nie moŜna zmienić masy pierścienia.

1. INTRODUCTION

Large rings weighing several hundred kg to several tons, especially in the case of small series, are made directly from ingots by open-die forging. The first stage of the forging pro-cess in which it receives a disk-shaped preform with a hole is dependent on the size of the de-gree of deformation obtained in becking stage. Once in the becking is not possible to obtain high material working, it is necessary to use upsetting and cogging processes to ensure the liquidation of the casting structure [1]. The main problem with becked rings forging is the exact calculation of the workpiece volume because during forging can not change the weight of the ring.

W praktyce do obliczenia masy materiału wsa-dowego najczęściej korzysta się z odpowied-nich wykresów, które uwzględniają takŜe zgo-rzelinę powstającą podczas nagrzewania i do-grzewania, a takŜe masę denka w zaleŜności od wymiarów przebijaka.

Podczas rozkuwania na trzpieniu otrzymu-je się nierównomierne odkształcenie materiału zarówno na wysokości jak i szerokości ścianki pierścienia. Przy wstępnych gniotach najwięk-szym odkształceniom ulega środkowa część metalu. Istotny wpływ na charakter rozmiesz-czenia odkształcenia ma wielkość posuwu. Zmniejszając posuw większe odkształcenia otrzymuje się po stronie trzpienia. Równocze-śnie zmniejszenie średnicy trzpienia powoduje zwiększenie stopnia odkształcenia metalu w strefie przylegającej do trzpienia i niewielki spadek stopnia odkształcenia w strefie środko-wej i przypowierzchniośrodko-wej od strony kowadła [2, 3]. Zapewnienie jednak najkorzystniejszych warunków odkształcenia na cały proces rozku-wania jest niemoŜliwe, poniewaŜ jego główne parametry podlegają ciągłym zmianom.

Istotny wpływ na wielkość i kształt strefy odkształcenia ma stosunek średnic pierścienia i trzpienia. Z praktyki wynika, Ŝe po uzyskaniu średnicy wewnętrznej pierścienia przekraczają-cej pięciokrotnie średnicę trzpienia naleŜy przejść na większą średnicę trzpienia [4]. W przypadku nierównomiernego ułoŜenia od-kuwki na trzpieniu powstaje wichrowatość. JeŜeli zadaje się nierównomierne gnioty pod-czas rozkuwania w jednym obrocie, to powsta-je owalność. Zapobieganie tego typu nieprawi-dłowościom przy kuciu pierścieni na trzpieniu i ocenę ilościową oraz jakościową parametrów tego procesu przedstawiono w artykule na pod-stawie obliczeń numerycznych procesu rozku-wania całego obwodu pierścienia uzyskanego kilkunastoma odkształceniami za pomocą ko-wadła płaskiego i trzpienia o średnicy nie-znacznie mniejszej od początkowej średnicy otworu przedkuwki.

In practice to calculate the workpiece weight most often used are corresponding graphs which also include scale formed during heating and reheating as well as the web weight depending on the size of expanding bar.

During becking on expanding bar obtain uneven material deformation on both the height and width of the ring wall. At the initial drafts greatest deformation undergo middle part of the metal. Significant impact on the nature of the strain distribution is the amount of bite. Reducing the bite greater deformation is ob-tained on the side of the expanding bar. At the same time reducing the expanding bar diameter results in an increase the degree of metal deformation in area adjacent to the expanding bar and a slight decrease of degree of deformation in central and subsur-face zone from the anvil side [2, 3]. However ensuring the most favorable conditions for the duration of deformation in whole time of becking process is impossible because du-ring process the main process parameters are constantly changing.

Significant impact on the size and shape of the deformation zone has a ratio of ring and expanding bar diameter. Practice has shown that after obtaining an internal diameter of the ring more than five times larger than the diameter of the expanding bar should move to a larger expanding bar diameter [4]. In the case of the uneven arrangement of for-ging on an expanding bar twist is formed. When treated with uneven drafts during becking process in one turn ovality arises. Pre-venting this type of irregularities at the forging of the rings on an expanding bar and a quanti-tative and qualiquanti-tative assessment of this pro-cess parameters are presented in this paper based on numerical calculations of the entire circumference of the ring becking obtained by dozen deformations using a flat anvil and an expanding bar with a diameter slightly smaller than the preform initial hole diameter.

2. OBLICZENIA NUMERYCZNE

Wymiary pierścienia i trzpienia do obli-czeń numerycznych przyjęto zgodnie ze stoso-wanymi w warunkach przemysłowych przy kuciu kilku pierścieni z jednego wlewka. Śred-nica trzpienia Dt była nieznacznie mniejsza od

początkowej średnicy wewnętrznej pierścienia D0w (rys. 1). Wysokość pierścienia przyjęto

200 mm. Grubość ścianki pierścienia przyjęto 140 mm. Odkształcenie względne w pojedyn-czym uderzeniu wynosiło ok. 14%.

Przyjęto następującą definicję (1) do wy-znaczenia wielkości stopnia odkształcenia względnego: w z h D D h 0 0 2 − ∆ = ε (1) gdzie:

∆h – skok suwaka prasy (20 mm), D0z – zewnętrzna średnica pierścienia,

D0w – wewnętrzna średnica pierścienia.

Celem wykonania poprawnych obliczeń numerycznych dla przyjętych konstrukcji na-rzędzi i wymiarów pierścienia, wykonano sze-reg prób, w których określono najkorzystniej-szy kąt obrotu α (rys. 2) oraz maksymalną do-puszczalną wielkość strefy odkształcenia Hk,

dla której kąt styku β z trzpieniem umoŜliwi poprawne odkształcenie po kolejnym obrocie, bez pozostawienia w strefie kucia poprzednio odkształconego obszaru pierścienia.

2. NUMERICAL CALCULATIONS

Dimensions of the ring and the expanding bar to numerical calculations were adopted in accordance with applicable in industrial conditions at forging several rings from a sin-gle ingot. Expanding bar diameter Dt was

slightly smaller than the initial inner diameter of the ring D0w (Fig. 1). Rings height was

cepted 200 mm. Rings wall thickness was ac-cepted 140 mm. Relative deformation in a sin-gle stroke at around 14%.

The following definition (1) was accepted determine the relative size of the degree of de-formation: w z h D D h 0 0 2 − ∆ = ε (1) where:

∆

D0w – inner ring diameter.

The purpose of perform correct numerical calculations for accepted design tools and ring dimensions series of tests were carried out in which provide the most advantageous angle α (Fig. 2) and the maximum size of deformation zone Hk for which angle of contact with

ex-panding bar

β

Rys. 1. Wymiary narzędzi i rozkuwanego pierścienia przyjęte do obliczeń numerycznych Fig. 1. Dimensions of the tools and becked ring accepted for numerical calculations

Rys. 2. Schemat procesu rozkuwania pierścienia z obrotem o kąt α przed kolejnym odkształceniem Fig. 2. Diagram of the ring becking process with rotation about angle α before the next deformation

Ustalono, Ŝe najkorzystniejsze warunki pełnego poprawnego odkształcenia pierścienia w obrocie o 360 stopni dla przyjętych wymia-rów uzyska się w trzynastu uderzeniach (rys. 3). Warunkiem dobrej stabilności układu kowadło górne – odkształcany pierścień – trzpień jest równieŜ określenie czynnika tarcia, który w tym procesie przyjęto 0,4. Obliczenia numeryczne wykonano dla stali niestopowej zawierającej 0,45% węgla. Początkową tempe-raturę przyjęto 1200 °C, tempetempe-raturę narzędzi 300 °C, prędkość przemieszczania kowadła górnego 10 mm/s. Obliczenia numeryczne wy-konano programem QForm3D, przyjmując lepkoplastyczny model odkształcanego mate-riału [5]. Niektóre etapy odkształcania pier-ścienia w jednym pełnym obrocie przedstawio-no na rysunku 3.

It was found that the most favorable condi-tions for full correct deformation of the ring in the rotation of 360 degrees for the assumed dimensions will be achieved in the thirteen strokes (Fig. 3). Condition for good stability of the set upper anvil – deformed ring – expanding bar is also to determine the friction factor, which was adopted in this process 0.4. Numerical calculations were performed for unalloyed steel containing 0.45% of carbon. Assumed initial temperature of 1200 °C, tools temperature 300 °C and velocity of the upper anvil about 10 mm/s. Numerical calculations were performed by using QForm3D program, adopting a viscoplastic model of deformed ma-terial [5]. Some stages of the ring deformation in one full rotation is shown in Fig. 3.

Rys. 3. Charakterystyczny kształt pierścienia i wielkość przestrzeni między trzpieniem i wewnętrzną średnicą pierścienia: a – pierwszy gniot, b – piąty gniot, c – dziesiąty gniot, d – trzynasty gniot

Fig. 3. The characteristic ring shape and size of the space between the expanding bar and the inner ring diameter: a – first deformation, b – fifth deformation, c – tenth deformation, d – thirteenth deformation

3. ANALIZA WYNIKÓW OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH

Zgodnie ze spostrzeŜeniami z praktyki przemysłowej, w uzyskanych wynikach obli-czeń numerycznych zachodzi nierównomierne odkształcenie zarówno w płaszczyźnie piono-wej przechodzącej przez przekrój wzdłuŜny jak i poprzeczny trzpienia. Jak juŜ wcześniej wspomniano, do analizy w niniejszej pracy przyjęto obliczenia numeryczne, które umoŜli-wiły uzyskanie stosunkowo równomiernego kształtu rozkutego pierścienia o średnicy ze-wnętrznej D1z wynoszącej φ380 mm i

we-wnętrznej D1w wynoszącej φ340 mm, co

umoŜ-liwiło uogólnienie wyników analizy na pod-stawie jednego wybranego fragmentu przekroju odkuwki.

Na rysunku 4 przedstawiono wpływ od-kształcenia na poszerzenie w procesie rozku-wania pierścienia w płaszczyźnie pionowej przechodzącej wzdłuŜ osi trzpienia. Pomiary wykonano w całym cyklu przemieszczania kowadła górnego, tj. dla odkształcenia bez-względnego wynoszącego ∆h = 20 mm. Wiel-kość poszerzenia względnego wyznaczono ze wzoru (2): 0 0 1 b b b b − =

ε

b1 – szerokość pierścienia (wysokość) w

da-nym etapie odkształcania

b0 – szerokość pierścienia (wysokość)

począt-kowa.

Wykres na rysunku 4 przedstawia posze-rzenie

ε

ko-wadła górnego (krzywa G) i trzpienia (krzywa T). W zastosowanym w obliczeniach prze-mieszczeniu kowadła górnego, wynoszącym 20 mm, stwierdzono, Ŝe poszerzenie znacznie szybciej zachodzi pod kowadłem górnym w pierwszej fazie odkształcania, natomiast w pobliŜu trzpienia w dalszym jego etapie. Poszerzenie pod trzpieniem jest wielokrotnie mniejsze, co powoduje trapezowaty kształt przekroju rozkuwanego pierścienia. Zgodnie z przewidywaniem, dopiero stosunkowo duŜy gniot umoŜliwia uzyskanie prostokątnego przekroju poprzecznego rozkuwanego pierście-nia.

3. ANALYSIS OF THE NUMERICAL CAL-CULATIONS RESULTS

In accordance with the observations of industrial practice in obtained numerical results occurs uneven deformation both in the vertical plane passing through the longi-tudinal and cross-section of expanding bar. As previously mentioned for analysis in this study were adopted numerical calculations which have achieved a relatively uniform shape of becked ring with outer diameter D1z

of

φ

of

φ

Figure 4 shows the effect of strain on the widening in the ring becking process in the vertical plane passing along the axis of the expanding bar. Measurements were made in the whole cycle of the upper anvil movement, i.e. for absolute deformation equal

∆

0 0 1 b b b b − =

ε

b1 – the ring width (height) at a given

defor-mation stage,

b0 – the initial ring width (height).

The graph in Figure 4 shows the widening

b

ε

Rys. 4. Wpływ odkształcenia na poszerzenie pierścienia w płaszczyźnie pionowej przechodzącej wzdłuŜ osi trzpienia mierzone przy powierzchni: G – kowadła górnego, T – trzpienia

Fig. 4. Effect of the strain on the ring widening in the vertical plane passing along the axis of the expanding bar measured at the surface: G – upper anvil, T – expanding bar

W przypadku analizowanej odkuwki bez-względna wartość gniotu powinna wynosić ok. 50 mm, co jednak powodowałoby znaczne utrudnienie obracania pierścienia podczas roz-kuwania.

Rozkład odkształceń w analizowanym procesie rozkuwania pierścienia przedstawiono na rysunku 5. Podano wartości intensywności odkształcenia w trzech charakterystycznych etapach procesu. Rysunek 5a przedstawia roz-kład intensywności odkształcenia w płaszczyź-nie prostopadłej do osi trzpienia po pierwszym gniocie. Maksymalna wartość odkształcenia, zgodnie z przewidywaniem, jest zlokalizowana w pobliŜu kowadła górnego i wynosi ok. 0,15. Kształt jednakowych wartości odkształceń jest zbliŜony do litery V, przy czym wartość inten-sywności odkształcenia większa od 0,05 jest zlokalizowana w obszarze styku z trzpieniem obejmującym kąt β zaznaczony na rysunku 2.

Drugi gniot (rys. 5b) i następne (rys. 5c), powoduje nakładanie się odkształceń i ich po-nad dwukrotny wzrost maksymalny w stosunku do otrzymanego w pierwszym gniocie. Lokal-nie następuje koncentracja intensywności od-kształcenia do wartości ok. 0,35, przy mini-malnej wartości 0,15. Największy gradient, i zarówno wartość intensywności odkształce-nia, występuje w obszarze zewnętrznego ob-wodu pierścienia oraz w pobliŜu styku z trzpie-niem (rys. 5b).

In the case of the analyzed forging the absolute value of the deformation should be about 50 mm but what would result in a significant difficulty to rotate the ring during becking process.

Strain distribution in the analyzed ring becking process is shown in Figure 5. Values of the effective strain in three characteristic stages of the process were given. Figure 5a shows the distribution of effective strain in the plane perpendicular to the axis of the expanding bar after the first deforma-tion. The maximum value of strain as it was expected is located near the upper anvil and is about 0.15. The shape of the same strain values is similar to the letter V with effective strian value is greater than 0.05 and it is loca-lized in the contact area with expanding bar including

β

Second deformation (Fig. 5b) and next (Fig. 5c) causing strain superposition and more than two-fold increase compared to the maximum obtained in the first deforma-tion. Locally the concentration of deformation occurs to approximately 0.35 with a minimum of 0.15. The largest gradient and the value of effective strain occurs in the outer circum-ference of the ring and close to contact with the expanding bar (Fig. 5b).

Rys. 5. Rozkład intensywności odkształcenia w procesie rozkuwania pierścienia: a – po pierwszym odkształceniu, b – po drugim odkształceniu, c – po całym cyklu odkształcania,

dla izolinii o wartości: 1 – 0,05, 2 – 0,10, 3 – 0,15, 4 – 0,20, 5 – 0,25, 6 – 0,30, 7 – 0,35

Fig. 5. Effective strain distribution in the ring becking process: a – after first deformation, b – after second deformation, c – after a whole cycle of deformation,

isolines of the values: 1 – 0.05, 2 – 0.10, 3 – 0.15, 4 – 0.20, 5 – 0.25, 6 – 0.30, 7 – 0.35

Występująca nierównomierność rozkładu kształcenia na obwodzie po pełnym cyklu od-kształcania (rys. 5c) jest spowodowana nie-znacznymi wahaniami kąta obrotu α, jako efekt poślizgu w początkowym okresie realizacji kolejnego gniotu.

Wielkość siły nacisku prasy w analizowa-nym procesie rozkuwania pierścienia i przyję-tych warunkach brzegowych jest przedstawio-na przedstawio-na rysunku 6. Dla pojedynczego gniotu wielkość siły w funkcji przemieszczenia kowa-dła górnego, dla skoku suwaka prasy wynoszą-cego ∆h = 20 mm, przedstawia rysunek 6a. MoŜna wyróŜnić dwa charakterystyczne etapy przyrostu siły. W pierwszym występuje dosyć szybki przyrost, co jest związane przede wszystkim ze zmianą powierzchni styku części pierścienia z narzędziami, natomiast w drugim, odkształcenie zachodzi juŜ przy niewielkim przyroście powierzchni styku. W drugim etapie wzrost siły jest związany takŜe z ochłodzeniem pierścienia, głównie w wyniku styku z narzę-dziami o znacznie niŜszej temperaturze, wyno-szącej w przyjętych warunkach brzegowych 300 °C. Potwierdzeniem wpływu ochłodzenia pierścienia na siłę nacisku jest wykres na rys. 6b, który przedstawia wartość siły nacisku w ostatnim etapie kolejnego odkształcania. Niewielki, lecz zauwaŜalny spadek siły w ostatnim uderzeniu kowadła jest wynikiem znaczącego udziału wpływu powierzchni styku odkształcanego pierścienia z narzędziami. Styk narzędzi w tym ostatnim uderzeniu jest mniej-szy, niŜ we wszystkich poprzednich uderze-niach.

Uneven distribution of deformation occurring at the periphery of the full cycle of deformation (Fig. 5c) is due to slight variations in the rota-tion angle α, as a result of slippage in the ini-tial realization period of the next deformation.

Load size of the press in the analyzed ring becking process and adopted boundary condi-tions is shown in Figure 6. For a single defor-mation load size as a function of upper anvil displacement for ram stroke equal ∆h = 20 mm is shown in Figure 6a. There are two distinc-tive stages of loads growth. In first occurs a fairly rapid growth which is primarily attributable to a change in the contact surface of the ring with the tools while in the second the deformation occurs even at a small incre-ment of the contact surface. In the second stage load increase is related also with cooling of the ring mainly as a result of contact with the tools of a much lower temperature equal 300 °C in adopted boundary conditions. Confirmation of the impact of ring cooling on the load is diagram in Figure 6b which represents the value of load at the final stage of next deformation. A small but noticeable drop in load during the last anvil hit is the re-sult of a significant share of the impact of the contact surface of deformed ring with tools. Tools contact in this last hit is lower than in all previous ones hits.

Rys. 6. Siła nacisku w funkcji przemieszczenia kowadła w procesie rozkuwania pierścienia na trzpieniu: a – w czasie jednego odkształcenia, b – maksymalna siła nacisku w kolejnych odkształceniach (ruchach kowadła)

Fig. 6. Load as a function of upper anvil displacement in the ring becking process on an expanding bar: a – during one deformation, b – maximum load in successive deformations (movements of the anvil)

Rys. 7. Wektory prędkości przemieszczeń i kierunki przemieszczenia materiału pierścienia w kolejnych odkształceniach przy ruchu kowadła: a – drugiego, b – trzeciego, c – dziesiątego, d – dwunastego

Fig. 7. Velocity vectors of displacement and directions of the ring material displacement in following deformations at anvil motion: a – the second, b – the third, c – the tenth, d – the twelfth

W procesie rozkuwania pierścienia kowa-dłem płaskim na trzpieniu okrągłym występuje zjawisko przemieszczania materiału w obsza-rze nie stykającym się bezpośrednio z narzę-dziami. Ilustruje to rysunek 7, na którym przedstawiono wektory prędkości przemiesz-czeń wyznaczone w kilku charakterystycznych etapach procesu rozkuwania w jednym pełnym obrocie pierścienia. Pierwszy pełny ruch ko-wadła górnego, jeśli materiał jest nagrzany równomiernie i nie ma innych zakłóceń, np. związanych z kształtem narzędzi i warunków tarcia, powoduje symetryczne przemieszczenie materiału względem powierzchni pionowej przechodzącej przez oś wzdłuŜną trzpienia.

Kolejne odkształcenie przy następnym ruchu kowadła zakłóca tę symetrię, co uwi-dacznia się kierunkiem wektorów przemiesz-czeń w lewo (rys. 7b), a w dalszym etapie w prawo (rys. 7c).

In the ring becking process with flat anvil on circular expanding bar occurs the phe-nomenon of material movement in the area which is not directly in contact with tools. This is illustrated in Fig. 7 which presents the velo-city vectors of displacements determined in several characteristic stages of the becking process in one full rotation of the ring. The first full motion of the upper anvil if the material is evenly heated and there are no other distor-tions such as shape-related tools and friction conditions causes symmetrical material dis-placement next to vertical surface passing through the longitudinal axis of the expanding bar.

Following deformation at the next anvil motion disturbs this symmetry as evidenced by the direction of displacement vectors to the left (Fig. 7b) and in further stage in the right (Fig. 7c).

| . | . | . | . | . | | . | . | . | . | . | | . | . | . | . | . | | . | . | . | . | . |

Ostatni etap odkształcania przy ostatnim dwu-nastym ruchu kowadła przywraca symetrię przemieszczenia materiału pierścienia. Od-kształcenie materiału jest zgodne z kierunkiem przemieszczenia kowadła (rys. 7d).

4. PODSUMOWANIE WYNIKÓW BADAŃ SYMULACYJNYCH, WNIOSKI

Analizowany proces kucia pierścienia ko-wadłem płaskim na trzpieniu okrągłym jest procesem względnie uniwersalnym, jeśli rozpa-truje się go pod kątem zakresu wymiarów pier-ścieni przy minimalnym koszcie narzędzi. Uzyskanie poprawnego kształtu i wymiarów pierścienia oraz własności eksploatacyjnych gotowego wyrobu tą metodą wymaga jednak wysokich kwalifikacji operatorów maszyn kuźniczych.

Potwierdza to przedstawiona analiza nu-meryczna procesu rozkuwania pierścienia, w której wyznaczono kształt i rozkłady od-kształceń w pełnym przemieszczeniu pierście-nia wzdłuŜ jego obwodu. Stwierdzono, Ŝe roz-kład intensywności odkształcenia w przekroju rozkuwanego pierścienia po pełnym obrocie jest stosunkowo duŜy i zmienia się od 0,15 do 0,35. Odpowiada to znaczącemu stopniowi przekucia równieŜ w obszarach najmniej od-kształconych.

Procesowi rozkuwania pierścienia na trzpieniu towarzyszy asymetria kształtu, stwierdzona równieŜ w obliczeniach nume-rycznych i zilustrowana kierunkiem i wielko-ścią wektorów prędkości przemieszczeń. Po-czątkowy etap rozkuwania pierścienia stwarza warunki do zachowania symetrii jego kształtu. Kolejne etapy rozkuwania naruszają tę syme-trię, i jest ona przywracana w ostatnim etapie rozkuwania, pod warunkiem, Ŝe zadawanie kolejnych odkształceń jest równomierne i zgodne z ustaloną wielkością, którą moŜna wyznaczyć na podstawie modelowania nume-rycznego. MoŜliwe jest więc zautomatyzowa-nie procesu rozkuwania pierścienia na trzpieniu w układzie manipulator – prasa kuźnicza.

The last stage of deformation at last twelfth anvil motion restores the symmetry of the ring material displacement. The deformation of the material is consistent with the direction of the anvil movement (Fig. 7d).

4. SUMMARY RESULTS OF SIMULATION STUDIES, CONCLUSIONS

Analyzed forging process of the ring with a flat anvil on circular expanding bar is a rela-tively universal process if its considered in terms of rings dimensions range at minimal tools cost. Obtaining the correct shape and dimensions of the ring and the final pro-duct operational properties using this method however requires highly skilled forging ma-chine operators.

This is confirmed by presented numerical analysis of the ring becking process in which was determined the shape and strain distribu-tions in the full displacement of the ring along its circumference. It was found that the effec-tive strain distribution in cross-section of becked ring after a full rotation is relatively high and varies from 0.15 to 0.35. This corre-sponds to a significant degree of forging in the least deformed areas.

The ring becking process on an expanding bar is accompanied by the shape asymmetry is also found in numerical calculations and illustrated with the direction and magni-tude of the velocity vectors of displacements. The initial stage in the ring becking process creates the conditions to preserve the symmetry of its shape. Next becking stages violate this symmetry and it is restored in the final stage of the process on condition that the following de-formations is uniform and consistent with the assigned size that can be evaluated based on numerical modelling. It is possible to auto-mate the ring becking process on an expanding bar in the system manipulator – forging press.

LITERATURA

[1] Jílek L., Burda S., Dok B., Matocha K., Brus J.: Problems of quality assurance of forged heavy plates. 14th Interna-tional Forgemasters Meeting. Wiesbaden, Germany, September 3 to 8, 2000, pp. 177-182.

[2] Bokelmann D., Poppenhäger J., Spiess U., Wagner H.: Optimization of the quality level of open-die-forgings by the introduction of modern, innovative forging technology. IFM 2000 Germany, Wiesbaden, pp. 126-131. [3] Hellmann M., Hülshorts T., Kopp R.: Simulation of ring rolling. IFM 2000 Germany, Wiesbaden, pp. 454-460. [4] Malinowski H., Sińczak J.: Problemy kucia swobodnego pierścieni. Hutnik 1979 nr 8-9, s. 360-364.

[5] Bednarek S., Łukaszek-Sołek A., Chyła P., Sińczak J.: Wpływ nierównomierności temperatury materiału wyj-ściowego na parametry procesu kucia. Obróbka Plastyczna Metali 2010 nr 1 s. 3-12.